基于GIS的河南省公路客流空間運輸聯系研究

陳太政，李斌，2

(1.河南大學環境與規劃學院，河南開封475004;2.中澳地理信息分析與應用研究所，河南開封475004)

0 引言

20世紀90年代初，張文嘗等在國內外首次提出了空間運輸聯系的生成、增長、分布和交流的4個基本規律，這對區域經濟分析和交通規劃具有重要的參考價值[1]。對空間運輸聯系交流規律的區域研究，重要意義在于，能夠認識不同區域的開放性及其彼此間的聯系方向、強弱和特征，為生產力的空間布局與分工協作提供科學依據[2]。

河南省是內陸大省，公路運輸在河南經濟的發展中起著重要作用。從客運生成量[3]來看，近20年來河南省公路客運與其他旅客運輸方式相比一直處于主導地位且增長較快。從客運周轉量[3]來看，公路客運與鐵路客運則大體相當。這正好說明公路客運的運距較小，在研究客流空間運輸聯系時，公路客運更加適合省域尺度。

從省域尺度研究上，苗長虹，王海江[4]利用河南省公路、鐵路和航空客運方面的具體統計資料進行實證研究，驗證了城市之間的經濟聯系強度與公路、鐵路客運之間確實有著極強的線性相關性;段利娟[5]對河南省公路旅客的空間運輸聯系進行了探討，但沒有涉及交流規律。其他研究多集中在貨運及其與經濟的關系[6-8]，對研究公路客運也有一定的借鑒意義。

河南省內跨縣公路旅客交流關系復雜，O-D矩陣數據手工運算煩瑣。目前，GIS在交通運輸中的應用多集中在智能交通系統、交通規劃管理、可達性分析[9-12]等領域，而在區域旅客運輸聯系方面應用較少。從技術手段上看，以往的客流研究對GIS技術重視不夠，而客流的研究僅用數理分析難以反映其區域布局、聯系方向、變化趨勢等空間規律。GIS分析技術正好彌補了這方面的不足，能從更深層次挖掘客運交流規律。

因此，選取河南省公路客運為研究對象，通過定量的方法，運用GIS軟件工具及開發包，對河南省縣級以上區域公路客運空間運輸聯系規律進行深入探討。

1 地域間旅客空間運輸聯系評價指標

1.1 輸出指標

輸出量指某區域i向其他區域j輸出的公路旅客數量，包括不同方向的輸出量，是評價區域間客流的重要指標，公式為:

式中:Oi是區域i的輸出總量;Oij是區域i到區域j的輸出量;n為輸出區域個數。

1.2 輸入指標

輸入量指某區域j自區域i輸入的公路旅客數量，是評價區域間旅客交流的重要指標，公式為:

式中:Di是區域i的輸入總量;Dij是區域i從區域j的輸入量;n為輸入區域個數。由上可知Oij=Dij。

1.3 交流量

指區域輸入量與輸出量之和，即雙向交流的旅客數量。包括總交流量和某個區域分交流量。

1.4 最大引力線

O-D矩陣中，對各個區域(i)選取其最大的輸出量

這樣獲得各個區域(i)對應的吸引力最大的區域(i')，即區域(i)的“最大引力區域”，然后將ii和i’進行兩兩連線，最后得到河南省各區域的“最大引力聯結線”分布圖。同樣的方法可以得到第二、第三等引力線聯結圖。聯結圖中，計算每個行政單元的聯結次數，能夠顯示該區域交通地位的中心性程度。

2 數據的處理與準備

地域間客運聯系的基礎資料獲得和調查有一定的難度。本研究通過編制河南省跨縣(市)、地市、省長途汽車客運班線調查統計表，由省內當地的同學根據2007年汽車站的具體情況填寫。不足的數據通過網絡、交通運輸部門查詢獲得。獲得的數據經過分析整理，換算成標準數據，輸入數據庫。

圖形數據是2005年由中國地圖出版社編制出版發行的中華人民共和國省級行政單元系列圖——河南省地圖矢量化而成。通過ArcMap軟件將圖形數據和屬性數據連接，以便分析計算。

2.1 節點數據

為了更加清晰地表達公路客流空間運輸聯系規律，本研究根據河南統計年鑒2008將河南省各個級別的126個行政單元分為兩大類:城市(38個)和縣級點(88個)。2007年各級各類城市中省轄市18個，縣級市20個。根據城市人口分類見表1。

表1 河南省城市等級規模(2007)Tab.1 Hierarchical size structure in Henan Province(2007)

2.2 運算工具

各類屬性數據的統計運算可以通過Excel，Spss等統計工具完成，而各個節點的聯系規律和強度用可視化表達則更直觀明了。本研究根據交流數據的特點，在Arc-GIS平臺上通過VBA編程，調用調查整理得到的客運OD數據，通過最大的輸出量等指標，自動生成河南省空間運輸聯系網絡圖，通過分析，確定河南省公路客運聯系模式。程序代碼省略。

3 空間運輸聯系規律

地域間旅客交流是反映地域社會經濟空間結構的一個重要方面，交流規律是空間聯系的本質規律，它反映不同地域間的緊密結合程度。對我省地域間旅客交流進行定量與定性分析，有助于客運工作的深化和交通網布局的改善。

3.1 交流量分析

就河南省126個行政單元來說，數據量較大，且許多縣級點發往其他區域的線路較少，因此在分析交流特征時，僅采用了河南省38個城市數據。這樣不僅運算高效，而且清晰明了。城市間的O-D流量矩陣數據較多，文中無法一一列舉。表2是城市前20位日交流量比較，表明如下特征。

表2 河南省城市間日交流量(前20位)Tab.2 Intercity daily passenger exchange volume in Henan Province(the first twenty places)

(1)河南省各個城市間的公路客運輸出量和輸入量差別不大。這說明了公路客運的一個特點，客運車輛屬于某個客運公司，定時發往某地，定時返回。(2)前兩位城市的交流量地位突出。鄭州市的交流量是3 867.4班次，占到總數的17%;洛陽市的交流量是2 054.8班次，占到總數的9.1%。兩城市的合計超過了1/4。(3)客運交流多集中在大中城市，小城市的交流量比重小。排位前17的城市都為地市級城市，它們的累計交流量超過了總數的3/4，占到75.4%。(4)長葛市、禹州市、登封市等小城市的交流量突出。它們的區位優越，臨近大城市是主要原因;另外它們都有特色產業，加大了對外聯系程度。(5)信陽市的城市交流班次較少。主要原因是信陽位于河南最南端，周圍沒有小城市與其產生密切交流。

為說明不同城市類型間的客運交流情況，根據表1的城市分類，統計不同城市規模間交流量見表3。

表3 河南省城市交流量分類Tab.3 The classifications of intercity daily passenger exchange volume in Henan Province

特大城市間即鄭州—洛陽間交流量為320班次，比重為2.83%。特大城市與小城市間交流量最大，為19.46%，近總量的1/5。說明特大城市對小城市的吸引力遠大于大、中城市對小城市的吸引力，極化效應明顯。位居第二的是特大城市與大城市的交流量，比重為16.86%。特大城市與其他城市間的交流量總和比重達49.52%，近總量的一半。這足以說明鄭州市、洛陽市是河南省公路客運的主、副中心。

河南省有小城市21座，總公路旅客交流量為總量的47.71%。小城市與小城市、中等城市、大城市、特大城市的交流量依次增大，比重分別是4.24%，7.87%，16.14%和19.46%。說明規模較小的城市，相互間的引力較小，客流量就較小;隨著城市規模的增大，其對較低層次城市的引力也隨之增大(圖1)。

圖1 小城市與其他城市間的交流量Fig.1 Intercity daily passenger exchange volume between small cities and other cities

3.2 首、次位聯系城市分析

表4 城市首、次位城市聯系比較(≥3次)Tab.4 Connections of primate cities and second place cities(≥3 times)

客運中的地位非常突出。鄭州市的首位連接城市是開封市，次位連接城市是洛陽市。鄭汴快速通道的開通大大加大了開封、鄭州兩市的公路客運聯系，兩市的公路客運日交流達410班次。鄭州、洛陽作為河南兩座特大城市，之間的交流量也非常大，洛陽作為鄭州的次位連接城市，日交流量高達320班次。鄭州則是洛陽的首位連接城市。

首、次位連接次數位于3～5次的城市分別是南陽、焦作、漯河、周口、新鄉等市。它們的交流量較大，是區域聯系的分中心。開封、平頂山兩城市的交流量也較大，但是它們作為首、次位城市連接的次數僅為一次。主要原因是它們位于特大城市鄭州、洛陽的勢力范圍之內，另外兩城市作為中轉的機會遠大于作為首、次位連接城市的機會。信陽作為地市級的中等城市，卻沒有一個首、次位城市與其連接，它的交流量也較小。原因是信陽市周圍大城市少，與河南省以北城市的客運聯系通過鐵路的機會較大。禹州、新密、輝縣等小城市作為首、次位連接城市達到2次，它們的日交流量相對較大，聯系范圍相對較小。說明它們區位優越，與周邊城市聯系緊密，但輻射能力有限。

為更能全面反映城市之間公路客流的關系和流量，生成了前6位城市連接關系圖，即每個城市與其流量最大的前6位城市進行連接(圖4)。同理也生成了河南省包括縣城在內的126個縣級以上行政單元的首、次位連接圖(圖5)。

圖4流量前6位城市連接圖Fig.4 Linkages of cities of the first six exchange volume

圖4表明，大中城市的連接次數明顯高于小城市。京廣線以西的城市連接網密度明顯高于東部，這與東部城市個數較少及河南省的幾何形狀關系密切。

鄭州市、洛陽市的連接次數最多，地位非常突出。許昌、開封、新鄉三市的區位優勢明顯，公路客運水平較高。許昌市幾乎位于河南省的幾何中心位置上，是其他

圖5 縣級行政單元首、次位連接圖Fig.5 The first 2 linkages of cities among county-level administrative units

城市間旅客交流的必經之道;開封市位于鄭州的門戶，旅游資源豐富，連接東、中部和南北客運中轉方面地位優越;新鄉市連接河南的中、北部，鄭新公交的開通將大大加強鄭州在北部的輻射能力及兩城市間的聯系(表5)。另外，南陽市位于河南南部，區位優勢不明顯，但仍有較高的連接度。說明南陽市的客運引力較大，要充分發揮其西南客運中心的地位。平頂山、漯河的區位居中，也有較高的連接度。長葛市、禹州市等縣級市的連接次數也達到了11次，其在城市間客運交流中起到了重要作用。信陽市的連接次數較少，僅為8次，是地級市中唯一小于10次的城市。

表5 流量前6位城市間連接次數Tab.5 The number of linkages of cities of the first six exchange volume

圖5中兩個特征非常明顯。第一，各個地級城市一般都作為管轄縣、市的首位連接城市。行政等級的劃分使其內部的緊密聯系成為必然，給行政管理帶來方便，產生了一定的積極作用。同時這種格局也制約了市場體制下公司客運體制的發展速度，高效、集約的發展模式受到一定限制。第二，在次位城市連接中，鄭州市作為省會極化效應明顯，輻射范圍波及全省。洛陽作為河南省的次中心，地位遠不及鄭州。

3.3 公路客流的距離衰減規律

空間相互作用強弱受距離的影響比較明顯。河南省公路客流同樣具有顯著的距離衰減規律。對調查整理的126個行政單元公路客流數據進行分析，利用Arc-GIS軟件的距離運算功能，客流班次在不同距離段上的分布結果見表6。

表6 河南省公路客流距離衰減規律Tab.6 The distance-decay effect of the flow of highway passenger in Henan Province

表6顯示，河南省公路客流班次90%集中在170 km以內的區域內，其中客流分布最為集中的是距離在20～70 km的行政單元間，其值超過了總流量的一半。這說明在河南省域單元內部，組織好70 km以內的中、短途公路客運對區域的交流最具社會意義，尤其是以地級市為中心的區域樞紐應該重點加強建設。

根據表中數據，繪制公路客流隨空間距離增加而變化的曲線圖，更進一步說明了河南省公路客流的距離衰減特征(圖6)。

圖6 河南省公路客流距離衰減規律Fig.6 The distance-decay effect of the flow of highway passenger in Henan Province

在客流量累計百分比和距離的關系中，70 km以內的數據線性擬合最好，表達式為:y=10.382x-2.814 2，R2=0.995 7;在70～170 km的距離間，數據線性擬合表達式是:y=2.982 3x-57.466，R2=0.980 7。從方程的斜率看，隨距離增加數值由10.382降到2.982 3，說明70 km處是一轉折點，之后公路客流量隨距離增加衰減速度明顯加快，大于170 km的客運量不足10%。

在客流量分配百分比和距離的關系中，我們看出指數擬合的精度較高，其表達式為:y=19.57e-0.1616x，R2=0.915 9。其中0.161 6為距離對客流的摩擦系數。如果對流量和距離進行冪函數擬合，得到表達式為:y=125.77x-1.909 6，R2=0.744 3。其中1.909 6為客流隨距離增加而衰減的彈性系數。兩數值較大，表明客流隨距離衰減較快，城市間短途流所占比重較大。

4 結論

本研究通過河南省長途汽車客運班線O-D數據和統計數據，以ArcGIS+VBA編程為軟件工具，得到了河南省空間運輸聯系網絡圖，確定了河南省公路客運聯系模式。模擬運算表明:(1)河南省各城市間的公路客運輸出量和輸入量差別不大。鄭州市、洛陽市的交流量最大，是河南省公路客運的主、副中心。規模較小的城市，相互間的引力較小，客流量較小，隨著城市規模的增大，其對較低層次城市的引力也隨之增大，特大城市對小城市的客運引力最大。(2)河南省公路客運輸出量首、次位連接次數表明，鄭州市作為省會極化效應明顯，輻射范圍波及全省。(3)從河南省公路客流分布和距離關系擬合圖中看出，河南省公路客流的距離衰減規律明顯，短途流所占比例較大。做好河南省70 km以內的客流規劃意義重大，70～170 km客流量衰減速度明顯加快。

在省域尺度上，所用方法為研究其他省、市客流、物流問題提供了參考。GIS工具對地理空間問題的分析優勢明顯，在問題的模擬運算、成果分析等方面都起到了有力的支撐作用。

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