基于高速公路流的湖北省区域性城市群边界识别——以襄阳为核心城市

詹斌， 王占韬

(武汉理工大学 交通学院， 湖北 武汉 430063)

在经济全球化大背景下，城市群成为拓展发展空间、释放发展潜力的重要载体。随着城市群研究的不断深入，对城市群边界的研究逐渐成为重点，而流空间研究的不断发展使通过流空间研究城市群边界成为一种重要手段。现有城市群边界识别方法分为三类：一是采用社会经济指标，通过数理统计对城市群空间发育范围进行识别或界定；二是基于“核心城市”影响范围，采用引力模型识别城市群空间发育范围；三是基于GIS平台，将社会经济指标、空间范围测算模型有机结合，集成确定城市群的空间发育范围。跨市、不跨市、跨省、不跨省是中国研究城市群的几种主要类型，这里选择跨市、不跨省研究湖北省内区域性城市群。襄阳2019年GDP为4 812.84亿元，与2018相比增长11.62%，在湖北省GDP排名中仅低于武汉，故选取襄阳为核心城市，对湖北省区域性城市群边界进行识别。高速公路作为高速交通运输网络的重要一类，构成城市间点到点的快速通道，是联系城市的重要通道，也是人流、物质流的实体依托，能反映城市间经济、社会联系。因此，基于湖北省高速公路收费站OD流量数据，通过GIS分析湖北省襄阳市高速公路流特征，通过累计比例、概率密度模型识别以襄阳为核心城市的湖北省区域性城市群边界。

1 方法与数据

1.1 研究方法

中心外围联系是核心城市的核心依托，核心城市需要覆盖整个中心外围功能联系的区域，而中心外围联系特征包含空间、时间、流量因素。因此，利用空间联系强度和时间距离描绘核心城市的中心-外围联系，通过分析节点流强度、阈值设定确定城市群组成。主要方法为概率密度函数、累计比例曲线，其中概率密度函数描述某个变量落在某个点的概率，累计比例曲线用来描述变量小于某个确定值的概率。此外，使用GIS软件对高速公路流进行可视化分析。

1.2 数据选取与处理

选取2018年湖北省高速公路流、百度地图中襄阳市至其他市州市中心高速公路通行最短时间。收费数据流包含360个收费站的OD流量，整理得到由“进站—出站”信息构成的360×360二维OD流量矩阵。将研究单元上升到市域层面上，湖北省拥有武汉、黄石、宜昌、襄阳等17个地市州，根据筛选之后确定的360个收费站的地理位置寻找其所在市级行政区划，因神农架市缺少高速公路收费站，最终获得16×16个市级OD流量矩阵。

2 高速公路流特征

2.1 湖北省高速公路流流向特征

应用GIS软件对湖北省各市州的OD流量进行可视化分析，去除各市州本市到本市的流量后所得结果见图1。考虑到缺少神农架林区数据，加上神农架林区虽然地理位置邻接襄阳市，但两地之间高速公路通行最短时间为222 min，与其他邻接市州相比时间差最小为50 min，故未将神农架林区纳入襄阳市城市群内。

图1 湖北省各市州高速公路流流向(单位：辆)

由图1可知：湖北省市州自东向西呈现3种不同的高速公路网络状态。东部以武汉市为核心，高速公路流量大，各市州联系紧密，黄冈市到武汉市的高速公路流量在所有市州间排名第一；中部市州之间相互联系，基于高速公路网络形成较稳定的关联结构；西部地区高流量路径数量少，十堰市到恩施土家族苗族自治州的年流量不足2.5万辆，城市间高速公路联系较弱。

市州间流量最少的路径为十堰市到黄石市；东西向的高流量路径多与武汉市有关；黄石市作为湖北省东南部城市，除咸宁、鄂州、黄冈、武汉外，其他市州到黄石的交通流量均少于3.5万辆；黄冈市作为黄石市的相邻市州，其他市州到黄冈市的交通流量均在10万辆以上，恩施土家族苗族自治州到黄冈市的交通量达100万辆以上。可见，地理因素对交通流量的发生有较大影响。

襄阳作为副省域中心城市，其高速公路流出量也较多，与其他市州存在高速公路交通流联系，在GIS中依据Jenks自然断点法将收费数据流划分为5个等级(见图2)。

图2 襄阳市高速公路流流向(单位：辆)

由图2可知：襄阳与荆州、十堰间的高速公路流联系最强，与随州、宜昌、恩施的高速公路流联系次之，与武汉、荆门间的流量属于第三级，与其他市州的高速公路流联系较弱。

2.2 湖北省高速公路流流量特征

通过GIS软件以Jenks自然断点法将湖北省各市州高速公路收费数据进行分级，结果见图3。

从图3可以看出：武汉市高速公路车流总量最多，流入、流出量合计18 746.1万辆，超出第二梯队12 579.6万辆；宜昌、荆州、黄冈三市的高速公路车流量位于第二；襄阳、十堰、恩施、荆门、孝感、咸宁、鄂州位于第三。位于湖北省地理中心的天门市、潜江市、仙桃市虽各市州车辆流向线条密度较高，但车流总量较低，与其他市州高速公路联系强度较弱。

图3 湖北省各市州高速公路流流量(单位：辆)

地理因素对交通流量的发生有较大影响。高速公路交通流作为城市间经济活动的一种体现，对于低流量城市，既要促进内部经济要素交通流动，也要加强与其他城市之间的沟通交流，实现更大范围内的资源合理配置。

3 以襄阳为核心的区域性城市群边界识别

3.1 阈值确定

襄阳市至其他市州高速公路通行时间、车流量、累计车流量见表1。

表1 襄阳市至其他市州的通行时间及高速公路流量

3.1.1 时间距离

随着京津唐、长三角、珠三角三大城市群的迅速崛起，“1 h交通圈”风靡全国，其中以重要城市为核心的小型“1 h交通圈”、“2 h交通圈”等成为研究城市群边界的重要标志。时间距离计算中组坐标差值参考文献[7]选择15 min，计算结果见表2。襄阳高速公路流的时间区段概率密度见图4。

表2 时间距离计算结果

图4 襄阳市高速公路时间区段图

由图4可知：由襄阳市出发的高速公路流主要集中在90～150 min时间段，占总量的66.89%，通行市州为荆门市、十堰市、荆州市、随州市；其次为195～225 min时间段，占总量的11.61%，通行市州为武汉市、仙桃市；第三为165～195 min时间段，占总量的10.11%，通行市州为宜昌市、孝感市、潜江市；第四为300～330 min时间段，占总量的7.38%，通行市州为恩施土家族苗族自治州；最后为240～270 min时间段，占总量的3.87%，通行市州为鄂州市、黄冈市、咸宁市。此外，在270～300 min时间段存在占比为0.14%的车流量，通行市州为黄石市。襄阳市与其他市州的高速公路联系呈现明显的圈层特征，确定以襄阳市为核心城市的区域性城市群的时间距离阈值为150 min，覆盖了襄阳市与周边市州66.89%的高速公路交通流。

3.1.2 空间联系强度

根据表1，襄阳市与湖北省各市州高速公路收费数据呈现明显的“二八分布”特征，仅十堰市、荆州市、武汉市、荆门市和随州市累计流量占比达到78.14%。其中十堰市与襄阳市联系最密切，车流量占比达25.11%；随州市与襄阳市联系最薄弱，车流量占比仅8.63%。排除襄阳市和神农架林区，将其他市州按收费数据流位序绘制图5所示数据累计比例图。

图5 襄阳市高速公路收费数据位序累计比例

由图5可知：累计比例曲线在第2、5、7位序下出现折点，对应累计比例分别为45.67%、78.14%、92.02%。若选取累计比例40%作为空间联系强度阈值，未超过50%，不能体现大多数收费数据特征；若选取90%作为空间联系强度阈值，入选城市为7个，不能体现城市群紧密的联系特征。因此，选取累计比例75%作为空间联系强度阈值，标定收费数据流达到1 251 068辆/年，即15 158 辆/d。

3.2 识别结果

城市群边界服从现有市级行政区划，以阈值为参考划定襄阳市城市群边界。根据以上分析，以襄阳市为核心城市，时间距离阈值为150 min，空间联系强度为15 158 辆/d，故以襄阳为核心城市的城市群的入选标准为时间距离小于150 min、空间联系强度大于15 158 辆/d，识别结果为襄阳市、十堰市、荆州市、荆门市、随州市。因荆州市与襄阳市并不邻接，排除荆州市，识别结果变更为襄阳市、十堰市、荆门市、随州市。该识别结果与湖北省提出的“襄十随”、“宜荆荆”城市群不符，需分析荆门市的最终归属。

从通行时间来看，荆门市与宜昌市的高速公路通行时间为102 min，与襄阳市的92 min相比高9.8%；从空间联系强度来看，荆门市与宜昌市的高速公路收费数据流为1 812 936 辆/年，与襄阳市相比高6.76%，排名第三。数据直观比对无法判断最终结果。因此，以高速公路收费总流量作为城市实力、高速公路最短通行时间行驶距离作为城市距离，取引力参数为1，引入引力模型计算荆门市与襄阳市、宜昌市的引力。将数据归一化后，计算结果如下：荆门市与襄阳市的城市引力为4.03×10-6，荆门市与宜昌市的城市引力为10.08×10-6，荆门与宜昌的联系强度更高。最终确定以襄阳市为核心城市的城市群为襄阳市、十堰市、随州市(见图6)，与湖北省发布的“襄十随”城市群吻合。

图6 以襄阳为核心城市的区域性城市群识别结果

4 主要结论及建议

构建以市域为节点的湖北省高速公路交通流网络，基于时间距离及空间联系强度识别以襄阳为核心城市的区域性城市群边界，主要结论如下：1) 以襄阳为核心城市的城市群为襄阳市、十堰市、随州市，三市总占地面积为53 010 km2，2019年GDP合计7 915.5亿元，占湖北省的17.27%。未来随着政策及资源的倾斜，以襄阳市为核心的城市群将逐步打造为湖北省乃至长江经济带重要增长极。2) 各市州与襄阳市的时间距离、空间联系强度呈现明显圈层式特征。时间距离各圈层阈值分别为150、195、225、330 min，各圈层概率密度逐渐递减，高速公路流主要集中在90～150 min，集中在襄阳市周边市区，即荆门市、十堰市、荆州市、随州市。空间联系强度主要集中在十堰市和荆州市，累计占比为45.67%，但荆州市与襄阳市并不邻接；第二层为武汉市、荆门市，累计占比为70.13%，但武汉市与襄阳市并不邻接，通过引力模型得荆门市与宜昌市之间的引力更强；第三层为随州市，累计占比超过75%。2018年中国公路物流占运输总量的80.09%，而公路物流80%以上是长途运输，需通过高速公路运输。公路客运量也占82.04%。高速公路承载了大量人与货的移动，是城市间联系的重要载体。若利用湖北省高速公路客车开行班次数据识别城市群边界，更能反映城市间交通、网络信息强度，也可弥补高速公路收费数据流研究的不足。在今后的研究中，可进一步细化数据，通过构建货车流空间、客车流空间更全面地分析湖北省高速公路网络特征，同时增补铁路运输流数据、普通公路运输流数据，更全面地分析湖北省各市州交通联系特征，进而合理划分湖北省区域性城市群。

建议如下：1) 进一步发挥襄阳市集聚功能、辐射吸引功能，充分发挥“一主两翼”带来的战略优势，积极吸引新的经济增长动力，进一步推动经济发展，增加交通投资，带动交通一体化融合发展，进而促进经济发展。2) 襄阳、随州、十堰三市在制定高速公路运输管理政策、编制高速公路基础设施建设规划时，以城市群思维综合考虑市州之间的联系，提升运输管理政策和路网布局的合理性。