安徽省公路网络可达性空间格局及其演化，本文主要内容关键词为：可达性论文,安徽省论文,格局论文,公路论文,网络论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
修订日期：2012-08.
1 引言
交通运输网络是城市间物质和人员流动所依赖的基础，其发展演化必然对区域经济联系、空间结构和城镇体系等产生显著影响。在诸多交通网络评价方法中，可达性被认为是一项应用广泛、行之有效的综合性指标[1-4]。至今关于可达性的确切含义尚存在一定的分歧，学者们普遍地认可Morris等的定义，即可达性是指利用一种特定的交通系统从某一区位到达指定活动区位的便利程度[2]。
目前关于交通网络可达性研究已较为成熟，国外学者往往以铁路和公路为切入点研究区域间可达性，如Gutierrez等采用多项定量指标，对跨欧高速铁路网带来的整体可达性程度及马德里—巴塞罗那—法国边境间的高速铁路网修建带来的欧洲可达性变化进行了定量的分析与评价[5-6]；Dupuy等利用网络指数分析欧洲城市公路可达性及其等级体系[7]。
国内学者对交通运输网络可达性研究起步较晚，且侧重于不同尺度下交通网络可达性空间格局及其发展演化，如Li等研究了我国高等级干线公路网建设对可达性的影响[8]；曹小曙等在Li等研究基础上分析了全国干线公路网络中城市通达性[9]；金凤君等分析了我国近百年来铁路网络的发展及可达性空间格局的演变[10]；孟德友等分析了全国范围内铁路客运提速前后省际可达性及其空间格局和基于铁路客运网络的省际可达性及其经济联系格局[11-12]；吴威等分别从公路网络、综合交通视角下探讨了20世纪80年代以来长江三角洲地区主要节点城市可达性空间格局及其演化规律[13-14]，以及安徽沿江地区高速公路网络的构建对其可达性空间格局影响的分析[15]；关颖探讨了1985-2004年间安徽省公路网络可达性时空演化及其与区域发展的耦合关系[16]；张兵等探讨了近20年湖南公路网络可达性优化与空间格局演变[17-18]；罗鹏飞等以沪宁沿线为例，研究了高速铁路对区域可达性的影响[19]；徐旳等以江苏省为实证，探讨了高等级公路网络建设对区域可达性的影响及地级市可达性的演化特征[20]；蒋海兵等以苏通大桥为例，探讨了过江通道对乡镇可达性影响分析[21]。
本文在借鉴众多学者相关研究的基础上，以安徽省作为研究区域，利用ArcGIS 9.3软件的网络分析模块，选取1996、2004、2010年3个时间断面的公路网络数据，以加权平均旅行时间为评价指标，探究安徽省78个节点城镇的公路网络可达性空间格局及其演化规律。
2 研究方法与数据
2.1 可达性测度方法
可达性反映了特定空间范围内某一区域(城镇)与其他区域(城镇)之间相互作用与联系的难易程度。由于社会经济发展水平的高低影响着人员的移动能力和移动意愿，因此区域可达性不仅与空间区位和交通基础设施有关，而且与地区经济发展水平和城市规模有密切关系。考虑到节点规模和经济发展水平对可达性的影响，本文采用加权平均旅行时间距离指标来评价区域(城镇)可达性水平。加权平均旅行时间指标数学表达式为：
为了使计算出的加权平均旅行时间指标在各节点之间具有可比性，因此采用可达性系数对其进行归一化处理，以便更好地反映各节点可达性水平的相对高低。可达性系数为节点可达性值与网络内所有节点可达性平均值之比，其数学表达式为：
2.2 数据收集
考虑到铁路交通的时刻表和运营班车限制严格，区域内站点较少，且铁路沿线均有主要公路干道通过，故仅依据公路交通网络对可达性进行研究。高速公路是影响公路网络可达性的主要因素，1993年安徽省第一条高速公路——合宁高速公路建成通车，此后安徽省高速公路建设的力度加大，公路网不断完善，尤其是1996年铜陵长江大桥、2000年芜湖长江大桥、2004年安庆长江大桥相继建成通车，大大加强了江南与江淮和淮北地区①间的交通联系，促进了区域间经济联系。本文根据过江通道的建设和安徽省高速公路发展的阶段性特点[16]，选取1996、2004、2010年3个时间断面交通资料图，提取安徽省内17个地级市、4个县级市、57个县共78个城镇作为节点，利用ArcGIS空间分析模块求出不同时间断面各节点的最短旅行时间，并由公式(1)计算出每个城镇节点的加权平均旅行时间，并对该数据进行后续分析处理。
由于不同时期、不同等级公路行车速度存在差异，根据《中华人民共和国公路工程技术标准(JTG—2003)》，结合安徽省道路水平实际状况，设定的3个时间断面不同等级公路平均行车速度如下：1996年高速公路100km/h、国道60km/h、省道40km/h、县乡道路30km/h；2004年高速公路100km/h、国道70km/h、省道50km/h、县乡道路40km/h；2010年高速公路100km/h、国道80km/h、省道60km/h、县乡道路40km/h。其中，由于长江的天然阻隔，过江通道根据实际情况考虑了汽渡及等候时间，汽车平均过江时间设为0.7h。安徽省交通数据则分别来源于《中国交通图册》(成都地图出版社，1996)、《安徽省地图》(中国地图出版社，2004)、《安徽省地图》(星球地图出版社，2010)。文中所涉及的其他社会经济数据均来源于1997、2005、2011年安徽省统计年鉴。
3 公路网络可达性及空间格局分析
近15年安徽省公路交通快速发展，道路等级、密度均大幅度提升，公路网络基本覆盖了所有地区，其中高速公路的建设更是突飞猛进，据《2011年安徽省统计年鉴》，安徽省1996、2004、2010年高速公路建成里程分别为123km、1294km、2929km，截至2010年各区域中心城市均有高速公路经过，高速公路网络骨架已初见端倪(图1)。
图1 1996-2010年安徽省公路网络空间演化
Fig.1 The evolution of road networks in Anhui Province during 1996-2010
图2 1996-2010年安徽省公路网络可达性格局演化
Fig.2 The evolution of spatial structure of road accessibility in Anhui province during 1996-2010
3.1 公路网络可达性空间格局
利用公式(1)计算出安徽省78个城镇节点不同时间断面的加权平均旅行时间，采用ArcGIS空间分析模块中的克里金(Kriging)插值得出其空间格局(图2)。
(1)可达性空间格局总体呈现以合肥为中心向外围区域递减的“核心—外围”模式，可达性等值线大致呈不规则环状分布。3个不同时间断面的可达性低值区均位于合肥及其周边地区。安徽省边缘地区可达性始终较差，其中黄山及周边地区一直是可达性最差的区域，这主要因为可达性与研究区域地理位置有关，具有距离衰减规律。合肥位于安徽省区域的几何中心，可达性最优；黄山则位于区域南部边缘，与其他城市相距较远，导致可达性始终最差。从图2可以看出，1996-2010年安徽省整体可达性明显优化，且可达性等值线趋于均匀、平滑，其中江南地区可达性变化显著，尤其是沿江地区主要城市可达性变化幅度较大。进一步分析可知，铜陵、芜湖、安庆长江大桥的相继建成通车，缩短了江南地区与江淮、淮北地区间的公路交通通行时间，过江通道的建设大大改善了江南地区整体的可达性水平。可达性空间格局的优化也从侧面反映了安徽省交通网络建设朝着区域均衡化的方向迈进。突出表现为高速公路建设使得可达性的空间分布具有明显的沿合芜宣高速、合宁高速、合徐高速、合安高速外凸的特征。这一现象反映了高速公路的建设对提高区域可达性水平具有重要影响。
(2)由于干线公路具有相对稳定性，研究期间中心城市可达性空间格局总体变化不大。根据可达性值的大小，将区域内主要城市可达性水平划分为4个层次：好、较好、一般、差。可达性好的城市包括合肥、巢湖、淮南，可达性较好的城市包括蚌埠、芜湖、滁州、六安、马鞍山，可达性一般的城市包括铜陵、宣城、安庆、宿州、池州、阜阳、淮北，可达性差的城市包括亳州、黄山。其中，合肥、巢湖、淮南在3个时间断面始终处于可达性好的层次，合肥位于区域的几何中心，交通发达，不同时间断面均有多条干线公路构成辐射型公路网络，故可达性始终是最优的；巢湖、淮南两市分别位于合肥市的南北方向，主要承担区内外的南北联系，由于安徽省区域轮廓南北方向延伸较长，区域内中心城市主要呈南北方向扩散，交通基础设施南北方向也多于东西方向，且南北方向交通联系较为频繁，受此影响两市的可达性水平高。蚌埠、芜湖、滁州、六安、马鞍山5市位于合肥、巢湖、淮南3市的外围，其中滁州和马鞍山是安徽省最邻近长三角的城市，区位优势明显，更多地承担着安徽省的区内外交通联系，因而可达性处于较好的层次。由于过江通道的建设、交通网络的提升与优化，使得沿江两岸地区通行时间大幅度缩减，受此影响芜湖、马鞍山可达性水平与1996年相比均有较大幅度的提升；且近些年来沿江地区的快速发展，芜湖、马鞍山经济发展水平和城市人口规模提升迅速，本文可达性指标采用节点城镇GDP与非农人口数量乘积的几何平方根的加权平均旅行时间，因此城镇可达性水平不仅受区位因素、交通基础设施状况影响，还受到城镇本身经济总量和人口规模的影响，因而使得芜湖、马鞍山可达性水平也有一定的提升空间，其中芜湖市有望跻身可达性水平的第一层次。铜陵、宣城、安庆、宿州、池州、阜阳、淮北7市地理位置处于相对劣势，可达性水平一般，其中，宣城市作为安徽省南部面向长三角地区的门户城市，在合巢芜高速公路的影响下，一定程度上承担着安徽省江南地区区内外交通联系，可达性水平有所提升；池州、铜陵两市由于沿江高速和过江通道的建成，可达性水平也有所上升；阜阳、安庆、淮北、宿州4市由于近些年来交通建设改善程度相对微弱、城市经济发展较为缓慢，可达性水平均有所下降。黄山、亳州分别是安徽省南北部最边缘的两个城市，区位劣势明显，且距离其他城市较远，可达性水平最差。
3.2 公路网络可达性动态演化特征
(1)公路网络的发展与完善使得各城镇节点的可达性水平均有大幅度的提升，可达性的时空收敛效果显著(图2、3、4)。1996-2010年间，安徽省内78个节点城镇最短加权旅行总时间由395.5h缩减至221h，节省了174.5h；城镇平均加权旅行时间由5.07h减少到2.83h，年均减少0.16h，平均可达性变化率为43.9%；其中，可达性值提升幅度最高为祁门县，由8.05h缩减至4.34h，减少了3.71h，年均减少0.27h；铜陵市可达性变化率最高为55.2%。截至2010年，除黟县(4.08h)和祁门县(4.34h)外，各城镇加权平均旅行时间均小于4h，全省范围内基本上实现了“4h通达圈”。但不同时间段交通可达性改善幅度有较大差别，第一阶段(1996-2004年)各城镇平均加权旅行时间减少1.67h(32.7%)，年均减少0.21h(4.09%)；第二阶段(2004-2010年)减少0.57h(16.4%)，年均减少0.10h(2.73%)。对比不同时间段年均可达性变化值可以看出，第一阶段可达性优化程度更为显著，这与安徽省不同阶段公路网络发展特征密切关联，该阶段公路网络发展主要集中在道路等级的提升和高速公路的大规模扩建，路网结构发生了较大的变化，其中，芜湖、铜陵、安庆长江大桥的建设，大大缩短了沿江两岸地区的时空距离，道路等级的提升、高速公路的兴建以及过江通道的建设，这3个主要因素使得第一阶段可达性的提升较为显著。第二阶段公路网络的发展仍以高速公路大规模建设为主，高等级公路网络已初步形成，城镇节点可达性进一步提升，但相比第一阶段可达性的改善程度仍存在一定差距。
图3 1994-2010年安徽省公路网络可达性变化值
Fig.3 The change of road accessibility values in Anhui province during 1994-2010
图4 1994-2010年安徽省公路网络可达性值变化率
Fig.4 The rate of road accessibility changes in Anhui province during 1994-2010
(2)边缘地区可达性值提高幅度始终大于中心地区。由于可达性值变化幅度与其初始值有关，可达性值越大的地区，其变化值也越大。从图3a中可以看出，第一阶段(1996-2004年)，可达性值变化幅度空间分布呈现出由“滁州—合肥—六安”沿线的江淮地区向淮北、江南地区逐渐增强且略向南突出的趋势，其中区域边缘地区变化值较高，江南地区可达性值变化幅度更加明显。深入分析可知，铜陵、芜湖、安庆长江大桥相继建成通车，过江通道的建设使得江南地区与江淮、淮北地区的交通联系更为便利，道路等级提升和高速公路的兴建也进一步提升了江南地区城镇可达性。从图3b可得出，第二阶段(2004-2010年)，可达性值变化幅度分布由“徐合高速—合芜宣高速”沿线地区向皖东、皖西、皖南地区逐渐扩大，且略向西突出，其中，铜陵、池州地区可达性变化值有较大幅度提升，黄山地区可达性变化值最大。深入分析可知，过江通道和沿江高速对铜陵和池州地区的可达性提升有着较大的推动作用，高速公路的优化和完善大幅度提高了区域边缘地区的可达性，黄山地区受益最为显著。
(3)可达性值变化率空间格局具有阶段性特征，空间分布呈现一定的高速公路指向性。从图4a可以看出，第一阶段(1996-2004年)可达性变化率空间格局大致呈现由“徐合高速—合芜宣高速”沿线地区和沿江地区组成的“T型”区域向周围逐渐降低态势；可达性变化率较大的地区——宣城、芜湖、巢湖、安庆、池州等均有高速公路经过，其中宣城变化率高达43.8%。从图4b可以得出，第二阶段(2004-2010年)可达性变化率明显低于第一阶段，且可达性变化率呈多极格局，其中高值区域为济广高速沿线的阜阳、六安地区，沪渝高速沿线的铜陵、池州地区，京台高速沿线的黄山地区和宁洛高速沿线的滁州地区，这些地区可达性变化率均高于20%；而第一阶段可达性变化率高值区的“徐合高速—合芜宣高速”沿线地区，在第二阶段沿线的主要城市可达性变化率均低于15%；可达性变化率最高的铜陵市为33.1%，其中黄山虽然是第二阶段可达性值变化最高地区，但由于可达性变化率与可达性水平的初值有关，因而可达性变化率并不是最大值。
(4)横向比较而言，淮北、江淮、江南三大地区可达性受益迥异，但地区间总体差异不断缩小，可达性水平趋于均衡。从表1看出，江南地区在整个研究期间内无论是可达性变化值还是变化率均高于江淮和淮北地区，是可达性改善过程中受益最大的地区；淮北地区可达性变化值在整个阶段均高于江淮地区，由于可达性初值较大，第二阶段可达性变化率则低于江淮地区，但其整体可达性改善也较为显著；江淮地区由于具有中心区位优势，可达性初值小，受初值影响两个阶段的可达性变化值均最小，但从可达性变化率来看，江淮地区可达性水平也带来较为可观的改善。从表2中可以看出，江淮地区可达性水平始终最优，淮北地区总体可达性水平优于江南地区，但这种优势不断削弱；1996-2010年地区间可达性极差值从1.75h降低至0.77h，地区间可达性总体差异不断缩小，这也从侧面反映出安徽省公路网络的优化与完善使得地区间整体可达性水平趋于均衡。
3.3 中心城市的相对可达性及其演化
为了反映各节点相对可达性水平的高低，采用可达性系数(公式(2))探讨安徽省17个地级市相对可达性水平及其演化特征(表3)。1996年和2004年可达性水平高于平均水平(即可达性系数＜1)的城市均为11个，到2010年上升至13个，这表明了安徽省近15年来公路网络的演化对中心城市可达性水平提升更为显著。如前文所述，区域内中心城市可达性的总体格局变化不大，个别城市可达性略有升降(表3)。利用可达性系数值域范围0.6～0.75、0.75～1.0、1.0～1.2、＞1.2将中心城市可达性水平划分为可达性好、较好、一般、差4个等级。3个时间段面上，合肥、淮南、巢湖可达性系数范围始终在0.6～0.75范围内，可达性水平好；位于安徽省南北两端的黄山市、亳州市，可达性排名始终是最后两名，可达性系数均＞1.2，可达性水平差；其余中心城市可达性系数均位于0.75～1.2范围内，滁州、六安、宿州、阜阳、淮北可达性水平均有所下降，其中阜阳下降最快，可达性系数由1996年的第10位下降至2010年第14位；马鞍山、安庆可达性地位较为稳定；蚌埠、芜湖、宣城、铜陵、池州5市可达性水平均有所上升，其中受惠于过江通道和沿江高速的铜陵，可达性水平上升最为明显，由1996年第14位提升至2010年第9位。
3.4 中心城市可达性的均衡性分析
统计学中常用样本的标准方差来衡量对象分布的均衡程度。由于可达性系数已经消除了不同年份可达性值水平的影响，因此依据可达性系数计算的标准方差就可以反映出不同时间断面可达性分布的均衡性。
根据表4的结果可知，2004年与1996年比较，可达性系数标准方差略有上升，而2010年与2004年相比，其值有所下降。深入分析认为，第一阶段(1996-2004年)安徽省内高速公路网络的建设仍处于初始阶段，只有部分城市受益于高速公路的建设，从而导致了中心城市可达性分布的不均衡性。第二阶段(2004-2010年)高速公路建设进入快速发展阶段，多条高速公路纵横交错形成了较为完善的高速路网，中心城市节点均有高速公路经过，使得可达性趋向于相对均衡。进一步分析3个时间断面可达性系数的最高值和最低值，其中，可达性系数极差值由1996年的0.815增至2004年的0.902，尤其是可达性最差的黄山市可达性系数由1996年的1.425增为2004年的1.516，说明前一阶段可达性不均衡的趋势下存在着“优者更优，劣者更劣”的现象；后一阶段可达性系数极差值有所下降，即由2004年的0.902下降至2010年的0.765，且可达性系数最差的黄山市也减小至1.374，表明中心城市可达性差距有所减小，整体趋于均衡化。
4 结论与讨论
(1)近15年来，安徽省公路网建设逐步完善，尤其是高速公路的快速发展极大地提高了城镇间的可达性，带来了显著的空间收敛效应；区域城镇节点可达性的空间格局变动不大，其值大体上以合肥地区为中心向外围呈不规则环状逐渐增高，且可达性等值线分布趋于均匀、平滑。根据可达性水平将17个中心城市划分为可达性好、较好、一般、差4个层次，个别城市可达性地位略有升降，其中受益于过江通道和沿江高速的铜陵上升最快，而阜阳相对可达性水平下降最为明显。从可达性分布的均衡性角度分析，节点间可达性水平差异缩小，可达性分布由不均衡转向均衡。
(2)由于过江通道和高速公路的建设具有阶段性特点，不同阶段可达性的演化特征不同，第一阶段(1996-2004年)可达性优化程度明显高于第二阶段(2004-2010年)，且各节点城镇的可达性值变化幅度与初始值有关，边缘地区可达性值提高幅度始终大于中心地区；第一阶段可达性变化率由“徐合高速—合芜宣高速”沿线地区和沿江地区组成的“T型”区域向周围逐渐降低，第二阶段可达性变化率表现出沿新建高速公路地区向四周递减的多极格局；不同地区可达性受益迥异，受惠于过江通道和高速公路建设的江南地区可达性改善最为显著，其次是淮北地区和江淮地区；三大地区间可达性差异缩小，区域整体可达性趋于均衡。
(3)本文只着重于区内节点间公路网络可达性格局演化的分析，而事实上节点城市间的经济、空间联系依赖于公路、铁路、水运、航空多种交通方式有机结合的综合交通网络。严格意义上讲，区域是一个开放的系统，本文只是把安徽省看作一个封闭的区域，忽略了节点城市与区外的联系，这将会使所得结果与现实产生一定偏差。基于上述存在的问题和不足之处，需要在今后研究中进一步探讨。
本文引用格式：
蒋晓威，曹卫东，罗健，等.安徽省公路网络可达性空间格局及其演化.地理科学进展，2012，31(12):1591-1599.
注释：
①江南地区：马鞍山、芜湖、宣城、铜陵、安庆、黄山7市及其所属县市；淮北地区：淮北、宿州、亳州、阜阳、蚌埠5市及其所属县市；江淮地区：合肥、六安、巢湖、淮南、滁州5市及其所属县市。