通用機(jī)場(chǎng)體系地理空間結(jié)構(gòu)形態(tài)

覃 睿, 王 穎

(中國(guó)民航大學(xué)通航學(xué)院， 天津 300300)

通用機(jī)場(chǎng)作為交通網(wǎng)絡(luò)中的主要基礎(chǔ)性和功能性節(jié)點(diǎn)，與其配套的交通軸線(xiàn)共同作用于城市的域面，形成一定的空間結(jié)構(gòu)并對(duì)城市產(chǎn)生作用，通用機(jī)場(chǎng)的點(diǎn)軸演化與城市的發(fā)展是一個(gè)相互作用、相互關(guān)聯(lián)的過(guò)程。美國(guó)的通用機(jī)場(chǎng)建設(shè)始于20世紀(jì)30年代，歷經(jīng)近一個(gè)世紀(jì)的演化變遷，形成了較完善的通用機(jī)場(chǎng)體系。而中國(guó)通用機(jī)場(chǎng)的建設(shè)尚在起步階段，目前有大量通用機(jī)場(chǎng)在規(guī)劃建設(shè)中，各省力求在較短時(shí)間實(shí)現(xiàn)通用航空的快速發(fā)展，形成功能分明、層次清晰的通用機(jī)場(chǎng)體系。

機(jī)場(chǎng)體系空間格局逐漸成為航空地理學(xué)的重要領(lǐng)域。中外學(xué)者大多從機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[1-2]、服務(wù)能力[3-6]、交通可達(dá)性[7-12]、人口覆蓋率[13-14]等方面對(duì)運(yùn)輸機(jī)場(chǎng)的空間格局展開(kāi)研究，考慮機(jī)場(chǎng)數(shù)量、航線(xiàn)數(shù)量、客貨吞吐量和機(jī)場(chǎng)間的距離作為機(jī)場(chǎng)空間分布的決定因素，對(duì)運(yùn)輸機(jī)場(chǎng)的整合優(yōu)化作出極大的參考價(jià)值。但是相關(guān)研究未考慮通用機(jī)場(chǎng)，更沒(méi)有將通用機(jī)場(chǎng)體系單獨(dú)研究。這就提出了一個(gè)問(wèn)題：在地區(qū)范圍環(huán)境中，衡量運(yùn)輸機(jī)場(chǎng)體系空間格局的因子是否也同樣適用于通用機(jī)場(chǎng)，成熟的通用機(jī)場(chǎng)體系存在什么形態(tài)的空間格局？

通用機(jī)場(chǎng)因其服務(wù)對(duì)象、服務(wù)功能與運(yùn)輸機(jī)場(chǎng)不盡相同，故通用機(jī)場(chǎng)體系格局的研究不能與運(yùn)輸機(jī)場(chǎng)的研究理論與方法如出一轍。威爾遜模型作為典型的空間相互作用模型，多應(yīng)用于金融輻射力研究[15-16]、物流園區(qū)輻射范圍劃分[17-18]，近年來(lái)也引入到機(jī)場(chǎng)腹地范圍測(cè)算[19-20]，對(duì)通用機(jī)場(chǎng)體系空間結(jié)構(gòu)的研究具有十分重要的借鑒意義。對(duì)于小型社區(qū)來(lái)說(shuō)，能夠評(píng)估通用機(jī)場(chǎng)的潛在相對(duì)優(yōu)勢(shì)是很重要的，這既包括機(jī)場(chǎng)本身的能力，也包括當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)的通用航空資源強(qiáng)度[7]。現(xiàn)以威爾遜模型為基礎(chǔ)，從通用航空資源強(qiáng)度和通用機(jī)場(chǎng)綜合能力兩方面分析測(cè)算機(jī)場(chǎng)吸引力，借助ArcGIS空間分析功能圖論描述，研究美國(guó)西南地區(qū)通用機(jī)場(chǎng)地理空間結(jié)構(gòu)特征，以期得出對(duì)中國(guó)通用機(jī)場(chǎng)規(guī)劃布局具有重要指導(dǎo)價(jià)值的結(jié)論。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)概況

美國(guó)聯(lián)邦航空管理局(Federal Aviation Administration，F(xiàn)AA)劃分的美國(guó)西南地區(qū)包括阿肯色州、路易斯安那州、新墨西哥州、俄克拉荷馬州和德克薩斯州。這些州總共支持了3 400多個(gè)公共和私人商業(yè)機(jī)場(chǎng)、通用機(jī)場(chǎng)、直升機(jī)場(chǎng)、滑翔機(jī)場(chǎng)、水上飛機(jī)、短距起降機(jī)場(chǎng)和其他航空設(shè)施。重點(diǎn)研究納入美國(guó)國(guó)家綜合機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)規(guī)劃[NationalPlanofIntegratedAirportSystemsReport(2019—2023)，NPIAS]的379個(gè)公用的被分類(lèi)的通用機(jī)場(chǎng)(包括疏解機(jī)場(chǎng))。雖然這五個(gè)州都毗鄰德克薩斯州，但在土地面積、人口密度、城市化、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和航空需求等方面存在巨大差異，都擁有獨(dú)特的地理、文化和經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)，表1所示為2017年美國(guó)各州一些社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)字的比較。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來(lái)源于美國(guó)經(jīng)濟(jì)分析局 (the U.S. Bureau of Economic Analysis，BEA)網(wǎng)站和美國(guó)區(qū)域經(jīng)濟(jì)分析項(xiàng)目 (United State Regional Economic Analysis Project，US-REAP)網(wǎng)站；森林農(nóng)田數(shù)據(jù)來(lái)源于美國(guó)農(nóng)業(yè)部國(guó)家農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)服務(wù) (United States Department of Agriculture National Agricultural Statistics Service，USDA)網(wǎng)站和美國(guó)森林清查與分析規(guī)劃(Forest Inventory and Analysis National Program)網(wǎng)站(https://www.fia.fs.fed.us/program-features/rpa/)；機(jī)場(chǎng)能力數(shù)據(jù)來(lái)源于FAA機(jī)場(chǎng)數(shù)據(jù)和信息門(mén)戶(hù)-存儲(chǔ)庫(kù)搜索(FAA Airport Data and Information Portal-Repository Search)(https://adip.faa.gov/agis/public/#/airportSearch)、AIRNAV(https://www.airnav.com/airports/)、Sky Vector Aeronautical Charts(https://skyvector.com/airports)和AOPA Airport Directory(https://www.aopa.org/destinations/)等查詢(xún)工具獲取；航空活動(dòng)數(shù)據(jù)來(lái)源于Glossaryforthe2018TerminalAreaForecast2017年數(shù)據(jù)。所有矢量數(shù)據(jù)均來(lái)源于美國(guó)各州地理信息系統(tǒng)(geographic information system，GIS)數(shù)據(jù)網(wǎng)站。

2 研究方法

2.1 區(qū)域通用航空資源強(qiáng)度測(cè)算

通用機(jī)場(chǎng)的服務(wù)類(lèi)別分為公務(wù)服務(wù)類(lèi)、經(jīng)濟(jì)建設(shè)類(lèi)和航空消費(fèi)類(lèi)[21]。其功能和規(guī)模受機(jī)場(chǎng)市場(chǎng)區(qū)域通用航空資源強(qiáng)度的推動(dòng)，該資源強(qiáng)度指標(biāo)由一組反映社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的指標(biāo)組成，這些指標(biāo)可能會(huì)產(chǎn)生特定的通用航空需求，其測(cè)算公式及參數(shù)詳細(xì)介紹如下：

表1 美國(guó)西南地區(qū)各州社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)Table 1 Socio-economic statistics of states in the southwestern United States

注：括號(hào)內(nèi)的數(shù)據(jù)為占西南地區(qū)的比例。

Qjk=f(P,C,U)=PCU

(1)

P為距通用機(jī)場(chǎng)32 km內(nèi)的人口密度。一方面，人口密度較低的地方使用公共地面交通基礎(chǔ)設(shè)施和商業(yè)航空服務(wù)的機(jī)會(huì)相對(duì)較少。在這些地方，通用機(jī)場(chǎng)是個(gè)人長(zhǎng)途旅行的重要方式。換句話(huà)說(shuō)，這些地方的人們可能更依賴(lài)于通用航空。另一方面，人口密度較高的地方往往會(huì)產(chǎn)生更多的商業(yè)機(jī)會(huì)，從而吸引更多的通用航空活動(dòng)用于商業(yè)目的[22]。

C為距通用機(jī)場(chǎng)32 km內(nèi)的人均收入。通常認(rèn)為，交通活動(dòng)與經(jīng)濟(jì)條件成正相關(guān)[22]，據(jù)FAA《2017年通用航空和135部活動(dòng)調(diào)查》，除通用航空私人活動(dòng)外，商務(wù)運(yùn)輸占比最大，人均收入高的地方產(chǎn)生更多的通用航空商務(wù)運(yùn)輸業(yè)務(wù)，人均收入對(duì)通用航空活動(dòng)產(chǎn)生積極的影響。

DMSP/OLS夜間燈光影像具備反映人類(lèi)社會(huì)活動(dòng)的獨(dú)特能力，廣泛用于人類(lèi)活動(dòng)分析及相關(guān)社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的估算[23-24]。現(xiàn)以各縣統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用夜間燈光數(shù)據(jù)并輔助統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，以機(jī)場(chǎng)32 km內(nèi)的燈光強(qiáng)度總和反映機(jī)場(chǎng)市場(chǎng)區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)[5,10]。

U為通用機(jī)場(chǎng)32 km內(nèi)的農(nóng)林覆蓋率。農(nóng)林覆蓋率是指農(nóng)林面積占地域總面積的比率，通用航空應(yīng)用于農(nóng)林業(yè)的方方面面，如飛機(jī)播種、空中施肥、防治害蟲(chóng)、航空護(hù)林等，根據(jù)美國(guó)航空協(xié)會(huì)2019年的一項(xiàng)調(diào)查，通用飛機(jī)每年要處理7.71億畝(1畝=0.067 ha)的農(nóng)田，采用飛機(jī)作業(yè)的耕地面積占全國(guó)耕地面積的45%。

機(jī)場(chǎng)市場(chǎng)區(qū)域是指以機(jī)場(chǎng)為中心32 km半徑所在區(qū)域，32 km相當(dāng)于30 min的地面車(chē)程，98%的美國(guó)人居住在距離NPIAS機(jī)場(chǎng)32 km以?xún)?nèi)的地方，在GeneralAviationAirports:ANationalAsset(May 2012)中，一個(gè)機(jī)場(chǎng)被認(rèn)為主要服務(wù)于32 km內(nèi)的社區(qū)。沒(méi)有選擇縣作為研究區(qū)域單元的主要原因是，一個(gè)機(jī)場(chǎng)可能位于兩縣或三縣交界處，在城市與機(jī)場(chǎng)之間建立明確的對(duì)應(yīng)關(guān)系是不現(xiàn)實(shí)的，因此在此基礎(chǔ)上進(jìn)行分析研究是不合適的。

2.2 通用機(jī)場(chǎng)綜合能力測(cè)算

通用機(jī)場(chǎng)綜合能力指標(biāo)體系分為兩個(gè)部分：機(jī)場(chǎng)能力(airport capability,AC)，是指根據(jù)機(jī)場(chǎng)的特點(diǎn)以及相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施，所支持的操作的易用性和多樣性；航空活動(dòng)(aviation activity,AA)，是指在機(jī)場(chǎng)內(nèi)及其周?chē)M(jìn)行的不同性質(zhì)、數(shù)量和類(lèi)型的活動(dòng)，這些活動(dòng)在某種程度上依賴(lài)于機(jī)場(chǎng)[25]。如表2所示，建立通用機(jī)場(chǎng)綜合能力指標(biāo)體系，選取這兩項(xiàng)指標(biāo)的綜合值測(cè)算通用機(jī)場(chǎng)的綜合能力，其測(cè)算公式為

(2)

式(2)中：ak為一級(jí)指標(biāo)權(quán)重；bk為二級(jí)指標(biāo)權(quán)重；k為實(shí)際值標(biāo)準(zhǔn)化處理后的結(jié)果；相應(yīng)權(quán)重用變異系數(shù)法確定。將無(wú)量綱化之后的k乘以相應(yīng)級(jí)別的權(quán)重并加總，便可得到各個(gè)通用機(jī)場(chǎng)的綜合能力指數(shù)。由于部分通用機(jī)場(chǎng)內(nèi)未設(shè)固定基地運(yùn)營(yíng)商(fixed base operator，F(xiàn)BO)，故該類(lèi)通用機(jī)場(chǎng)的燃油價(jià)格用機(jī)場(chǎng)周?chē)?0 km內(nèi)其他通用機(jī)場(chǎng)Jet-A的平均價(jià)格衡量。

表2 通用機(jī)場(chǎng)綜合能力指標(biāo)體系

2.3 基于威爾遜模型的通用機(jī)場(chǎng)吸引力測(cè)算

威爾遜模型又稱(chēng)存貯理論，多用于金融物流園區(qū)輻射能力及輻射范圍的研究、設(shè)施區(qū)位的分析，是典型的空間相互作用模型，近年又成為研究機(jī)場(chǎng)規(guī)模及機(jī)場(chǎng)吸引力與腹地范圍的新方法，借鑒威爾遜模型測(cè)算通用機(jī)場(chǎng)吸引力指數(shù)，公式為

Tjk=KOjkDkexp(-βγjk)

(3)

依據(jù)式(3)計(jì)算三個(gè)方面指標(biāo)數(shù)值，利用ArcGIS軟件將數(shù)值按自然間斷點(diǎn)分級(jí)法由低到高分為5類(lèi)，通過(guò)數(shù)據(jù)可視化處理，得到三個(gè)方面通用機(jī)場(chǎng)空間等級(jí)布局圖，討論分析通用機(jī)場(chǎng)空間結(jié)構(gòu)形態(tài)。

3 結(jié)果分析

3.1 通用航空資源空間分布特征

美國(guó)西南地區(qū)通用機(jī)場(chǎng)32 km半徑范圍內(nèi)通用航空資源州際分布差異明顯，如圖1所示，呈現(xiàn)東高西低、整體分散、局部集中的分布特征，尤其是在大都市區(qū)和東南沿墨西哥灣地區(qū)資源強(qiáng)度更為突出，這與人口密度、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)、農(nóng)林覆蓋和自然資源分布相一致。西南地區(qū)東部森林農(nóng)田覆蓋率高，礦產(chǎn)石油天然氣儲(chǔ)量大，制造業(yè)和零售業(yè)發(fā)達(dá)，休斯敦和路易斯安那州沿墨西哥灣港口周?chē)纬闪艘粋€(gè)繁榮的工業(yè)區(qū)，主要以石化工業(yè)為基礎(chǔ)，通用航空活動(dòng)需求量高，而地區(qū)西部新墨西哥州、德州東北部為高原山地，氣候干旱，地廣人稀，不利于通用航空活動(dòng)，通用航空資源強(qiáng)度較低。

圖1 通用機(jī)場(chǎng)32 km半徑內(nèi)通用航空資源強(qiáng)度等級(jí)分布Fig.1 General aviation resource intensity rating distribution within a 32 km radius of a general airport

圖2 通用機(jī)場(chǎng)綜合能力空間等級(jí)分布Fig.2 Spatial hierarchy distribution of general airport comprehensive capacity

3.2 通用機(jī)場(chǎng)綜合能力空間格局

綜合能力高的通用機(jī)場(chǎng)大多位于達(dá)拉斯-沃思堡、休斯敦和新奧爾良等大都市區(qū)，如圖2所示，核心-邊緣狀分布格局較為明顯，呈現(xiàn)俱樂(lè)部趨同現(xiàn)象。大都市區(qū)是縣域城市發(fā)展到一定成熟階段的高級(jí)空間組合形式，區(qū)域交通路網(wǎng)發(fā)達(dá)，人口流動(dòng)量大，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)健全，商務(wù)航空需求量高，這些區(qū)域的通用機(jī)場(chǎng)都有較完善的基礎(chǔ)設(shè)施，以大都市區(qū)作為腹地，顯示出非常高的航空活動(dòng)水平，存在持續(xù)的通用航空需求。

3.3 通用機(jī)場(chǎng)體系空間結(jié)構(gòu)形態(tài)

如圖3所示，通用機(jī)場(chǎng)吸引力呈集聚分布，且集中分布程度極高，空間分布不均衡，以各大都市區(qū)為主呈多中心團(tuán)塊集聚區(qū)以及沿海集聚軸帶態(tài)勢(shì)，集聚具有較大的區(qū)域差異性，達(dá)拉斯-沃斯堡大都會(huì)區(qū)吸引力最高且集中度最強(qiáng)，新奧爾良大都市區(qū)次之，德州西北部及新墨西哥州通用機(jī)場(chǎng)吸引力最小。美國(guó)西南地區(qū)通用機(jī)場(chǎng)布局復(fù)雜，機(jī)場(chǎng)體系完善，發(fā)展較成熟，高吸引力通用機(jī)場(chǎng)群與大都市區(qū)、城市密集區(qū)及大都市連綿區(qū)相伴存在，低吸引力通用機(jī)場(chǎng)位于人口稀少、通用航空資源匱乏的區(qū)域，造成通用機(jī)場(chǎng)整體發(fā)展空間受限。

圖3 通用機(jī)場(chǎng)吸引力空間等級(jí)分布Fig.3 Spatial grade distribution of general airport attraction

4 結(jié)論

通用機(jī)場(chǎng)布局除受到市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)導(dǎo)向需求外，還受到民生、國(guó)防、應(yīng)急救災(zāi)等社會(huì)公共服務(wù)的需要。一方面，從人口分布，經(jīng)濟(jì)發(fā)展、資源優(yōu)勢(shì)、人文地貌等幾個(gè)方面綜合分析區(qū)域通用航空資源強(qiáng)度布局；另一方面，從通用機(jī)場(chǎng)配備的基礎(chǔ)設(shè)施、航空活動(dòng)量分析通用機(jī)場(chǎng)綜合能力的地區(qū)空間分布特征，最后得出通用機(jī)場(chǎng)吸引力值，總結(jié)通用機(jī)場(chǎng)體系的地理空間布局形態(tài)。

(1)地區(qū)人口情況、經(jīng)濟(jì)發(fā)展及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)是通用機(jī)場(chǎng)布局的基礎(chǔ)。明確通用機(jī)場(chǎng)在地區(qū)航空系統(tǒng)中的地位，協(xié)調(diào)通用機(jī)場(chǎng)與周邊社區(qū)的互利關(guān)系，保持通用航空需求與地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求之間的平衡，同時(shí)機(jī)場(chǎng)的建設(shè)應(yīng)該是靈活的、可擴(kuò)展的，能夠滿(mǎn)足不斷增加的需求和容納新的飛機(jī)類(lèi)型。

(2)通用航空業(yè)務(wù)需求是通用機(jī)場(chǎng)布局的關(guān)鍵，與社會(huì)經(jīng)濟(jì)諸要素有著密切的聯(lián)系。地區(qū)資源稟賦，在煤礦石油產(chǎn)區(qū)、農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)基地、旅游資源富集區(qū)等區(qū)域，通用航空資源強(qiáng)度大，通用機(jī)場(chǎng)發(fā)展?jié)撃艽螅谕ㄓ煤娇帐袌?chǎng)需求旺盛的同時(shí)，通用機(jī)場(chǎng)的服務(wù)緊跟經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型，適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢(shì)。

(3)明確機(jī)場(chǎng)功能定位，依據(jù)機(jī)場(chǎng)功能層次布局是通用機(jī)場(chǎng)長(zhǎng)期協(xié)調(diào)合作發(fā)展的重要舉措，這與地區(qū)城市體系發(fā)展結(jié)構(gòu)相輔相成。在大都市區(qū)、郊區(qū)、農(nóng)礦產(chǎn)區(qū)，通用機(jī)場(chǎng)服務(wù)類(lèi)別各異。通用機(jī)場(chǎng)功能的多樣性決定了其服務(wù)對(duì)象的不同，從而影響了機(jī)場(chǎng)在地理空間上的分布。注重通用機(jī)場(chǎng)空間布局的協(xié)調(diào)優(yōu)化，因地制宜，突出通用機(jī)場(chǎng)各具特色的服務(wù)功能，發(fā)揮通用機(jī)場(chǎng)作為社區(qū)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)所需的作用。

合理完善通用機(jī)場(chǎng)的空間布局有助于推進(jìn)地區(qū)工業(yè)基地全面和全方位振興、農(nóng)林業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)、旅游經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及民生服務(wù)改善，促進(jìn)大都會(huì)區(qū)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展。美國(guó)各大地區(qū)情況各異，通用機(jī)場(chǎng)布局也不盡相同，僅研究西南地區(qū)的通用機(jī)場(chǎng)體系布局，未跨地區(qū)考慮其他影響要素，顯然還不能全面解釋通用機(jī)場(chǎng)的布局形態(tài)，尤其是在城市空間結(jié)構(gòu)變化的形勢(shì)下，機(jī)場(chǎng)的空間格局也需要逐漸調(diào)整，優(yōu)化其等級(jí)結(jié)構(gòu)和服務(wù)能力，進(jìn)一步滿(mǎn)足未來(lái)地區(qū)發(fā)展的需要。未來(lái)研究中可從通用機(jī)場(chǎng)地理空間結(jié)構(gòu)形態(tài)的出現(xiàn)、形成和發(fā)展的影響因素進(jìn)行系統(tǒng)研究，深入探討不同經(jīng)濟(jì)地理要素對(duì)通用機(jī)場(chǎng)體系布局的影響。