環渤海地區城市交通可達性及其經濟聯系強度變化

馬 強，郭建科

（遼寧師范大學 海洋經濟與可持續發展研究中心，遼寧 大連116029）

交通網絡是空間運輸聯系的基礎，而交通網絡的可達性是其最有效的評價指標之一。Walter G Hansen［1］于1959 年首次提出了可達性概念，將其定義為交通網絡中各節點之間相互作用機會的大小。目前對于交通可達性的研究已日趨成熟，國外學者主要聚焦于基于改進重力模型的空間相互作用、空間流視角的城市體系、交通網絡可達性評價與格局等方面［2-4］，研究方法則主要運用的是引力模型［5，6］。Javier Gutié rrez、Gabriel Gómez、Paloma Urbano等［7-10］利用不同的指標體系探討了引起區域可達性格局變化的因素；Gabriel Dupuy、Vaclav Stransky［11］研究了城市公路的可達性，并對其進行了等級劃分。國內學者則將區域經濟聯系的研究重點放在了公路、鐵路和航空3 種交通方式的可達性研究［12-14］、改進場模型城市的影響范圍［15］和城市之間的經濟聯系分析［16］等方面，在研究中運用的方法主要包括引力模型法、最短距離法、最短旅行時間［17-19］等。郭建科、王丹丹、王利等［20］探討了遼寧省各城市綜合可達性時空演化特征；王玉梅、丁俊新、孫海燕等［21］探討了渤海海峽通道建設后對遼東省、山東省的城市物流聯系的影響。

在引力模型的研究中，多數學者采用兩地間的交通距離對其距離變量進行處理［22-24］，少數直接采用兩點間的空間直線距離進行研究［25］。實際研究中發現，單純地采用兩節點城市之間的直線交通距離進行研究具有很大的局限性。因此，本文采用兩地區之間的相對交通距離和路陸交通的最短通行時間來修正引力模型。環渤海地區作為我國北方較為發達的地區，包括遼寧、北京、天津、河北、山東5 個省市，目前已形成環渤海經濟圈。本文在借鑒相關研究的基礎上，選擇環渤海區域為研究對象。將該區域（包括北京市、天津市、河北省、遼寧省和山東省）作為一個整體進行研究。以路網交通為基礎，結合2007 年和2017 年兩個時間斷面，利用引力模型和加權平均旅行時間，對環渤海地區內不同城市可達性的時空分布、對外經濟聯系總量的空間格局演變和城市間的經濟聯系強度進行研究。此外，因該區域中間環抱渤海灣，為一不規則區域。本文以2017年路網和經濟數據為基礎，對跨渤海通道建成后環渤海區域的可達性變化和城市間經濟聯系強度變化進行了預測。本文研究對環渤海區域的一體化發展、城市體系建設、核心城市和邊緣外圍城市發展，以及之后不規則的城市群或區域的全面發展具有一定的借鑒意義。

1 研究方法與數據來源

1.1 研究方法

最短通行時間計算方法：本文首先運用ArcGIS 10.2 軟件對道路數據進行矢量化處理。將1：600 萬交通地圖作為基礎地圖，同時數字化各等級道路數據。其次，將配準、矢量化后的環渤海地區圖賦上時速，在ArcCatalog 中建立數據庫、網絡數據集。利用GIS 中的Network Analyst模塊中的O-D矩陣方法實現環渤海地區內兩兩城市之間的最優路徑查找。最后，利用ArcGIS 軟件中的自動尋址功能，自動選擇出兩城市之間時間距離最近的一條路徑，求解出各個城市之間的最短時間距離。其中，通行時間矩陣可表示為：

式中，lij表示i點到j點的最短通行時間；n為節點數。利用最短通行時間矩陣可求得每個節點的可達性值。

對內可達性計算方法：在一個區域范圍內，可達性反映了地區城市之間產生聯系的難易與便捷程度。通過分析區域內某一個城市與其他城市的加權平均旅行時間便可確定該城市的對內可達性。本文研究為使最終的結果更加合理，引入多重指標計算出加權平均旅行時間，最終計算對內交通可達性。計算公式為：

式中，Ai表示節點i 在交通網絡中的加權平均旅行時間，值越小，表明節點i 的可達性越好；Tij為節點i到節點j的最短時間；Mj為節點的質量，反映了節點j的吸引力，可以是節點j 的人口、GDP 或非農業人口數等。

本文中Mj采用的是人口和GDP 乘積的算術平方根，理由如下：一個地區或者城市的經濟發達、人口較多，那么該地區或者城市對外的人口流動自然也是較多的，同時為了進一步發展，與外界的交通需求也會日益增長。

引力模型：經濟聯系強度是衡量區域經濟聯系的重要指標，它既能反映經濟中心對周圍地區的輻射能力，也能反映周圍地區對這一輻射能力的接受程度。引力模型是測算區域經濟相互聯系強度的常用方法，本文采用城市間綜合交通最短旅行時間成本來修正引力模型，對城市經濟聯系強度和總量進行測度，其表達式為：

式中，Fi為i城市對外經濟聯系總量；Rij分別為城市i、城市j之間的經濟聯系強度；Pi、Pj分別為城市i、城市j 的人口規模；Gi、Gj分別為城市i、城市j的GDP；Dij分別為城市i、城市j 間基于陸路綜合交通網絡的最短時間。

1.2 數據來源和處理

本文以環渤海區域的5 個省市（遼寧省、河北省、山東省、北京市、天津市）的交通圖作為基礎，以2007年和2017 年交通網絡作為支撐，將5 個省市中市級以上城市作為研究節點，利用GIS 計算時間。具體統計數據來源于：①交通網絡資料來自于2007和2017 年中國地圖出版社出版的《中國地圖》。②各城市人口數量、客運量和國內生產總值（GDP）來自《河北省統計年鑒》《遼寧省統計年鑒》《山東省統計年鑒》《北京市統計年鑒》《天津市統計年鑒》和各省市的統計公報。③依據《中華人民共和國公路工程技術標準》（JTGB01-2003）的要求設置，并結合本區域實際情況設計的各級道路時速分別為：2017 年高速鐵路250km/h、鐵路120km/h、高速公路120km/h、國 道80km/h、一 般 公 路70km/h；2007 年 鐵 路100km/h、高速公路100km/h、國道60km/h、一般公路50km/h。

2 環渤海地區交通可達性與城市經濟聯系

2.1 城市可達性時空演變

本文以路網作為基準，利用GIS 量算了各個節點城市之間的最短時間，同時將人口和經濟雙重指標作為權重，利用公式（2）求得結果，其空間格局見圖1。

圖1 2007 年、2017 年環渤海區域道路網絡可達性演變

從圖1 可以發現，區內可達性總體呈現出以環渤海區域地理位置中心地帶為核心，即京津冀為中心的中部區域，向外圍尤其是向南部、北部逐漸擴散增加，呈現出“中心—外圍”格局。可達性優勢范圍與京津冀核心地帶具有相對的一致性。北京市、天津市與河北省中部的石家莊市、保定市、滄州市、衡水市等城市與山東省西北部的德州市、濟南市和聊城市等城市的可達性優越，中心地區可達性優于邊緣地區。可達性較差的地區主要為遼寧省北部和東北部地區、中朝交界至鐵嶺和本溪東部縣市、山東省東北部地區的煙臺市和威海市。可達性最高值出現在環渤海區域的東北部地區，主要集中于遼寧省南部的大連市、東部的丹東市、北部的鐵嶺市和本溪市。由于近年來道路的不斷發展，在2017 年可達性空間分布呈現出一定的區域交通主干道路指向性，即呈現出沿京哈線和哈大線向外擴散的特征，尤其是京津冀核心區道路發展迅速，核心區的可達性明顯提高不少。

隨著交通網絡的不斷完善，我國東北地區各城市可達性整體水平得到了顯著的改善。2007 年和2017年，44 個城市的加權平均旅行總時間值分別為270.66h、192.44h，減少了78.22h。截至2017 年，所有城市可達性時間從位于4—10h區間跨越到3—6h區間內，區域城市的可達性得到提升。這與環渤海經濟圈積極構建大交通網密切相關，該地區公路、鐵路、航空的不斷優化和發展，3 種交通方式相互協調配合，運行時速也有不同幅度提升，極大地改善了環渤海地區的交通體系。

另外，空間格局演變也存在著較大變化，且提升幅度各異。具體從數據來看，可達性比較好的城市為天津市、唐山市和滄州市，這些城市的可達性減少到3.01h、3.02h和3.06h，秦皇島市、德州市和廊坊市次之，為3.14h、3.18h 和3.21h。這些城市的可達性時間控制在3—4h 之內，可達性水平優于區域平均水平。同時，這些城市還分布于京津冀的核心城市及周邊城市，這就得益于京津冀一體化戰略，北京市和廊坊市的交通聯系是最緊密的。京津冀地區一體化協同發展的同時，也存在著3 個小經濟圈：環北京經濟圈、環天津經濟圈和環石家莊經濟圈。3 個經濟圈之間相互聯系、相互影響，彼此交叉重疊，使得京津冀地區的區域可達性極其優越。可達性較差的地區為大連市和丹東市，分別為5.7h和6.5h。從可達性的提升幅度來看，提升幅度最大的區域是環渤海地區的東北部，主要分布于遼寧省，尤其是大連市、丹東市和本溪市，分別提升了4h、3.5h 和3.4h。可達性提升幅度次之的是環渤海地區的東南部，尤其是威海市、煙臺市和青島市，分別為2.3h、2h 和1.7h。可達性提升幅度最小的區域分布于環渤海地區的中西部，集中于衡水市、石家莊市和聊城市，分別為0.5h、0.6h和0.7h。

2.2 城市經濟聯系強度

本文根據公式（3）計算了環渤海地區44 個地級市之間的經濟聯系強度Rij，并將其制成44 × 44 的矩陣，得到表2 中的數據（限于篇幅，僅列舉前五名）。利用ArcGIS中XY to line 點轉線，得到環渤海區域44 個城市之間的經濟聯系強度圖（圖2）。

從圖2 可見，2007 年和2017 年之間環渤海區域各城市經濟聯系強度呈現出以下特征：①以中心省會城市和沿海發達城市為主，周邊城市為輔向外圍輻射。可以看出，城市之間經濟聯系量的高值出現在各省區的省會中心與臨近大城市和個別沿海發達城市，低值則出現在以各省區邊緣城市，尤其出現在環渤海區域的東北部。②城市之間經濟聯系強度呈現出南北地域差異。高值出現在中部核心城市區，中等程度聯系值出現在南部地區，低值則主要分布與北部、東北部地區。主要體現在環渤海區域的北京市、廊坊市、天津市、威海市、煙臺市、濟南市、泰安市、邢臺市、邯鄲市、沈陽市、撫順市為高值區，中高強度區域也集中于南部的山東省、河北省的中部和南部地區，北部的遼寧省屬于低值區。環渤海區域地理環境差異較大，尤其是交通的通達性和城市之間的連接性較差。③各城市之間的經濟聯系強度呈現出一定的空間格局。省會城市、發達城市和沿海城市的交通信息相對較好，其經濟聯系程度要更加緊密，而在邊緣城市，經濟基礎較弱，交通也較為不便，故而經濟聯系強度不高。

圖2 2007 年、2017 年環渤海地區城市經濟聯系強度變化

表1 2007 年、2017年環渤海地區城市之間經濟聯系強度（前五名）

從圖2、表1 可見，2007 年至2017 年環渤海區域城市之間的經濟聯系強度出現明顯的變化特征：①10年來城市之間的經濟聯系量呈穩定增長的態勢，2007—2017 年的最低值從405 增長到839，最高值從500 萬增長到8190 萬。可以看出，10 年內環渤海域經濟明顯呈上升的態勢。②高強度的經濟聯系核心區城市愈發集中，且經濟聯系強度呈爆炸式增長。2007年北京市與廊坊市、北京市與天津市、撫順市與沈陽市的經濟聯系強度分別為504 萬、459 萬、336萬；2017 年北京市與廊坊市、北京市與天津市、泰安市與濟南市的經濟聯系強度值分別為8190 萬、7416萬和5991 萬（取前三名）。同時，北京市與廊坊市、北京市與天津市為環渤海地區所有城市之間霸主地位離不開這些城市位于該地區的中心地帶，其他中心發達城市正在奮起直追，有互相超越競爭之勢。③各個城市之間經濟聯系強度變化不一。2007 年山東省的青島市與濰坊市、遼寧省的大連市與盤錦市，這些城市之間的經濟聯系處于低值區和中值區，在2017 年其經濟聯系強度明顯提升至中值區和高值區。但是，河北省的邢臺市與邯鄲市、山東省的威海市與煙臺市、遼寧省的撫順與沈陽市，這些城市之間的經濟聯系強度由2007 年的高值區降低為2017年的中值區。

2.3 城市經濟聯系總量

城市對外經濟聯系強度隨著經濟發展水平的提升、人口的增長和城市間交通可達性的改善而日益增強（表2）。①2007—2017 年，各城市對外經濟聯系總量呈現較大幅度的增長，分別為19401.88 萬、191693.32 萬。單個城市對外聯系總量從2007 年的39.1 萬—1817.17 萬提 升 到2017 年的156.39 萬—26494.99 萬，各城市之間經濟聯系不斷增強。②城市對外經濟聯系總量呈現空間極化態勢。2017 年，城市對外經濟聯系總量最高的前三位依次為天津市、北京市、廊坊市，提升幅度最高的為天津市、北京市和廊坊市，分別為24，943.56 萬、21，122.61 萬和14，513.27 萬。天津市作為北京市的重要進出口門戶城市，加之早年由于歷史原因修建了鐵路、各等級道路的不斷完善，使天津市交通十分便利，加速了天津市與周圍城市經濟聯系的發展，所以天津市對外經濟聯系量處在首位。北京市作為經濟政治中心，擁有悠久的歷史文化沉淀，同時發展時間長、政策優惠，產業類型主要為第三產業，經濟效益高。而天津市以第二產業為主，京津產業互補，聯系更為緊密。雖然北京市交通便捷，但仍然是內陸城市，出口仍依賴于天津港，所以對外經濟聯系量次于天津市。廊坊市地處北京市與天津市的中間，是京津冀城市群的地理中心。由于承接了北京市的產業轉移，以及當地住房等壓力較小，廊坊市大量在京就業人員選擇安家廊坊。同時，北京市繼續發揮其經濟發展職能，使兩地經濟聯系更加緊密。課題組注意到，在2007年和2017 年兩年間，北京市對廊坊市的經濟影響強于天津市對其的經濟影響，表明北京市的經濟影響力強于領區，但由于廊坊市相比于北京市和天津市，城市整體綜合實力相對較弱，故而經濟對外聯系量排在京津之后。阜新市、丹東市和朝陽市經濟總量較低，位于后三位，分別為156.39 萬、166.95 萬和248.35 萬，提升幅度不足。這3 個城市均位于遼寧省，且處于省域邊緣，雖然經濟也在不斷發展，但是囿于與其他城市的距離較遠，時間的拉長，運輸成本增加，導致這些城市對外經濟聯系較弱。③城市對外經濟聯系總量存在地帶分異性特征。2007 年京津廊冀的對外經濟聯系量為8714.52 萬，占總量的44.91%。隨著《中原城市群發展規劃》的發布，實現邯鄲邢臺主城區之間的開放式對接，實現公交同城、通信同城和公共服務的互聯互通后，地域分異特征愈加凸顯，2017 年京津冀的對外經濟聯系量為97，694.12 萬，占總量的50.96%，明顯高于其他區域，地域分異特征較為顯著。

表2 2007 年、2017年環渤海地區城市經濟聯系總量（前二十名）

3 跨渤海通道建成后的變化

環渤海區域一體化發展將促進區域內各城市之間的聯系與交往。通過上文的分析可以發現，遼寧省大連市和山東省煙臺市、青島市之間的可達性較差，經濟聯系強度低，這可能是因為渤海海峽南北兩側分別是山東半島與遼東半島。東北地區是我國資源極豐富地區，不僅滿足了東北的生產生活，同時大量生產原料要運輸到區域外部。如此巨大的交通運輸量，由于交通擁堵、運輸路線長，導致經濟生產效率偏低。盡管不斷優化改善遼西走廊的交通，但是仍然滿足不了運輸需求。渤海海峽兩端最短距離約為57 海里（105.56km），對于南北兩岸城市交往產生阻斷效應，鐵路公路從遼寧省大連市到山東省煙臺市、青島市要繞行約1500km，嚴重制約了兩個區域的交往。跨渤海通道的建成，將實現從東北地區到山東省由C 字型運輸變為I 字型運輸，大大縮短運輸距離。

3.1 環渤海區域可達性變化

本文以2017 年路網為基準，增加渤海跨海通道，利用公式（2）求得環渤海地區各個節點城市的可達性值（表3），其空間格局見圖3，變化量見圖4。

圖3 2017 年對內、2017 年跨海環渤海區域道路網絡可達性演變

圖4 跨海通道建立后城市可達性變化值

從圖3 與圖4 可以發現：區內可達性仍以環渤海區域地理位置中心地帶為核心，即京津冀為中心的中部區域，向外圍尤其是向南部北部逐漸擴散增加，呈現出更加明顯的“中心—外圍”格局。跨海通道的建設對于該區域的核心地帶可達性值變化極小，邊緣地帶的可達性值提升較大。如遼寧省的大連市和山東省的煙臺市、威海市，邊緣地區城市的可達性值提升幅度較大，道路連通后極大的縮短了遼寧省與山東省的距離，從而縮短了時間，呈現出交通道路指向性。

跨海通道建設，遼寧省和山東省省內城市可達性水平改善顯著突出，核心城市群可達性時間變化極小，遼寧省和山東省變化較大。2017 年，遼寧省和山東省加權平均旅行時間總和為143.96h，建成跨海通道后為128.23h，縮短了15.73h，跨海通道建成以前遼寧省各城市可達性值在4.2—6.5h 區間內，建成后在3.8—5.2h 區間內，區域彼此間聯系更加緊密。這都是因為跨渤海通道的建設，極大地縮短了兩省直接的距離。

核心城市和邊緣城市空間格局演變差距較大。從城市里可達性變化量的具體數據來看，核心區城市可達性幾乎沒有變化，邊緣城市的可達性值變化巨大，煙臺市、威海市、大連市、丹東市和青島市分別由5.24h、5.5h、5.72h、6.51h 和4.71h 縮短到3.66h、3.93h、4.22h、5.16h 和3.64h，減 少 幅 度 為1.57h、1.57h、1.49h、1.35h和1.07h。煙臺市、威海市、大連市、丹東市和青島市提升幅度最高，可達性值改善非常明顯。尤其是大連市、威海市和煙臺市，不僅提升幅度較大，還由可達性極差的地區上升為可達性較優區。

綜上，在跨海通道建成后，環渤海地區核心城市群可達性值幾乎不變，邊緣地區可達性值變化較為明顯，尤其是遼寧省南部城市和山東省東北部城市。這得益于跨海通道的建設，極大地縮短了兩省之間的陸路距離，使得兩地之間的交通更加便利，貿易交往、信息交流、人才的流動也更加密切，可達性的縮短促進了兩省之間的經濟往來。

表3 2017 年、2017 年跨海的環渤海地區城市可達性變化（前十名）

3.2 環渤海區域城市間經濟聯系變化

本文在沿用2017 年基礎數據的前提下，建成跨渤海通道后與沒有建成跨海通道做對比，得到表4、表5 和圖5。

表4 2017 年、2017年跨海的環渤海地區城市之間經濟聯系強度

表5 2017 年、2017 年跨海的城市對外經濟聯系總量變化值（前十名）

（續表5 ）

圖5 2017 年、2017 年跨海通道環渤海地區城市經濟聯系強度變化

從表4、表5 和圖5 可以看出：整個環渤海地區兩兩城市之間經濟聯系強度并沒有發生特別明顯的變化，仍然是高強度的經濟聯系核心區愈發集中，在建成跨海通道后，北京市與廊坊市、北京市與天津市、撫順市與沈陽市的經濟聯系強度仍然是最強的。

跨海通道的建設促進了環渤海沿岸南北地區的經濟交流，并且個別城市之間經濟聯系強度變化明顯增強。這主要是由于跨海通道的建設，縮短了山東省與遼寧省之間的陸地距離，從而使兩省各城市之間的經濟聯系強度增強。遼寧省各個城市與山東省威海市、煙臺市經濟聯系強度明顯增強。尤其是大連市與煙臺市由6.89 萬增強到135.5 萬，大連市與威海市由2.81萬增強到44.44 萬，可以看出大連市與煙臺市、威海市的經濟聯系強度從極低值區變為中值區，兩地區經濟聯系強度增加十分明顯。不僅大連市與煙臺市和威海市的經濟聯系強度增強，兩省區內各個城市的經濟聯系也得到了很大的增強。

城市經濟聯系總量變化不一，個別城市變化明顯。跨海通道的建設，極大地促進了各城市之間的對外經濟聯系總量。如表5 列舉前十名的城市可以看出，在建設成跨海通道后，各城市之間的對外經濟聯系總量均有增強，其中大連市、煙臺市和青島市對外經濟聯系總量變化位居前三名，在跨海通道建立后，對外經濟聯系量明顯增強，增強的幅度分別為401.3 萬、223.9 萬和149.7 萬。可見，由于陸地距離的縮短，導致跨渤海的城市對外經濟聯系總量變化突出。

4 結論與討論

4.1 結論

關于環渤海地區的城市可達性及各個城市之間經濟聯系的量化分析，眾多研究大多從環渤海近岸周邊城市的可達性及經濟聯系，或者將環渤海以遼寧省、北京市、天津市、河北省和山東省分省市單個分析，而把環渤海區域的省市當做一個整體來分析其陸路可達性和經濟聯系強度極為少見。本文將環渤海區域作為整體來量化研究，分析環渤海地區一體化發展、核心城市和外圍城市發展戰略的制定、城市體系的重構和區域一體化協調發展，得出以下主要結論：

①在2007—2017 年，環渤海區域內各個節點城市可達性呈現出以京津冀核心城市和魯西德州市、濟南市為中心，逐漸向外圍擴散的趨勢，且各城市均出現不同程度的提升。核心區的北京市、天津市、廊坊市，保定市、滄州市、衡水市和石家莊市，德州市、濟南市和泰安市，其可達性低于該區域的平均水平；丹東市和大連市由于地處最北部邊緣，陸路可達性不是很理想。

②環渤海地區外圍可達性提升程度要優于核心區的提升程度。遼寧省可達性提升程度尤明顯，尤其是大連市和丹東市可達性提升程度大于環渤海其他地區的提升程度。這要得益于遼寧省的道路的升級和發展，如高速鐵路的通車，鐵路、高速公路等道路的提速。

③環渤海地區各個城市之間的經濟聯系強度呈逐年遞增的趨勢。該區域超高值經濟聯系強度的城市區更為集中，且聯系強度呈爆炸式增長，這些城市分布于各省會城市、沿海個別城市和內部交通便利的城市。從環渤海區域的整體態勢來看，經濟聯系強度提升的城市群大面積集中于環渤海區域的中部核心區和山東省，位于東北部的遼寧省經濟聯系強度不足。

④環渤海區域的對外經濟聯系總量呈現出三極化發展態勢。第一極為超高值區，主要為京津廊坊市、濟南市和泰安市等城市，一超多強，該區域內城市中心性明顯，經濟實力強大；第二極為中、高值區，包括河北省南部大城市和山東省大部分城市，該區域雖然沒有超大城市中心，但是城市之間距離較近，人們會將其視為居住地，其居住功能也有一定的影響；第三極為低值區，主要分布于環渤海的東北部區域（除去遼寧省省會及省會周邊城市）。這一狀況充分說明道路交通通達性對于地區城市之間聯系的重要性和城市地理位置的重要性。地處核心區，中心地帶與周邊城市聯系緊密，但是若處于某個大區域的邊緣，其陸路可達性會極弱，同時與其他城市之間的聯系也會降低。

⑤在修建跨海通道后，個別城市的可達性值和經濟聯系強度發生變化。大連市、威海市和煙臺市在修建了跨海通道后，城市的可達性得以提升，大連市、煙臺市和青島市這些城市由原來的陸路端點變為陸路中間的一個節點，增強了遼東半島和山東半島在區域中的重要性，也增強了大連市、青島市和煙臺市的通達性與區位優勢。

4.2 討論

本文將視角著眼于我國環渤海地區，數據是基于2017 年路網和相關經濟數據，沒有用到預測未來20年后的路網和相關經濟數據來進行分析，因此存在著一定的局限性。課題組將在后續的研究中加入水運、航空等交通方式，將對可達性的研究建立在立體化一體化的基礎上。