环渤海地区城市交通可达性及其经济联系强度变化

马 强，郭建科

（辽宁师范大学 海洋经济与可持续发展研究中心，辽宁 大连116029）

交通网络是空间运输联系的基础，而交通网络的可达性是其最有效的评价指标之一。Walter G Hansen［1］于1959 年首次提出了可达性概念，将其定义为交通网络中各节点之间相互作用机会的大小。目前对于交通可达性的研究已日趋成熟，国外学者主要聚焦于基于改进重力模型的空间相互作用、空间流视角的城市体系、交通网络可达性评价与格局等方面［2-4］，研究方法则主要运用的是引力模型［5，6］。Javier Gutié rrez、Gabriel Gómez、Paloma Urbano等［7-10］利用不同的指标体系探讨了引起区域可达性格局变化的因素；Gabriel Dupuy、Vaclav Stransky［11］研究了城市公路的可达性，并对其进行了等级划分。国内学者则将区域经济联系的研究重点放在了公路、铁路和航空3 种交通方式的可达性研究［12-14］、改进场模型城市的影响范围［15］和城市之间的经济联系分析［16］等方面，在研究中运用的方法主要包括引力模型法、最短距离法、最短旅行时间［17-19］等。郭建科、王丹丹、王利等［20］探讨了辽宁省各城市综合可达性时空演化特征；王玉梅、丁俊新、孙海燕等［21］探讨了渤海海峡通道建设后对辽东省、山东省的城市物流联系的影响。

在引力模型的研究中，多数学者采用两地间的交通距离对其距离变量进行处理［22-24］，少数直接采用两点间的空间直线距离进行研究［25］。实际研究中发现，单纯地采用两节点城市之间的直线交通距离进行研究具有很大的局限性。因此，本文采用两地区之间的相对交通距离和路陆交通的最短通行时间来修正引力模型。环渤海地区作为我国北方较为发达的地区，包括辽宁、北京、天津、河北、山东5 个省市，目前已形成环渤海经济圈。本文在借鉴相关研究的基础上，选择环渤海区域为研究对象。将该区域（包括北京市、天津市、河北省、辽宁省和山东省）作为一个整体进行研究。以路网交通为基础，结合2007 年和2017 年两个时间断面，利用引力模型和加权平均旅行时间，对环渤海地区内不同城市可达性的时空分布、对外经济联系总量的空间格局演变和城市间的经济联系强度进行研究。此外，因该区域中间环抱渤海湾，为一不规则区域。本文以2017年路网和经济数据为基础，对跨渤海通道建成后环渤海区域的可达性变化和城市间经济联系强度变化进行了预测。本文研究对环渤海区域的一体化发展、城市体系建设、核心城市和边缘外围城市发展，以及之后不规则的城市群或区域的全面发展具有一定的借鉴意义。

1 研究方法与数据来源

1.1 研究方法

最短通行时间计算方法：本文首先运用ArcGIS 10.2 软件对道路数据进行矢量化处理。将1：600 万交通地图作为基础地图，同时数字化各等级道路数据。其次，将配准、矢量化后的环渤海地区图赋上时速，在ArcCatalog 中建立数据库、网络数据集。利用GIS 中的Network Analyst模块中的O-D矩阵方法实现环渤海地区内两两城市之间的最优路径查找。最后，利用ArcGIS 软件中的自动寻址功能，自动选择出两城市之间时间距离最近的一条路径，求解出各个城市之间的最短时间距离。其中，通行时间矩阵可表示为：

式中，lij表示i点到j点的最短通行时间；n为节点数。利用最短通行时间矩阵可求得每个节点的可达性值。

对内可达性计算方法：在一个区域范围内，可达性反映了地区城市之间产生联系的难易与便捷程度。通过分析区域内某一个城市与其他城市的加权平均旅行时间便可确定该城市的对内可达性。本文研究为使最终的结果更加合理，引入多重指标计算出加权平均旅行时间，最终计算对内交通可达性。计算公式为：

式中，Ai表示节点i 在交通网络中的加权平均旅行时间，值越小，表明节点i 的可达性越好；Tij为节点i到节点j的最短时间；Mj为节点的质量，反映了节点j的吸引力，可以是节点j 的人口、GDP 或非农业人口数等。

本文中Mj采用的是人口和GDP 乘积的算术平方根，理由如下：一个地区或者城市的经济发达、人口较多，那么该地区或者城市对外的人口流动自然也是较多的，同时为了进一步发展，与外界的交通需求也会日益增长。

引力模型：经济联系强度是衡量区域经济联系的重要指标，它既能反映经济中心对周围地区的辐射能力，也能反映周围地区对这一辐射能力的接受程度。引力模型是测算区域经济相互联系强度的常用方法，本文采用城市间综合交通最短旅行时间成本来修正引力模型，对城市经济联系强度和总量进行测度，其表达式为：

式中，Fi为i城市对外经济联系总量；Rij分别为城市i、城市j之间的经济联系强度；Pi、Pj分别为城市i、城市j 的人口规模；Gi、Gj分别为城市i、城市j的GDP；Dij分别为城市i、城市j 间基于陆路综合交通网络的最短时间。

1.2 数据来源和处理

本文以环渤海区域的5 个省市（辽宁省、河北省、山东省、北京市、天津市）的交通图作为基础，以2007年和2017 年交通网络作为支撑，将5 个省市中市级以上城市作为研究节点，利用GIS 计算时间。具体统计数据来源于：①交通网络资料来自于2007和2017 年中国地图出版社出版的《中国地图》。②各城市人口数量、客运量和国内生产总值（GDP）来自《河北省统计年鉴》《辽宁省统计年鉴》《山东省统计年鉴》《北京市统计年鉴》《天津市统计年鉴》和各省市的统计公报。③依据《中华人民共和国公路工程技术标准》（JTGB01-2003）的要求设置，并结合本区域实际情况设计的各级道路时速分别为：2017 年高速铁路250km/h、铁路120km/h、高速公路120km/h、国 道80km/h、一 般 公 路70km/h；2007 年 铁 路100km/h、高速公路100km/h、国道60km/h、一般公路50km/h。

2 环渤海地区交通可达性与城市经济联系

2.1 城市可达性时空演变

本文以路网作为基准，利用GIS 量算了各个节点城市之间的最短时间，同时将人口和经济双重指标作为权重，利用公式（2）求得结果，其空间格局见图1。

图1 2007 年、2017 年环渤海区域道路网络可达性演变

从图1 可以发现，区内可达性总体呈现出以环渤海区域地理位置中心地带为核心，即京津冀为中心的中部区域，向外围尤其是向南部、北部逐渐扩散增加，呈现出“中心—外围”格局。可达性优势范围与京津冀核心地带具有相对的一致性。北京市、天津市与河北省中部的石家庄市、保定市、沧州市、衡水市等城市与山东省西北部的德州市、济南市和聊城市等城市的可达性优越，中心地区可达性优于边缘地区。可达性较差的地区主要为辽宁省北部和东北部地区、中朝交界至铁岭和本溪东部县市、山东省东北部地区的烟台市和威海市。可达性最高值出现在环渤海区域的东北部地区，主要集中于辽宁省南部的大连市、东部的丹东市、北部的铁岭市和本溪市。由于近年来道路的不断发展，在2017 年可达性空间分布呈现出一定的区域交通主干道路指向性，即呈现出沿京哈线和哈大线向外扩散的特征，尤其是京津冀核心区道路发展迅速，核心区的可达性明显提高不少。

随着交通网络的不断完善，我国东北地区各城市可达性整体水平得到了显著的改善。2007 年和2017年，44 个城市的加权平均旅行总时间值分别为270.66h、192.44h，减少了78.22h。截至2017 年，所有城市可达性时间从位于4—10h区间跨越到3—6h区间内，区域城市的可达性得到提升。这与环渤海经济圈积极构建大交通网密切相关，该地区公路、铁路、航空的不断优化和发展，3 种交通方式相互协调配合，运行时速也有不同幅度提升，极大地改善了环渤海地区的交通体系。

另外，空间格局演变也存在着较大变化，且提升幅度各异。具体从数据来看，可达性比较好的城市为天津市、唐山市和沧州市，这些城市的可达性减少到3.01h、3.02h和3.06h，秦皇岛市、德州市和廊坊市次之，为3.14h、3.18h 和3.21h。这些城市的可达性时间控制在3—4h 之内，可达性水平优于区域平均水平。同时，这些城市还分布于京津冀的核心城市及周边城市，这就得益于京津冀一体化战略，北京市和廊坊市的交通联系是最紧密的。京津冀地区一体化协同发展的同时，也存在着3 个小经济圈：环北京经济圈、环天津经济圈和环石家庄经济圈。3 个经济圈之间相互联系、相互影响，彼此交叉重叠，使得京津冀地区的区域可达性极其优越。可达性较差的地区为大连市和丹东市，分别为5.7h和6.5h。从可达性的提升幅度来看，提升幅度最大的区域是环渤海地区的东北部，主要分布于辽宁省，尤其是大连市、丹东市和本溪市，分别提升了4h、3.5h 和3.4h。可达性提升幅度次之的是环渤海地区的东南部，尤其是威海市、烟台市和青岛市，分别为2.3h、2h 和1.7h。可达性提升幅度最小的区域分布于环渤海地区的中西部，集中于衡水市、石家庄市和聊城市，分别为0.5h、0.6h和0.7h。

2.2 城市经济联系强度

本文根据公式（3）计算了环渤海地区44 个地级市之间的经济联系强度Rij，并将其制成44 × 44 的矩阵，得到表2 中的数据（限于篇幅，仅列举前五名）。利用ArcGIS中XY to line 点转线，得到环渤海区域44 个城市之间的经济联系强度图（图2）。

从图2 可见，2007 年和2017 年之间环渤海区域各城市经济联系强度呈现出以下特征：①以中心省会城市和沿海发达城市为主，周边城市为辅向外围辐射。可以看出，城市之间经济联系量的高值出现在各省区的省会中心与临近大城市和个别沿海发达城市，低值则出现在以各省区边缘城市，尤其出现在环渤海区域的东北部。②城市之间经济联系强度呈现出南北地域差异。高值出现在中部核心城市区，中等程度联系值出现在南部地区，低值则主要分布与北部、东北部地区。主要体现在环渤海区域的北京市、廊坊市、天津市、威海市、烟台市、济南市、泰安市、邢台市、邯郸市、沈阳市、抚顺市为高值区，中高强度区域也集中于南部的山东省、河北省的中部和南部地区，北部的辽宁省属于低值区。环渤海区域地理环境差异较大，尤其是交通的通达性和城市之间的连接性较差。③各城市之间的经济联系强度呈现出一定的空间格局。省会城市、发达城市和沿海城市的交通信息相对较好，其经济联系程度要更加紧密，而在边缘城市，经济基础较弱，交通也较为不便，故而经济联系强度不高。

图2 2007 年、2017 年环渤海地区城市经济联系强度变化

表1 2007 年、2017年环渤海地区城市之间经济联系强度（前五名）

从图2、表1 可见，2007 年至2017 年环渤海区域城市之间的经济联系强度出现明显的变化特征：①10年来城市之间的经济联系量呈稳定增长的态势，2007—2017 年的最低值从405 增长到839，最高值从500 万增长到8190 万。可以看出，10 年内环渤海域经济明显呈上升的态势。②高强度的经济联系核心区城市愈发集中，且经济联系强度呈爆炸式增长。2007年北京市与廊坊市、北京市与天津市、抚顺市与沈阳市的经济联系强度分别为504 万、459 万、336万；2017 年北京市与廊坊市、北京市与天津市、泰安市与济南市的经济联系强度值分别为8190 万、7416万和5991 万（取前三名）。同时，北京市与廊坊市、北京市与天津市为环渤海地区所有城市之间霸主地位离不开这些城市位于该地区的中心地带，其他中心发达城市正在奋起直追，有互相超越竞争之势。③各个城市之间经济联系强度变化不一。2007 年山东省的青岛市与潍坊市、辽宁省的大连市与盘锦市，这些城市之间的经济联系处于低值区和中值区，在2017 年其经济联系强度明显提升至中值区和高值区。但是，河北省的邢台市与邯郸市、山东省的威海市与烟台市、辽宁省的抚顺与沈阳市，这些城市之间的经济联系强度由2007 年的高值区降低为2017年的中值区。

2.3 城市经济联系总量

城市对外经济联系强度随着经济发展水平的提升、人口的增长和城市间交通可达性的改善而日益增强（表2）。①2007—2017 年，各城市对外经济联系总量呈现较大幅度的增长，分别为19401.88 万、191693.32 万。单个城市对外联系总量从2007 年的39.1 万—1817.17 万提 升 到2017 年的156.39 万—26494.99 万，各城市之间经济联系不断增强。②城市对外经济联系总量呈现空间极化态势。2017 年，城市对外经济联系总量最高的前三位依次为天津市、北京市、廊坊市，提升幅度最高的为天津市、北京市和廊坊市，分别为24，943.56 万、21，122.61 万和14，513.27 万。天津市作为北京市的重要进出口门户城市，加之早年由于历史原因修建了铁路、各等级道路的不断完善，使天津市交通十分便利，加速了天津市与周围城市经济联系的发展，所以天津市对外经济联系量处在首位。北京市作为经济政治中心，拥有悠久的历史文化沉淀，同时发展时间长、政策优惠，产业类型主要为第三产业，经济效益高。而天津市以第二产业为主，京津产业互补，联系更为紧密。虽然北京市交通便捷，但仍然是内陆城市，出口仍依赖于天津港，所以对外经济联系量次于天津市。廊坊市地处北京市与天津市的中间，是京津冀城市群的地理中心。由于承接了北京市的产业转移，以及当地住房等压力较小，廊坊市大量在京就业人员选择安家廊坊。同时，北京市继续发挥其经济发展职能，使两地经济联系更加紧密。课题组注意到，在2007年和2017 年两年间，北京市对廊坊市的经济影响强于天津市对其的经济影响，表明北京市的经济影响力强于领区，但由于廊坊市相比于北京市和天津市，城市整体综合实力相对较弱，故而经济对外联系量排在京津之后。阜新市、丹东市和朝阳市经济总量较低，位于后三位，分别为156.39 万、166.95 万和248.35 万，提升幅度不足。这3 个城市均位于辽宁省，且处于省域边缘，虽然经济也在不断发展，但是囿于与其他城市的距离较远，时间的拉长，运输成本增加，导致这些城市对外经济联系较弱。③城市对外经济联系总量存在地带分异性特征。2007 年京津廊冀的对外经济联系量为8714.52 万，占总量的44.91%。随着《中原城市群发展规划》的发布，实现邯郸邢台主城区之间的开放式对接，实现公交同城、通信同城和公共服务的互联互通后，地域分异特征愈加凸显，2017 年京津冀的对外经济联系量为97，694.12 万，占总量的50.96%，明显高于其他区域，地域分异特征较为显著。

表2 2007 年、2017年环渤海地区城市经济联系总量（前二十名）

3 跨渤海通道建成后的变化

环渤海区域一体化发展将促进区域内各城市之间的联系与交往。通过上文的分析可以发现，辽宁省大连市和山东省烟台市、青岛市之间的可达性较差，经济联系强度低，这可能是因为渤海海峡南北两侧分别是山东半岛与辽东半岛。东北地区是我国资源极丰富地区，不仅满足了东北的生产生活，同时大量生产原料要运输到区域外部。如此巨大的交通运输量，由于交通拥堵、运输路线长，导致经济生产效率偏低。尽管不断优化改善辽西走廊的交通，但是仍然满足不了运输需求。渤海海峡两端最短距离约为57 海里（105.56km），对于南北两岸城市交往产生阻断效应，铁路公路从辽宁省大连市到山东省烟台市、青岛市要绕行约1500km，严重制约了两个区域的交往。跨渤海通道的建成，将实现从东北地区到山东省由C 字型运输变为I 字型运输，大大缩短运输距离。

3.1 环渤海区域可达性变化

本文以2017 年路网为基准，增加渤海跨海通道，利用公式（2）求得环渤海地区各个节点城市的可达性值（表3），其空间格局见图3，变化量见图4。

图3 2017 年对内、2017 年跨海环渤海区域道路网络可达性演变

图4 跨海通道建立后城市可达性变化值

从图3 与图4 可以发现：区内可达性仍以环渤海区域地理位置中心地带为核心，即京津冀为中心的中部区域，向外围尤其是向南部北部逐渐扩散增加，呈现出更加明显的“中心—外围”格局。跨海通道的建设对于该区域的核心地带可达性值变化极小，边缘地带的可达性值提升较大。如辽宁省的大连市和山东省的烟台市、威海市，边缘地区城市的可达性值提升幅度较大，道路连通后极大的缩短了辽宁省与山东省的距离，从而缩短了时间，呈现出交通道路指向性。

跨海通道建设，辽宁省和山东省省内城市可达性水平改善显著突出，核心城市群可达性时间变化极小，辽宁省和山东省变化较大。2017 年，辽宁省和山东省加权平均旅行时间总和为143.96h，建成跨海通道后为128.23h，缩短了15.73h，跨海通道建成以前辽宁省各城市可达性值在4.2—6.5h 区间内，建成后在3.8—5.2h 区间内，区域彼此间联系更加紧密。这都是因为跨渤海通道的建设，极大地缩短了两省直接的距离。

核心城市和边缘城市空间格局演变差距较大。从城市里可达性变化量的具体数据来看，核心区城市可达性几乎没有变化，边缘城市的可达性值变化巨大，烟台市、威海市、大连市、丹东市和青岛市分别由5.24h、5.5h、5.72h、6.51h 和4.71h 缩短到3.66h、3.93h、4.22h、5.16h 和3.64h，减 少 幅 度 为1.57h、1.57h、1.49h、1.35h和1.07h。烟台市、威海市、大连市、丹东市和青岛市提升幅度最高，可达性值改善非常明显。尤其是大连市、威海市和烟台市，不仅提升幅度较大，还由可达性极差的地区上升为可达性较优区。

综上，在跨海通道建成后，环渤海地区核心城市群可达性值几乎不变，边缘地区可达性值变化较为明显，尤其是辽宁省南部城市和山东省东北部城市。这得益于跨海通道的建设，极大地缩短了两省之间的陆路距离，使得两地之间的交通更加便利，贸易交往、信息交流、人才的流动也更加密切，可达性的缩短促进了两省之间的经济往来。

表3 2017 年、2017 年跨海的环渤海地区城市可达性变化（前十名）

3.2 环渤海区域城市间经济联系变化

本文在沿用2017 年基础数据的前提下，建成跨渤海通道后与没有建成跨海通道做对比，得到表4、表5 和图5。

表4 2017 年、2017年跨海的环渤海地区城市之间经济联系强度

表5 2017 年、2017 年跨海的城市对外经济联系总量变化值（前十名）

（续表5 ）

图5 2017 年、2017 年跨海通道环渤海地区城市经济联系强度变化

从表4、表5 和图5 可以看出：整个环渤海地区两两城市之间经济联系强度并没有发生特别明显的变化，仍然是高强度的经济联系核心区愈发集中，在建成跨海通道后，北京市与廊坊市、北京市与天津市、抚顺市与沈阳市的经济联系强度仍然是最强的。

跨海通道的建设促进了环渤海沿岸南北地区的经济交流，并且个别城市之间经济联系强度变化明显增强。这主要是由于跨海通道的建设，缩短了山东省与辽宁省之间的陆地距离，从而使两省各城市之间的经济联系强度增强。辽宁省各个城市与山东省威海市、烟台市经济联系强度明显增强。尤其是大连市与烟台市由6.89 万增强到135.5 万，大连市与威海市由2.81万增强到44.44 万，可以看出大连市与烟台市、威海市的经济联系强度从极低值区变为中值区，两地区经济联系强度增加十分明显。不仅大连市与烟台市和威海市的经济联系强度增强，两省区内各个城市的经济联系也得到了很大的增强。

城市经济联系总量变化不一，个别城市变化明显。跨海通道的建设，极大地促进了各城市之间的对外经济联系总量。如表5 列举前十名的城市可以看出，在建设成跨海通道后，各城市之间的对外经济联系总量均有增强，其中大连市、烟台市和青岛市对外经济联系总量变化位居前三名，在跨海通道建立后，对外经济联系量明显增强，增强的幅度分别为401.3 万、223.9 万和149.7 万。可见，由于陆地距离的缩短，导致跨渤海的城市对外经济联系总量变化突出。

4 结论与讨论

4.1 结论

关于环渤海地区的城市可达性及各个城市之间经济联系的量化分析，众多研究大多从环渤海近岸周边城市的可达性及经济联系，或者将环渤海以辽宁省、北京市、天津市、河北省和山东省分省市单个分析，而把环渤海区域的省市当做一个整体来分析其陆路可达性和经济联系强度极为少见。本文将环渤海区域作为整体来量化研究，分析环渤海地区一体化发展、核心城市和外围城市发展战略的制定、城市体系的重构和区域一体化协调发展，得出以下主要结论：

①在2007—2017 年，环渤海区域内各个节点城市可达性呈现出以京津冀核心城市和鲁西德州市、济南市为中心，逐渐向外围扩散的趋势，且各城市均出现不同程度的提升。核心区的北京市、天津市、廊坊市，保定市、沧州市、衡水市和石家庄市，德州市、济南市和泰安市，其可达性低于该区域的平均水平；丹东市和大连市由于地处最北部边缘，陆路可达性不是很理想。

②环渤海地区外围可达性提升程度要优于核心区的提升程度。辽宁省可达性提升程度尤明显，尤其是大连市和丹东市可达性提升程度大于环渤海其他地区的提升程度。这要得益于辽宁省的道路的升级和发展，如高速铁路的通车，铁路、高速公路等道路的提速。

③环渤海地区各个城市之间的经济联系强度呈逐年递增的趋势。该区域超高值经济联系强度的城市区更为集中，且联系强度呈爆炸式增长，这些城市分布于各省会城市、沿海个别城市和内部交通便利的城市。从环渤海区域的整体态势来看，经济联系强度提升的城市群大面积集中于环渤海区域的中部核心区和山东省，位于东北部的辽宁省经济联系强度不足。

④环渤海区域的对外经济联系总量呈现出三极化发展态势。第一极为超高值区，主要为京津廊坊市、济南市和泰安市等城市，一超多强，该区域内城市中心性明显，经济实力强大；第二极为中、高值区，包括河北省南部大城市和山东省大部分城市，该区域虽然没有超大城市中心，但是城市之间距离较近，人们会将其视为居住地，其居住功能也有一定的影响；第三极为低值区，主要分布于环渤海的东北部区域（除去辽宁省省会及省会周边城市）。这一状况充分说明道路交通通达性对于地区城市之间联系的重要性和城市地理位置的重要性。地处核心区，中心地带与周边城市联系紧密，但是若处于某个大区域的边缘，其陆路可达性会极弱，同时与其他城市之间的联系也会降低。

⑤在修建跨海通道后，个别城市的可达性值和经济联系强度发生变化。大连市、威海市和烟台市在修建了跨海通道后，城市的可达性得以提升，大连市、烟台市和青岛市这些城市由原来的陆路端点变为陆路中间的一个节点，增强了辽东半岛和山东半岛在区域中的重要性，也增强了大连市、青岛市和烟台市的通达性与区位优势。

4.2 讨论

本文将视角着眼于我国环渤海地区，数据是基于2017 年路网和相关经济数据，没有用到预测未来20年后的路网和相关经济数据来进行分析，因此存在着一定的局限性。课题组将在后续的研究中加入水运、航空等交通方式，将对可达性的研究建立在立体化一体化的基础上。