基于改进城市引力模型的高速公路社会经济适应性研究——以宁武高速公路为例

胡进宝，孟晓雨，高卫东

(北京交通大学交通运输学院，北京 100044)



【交通运输】

基于改进城市引力模型的高速公路社会经济适应性研究
——以宁武高速公路为例

胡进宝，孟晓雨，高卫东

(北京交通大学交通运输学院，北京 100044)

摘要：为提高高速公路与区域社会经济适应性评价结果的合理性和正确性，本文通过从经济、社会和交通3个维度选取指标，综合构建了高速公路适应性评价指标体系。在改进的城市引力模型的基础上，分析评价了海峡西岸经济区宁武高速公路的社会经济适应性。实例研究结果表明，本文所构建的评价指标体系能够较全面地反映高速公路建设对区域经济、社会和交通的影响，提出的评价理论和方法对高速公路后评价研究具有一定的借鉴意义。

关键词：高速公路;社会经济;适应性;改进的城市引力模型;评价

高速公路作为综合交通运输体系的重要组成部分，具有速度快、安全性高以及运输能力强等经济技术特点。高速公路的建设加强了城市间的社会经济联系，促进了区域资源的开发和重分布，极大地推动了现代运输业的发展[1]。合理有效地对高速公路社会经济适应性进行评价，不仅可以体现高速公路对区域社会经济发展的拉动效应，而且在合理优化产业结构、提高区域资源配置率等方面具有现实指导意义。

高速公路社会经济适应性评价作为一项复杂的系统工程，引起了国内外学者的关注，形成了一系列研究成果。2002年，贾元华[2]首先对高速公路经济适应性进行了定义，并利用系统工程理论，对我国高速公路建设管理过程中出现的经济适应性问题从规划方案适应性、投资建设适应性、投资效果适应性以及管理制度适应性等方面进行了讨论分析。2003年，周伟等[3]认为经典的木桶理论适用于公路交通与经济社会的适应性分析，从规模、结构、功能、布局、发展程度、投资管理体制以及法制等7个方面构建了一般公路与经济发展的适应性评价指标体系。2009年刘奕[4]依据CAS理论，仿真建立了高速公路适应性定量分析模型并进行了预测和评价。许雪大等[5-7]采用DEA模型，对高速公路适应性进行了分析评价。钱春雷等[8-9]引入城市引力模型，分别对武汉都市圈内的高速公路、湖北省内的高速公路进行了适应性评价。许乃星等[10]从公路交通基础设施、运输服务、管理水平与信息化等方面分析了公路与经济发展的适应性，并通过非线性加权综合评价法对四川省进行了实例分析。郭红霞[11]建立了交通运输系统与经济系统的协调性指标体系，并以柳州市为例进行了交通与经济协调性发展评价。程进等[12]借鉴耦合理论，以安徽省为例建立了高速公路与经济协调性评价指标体系，并对区域内高速公路与经济的协调性关系进行了具体分析。洪开荣等[13]结合中部地区的经济社会环境状况，建立了中部地区系统协调发展评价指标体系，分析了中部地区协调发展的制约因素。王琦[14]等建立了生态与经济、社会协调性指标体系，引入耦合协调函数对洞庭湖区的生态与经济社会系统协调性水平进行了分析。但是以上研究侧重于分析交通与经济的协调性，所建立的指标也难以全面地反映高速公路与经济社会的适应性。

本文在高速公路社会经济适应性已有研究成果的基础上，从经济、社会和交通3个维度分析构建了高速公路社会经济适应性评价指标体系，并采用主成分分析法对所构建的评价体系指标进行了优化处理，然后借助于改进的城市引力模型[8，15]，以宁武高速公路为例进行了适应性评价分析。

1　指标体系构建

高速公路的投资建设可以促进区域社会经济发展、改善区域居民出行条件，并且提高人民生活质量。目前，我国交通运输业的投资建设规模还未能满足社会经济快速发展的要求，尤其是高速公路的建设发展明显落后于社会经济的发展，而对高速公路进行社会经济适应性评价可以为高速公路的规划和建设提供合理有效的建议。因此本文主要从高速公路对社会经济的适应性方面进行评价分析。

本文依据系统工程学的理论与方法，按照系统性、针对性、可比性、客观性和准确性等原则选取评价指标，建立了高速公路社会经济适应性评价指标体系。

高速公路建设不仅为直接使用者带来经济效益，同时也促进了区域内其他产业的发展，提高了整个区域的经济发展水平，从经济维度选取相应的评价指标，可以系统地分析高速公路建成通车后对当地经济发展的促进作用以及对当地相关产业的带动作用等。高速公路的建设发展可以提供更便捷高效的出行选择，有效地改善居民的出行条件，是社会文明发展的标志之一，从社会维度选取相关指标可以分析高速公路建成通车之后对当地居民生活水平、城镇化建设等的综合效用，体现了高速公路在社会维度上的适应性。高速公路依靠其强大的通道、集散功能，将多种运输方式有机地结合到一起，在综合交通运输体系中发挥着巨大的作用，从交通维度选取相关指标可以定量地分析高速公路建设对当地客货运量、运输结构等的影响效用，这反映了高速公路在交通维度上的适应性。基于此，本文从经济、社会、交通3个维度构建了以下的适应性评价指标体系。

1.1指标预选

1.1.1恩格尔系数

恩格尔系数即生活消费总支出中食物支出所占的比例，可以有效地衡量居民生活水平的高低以及生活质量的好坏，其计算公式为：

恩格尔系数=食品支出/生活消费总支出×100%。

(1)

1.1.2第三产业增加值比重

合理的产业结构可以提高区域经济效益，促进经济发展。在不同的经济发展阶段应该依据居民的生活消费水平、需求结构、人口的基本素质和有限的资源供给条件，对已有的产业结构进行调整、优化，从而合理地配置生产要素，使各产业协调发展。一般认为第一产业比重下降，而二、三产业比重上升是经济发展良好的态势。第三产业增加值占比可以有效反映经济结构的合理性，与人民的日常社会生活和生产关系息息相关，计算第三产业结构的公式如下：

第三产业增加值比重=第三产业增加值/GDP。

(2)

1.1.3综合交通运输网密度

综合交通运输网密度作为综合交通运输体系建设的规模指标，可以有效地反映综合交通运输网的建设规模和发展水平。不同地区之间的运输网规模差异性很大，在以往的研究中缺乏对综合交通运输网密度等交通维度指标的考虑，本文通过不同地区间运输网规模的横向定量分析，可以有效评价综合交通运输网规模合理性，其计算公式为：

(3)

其中，δ为综合交通运网综合密度；A为区域土地面积/km2；P为区域总人口/万人；Q为区域工农业总产值/万元；L为第i种交通运输方式通车总里程/km；n为不同种运输方式种类数。

1.1.4运输网理论规模接近度

理论规模接近度可以反映运输网络建设规模与经济发展及人口的适应程度，为了分析一定阶段内运输网络的规模是否合理，引入国土系数理论计算这一衡量指标：

(4)

其中，a为理论规模接近度；M为运网线路实际总长度/km；K为公路网系数；R为人口数量/万人。

在总结前人研究成果的基础上，本文采用文献资料频数统计分析法，选取出现频度较高的指标，并结合指标选取的可操作性原则，初步建立了表1所示的高速公路适应性评价指标体系。

表1　高速公路适应性评价指标初选体系

续表1

指标类型评价指标名称社会相关指标总人口农民人均纯收入第三产业结构城乡居民恩格尔系数就业人数交通相关指标运输网理论规模接近度综合交通运输网密度民用汽车拥有量公路通车总里程公路旅客运输量公路货物运输量

1.2指标优选

部分指标之间存在较大的关联性和重复性，这增加了适应性评价工作的难度，而且也会影响评价结果的准确性，降低了高速公路适应性评价的精度，所以对预选指标进行筛查，用少量指标表征评价信息是一项十分必要的工作。本文采用主成分分析法对预选的评价指标体系进行优化处理，最终得到了表2所示的高速公路适应性评价指标体系。

表2　高速公路适应性评价指标体系

2　适应性评价

2.1城市引力改进模型

高速公路的建设可以增强城市间的相互吸引力，而随着引力的不断增强，高速公路对区域的影响效果将会逐渐显现。高速公路建设的发展与完善，为区域公路注入了活力，完善了以高速公路为主导的公路运输网络体系，从而带动沿线区域城市及其辐射范围内城市的社会经济发展水平。高速公路社会经济适应性评价不仅体现自身的发展变化，更应该体现高速公路影响区域的空间格局变化。本文引入改进的城市引力模型作为高速公路社会经济适应性评价方法，该模型以万有引力为理论基础，依据不同城市经济、社会和交通的相关指标体系，从空间维度上分析高速公路建设对当地社会经济发展带来的影响效应。经济、社会和交通3方面的指标数据量纲不同，本文在计算前，首先对原始数据进行了标准化处理，将各原始数据变化到[0,1]范围内，以减小量纲差异对计算结果造成的影响。

借助改进的城市引力模型，计算区域内主要城市c1,c2,…,ci间的引力， Fkl表示城市ck与城市cl之间的引力，即：

(5)

式中，mk、ml为城市k、l的规模，城市k、l的规模可用城市的经济、社会和交通等指标反映，分别记为(xk1,xk2,…,xkn)和(xl1,xl2,…xln)；G是介质常数，在本模型中定为常数1；rkl为两城市间的空间距离。

从均衡性的角度出发，区域社会经济发展的均衡度随城市间引力的减小而增大，即各城市间的引力波动越小，区域社会经济发展的均衡度越高。设城市间的引力对有P组，F1,F2,…，FP代表对应城市间的引力，则区域高速公路社会经济适应性综合评价值U为：

(6)

(7)

由计算公式可以看出，U的取值范围为[0,1]，当且仅当F1=F2=…=FP时，U=0，区域平衡发展达到最佳，即高速公路与经济、社会和交通发展间的适应性达到最佳水平，适应性评价值与社会经济适应程度的关系如图1所示。

图1评价值与社会经济适应程度关系
Fig.1Relationship between evaluation value and social economic adaptability

2.2适应性评价标准

随着区域高速公路适应度值的不断增大，高速公路的适应性等级不断降低。本文在参考已有适应性等级划分标准的基础上，设置区域高速公路社会经济适应性综合评价值分级，见表3。

表3　适应性等级划分

3　实例研究

宁武高速公路全称为宁德至武夷山高速公路，作为海峡西岸经济区高速公路网规划中的重要一环，覆盖了福建省的大部分区域，对我国东南沿海的社会经济发展具有明显的拉动效应。选取宁武高速公路作为本文的实例研究，具有一定的现实意义。

3.1适应性评价节点的选取

根据宁武高速公路的影响区域划分情况，以及影响区域内城市经济发展状况，选取区域内的部分具有代表性的城市作为高速公路适应性评价的节点，如表4所示。

表4　宁武高速公路适应性评价节点

任何城市之间都存在着引力，在考虑不直接相邻的城市对时，不仅要考虑两个城市间的直接引力，还需要考虑城市间的间接引力，这在一定程度上增加了计算的复杂程度，所以，本文忽略城市对间接引力的影响。

3.2适应性评价引力对的选取

根据城市的地理位置和区域内社会经济发展情况，选取城市引力对如表5所示。

表5　宁武高速公路适应性评价引力对

3.3宁武高速公路适应性计算结果

根据公式(5)计算城市引力，计算结果如表6所示。

表6　城市引力计算结果

根据公式(6)，得到宁武高速公路适应性评价结果如图2所示。

图2　宁武高速公路适应度值Fig.2　 Adaptability value of Ningwu Freeway

从宁武高速公路的适应性评价结果(图2)来看，宁武高速公路的建设对区域经济、社会和交通的影响作用显著，在宁武高速公路开建到建成通车后的这段时间内，宁武高速公路的适应度值不断减小，适应性等级不断提升。2008年宁武高速公路的适应度值为0.586,还停留在勉强适应等级，而2013年宁武高速公路的适应度值为0.417，下降了0.169，适应性等级为中度适应，可以看出适应性等级在一定程度上得到了提高，说明在这一时期，宁武高速公路的修建带动了影响区域内经济的快速发展，加快了产业结构调整，提高了人民生活水平，改善了人民出行条件，完善了区域内的公路网建设。在此期间，宁武高速公路的适应度整体呈现不断下降趋势，适应性等级不断提高，区域城市之间经济的沟通、交流不断加快，区域经济综合体的能力也在不断提高。但是当地高速公路对区域社会经济的适应性等级依旧较低，这与当地原有高速路网基础薄弱、建设规模较小密切相关，虽然宁武高速公路的修建在一定程度上改善了当地的交通出行条件，但是依然未能满足社会经济的发展要求，说明宁武高速公路覆盖区还应加快高速公路建设步伐，扩大高速公路的投资规模，完善高速路网运输体系。

4　结论

本文从经济、社会以及交通3个维度综合构建了高速公路社会经济适应性评价指标体系，选取改进的城市引力模型对高速公路适应性进行了分析，并以宁武高速公路为实例进行了高速公路适应性评价，验证了评价体系的正确性以及评价方法的可行性。高速公路适应性评价作为一项复杂的系统工程，评价结果的合理性及正确性不仅对整条高速公路的建设具有重要的影响，同时也会影响区域未来高速公路网的规划，应该采取多方位视角对其进行分析。适应性评价方法还有待进一步地完善，如城市间经济社会的影响因素众多，难以全部量化，如何将这些因素考虑进来，是我们下一步工作的方向。

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DOI:10.3976/j.issn.1002-4026.2016.04.014

收稿日期：2016-04-02

作者简介：胡进宝(1992-)，男，硕士研究生，研究方向为交通运输规划与管理。Email：1049238149@qq.com

中图分类号：U4-9

文献标识码：A

文章编号：1002-4026(2016)04-0068-07

Improved urban gravity model based evaluation for socioeconomic adaptability of freeways-taking Ningwu Freeway as an example

HU Jin-bao，MENG Xiao-yu，GAO Wei-dong

(School of Traffic and Transportation, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China)

Abstract∶To improve rationality and correctness of adaptability evaluation result of freeways and regional socio-economy, we comprehensively construct evaluation index system for freeway adaptability from economy, society and traffic. We further evaluate socioeconomic adaptability of Ningwu Freeway at economic zone on the west side of the strait with the improved urban gravity model. Evaluation results show that the evaluation index system can generally reveal the impact of freeway construction on regional economy, society and traffic. The evaluation theory and method have some reference for freeway post-evaluation.

Key words∶freeway; socio-economy; adaptability; improved urban gravity model; evaluation