河南省公路网络的可达性空间格局及其演化特征

李亚婷,秦耀辰,闫卫阳,潘少奇

(河南大学 a.黄河文明与可持续发展研究中心;b.环境与规划学院,河南 开封 475001)

交通网络的发达程度决定了各地理单元空间相互作用的广度和深度,交通网络的发展是改变经济活动区位优势的重要因素之一[1],古典和现代区位理论都是建立在交通分析基础之上的[2]。交通网络的评价方法很多,其中,可达性被认为是一项综合的有效的评价指标[3]。在国内,这方面的研究也越来越多,曹小曙等分析了中国国家干线公路网络联结的城市可达性空间格局[4];吴威等研究了长江三角洲地区公路网络中主要节点城市的可达性空间格局及其演化规律[5];夏海斌,戴霄晔等分析了中国县级尺度的交通便利性[6];张兵,金凤君等研究了湖南公路网络演变过程中带来的可达性变化[7];徐旳,陆玉麟等分析了高等级公路网建设对区域可达性的影响[8];金凤君,王娇娥分析了 100多年来中国铁路交通网络的发展以及由此引起的通达性空间格局的变化[9];罗鹏飞等探讨了高速铁路对区域可达性的影响[10];曹小曙,阎小培分析了改革开放以来经济发达地区交通网络的演化,以及由此引起的通达性空间格局的变化[11]。河南省地处中原,承东启西,连南贯北,是全国最重要的陆路交通枢纽之一,交通区位优势十分明显。截至 2006年底,全省公路通车总里程达到 23.5万km(含村道),在全国排在第一位,公路密度 141.53 km/100km2,在全国排在第二位。其中,全省高速公路通车总里程 2006年底达到 3439km,跃居全国第一。作者就1986—2006年河南省公路网络的演变进行了可达性分析,探讨河南省公路网络的发展变化特征。

1 数据资料与研究方法

1.1 模型选取

可达性的研究一直备受众多学者的关注,并在不同的研究侧面予以不同的涵义[12-16]。随着可达性研究的不断深入,其评价方法也日益丰富[17-18],其中,利用最短路径模型求可达性是衡量彼此连接程度的重要指标。模型如下：构造节点间的实际运输时间,建立时间矩阵T,即

式中：tij表示从节点 i到节点 j的最短时间。由此,可算出某一节点的可达性：越小 ,可达性越高 。

为了更好地说明整个河南省的公路交通网络中各县相对可达性水平的高低,引入可达性系数这个概念。可达性系数指节点的总运输时间(Ti)与网络中节点总运输时间的平均值的比,即

式中：Adi为节点 i的可达性系数。可达性系数越小,可达性状况越好。可达性系数大于 1,说明该城市的可达性状况低于各县级城市的可达性平均水平;反之,则高于各县级城市的可达性平均水平。

1.2 数据来源与技术路线

该研究以河南省县级城市作为公路网络的节点,构建河南省公路网络体系。依据河南省公路网络结构,选取 3个年份作为研究断面：1986年,河南公路网络以一般干线和普通公路为主;1986—1996年间,网络格局基本没有发生大的变化,主要以提高公路等级为主,1996年河南公路网络主要以国道和省道为主;1996年以后,高速公路大规模兴建,公路网络格局发生了很大变化,2006年形成了高速公路、国道、省道的发展格局。以1987年地图出版社的“中国分省公路交通地图册”、1997年地图出版社出版的“河南省地图集”和 2007年中国地图出版社的“新编河南省公路里程地图册”3个时间断面交通图为资料来源,在 ArcGIS的二次开发环境下,利用VBA实现任意两点间的最短路径(最短时间),建立距离矩阵。因为测度的是时间距离,需要设定不同时间断面不同公路类型的行车速度。根据中华人民共和国行业标准《公路工程技术标准》(JTGB01-2003)规定的公路速度,设定各时间断面各类公路平均行车速度如下：1986年油面干线、普通干线、普通公路平均行车速度分别为：40,30,20 km/h;1996年国道、省道平均行车速度分别为：60,40km/h;2006年高速公路、国道、省道行车速度分别为：100,70,50km/h。计算过程中忽略在城市节点处的时间消耗。

2 结果分析

2.1 可达性空间格局分析

2.1.1 可达性值形成以许昌县、新郑、长葛、临颍、荥阳、中牟等河南省中部及中北部县级城市为核心,向外围逐渐增高,大致呈不规则环状分布格局(图 1)。其中,1986年可达性等值线分布不是很规则,登封、通许、扶沟、西华与周围区域相比可达性值较高,交通可达性较差;1996年等值线呈现相对较规则的环状分布格局;2006年,可达性等值线相对平滑平整。另外,河南省北部、东部交通可达性分别较南部、西部好,这主要受河南省地形的影响。

图 1 1986—2006年河南省公路网络可达性格局演变Fig.1 The evolution of spatial structure of highway accessibility in Henan Province,1986—2006

2.1.2 研究期内可达性最好的 15个县和最差的 15个县变化不是很大(表 1)。可达性比较好的县级城市主要有许昌县、新郑、长葛、临颍、襄城、中牟、荥阳等,位于河南省的中部及中北部。可达性较差的县级城市包括台前、新县、商城、固始、淅川、卢氏、光山、林州、西峡等,均分布在河南省的边缘地带,3个时间断面中,新县、台前始终是可达性最差的 2个县;另外,在可达性最差的15个县中信阳所占的比例最大。许昌县、新郑、长葛、临颍、襄城、中牟、荥阳位于中原城市群带内,新郑、中牟、荥阳是省会郑州的卫星城市,受郑州的经济辐射作用,经济条件相对较好,荥阳又是我国的铝都,重工业发达;长葛、临颍、襄城位于交通主干道沿线,交通基础条件好,经济条件也相对较好。台前、新县、商城、固始、淅川、卢氏、光山、林州、西峡都位于河南省的边缘地带,离该省的经济中心、政治中心郑州比较远,受郑州经济辐射的影响相对来说比较弱;另外,河南省的西部及南部地形比较复杂,这对交通也产生很大的影响。

表 1 河南省可达性水平前 15位和后 15位的城市Tab.1 The first and the last 15 cities in urban accessibility in Henan Province

2.1.3 1986,1996,2006年可达性高于平均水平的县级城市分别占总数的 55.96%,58.18%,58.72%。其中,焦作、郑州、开封、平顶山、漯河、许昌 6个市的县级城市可达性系数均小于 1,交通条件最好,而濮阳、信阳则相反,交通条件最差。由此可见,位于地形条件好,又位于省会郑州及交通干线附近的县级城市可达性最好,向外围越来越差。1986—1996年和 1996—2006年可达性系数均增加的县包括：林州、范县、台前、巩义、新郑、新安、栾川 、郏县 、襄城 、淮阳 、永城 、遂平 、新县 、潢川 、息县 、淮滨、固始、渑池、陕县、桐柏,这些县的公路交通可达性排名有所后退。与之相反,可达性系数一直减小的县包括 ：原阳 、长 垣 、尉氏 、通许 、宝丰 、叶县 、舞阳 、西华 、宁陵、夏邑、正阳、泌阳、南召,这些县的交通条件比以前有所提高。

2.2 可达性动态演化

2.2.1 随着河南省公路网络建设的逐步完善,河南省整体可达性及各县的可达性均有大幅度的提高(图 2)。河南整体可达性值由 1986年的 96419.42 h下降为 1996年的 58744.39h,减少 37675.03h(39.07%),2006年下降为 37425.59h,减少 21318.81 h(36.29%);各县可达性均值由 1986年的 8.12 h减至 1996年的 4.90h,减少3.22h(39.66%),最高减少 4.82 h(新县),减少率最高达 51.01%(原阳);2006年可达性均值减至 3.18 h,比1996年减少 1.72h(35.1%),最高减少 2.87 h(汝阳),减少率最高达 48.91%(汝阳)。不同阶段可达性的提高幅度又有所不同,1986—1996年各县可达性减少幅度平均值为 39.65%,高于 1996—2006年各县可达性减少幅度平均值 35.76%。

图 2 1986—2006年河南省公路网络可达性值变化Fig.2 The changes of highway accessibility va lue in Henan Province,1986—2006

2.2.2 计算河南省各县级城市在 8h内、4h内可以到达省内其他任一城市的数量,得出：1986年各县级城市 8 h内可以到达省内其他任一城市数量的平均数为 53个,4 h以内为 13个。1996年2个平均数分别增加到 98个和40个。2006年除了新县和台前县之间需要 8.11 h以外,其他任意 2个县级城市在 8h以内均可到达,4h内的平均数增加到 78个;其中,临颍、鄢陵、舞阳、长葛、襄城、叶县、西平、许昌县 4h内可以到达省内其他任一城市的数量都在 100个以上,这些县级城市在空间上位于河南省的中部,且分布在中原城市群内及周围地区,经济条件较好,交通基础设施比较完善。同样,交通可达性越好,也越有利于促进经济的发展。这与上面的分析是一致的。

2.2.3 从图1及表 2中可以看出：中原城市群的可达性是最好的,发展速度也是最快的,而且,在 1986—1996,1986—2006年的时间段内可达性值分别减少了41.44%,62.10%,也是相应阶段 4个经济区中减少最多的。黄淮地区则相反,是 4个经济区中发展最为缓慢的,20年来可达性值的减少率在 60%以下。

2.3 可达性的均衡性和稳定性

分析各县间可达性的最大值和最小值,其极差值显著减小：1986,1996,2006年 3个时间断面的极差值分别为：687.19,429.78,293.52,1986—2006年递减幅度达57.3%。另外,统计学中常用样本的标准方差来衡量对象分布的均衡程度。河南省 1986,1996,2006年的各县可达性值标准方差分别为：158.88,106.58,71.89。样本标准方差的减少说明,随着河南省公路网络建设的进一步完善,省内各县的可达性有了整体提高,可达性分布趋于平衡。再分别对中原城市群、豫北、豫西豫西南、黄淮地区各县的可达性值的标准方差分析看出,中原城市群各县可达性均衡化发展的态势较豫北、豫西豫西南、黄淮地区好得多,这说明河南省不同区域公路网的建设还存在比较显著的差距。今后应加大对河南省周边城市公路建设的投资力度,使河南省的公路交通网络更趋均衡稳定。

3 结论

河南省公路网络联结的各县可达性值呈不规则环状分布。可达性好的县级城市主要分布在以许昌县、新郑、长葛、临颍、襄城、中牟、荥阳等为中心的中部及中北部,由中部及中北部向外围可达性值越来越大。

表 2 1986—2006年河南省四大经济区公路网络可达性值变率Tab.2 The changing rate of highw ay accessibility va lue in four major economy regions o f Henan Province,1986—2006

影响交通可达性空间格局变化的因素很多,但最主要的是经济和基础设施的修建与完善。随着河南省公路网络建设的逐步完善,特别是高速公路的建成,河南省整体可达性及各县的可达性均有大幅度的提高,可达性分布趋于平衡。但在不同阶段各县可达性的提高幅度不同,1986—1996年间各县可达性提升幅度较之1996—2006年间稍大,每一阶段各县可达性值的变率都呈现多极格局。

以一个工作日计算,到 2006年除新县和台前县之间需要 8.11h以外,其他任意 2个县级城市在 8 h以内均可到达,而位于中原城市群内的一些县级城市 4 h以内到省内其他任一城市的数量达到了 100个以上。

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