基于增長驅動因素識別的高速公路發展階段研究

高速公路屬于高等級公路，是公路運輸的重要組成部分，在綜合交通運輸系統中有著舉足輕重的作用。高速公路的發展情況反映了一個國家和地區的交通發達程度，乃至經濟發展的整體水平；想要充分發揮高速公路高速、安全、舒適、經濟的優點[1]，突出其在整個公路網乃至整個社會經濟發展中的干線作用，就必須明確高速公路所處的發展階段，將高速公路的建設和發展與當地實際情況相結合，使其與人口增長、經濟水平的提升以及社會進步相協調。

本文考慮經濟、人口等多個社會經濟指標對高速公路發展的影響，根據23個高速公路發達國家的實際情況建立數學模型，根據增長驅動因素不同將高速公路的發展劃分為經濟驅動型發展階段和人口驅動型發展階段，選取不同的國家利用偏相關分析對模型進行驗證并以中國上海為例進行具體分析。

1 數據準備

高速公路的發展受眾多因素影響，主要包括政策條件、地理區域條件、區域面積、人口、經濟水平和當地的交通需求等。由于交通本身就是社會經濟活動的派生需求，所以交通需求本質上也是經濟水平和人口發展到一定時間的產物；因此，經濟水平和人口是影響高速公路發展的根本性因素[2]。

經濟水平的發展一定程度上促進高速公路的投資，加速高速公路的建設。人口規模的增加則會直接導致交通需求的上升，促使高速公路發展。為進一步探究經濟水平和人口對高速公路發展規模不同階段的影響，以世界23個發達國家高速公路1963—2007年的發展歷程為依據并以高速公路網密度、人均GDP和人口密度分別表征各個國家的高速公路發展水平、經濟水平和人口規模。23個國家包括：大洋洲的新西蘭；亞洲的韓國、日本；美洲的加拿大、美國、墨西哥；歐洲的奧地利、瑞士、西班牙、德國、法國、比利時、荷蘭、盧森堡、意大利、希臘、波蘭、英國、丹麥、芬蘭、瑞典、挪威、葡萄牙。

高速公路網密度：用各國高速公路的總里程除以國土面積；基礎數據取自國際公路組織（IRF）公布的《世界公路統計》和歐洲公路組織（ERF）公布的《歐洲公路統計》，國土面積采用世界銀行公布的各國歷史時期的國土面積。人口密度：用各國的人口數除以國土面積；人口數據取自聯合國2008年修訂的世界人口展望。人均GDP：選取按照國際歷史年份統一匯率折算的各國人均國內生產總值；基礎數據取自世界銀行（world bank）公布的國際統計數據。

2 經濟-人口生產函數模型

經濟水平和人口規模在不同階段對高速公路發展的影響不同，為能夠定量的探究經濟水平、人口規模和高速公路發展水平三者之間關系，選取人口密度和人均GDP作為自變量，高速公路網密度作為因變量建立數學模型。

2.1 模型建立

生產經濟活動中，常用Cobb-Douglas生產函數表示在一定技術條件下，各個生產要素投入與產出量之間的依存關系，進而對影響產出量的生產要素進行因素分析和投入決策，如利潤最大、成本最低的決策，技術進步的測算等[3]。西方經濟學所定義，生產函數是描述生產過程中投入的生產要素某種組合同它可能生產的最大產量之間依存關系的數學表達式。

在高速公路發展的不同階段，高速路網密度一定程度上可以看作是經濟水平和人口規模等要素投入之后的產物。類比Cobb-Douglas生產函數，引入人口密度和經濟發展水平的彈性系數，建立經濟-人口生產函數模型

式中：Y——國家區域高速公路網密度，km/km2；

ρ——人口密度，人/km2；

P——人均GDP，美元/人；

α——人口密度彈性系數；

β——人均GDP彈性系數。

2.2 模型標定

式（1）中：Y、ρ、P通過歷史數據獲得；α、β是待估參數，分別表征了人口規模和經濟水平對高速公路建設規模的影響程度，彈性系數越大，影響程度越高。為得到α、β值，對式（1）兩邊同時取自然對數，得到式（2）

根據統計的23個發達國家每一年份的相關數據匯總，利用SPSS進行統計回歸，分別計算得出每一年度α、β值，見圖1。

圖1 人口密度和GDP彈性系數變化趨勢

2.3 模型分析

人口密度彈性系數和人均GDP彈性系數相交于1994年。1994年之前，人均GDP影響的彈性系數始終高于人口密度的彈性系數；1994年以后，人均GDP影響的彈性系數小于人口密度的彈性系數。說明在不同階段人口規模和經濟水平對高速公路發展的影響程度不同，據此將高速公路的發展劃分為經濟驅動型發展階段和人口驅動型發展階段兩個階段。

經濟驅動型發展階段對應高速公路發展初期，該階段經濟水平欠佳，經濟是制約高速公路發展的主要因素。當經濟水平提升時，機動車擁有量不斷增加，相應交通需求提升，極大程度驅動了高速公路建設的發展，主要體現在高速公路里程數的快速增加。

人口驅動型發展階段對應高速公路發展后期，該階段經濟水平足以滿足高速公路發展的要求，不再對其產生制約作用，機動車保有量的增加也不再取決于經濟水平的高低，此時經濟水平的提升對高速公路發展的影響不再明顯。相反，人口規模的持續擴大會導致交通需求總量不斷增加，促使高速公路建設的進一步發展，增加高速公路里程數的同時更加注重高速公路路網質量的提升。

1994年作為高速公路兩個發展階段的轉折點，對應各個發達國家的人均GDP的均值為22 000美元，也就是說，人均GDP為22 000美元是高速公路發展由經濟驅動型階段轉向人口驅動型階段的轉變點。

3 經濟驅動-人口驅動發展趨勢驗證

為進一步確定高速公路發展劃分為經濟驅動型和人口驅動型兩個階段結論的正確性，以日本、加拿大、瑞典三個發達國家為例，采用縱向分析法，分析各個國家的高速公路規模發展歷史。為了剔除人口規模和經濟水平兩個自變量之間的強相關性對分析結果產生的影響，整個分析過程將采用偏相關分析的方法，分析結果見表1。

表1 各國高速公路發展歷程

日本、加拿大、瑞典三個國家的高速公路規模發展均經歷了由經濟驅動型階段到人口驅動型階段的轉變過程，雖然過渡年份不同，但是轉折點人均GDP相對穩定，均在22 000美元上下。綜上，高速公路規模發展劃分為經濟驅動型發展階段和人口驅動型發展階段具有較強的正確性且兩個發展階段的轉折點人均GDP穩定在22 000美元左右。

4 案例分析

目前，上海高速公路里程隨著經濟水平的發展快速增長，高速公路里程與經濟水平的相關系數為0.789；與人口規模的相關系數為0.305，上海市高速公路的發展仍然處于一個經濟驅動型的快速發展階段。見圖2和圖3。

圖2 1998—2017年上海高速公路里程與人均GDP變化趨勢

圖3 1998—2017年上海高速公路里程與人口變化趨勢

對人均GDP和時間進行二次函數回歸，對上海未來4 a的人均GDP進行預測，修正R2為0.99，擬合效果良好。

式中：t——年份。

根據式（3）對上海市未來4 a人均GDP進行預測，見表2。

表2 上海市人均GDP預測

2020年，上海市人均GDP將達到146 695.48萬元（約21 700美元），達到了高速公路發展兩個階段的轉折點（22 000美元左右），說明在2020年前后上海市高速公路規模發展將逐步由經濟驅動型進入人口驅動型的發展階段。

5 結論與展望

根據高速公路規模增長的驅動因素不同，將其發展階段劃分為經濟驅動型發展階段和人口驅動型發展階段，兩個階段的轉折點通常出現在人均GDP達到22 000美元前后。處于經濟驅動型發展階段時，經濟水平彈性系數遠高于人口規模彈性系數，高速公路需求特征旺盛，通車里程迅速增長；處于人口驅動型發展階段時人口規模系數大于經濟發展影響，交通需求質和量的要求均提高，通車里程增長緩慢，以提高路網質量為主。

未來隨著人口的不斷增長，交通需求隨之增加，高速公路規模的發展最終會由于建設用地的限制而轉向路網質量的發展。因此，高速公路合理規模的確定以及路網質量的提升將是進一步研究的兩大方向。