乡镇综合通达性时空格局及其与SERE系统的耦合机理

刘承良+薛帅君+段德忠

摘 要：通达性发育及其演化的根本动力是城乡社会经济—资源环境系统（SERE）要素非线性关联作用的结果。针对传统最短路径通达性模型的缺陷及研究视角的狭隘，本文基于2000年～2014年荆州市道路网空间数据库，重构最短通行时间通达性模型，定量刻画荆州市乡镇综合通达性的时空演化格局，并从区域交通与社会经济资源环境要素耦合的视角，引入耦合协调度模型，揭示乡镇综合通达性演化的非线性机理，研究表明：①荆州市乡镇综合通达性发育良好，基本呈正态分布，表现出一定的随机性；②中心区位偏好、荆江“天堑”作用、快速干道建设，共同引致荆州市乡镇综合通达性围绕市域中心呈不规则的圈层分布；③乡镇综合通达性与其SERE系统耦合协调度全局呈弱空间正相关，但局域空间相关作用复杂，四种基本类型呈“抱团”分布；④乡镇综合通达性与其SERE系统耦合协调度虽持续优化，但存在明显的交通滞后性发展，同时空间分异明显，整体呈高耦合度——低协调度的异配性特征。

关键词：乡镇综合通达性；时空演化机理；最短时间模型；耦合协调度模型；荆州市

中图分类号：K92 文献标识码：A

0 引言

便捷、高效的综合交通运输体系是支撑经济发展、促进社会进步的基础条件。在诸多交通网络评价方法中，通达性被认为是一项应用广泛、行之有效的综合性指标[1]。当前，国内外有关通达性的研究已趋成熟或饱和，研究对象包括城市道路[2，3]、公交网络[4]、高速公路[5，6]、铁路[7-9]、航空[10-12]以及区域综合交通路网[13-15]；研究尺度从县域[16，17]、城域[2，3]到省域[18-20]，以至都市圈[12，13]、国家[8-12]层面，但乡镇级行政单元研究较少[21-22]；研究方法全面而多样，包括时空距离法[13，14，23]、空间句法[13，24-26]等。研究内容持续拓宽，注重交通设施发展的经济、人口效应[9，17，24]。

然而，综观当前国内外交通路网空间通达性研究，仍存在三大缺憾：其一，就区域论区域（实为区内通达性研究），人为划定研究区（以行政边界为单元），忽视区外交通路网尤其是国家级或省级高等级干道引致的时空收敛效应，跳出研究区从大区域视角审视区际和区内综合通达性的研究非常少见；其二，研究方法上普遍采用的基于最短路径通达性模型[13，14，18，22，27，28]值得商榷，最短路径并不意味着最短通行时间，尤其面对等级鲜明的城乡综合交通路网，不宜模糊代之；其三，通达性发育的根本动力是城乡社会—经济—资源环境系统（Society， Economy， Resource and Environment Composite Systems，简称SERE）要素非线性关联作用的结果，当前交通与区域发展关系的研究多集中于具体快速干道的区域联通效应和通达性—经济发展的线性相关性两方面，道路网通达性演化的社会经济和资源环境耦合复杂性规律透析相对薄弱。

荆州市位于湖北中南部、长江中游、江汉平原腹地，全市国土面积1.41万平方公里，下辖荆州区、沙市区、江陵县、松滋市、公安县、石首市、监利县、洪湖市8个县市区，共85个镇、10个乡、9个街道办事处和9个农场管理区。当前荆州市已初步形成了公路、铁路、水运等综合交通网络（截至2014年，荆州市城乡综合交通总规模达到21563公里，综合交通网密度为153公里/百平方公里），区域性综合交通枢纽地位逐步显现，在国家综合交通网中具有通道性“立交桥”功能。但交通路网发展的结构性问题明显：荆江“天堑”分割效应、对外运输通道缺乏、交通布局和运输结构不合理。解决问题的关键是厘清荆州市道路网发育的空间特征及其系统要素耦合复杂性规律。

因此，重构最短通行时间通达性模型，从区内与区际综合视域，以荆州市为研究区，全面刻画荆州市乡镇综合通达性（Transportation Comprehensive Accessibility， 简称TCA）的时空结构；构建乡镇TCA—SERE复合系统评价指标体系，引入空间自相关、耦合协调度模型，定量揭示荆州市乡镇综合通达性的时空演化机理。一方面，弥补当前通达性研究的相关缺陷，另一方面，为全国市域交通路网规划和城乡体系空间组织提供理论借鉴。

1 研究方法

1.1 构建最短时间通达性模型

传统时间距离通达性模型是基于最短路径的平均旅行时间评价模型，然而最短路径并不意味着最短时间（现实道路网中存在着道路等级的差异，不同等级类型的道路额定通行速度不一，如图1）。

式（5）中，a，b，c为道路等级，Va，Vb，Vc分别对应三种不同道路等级的额定通行速度，l（i，j）为乡镇i与乡镇j的公路距离，T（i，j）为乡镇i与乡镇j的最短通行时间。

1.2 构建TCA—SERE复合系统评价体系

SERE系统作为道路网发展“源动力”，区域综合通达性总是在社会—经济—资源—环境各要素相互关联与影响的过程中不断发展演化。构建乡镇TCA—SERE复合系统，通过理论分析、专家征询、频度统计（中国知网文献索引），结合数据可获得性，结合SPSS统计软件开展独立性和主成分分析，归并删减部分指标，建立最终评价指标体系；同时构建判断矩阵，通过归一化处理，获得乡镇TCA子系统各个指标的权重，构建经济联系强度模型，获得乡镇SERE子系统各个指标的权重（表1）。

1.3 引入耦合关联模型

（1）乡镇TCA—SERE复合系统发展函数

构建乡镇TCA发展函数[29]：

构建乡镇SERE系统发展函数：

式中，dj表示三级指标的权重，Di表示三级指标第i个因子，cj表示二级指标的权重，bj表示一级指标的权重，S即为荆州市各乡镇SERE系统综合发展值，U为荆州市各乡镇TCA发展值。

（2）耦合度—協调度模型