“一帶一路”節(jié)點(diǎn)城市群軌道交通空間布局分析
——以蘭州—西寧城市群為例

高玉祥，韓 峰，段曉峰

(1.蘭州交通大學(xué)土木工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070; 2.蘭州交通大學(xué)測繪與地理信息學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

鐵路作為城市間最為重要的交通運(yùn)輸方式，其便捷程度提升對于改善城市的經(jīng)濟(jì)、文化聯(lián)系有重要的作用。隨著社會的進(jìn)一步發(fā)展，區(qū)域經(jīng)濟(jì)與交通運(yùn)輸?shù)年P(guān)系越來越緊密，已成為影響人員流動和物資溝通的重要方式。楊麗華從交通的建設(shè)度、運(yùn)輸度、通行度及關(guān)聯(lián)度等方面構(gòu)建交通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)水平的評價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用交通度模型定量分析了京津冀各城市之間的交通網(wǎng)絡(luò)[1]。馬娟將層次分析法和功能層次分析法結(jié)合，提出了寧夏沿黃城市帶的城際軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃方案[2]。鄭毛祥根據(jù)江蘇省鐵路運(yùn)輸需求結(jié)合區(qū)域鐵路網(wǎng)布局理論，提出了江蘇省中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃方案[3]。王超深提出了基于節(jié)點(diǎn)重要度的城市群可達(dá)性計(jì)算方法，研究了不同階段城市群內(nèi)部之間的聯(lián)系程度[4]。蔣曉威以加權(quán)平均旅行時(shí)間為指標(biāo)，探討了3個(gè)時(shí)間斷面的安徽省公路網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)城鎮(zhèn)可達(dá)性布局[5]。孟德友將各省會城市抽象為鐵路網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)，對我國省際鐵路客運(yùn)的可達(dá)性進(jìn)行研究[6]。張野以路網(wǎng)密度、人口密度和人均GDP進(jìn)行相關(guān)性分析，擬合出相應(yīng)公式后對2020年路網(wǎng)密度進(jìn)行了適應(yīng)性分析[7]。目前學(xué)者們的研究多側(cè)重于宏觀尺度上城市群之間的空間聯(lián)系，且多集中在“珠三角”“長三角”等大規(guī)模城市群區(qū)域，對中西部欠發(fā)達(dá)地區(qū)的研究則較少[8-10]。

蘭州—西寧城市群區(qū)位優(yōu)勢明顯，是中國—中亞—西亞經(jīng)濟(jì)走廊的重要支撐，在“一帶一路”的建設(shè)中，蘭西城市群已經(jīng)成為向西開放的重要樞紐和載體。本文從軌道交通與區(qū)域經(jīng)濟(jì)的視角出發(fā)，對蘭州—西寧城市群的軌道交通建設(shè)及驅(qū)動因素進(jìn)行分析，針對性提出未來一段時(shí)期該區(qū)域鐵路建設(shè)的對策，使其更好地服務(wù)于蘭州—西寧城市群的建設(shè)和“一帶一路”戰(zhàn)略。

1 研究區(qū)概況

1.1 地理位置

蘭州—西寧城市群以甘肅省會蘭州市、青海省會西寧市為中心，規(guī)劃范圍包括蘭州市、西寧市、海東市全部，白銀市、定西市、臨夏州、海北州，海南州、黃南州部分區(qū)域。區(qū)域總面積9.75萬km2，2017年地區(qū)生產(chǎn)總值5200億元左右，常住人口約1190萬，地理位置如圖1所示。

圖1 蘭州—西寧城市群空間格局

國家發(fā)改委、住建部在2018年3月20日印發(fā)了《國務(wù)院關(guān)于蘭州—西寧城市群發(fā)展規(guī)劃的批復(fù)》，指出要著眼國家安全、立足西北內(nèi)陸、面向中亞西亞，把蘭州—西寧城市群培育發(fā)展成為支撐國土安全和生態(tài)安全格局、維護(hù)西北地區(qū)繁榮穩(wěn)定的重要城市群。

1.2 經(jīng)濟(jì)發(fā)展

蘭州市、西寧市分別作為甘肅省、青海省的省會，以其為中心的城市群相較其他地區(qū)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展較好，2017年蘭西城市群GDP占甘肅省、青海省總量的比重如圖2所示。

2010—2017年間，蘭州—西寧城市群的整體經(jīng)濟(jì)都保持較高的速度穩(wěn)定增長，中心城市GDP變化如圖3所示。

圖2 蘭州—西寧城市群GDP比重

圖3 中心城市GDP增長

1.3 軌道交通現(xiàn)狀

蘭州、西寧是西北地區(qū)重要的鐵路樞紐，是連接新疆、西藏、寧夏和中亞、西亞的重要節(jié)點(diǎn)。蘭州片區(qū)內(nèi)鐵路網(wǎng)縱橫交錯(cuò)，主要有蘭渝線、隴海線、蘭新線、寶蘭高鐵、蘭新高鐵，副中心城市與蘭州之間有鐵路連通。西寧片區(qū)的鐵路線有蘭青線、青藏線、蘭新高鐵，區(qū)域內(nèi)軌道交通發(fā)展較為緩慢，北部和西部沒有鐵路通達(dá)，路網(wǎng)構(gòu)成較為單一。

截止到2017年底，蘭州—西寧城市群范圍內(nèi)的鐵路運(yùn)營里程約為1700 km，僅占甘肅省、青海省運(yùn)營總里程的不足1/4。與其占兩省經(jīng)濟(jì)總量1/2相比較，軌道交通還有較大的發(fā)展空間，空間分布如圖4所示。

圖4 2017年蘭州—西寧城市群軌道交通

2 研究方法

2.1 路網(wǎng)密度

計(jì)算路網(wǎng)密度時(shí)線路長度用里程值表示，區(qū)域內(nèi)的線路長度除以該區(qū)域的面積即得到路網(wǎng)密度，計(jì)算公式如下

(1)

式中，D為研究地區(qū)內(nèi)鐵路網(wǎng)的密度(km/km2)；Li為區(qū)域內(nèi)第i段的線路長度；Ai為研究地區(qū)的面積；i=1,2,3,…,n。

2.2 反距離權(quán)重插值法

反距離權(quán)重插值法(IDW)是基于地理學(xué)第一定律提出的簡單插值方法[11]，其原理是通過線性加權(quán)方法利用采樣點(diǎn)的已知數(shù)據(jù)來預(yù)測周圍未測量柵格點(diǎn)的數(shù)據(jù)值，通過線性加權(quán)后得到的數(shù)值與采樣點(diǎn)到輸出柵格的距離呈反比關(guān)系，采樣點(diǎn)與柵格點(diǎn)越近，則受到的影響越大，計(jì)算公式為[12]

(2)

式中，Zo為o點(diǎn)的估計(jì)值；Zi為i點(diǎn)的Z值；di為i點(diǎn)與o點(diǎn)之間的歐氏距離；n為公式中用到的控制點(diǎn)的數(shù)目；r為指定的冪數(shù)，本文設(shè)r=2。

2.3 軌道交通可達(dá)性

可達(dá)性指標(biāo)選用最短通行時(shí)間的平均值，以區(qū)域內(nèi)縣級單元的行政中心到其他縣級單元行政中心花費(fèi)時(shí)間的平均值表示，計(jì)算公式如下[13-14]

(2)

式中，Ai為縣域i的平均通行時(shí)間；i、j為城市群內(nèi)的各縣級單元；Tij為縣域單元i通過交通網(wǎng)到達(dá)縣域單元j的最短通行時(shí)間；n為縣級單元數(shù)目。

根據(jù)鐵路、公路相關(guān)技術(shù)規(guī)定及已有研究成果[15-16]，對高鐵、普速鐵路、高速公路、省道、鄉(xiāng)道的行車速度分別定為200、120、100、60、30 km/h。

通過ArcGIS的網(wǎng)絡(luò)分析工具，由最新的路網(wǎng)數(shù)據(jù)建立蘭州—西寧城市群的路網(wǎng)矢量圖層，將以上不同道路與鐵路的時(shí)間進(jìn)行賦值，多個(gè)圖層疊加得到成本柵格圖層。利用城市節(jié)點(diǎn)和路網(wǎng)的空間關(guān)系，得到不同地區(qū)之間通行花費(fèi)的時(shí)間成本。

3 軌道交通空間格局分析

3.1 空間分布與趨勢分析

將蘭州—西寧城市群行政區(qū)數(shù)據(jù)與路網(wǎng)矢量數(shù)據(jù)疊置，根據(jù)式(1)，利用ArcGIS的空間分析功能計(jì)算出各縣級單元的路網(wǎng)密度。為更好地研究路網(wǎng)在空間上的特征及分布規(guī)律，利用Spatial Analyst模塊的IDW法把路網(wǎng)密度空間化，如圖5所示。

圖5 2017年路網(wǎng)密度

由圖5可看出研究區(qū)內(nèi)路網(wǎng)空間分布主要以蘭州為中心呈放射狀向周圍擴(kuò)散，蘭州作為國家重要鐵路樞紐的地位突出明顯。蘭州片區(qū)路網(wǎng)布局已初步形成，各副中心城市與蘭州之間都有軌道交通。西寧片區(qū)南部路網(wǎng)發(fā)展較好，主要是因?yàn)槟喜坑星嗖鼐€、蘭新線和蘭新高鐵，而北部有大片區(qū)域未通達(dá)鐵路，這些地區(qū)的路網(wǎng)密度為0。

空間趨勢主要反映地理要素在研究區(qū)范圍內(nèi)的空間分布和變化趨勢，忽略局部的不一致性。趨勢面分析能夠通過抽樣得到的研究區(qū)數(shù)據(jù)來擬合數(shù)學(xué)曲面反映研究對象在空間的分布規(guī)律。

在進(jìn)行趨勢分析時(shí)，如果散點(diǎn)數(shù)據(jù)能夠擬合出一條最佳擬合線且該線段不是水平直線，就說明數(shù)據(jù)在特定方向上存在趨勢。X軸、Y軸分別與地圖上的東西方向和南北方向?qū)?yīng)，Z表示實(shí)際的測量值，對各縣(區(qū))的路網(wǎng)密度作空間分布趨勢分析，結(jié)果如圖6所示。

圖6 路網(wǎng)密度空間分布規(guī)律

從南到北、從東到西路網(wǎng)密度都呈現(xiàn)中間高、兩頭低的規(guī)律，表明路網(wǎng)建設(shè)以蘭州、西寧為中心向外發(fā)展，多條鐵路線在中心城市交匯，中心城市的樞紐作用明顯。

3.2 軌道交通空間分布的影響因素

以各縣(區(qū))為單元，根據(jù)區(qū)域內(nèi)各市州2017年社會發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)的數(shù)據(jù)計(jì)算出2017年各地區(qū)的人口密度，將其與縣級單元的行政數(shù)據(jù)作鏈接，利用IDW法對人口密度空間插值，結(jié)果如圖7所示。

圖7 人口密度空間分布

為研究人口在研究區(qū)范圍內(nèi)的分布趨勢，同樣對各縣(區(qū))的人口分布作趨勢分析，結(jié)果如圖8所示。

圖8 人口空間分布規(guī)律

由圖7、8可發(fā)現(xiàn)，人口主要以蘭州、西寧為中心分布，從東到西曲線數(shù)值逐漸增大，說明蘭州片區(qū)的人口密度要明顯大于西寧片區(qū)，西寧片區(qū)北部人數(shù)較少。

將得到的2017年研究區(qū)內(nèi)各縣(區(qū))的GDP密度空間化，如圖9所示。

圖9 GDP密度空間分布

對研究區(qū)縣級單元的GDP分布作空間趨勢分析，如圖10所示。

從圖9可知蘭州市、西寧市的GDP較高，二者作為省會，經(jīng)濟(jì)發(fā)展優(yōu)勢明顯，蘭州片區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展整體好于西寧片區(qū)，西寧片區(qū)經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的地方主要分布在西寧周圍，發(fā)展不平衡現(xiàn)象比較明顯，總體上城市群北部的發(fā)展落后于南部。

圖10 GDP分布趨勢分析

綜合分析圖6、圖8和圖10可知，研究區(qū)人口從東到西逐漸增加，南北方向變化不大，對于GDP和路網(wǎng)密度，在東西方向、南北方向都呈現(xiàn)中間高、兩邊低的規(guī)律，表明經(jīng)濟(jì)發(fā)展較好的地方軌道交通發(fā)展較好，軌道交通對經(jīng)濟(jì)帶動作用明顯。反之，良好的經(jīng)濟(jì)發(fā)展也需要軌道交通作為工具來進(jìn)行人員物資的空間轉(zhuǎn)移。

3.3 可達(dá)性

為更好地研究區(qū)域內(nèi)各縣級單元的軌道交通可達(dá)性的空間分布規(guī)律，將可達(dá)性計(jì)算結(jié)果利用ArcGIS進(jìn)行空間插值模擬，可達(dá)性空間分布如圖11所示。

圖11 2017路網(wǎng)可達(dá)時(shí)間

中心城市蘭州、西寧被蘭青線、蘭新高鐵連通，且二者作為重要樞紐與其他城市的聯(lián)系較好，都具有良好的可達(dá)性。蘭州周圍的地方由于被放射狀的路網(wǎng)所輻射，也具有良好的可達(dá)性。西寧片區(qū)北部的貴南縣、同仁縣、尖扎縣和循化縣等沒有鐵路通達(dá)，且這些地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展緩慢、人口密度較低，可達(dá)性差于其他地區(qū)，社會文化交流和人員貨物溝通無法得到軌道交通運(yùn)輸?shù)闹С帧?/p>

3.4 軌道交通發(fā)展建議

蘭州—西寧城市群中心城市間有普速鐵路和客運(yùn)專線連接，高鐵運(yùn)行時(shí)間為1 h，普鐵運(yùn)行時(shí)間為2 h，人員貨物都可以得到很好的空間轉(zhuǎn)移。

蘭州片區(qū)內(nèi)中心城市與副中心城市白銀、定西間有鐵路線連接且寶蘭高鐵串聯(lián)了蘭州和定西，各節(jié)點(diǎn)城市與中心城市之間基本都有鐵路連接，軌道交通運(yùn)輸網(wǎng)已構(gòu)成。臨夏州與蘭州市之間沒有鐵路，軌道交通發(fā)展較為緩慢，且臨夏州為蘭州片區(qū)內(nèi)唯一的少數(shù)民族區(qū)域，經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對落后、社會文化交流不足。區(qū)域內(nèi)沒有發(fā)達(dá)的工業(yè)，經(jīng)濟(jì)增長主要靠旅游業(yè)支撐，軌道交通建設(shè)不足限制了豐富旅游資源帶動產(chǎn)業(yè)發(fā)展的作用。白銀作為蘭白國家自主創(chuàng)新示范區(qū)的重要城市，應(yīng)該加快建設(shè)在蘭州與白銀間的客運(yùn)專線，促進(jìn)科技人才溝通交流。

蘭州片區(qū)軌道交通網(wǎng)已經(jīng)形成，但主要是客貨共線的形式，接下來應(yīng)以中心城市與副中心城市之間有客運(yùn)專線，節(jié)點(diǎn)城市與中心城市、副中心城市間有普速鐵路的目標(biāo)進(jìn)行路網(wǎng)建設(shè)。

西寧片區(qū)內(nèi)西寧市與副中心城市海東市、海北州之間有線路連接，與黃南州和海南州之間還未通鐵路，特別是西寧片區(qū)北部由于人口、環(huán)境的原因，軌道交通一直沒有發(fā)展，限制了這些地區(qū)與其他地區(qū)的溝通交流，軌道交通還有很大的發(fā)展空間。

首先應(yīng)建設(shè)黃南州、海南州與西寧的連接鐵路，構(gòu)建成初步的軌道交通路網(wǎng)。然后逐步修建各節(jié)點(diǎn)城市與副中心城市、中心城市之間的線路。考慮軌道交通與經(jīng)濟(jì)的相互促進(jìn)性作用，且可通過適度超前的軌道交通建設(shè)來帶動經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展，軌道交通在未來仍然有一個(gè)很大的建設(shè)量，對蘭州—西寧城市群軌道交通建設(shè)的規(guī)劃如圖12所示。

圖12 軌道交通建設(shè)規(guī)劃

這些線路通車運(yùn)營以后，中心城市與副中心城市、副中心城市與節(jié)點(diǎn)城市之間都有鐵路線，城市群內(nèi)軌道交通已基本建設(shè)成為客貨分線、布局合理的運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，能夠?yàn)樾聲r(shí)期城市群的協(xié)同建設(shè)提供運(yùn)輸支持。

4 結(jié) 論

(1) 研究區(qū)內(nèi)蘭州市、西寧市經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢明顯，路網(wǎng)密度以蘭州、西寧為中心逐漸向外降低，總體表現(xiàn)為“中間高、兩頭低”的現(xiàn)象，蘭州片區(qū)的軌道交通發(fā)展優(yōu)于西寧片區(qū)，路網(wǎng)布局建設(shè)較為均衡。

(2) 通過路網(wǎng)、人口和GDP的空間分布趨勢分析，軌道交通發(fā)展與GDP有較大的相關(guān)性，GDP高的地方軌道交通發(fā)展往往較好，軌道交通對經(jīng)濟(jì)有一定的推動作用。

(3) 對城市區(qū)未來軌道交通建設(shè)進(jìn)行方案規(guī)劃，形成布局合理、功能完善的軌道交通網(wǎng)來加強(qiáng)城市之間的聯(lián)系溝通，支持蘭州—西寧城市群建設(shè)，服務(wù)于“一帶一路”國家戰(zhàn)略的推進(jìn)。