基于空间引力模型的湘江综合交通优势度分析

范维琦, 李 峰, 谭华东

(湖南省交通规划勘察设计院有限公司，湖南 长沙 410200)

0 引言

湘江是湖南省最大的河流，流经永州、衡阳、株洲、湘潭、长沙、岳阳等6个地级市，沿线承载着湖南省30.7%左右的人口、49.8%以上的生产总值，是湖南省经济社会发展的核心地区和黄金地带。谋划建设湘江综合交通立体走廊，有助于科学构建湘江流域现代交通运输体系，形成综合交通主动脉的交通大格局，加速湖南省综合立体交通网的构建，支撑和积极引导湘江流域经济社会科学发展，推进湖南省全域旅游发展，促进湖南省加快融入长江经济带，具有重要的战略意义和现实意义。因此，有必要对湘江流域的区域交通条件进行评价。

空间相互作用是城市规划和交通领域的一个经典议题，而引力模型在空间经济、人文社科类研究中有着广泛的应用。本文采用的空间引力模型是在经典引力模型的基础上，根据旅游、物流的不同特性构建所得，国内已有充分的研究与应用。李山等[1]对旅游空间相互作用的引力模型进行了详细论述，并分别验证了牛顿型和威尔逊型的引力模型；陈佳媛[2]以广东省的物流网络为基础，开展了基于空间引力模型的广东省区域物流网络结构研究；王玉勤[3]构建了贵州省三大物流圈的辐轴式物流网络；谢聪等[4]对福建省各城市的物流质量进行评价，构建了福建省区域物流网络；崔保健等[5]研究了环渤海以及长三角城市群的旅游空间结构；马红[6]以辽西走廊为基础，开展了旅游空间结构的演化研究，利用空间引力模型构建了辽西走廊的旅游经济联系网络；栾乔林等[7]利用空间引力模型对浙江省义乌市的城镇空间关联程度进行了分析；颜华实等[8]基于空间引力模型对扬州市的跨江融合发展开展了研究；江小国等[9]基于空间引力模型研究了皖江城市带和长三角地区的产业联动性。空间引力模型已在区域经济、物流、旅游等方面得到充分运用，但在已有的研究中，对湘江流域的空间引力结构研究较少，因此本文构建了湘江流域的空间引力模型，在哈夫模型[10]的基础上，从旅游和物流两个角度构建模型以分析城市间的引力强度。

综合交通优势度的相关研究中，周博等[11]以广东省为例，从交通优势度和经济发展的耦合协调关系进行分析研究；周健等[12]对四川省的区域交通优势度进行评价。田小琴等[13]在2013年对湘江流域的综合交通优势度进行了分析。近10 a湘江流域交通运输水平发展迅速，且新时代对湘江流域的综合交通运输体系提出了更高的要求，因此本文从湘江流域各地级市的综合交通优势度出发，通过对交通的路网密度、交通设施邻近度和区位优势3个维度，综合评价湘江流域的交通综合发展程度，并结合空间引力模型分析结果来研究湘江流域综合交通优势水平与城市引力的契合程度，最后从构建湘江综合交通运输体系方面进行分析与评价。

1 研究区域概况及基础数据

1.1 研究区域概况

研究区域为湘江干流流域范围，以市级行政区划为基本单元，包括长沙、湘潭、株洲、衡阳、永州、岳阳等6个地级市，面积8.06万km2。

湘江流域依托京广铁路、湘桂铁路、京港澳高速、二广高速、泉南高速和湘江航道等重要交通干线构建南北方向沿湘江的主轴线，向北由湘江经洞庭湖入长江，西连成渝都市圈，东至长三角城市群，同时对接京津冀、环渤海经济带，辐射中蒙俄经济走廊、第二亚欧大陆桥经济走廊；向南对接广西北部湾经济区、东盟经开区、粤港澳大湾区，是一条贯通湖南的关键战略廊道，也是未来湖南省不断优化国内布局，谋划推进全球布局的重要支撑之一。

1.2 基础数据

基础数据主要来源于湖南省2021年发布的各地级市统计年鉴(公报)等相关资料，并结合湖南省公路、铁路、水运、航空等交通节点及线网GIS数据进行分析。

2 评价方法及评价模型

2.1 空间引力模型

为了从宏观上分析6个地级市在湘江流域的旅游、物流地位，本文从统计年鉴中获取了各城市的旅游经济资料和物流基础资料，包括接待旅客总人数、旅游总收入、货运量、城市人口规模、城市距离。考虑到目前湘江流域各城市之间的交通联系以公路为主，因此采取公路货运量为基础数据，城市之间的距离采用公路距离，主要通过百度地图查询获得。

空间引力模型分两个角度构建，从旅游角度来说[1]，空间引力模型的计算公式如式(1)所示：

(1)

式中：Rij为城市i和城市j之间的旅游经济影响力；ri为城市i的旅游总收入，亿元；ti为城市i和接待游客总人次，万人次；dij为城市i和城市j之间的公路距离，km；得出结果后进行归一化。

从物流角度来说，空间引力模型的计算公式如式(2)所示：

(2)

式中：Lij为城市i和城市j之间的物流联系强度；hi分别为城市i的货运量，万t；pi为城市i的常住人口，万人；得出结果后进行归一化。

同时，本文利用GIS软件将两个空间引力网络进行了可视化，如图1所示。

图1 湘江流域旅游空间引力和物流空间引力网络图

2.2 综合交通优势度

综合交通优势度由区域公路网密度、交通设施邻近度和区位优势3个维度组成，将3个维度结果综合后，即可得到各城市的交通优势度。

2.2.1公路网密度

公路网密度是指某区域内公路(高速公路与一级、二级、三级、四级公路)总长度与该区域总面积的比值，公路网密度越大，表示该区域的交通基础设施建设情况越好。本文根据不同等级公路的对应权重，计算得出该区域的公路网密度，计算公式如式(3)所示：

(3)

式中：Di为城市i的公路网密度；αi为i类型公路对应的权重；Li为i类型公路的长度；Si为城市i的国土面积。

2.2.2交通设施邻近度

交通设施邻近度可体现研究节点与区域内重要的交通基础设施(高速公路出入口、干线公路、铁路站点、港口、机场等)之间的距离。通过GIS软件对各城市行政中心与各交通基础设施之间的距离进行计算，按距离远近打分，最后对总得分进行归一化处理，得出各研究节点的交通设施邻近度，计算公式如式(4)所示：

(4)

式中：Ti为城市的交通设施邻近度；Pim为i区域m种交通基础设施的邻近度，参照交通基础设施影响度赋值表进行打分，见表1。

表1 交通基础设施影响度赋值类型子类型标准权重赋值有铁路枢纽站1.5枢纽站Lr≤30 km1铁路30 km60 km0一般站有一般车站1Lr≤30 km0.5有高速公路出入口1.5高速Lc≤30 km0.5公路Lc>30 km0国道有国道1其他0有港口1.5港口港口Lp≤30 km130 km60 km0有枢纽机场2枢纽机场La≤30 km130 km60 km0有一般小机场1一般小机场Lc≤30 km0.5Lc>30 km0 注: Lr、Lc、Lp、La分别为区域行政中心与最近铁路站、高速公路出入口、港口和机场的公路交通距离。

2.2.3区位优势

区位优势是表示区域内其他城市至核心城市的距离，距离越小表示其他城市受核心城市的辐射作用越强，区位优势越大。根据湖南省“强省会”战略和“长株潭都市圈”发展规划，本研究以长沙为湘江流域及湖南省的核心城市。计算公式如式(5)所示：

(5)

式中：Si为区域i的区位优势；Sik为区域i与核心城市(长沙)之间的距离。

本研究根据不同城市与核心城市的交通距离进行分级，确定各级距离的不同权重赋值(见表2)。

表2 区位优势权重赋值0～80 km80～160 km160～250 km250～350 km>350 km2.521.510

2.2.4交通综合优势度

将研究所得的3个维度指标数据归一化处理，并乘以对应的权重，得到各个区域的交通优势度。计算公式如式(6)所示：

Ti=αi×Di+βi×Ti+γi×Si

(6)

式中：αi、βi、γi分别为公路网密度、交通设施邻近度、区域优势归一化后的权重系数，αi+βi+γi=1。

得出湘江流域3个不同维度的交通优势度及交通综合优势度的空间格局，如图2～3所示。

图2 湘江流域公路网密度和交通基础设施邻近度的空间格局

图3 湘江流域区位优势和交通综合优势度的空间格局

3 评价结果与分析

根据以上模型计算成果和可视化图，对湘江流域的空间引力强度以及交通设施建设情况进行分析与评价。

3.1 空间引力强度

从空间引力网络图可以看出，长株潭3市之间的引力强度最大，这也契合了湖南省大力发展“长株潭都市圈”的战略规划。在旅游角度，岳阳与长沙之间也有较强的引力强度；而从物流角度来看，较强的空间引力集中在长株潭都市圈。

其他城市之间的空间引力均较小，这体现了湘江流域的旅游和货运开发程度不均匀，主要原因在于区域经济发展水平不均衡，而构建湘江流域的综合交通运输体系，是促进各地市旅游、运输发展，增强经济活力的重要举措，湘江流域综合交通的重点应放在进一步扩大长株潭都市圈的空间引力，增强长株潭都市圈的辐射范围上。

3.2 综合交通优势度

1)公路网密度分析。从湘江流域公路网密度的空间格局可以看到，各地级市发展均较优，归一化后平均值为0.88，最小值为0.67(永州市)。同时湘江流域的整体公路网密度处于较高程度，发展较为均衡；但永州市因地形条件、经济发展水平等因素限制，公路网密度处于中等水平。

2)交通基础设施邻近度分析。从湘江流域交通基础设施邻近度的空间格局可以看到，长沙市、岳阳市、株洲市、衡阳市的交通基础设施较为完善。湘潭市因距机场和铁路枢纽站较远，交通基础设施发展水平略低；永州市因港口发展滞后，暂无铁路枢纽站等原因，交通基础设施发展水平为湘江流域最低。

3)区位优势分析。从湘江流域区位优势的空间格局可以看到，长株潭都市圈的区位优势最强，岳阳交通区位优势处于中等水平，衡阳市和永州市因距离核心城市长沙市距离较远，区位优势较小。

4)交通综合优势度分析。从湘江流域交通综合优势度的空间格局可以看出，长沙市、株洲市的交通综合优势最强。长沙市作为湖南省的核心城市，在湖南省“强省会”战略背景下，具备最强的交通综合优势是合理的，有利于增强长沙市的吸引与辐射能力。株洲市作为湖南省铁路枢纽之一，且属于长株潭都市圈，具备较强的交通综合优势。岳阳市和衡阳市属于湖南省“3+5城市群”，具备政策优势，交通发展水平及综合优势都较高。永州市距离核心城市长沙市空间距离较远，且受经济发展水平、地形条件等因素制约，交通的综合优势度不强。

4 结论与展望

本文以湘江流域的6个地级市为研究单元，首先构建了各城市的空间引力模型，对城市之间的旅游、物流引力强度进行了分析，然后从公路网密度、交通基础设施邻近度、区位优势3个维度，集成了综合交通优势度，通过对交通优势的分析，结合城市的引力强度，得出以下结论：

1)目前湘江流域的城市引力强度基本与各城市的交通优势呈正相关关系，长株潭3市的城市引力在旅游、物流角度来看均为湘江流域最强，而长株潭3市的交通综合优势度在整个湘江流域也具备一定优势，尤其是长沙和株洲，现状的交通发展可以较好地匹配城市经济的发展水平，并可辐射带动周边区域经济发展。

2)湘江流域的核心发展区为长株潭都市圈，而衡阳市作为地理上的中心点，无论是空间引力强度还是交通综合优势度，都未体现作为湖南省重要交通枢纽的作用，在湘江流域综合交通运输体系构建中，应强调衡阳市作为国家级中部地区重点城市的空间基础，增强衡阳市衔接长株潭地区与周边区域的能力，打造中南地区区域性的物流中心、交通中心。

3)岳阳市是湘江流域以及湖南省对接长江经济带的门户，也是湖南省唯一的国际贸易口岸城市。但岳阳市对于湘江流域的空间引力有限，综合交通优势度较长沙、株洲偏弱，在湘江流域综合交通运输体系构建中，应结合湘江新区北拓发展战略等湖南省重大战略，进一步加强岳阳市与长沙市的交通运输联系，加强岳阳市的交通优势，更好地将湘江流域的综合交通运输体系与长江经济带联系起来，通过长江、京港澳大通道等交通要线，对接成渝都市圈、长三角城市群、京津冀和环渤海经济带等。

4)永州市相较于湘江流域的其他城市，与长株潭都市圈空间距离较远，而且由于地方经济发展水平有限，空间引力和交通优势度均较差。在湘江流域的综合交通运输体系构建中，不仅要加强永州市与长株潭都市圈的交通联系，打破永州市交通基础设施发展水平相对滞后的困局，也应加强对外联系，将其作为湖南省对接北部湾经济区和粤港澳大湾区的重要门户。增强永州市的对外交通发展水平也是有效提升湘江流域综合交通运输发展水平，打造湘江“黄金水道”的必然要求。

(5)从整个湘江流域来看，目前湘江流域各区域的发展水平，从旅游、物流角度可看出发展并不均衡，网络结构过分依赖于长株潭都市圈，整个湘江流域的交通运输系统及交通网络的安全可靠性需进一步加强。湘江流域的交通基础设施发展水平总体上较好，但交通优势地区主要集中在长株潭都市圈，没有依托湘江形成“点-轴”的综合交通运输体系，应加强湘江流域的交通走廊构建，形成湖南主动融入长江经济带、“一带一路”的交通廊道，有效发挥湖南省作为全国“一带一部”交通枢纽的优势。