鄉(xiāng)鎮(zhèn)綜合通達性時空格局及其與SERE系統(tǒng)的耦合機理

劉承良+薛帥君+段德忠

摘 要：通達性發(fā)育及其演化的根本動力是城鄉(xiāng)社會經濟—資源環(huán)境系統(tǒng)（SERE）要素非線性關聯(lián)作用的結果。針對傳統(tǒng)最短路徑通達性模型的缺陷及研究視角的狹隘，本文基于2000年～2014年荊州市道路網空間數據庫，重構最短通行時間通達性模型，定量刻畫荊州市鄉(xiāng)鎮(zhèn)綜合通達性的時空演化格局，并從區(qū)域交通與社會經濟資源環(huán)境要素耦合的視角，引入耦合協(xié)調度模型，揭示鄉(xiāng)鎮(zhèn)綜合通達性演化的非線性機理，研究表明：①荊州市鄉(xiāng)鎮(zhèn)綜合通達性發(fā)育良好，基本呈正態(tài)分布，表現出一定的隨機性；②中心區(qū)位偏好、荊江“天塹”作用、快速干道建設，共同引致荊州市鄉(xiāng)鎮(zhèn)綜合通達性圍繞市域中心呈不規(guī)則的圈層分布；③鄉(xiāng)鎮(zhèn)綜合通達性與其SERE系統(tǒng)耦合協(xié)調度全局呈弱空間正相關，但局域空間相關作用復雜，四種基本類型呈“抱團”分布；④鄉(xiāng)鎮(zhèn)綜合通達性與其SERE系統(tǒng)耦合協(xié)調度雖持續(xù)優(yōu)化，但存在明顯的交通滯后性發(fā)展，同時空間分異明顯，整體呈高耦合度——低協(xié)調度的異配性特征。

關鍵詞：鄉(xiāng)鎮(zhèn)綜合通達性；時空演化機理；最短時間模型；耦合協(xié)調度模型；荊州市

中圖分類號：K92 文獻標識碼：A

0 引言

便捷、高效的綜合交通運輸體系是支撐經濟發(fā)展、促進社會進步的基礎條件。在諸多交通網絡評價方法中，通達性被認為是一項應用廣泛、行之有效的綜合性指標[1]。當前，國內外有關通達性的研究已趨成熟或飽和，研究對象包括城市道路[2，3]、公交網絡[4]、高速公路[5，6]、鐵路[7-9]、航空[10-12]以及區(qū)域綜合交通路網[13-15]；研究尺度從縣域[16，17]、城域[2，3]到省域[18-20]，以至都市圈[12，13]、國家[8-12]層面，但鄉(xiāng)鎮(zhèn)級行政單元研究較少[21-22]；研究方法全面而多樣，包括時空距離法[13，14，23]、空間句法[13，24-26]等。研究內容持續(xù)拓寬，注重交通設施發(fā)展的經濟、人口效應[9，17，24]。

然而，綜觀當前國內外交通路網空間通達性研究，仍存在三大缺憾：其一，就區(qū)域論區(qū)域（實為區(qū)內通達性研究），人為劃定研究區(qū)（以行政邊界為單元），忽視區(qū)外交通路網尤其是國家級或省級高等級干道引致的時空收斂效應，跳出研究區(qū)從大區(qū)域視角審視區(qū)際和區(qū)內綜合通達性的研究非常少見；其二，研究方法上普遍采用的基于最短路徑通達性模型[13，14，18，22，27，28]值得商榷，最短路徑并不意味著最短通行時間，尤其面對等級鮮明的城鄉(xiāng)綜合交通路網，不宜模糊代之；其三，通達性發(fā)育的根本動力是城鄉(xiāng)社會—經濟—資源環(huán)境系統(tǒng)（Society， Economy， Resource and Environment Composite Systems，簡稱SERE）要素非線性關聯(lián)作用的結果，當前交通與區(qū)域發(fā)展關系的研究多集中于具體快速干道的區(qū)域聯(lián)通效應和通達性—經濟發(fā)展的線性相關性兩方面，道路網通達性演化的社會經濟和資源環(huán)境耦合復雜性規(guī)律透析相對薄弱。

荊州市位于湖北中南部、長江中游、江漢平原腹地，全市國土面積1.41萬平方公里，下轄荊州區(qū)、沙市區(qū)、江陵縣、松滋市、公安縣、石首市、監(jiān)利縣、洪湖市8個縣市區(qū)，共85個鎮(zhèn)、10個鄉(xiāng)、9個街道辦事處和9個農場管理區(qū)。當前荊州市已初步形成了公路、鐵路、水運等綜合交通網絡（截至2014年，荊州市城鄉(xiāng)綜合交通總規(guī)模達到21563公里，綜合交通網密度為153公里/百平方公里），區(qū)域性綜合交通樞紐地位逐步顯現，在國家綜合交通網中具有通道性“立交橋”功能。但交通路網發(fā)展的結構性問題明顯：荊江“天塹”分割效應、對外運輸通道缺乏、交通布局和運輸結構不合理。解決問題的關鍵是厘清荊州市道路網發(fā)育的空間特征及其系統(tǒng)要素耦合復雜性規(guī)律。

因此，重構最短通行時間通達性模型，從區(qū)內與區(qū)際綜合視域，以荊州市為研究區(qū)，全面刻畫荊州市鄉(xiāng)鎮(zhèn)綜合通達性（Transportation Comprehensive Accessibility， 簡稱TCA）的時空結構；構建鄉(xiāng)鎮(zhèn)TCA—SERE復合系統(tǒng)評價指標體系，引入空間自相關、耦合協(xié)調度模型，定量揭示荊州市鄉(xiāng)鎮(zhèn)綜合通達性的時空演化機理。一方面，彌補當前通達性研究的相關缺陷，另一方面，為全國市域交通路網規(guī)劃和城鄉(xiāng)體系空間組織提供理論借鑒。

1 研究方法

1.1 構建最短時間通達性模型

傳統(tǒng)時間距離通達性模型是基于最短路徑的平均旅行時間評價模型，然而最短路徑并不意味著最短時間（現實道路網中存在著道路等級的差異，不同等級類型的道路額定通行速度不一，如圖1）。

式（5）中，a，b，c為道路等級，Va，Vb，Vc分別對應三種不同道路等級的額定通行速度，l（i，j）為鄉(xiāng)鎮(zhèn)i與鄉(xiāng)鎮(zhèn)j的公路距離，T（i，j）為鄉(xiāng)鎮(zhèn)i與鄉(xiāng)鎮(zhèn)j的最短通行時間。

1.2 構建TCA—SERE復合系統(tǒng)評價體系

SERE系統(tǒng)作為道路網發(fā)展“源動力”，區(qū)域綜合通達性總是在社會—經濟—資源—環(huán)境各要素相互關聯(lián)與影響的過程中不斷發(fā)展演化。構建鄉(xiāng)鎮(zhèn)TCA—SERE復合系統(tǒng)，通過理論分析、專家征詢、頻度統(tǒng)計（中國知網文獻索引），結合數據可獲得性，結合SPSS統(tǒng)計軟件開展獨立性和主成分分析，歸并刪減部分指標，建立最終評價指標體系；同時構建判斷矩陣，通過歸一化處理，獲得鄉(xiāng)鎮(zhèn)TCA子系統(tǒng)各個指標的權重，構建經濟聯(lián)系強度模型，獲得鄉(xiāng)鎮(zhèn)SERE子系統(tǒng)各個指標的權重（表1）。

1.3 引入耦合關聯(lián)模型

（1）鄉(xiāng)鎮(zhèn)TCA—SERE復合系統(tǒng)發(fā)展函數

構建鄉(xiāng)鎮(zhèn)TCA發(fā)展函數[29]：

構建鄉(xiāng)鎮(zhèn)SERE系統(tǒng)發(fā)展函數：

式中，dj表示三級指標的權重，Di表示三級指標第i個因子，cj表示二級指標的權重，bj表示一級指標的權重，S即為荊州市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)SERE系統(tǒng)綜合發(fā)展值，U為荊州市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)TCA發(fā)展值。

（2）耦合度—協(xié)調度模型