通达性：概念，度量及应用，本文主要内容关键词为：度量论文,通达论文,概念论文，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。
通达性，简单地说，指一个地方能够从另外一个地方到达的容易程度[1]，它可以用空间距离、拓扑距离、旅途距离、 旅行时间或运输费用来衡量。在人文地理学里，它被用来解释社会现象的空间变化，如城镇的增长、服务设施的选取、土地利用的空间结构。
与通达性这一概念在应用领域的不断扩展相伴随的是通达性度量方法的不断改进。较为简单的以距离衡量的通达性过渡到了较为抽象的以机会来衡量的通达性，感知距离也常被用来取代实际距离。并且，随着通达性概念的内涵的深化和外延的拓展，人们开始按不同的出行目的、不同的出行方式、出行者的不同年龄、性别、职业类型来分别计算通达性。正如Karlqvist所说的那样，“通过最小的活动量， 获得最大的接触机会，是人类活动的基本规律，而通达性是刻画这一基本规律的关键概念”[2]。
在国内，通达性这一工具并没有得到充分利用。许多研究仅仅停留在定性的阶段，很少有定量的研究。改革开放以后，随着各区域之间封闭状态的打破，对外开放度的增加，推进以通达性为基础的研究是十分有意义的。本文的目的在于介绍西方通达性研究的概念与方法，考虑到中国目前的地理研究，有选择性的介绍通达性在国外的几个应用领域。
1 概念
通达性本身并不难以理解，在韦伯的工业区位论，杜能的农业区位论中，都暗含了大量的通达性的概念。然而，直到60年代的数量革命，通达性才得以清楚定义。Edward Ullman 在空间相互作用模型上的开拓性工作，网络分析方法在交通问题上的大量使用，为通达性概念的精确定义和具体度量奠定了基础。
空间相互作用，或者社会实体之间的相互关系，被认为是区位选择及城市增长的重要因素。Mitchell和Rapkin[3]认为， 空间相互作用是社会实体之间的连续的或反复的联系，这种联系导致了人员或物资的流动，并且决定了进行交流的社会实体的大致位置。在城市化地区内部，通达性通过不同活动之间的相互作用及其导致的交通行为来定义，它以在给定的交通条件下，一个地方的活动能够从另外一些地方接近的容易程度来衡量。因而，通达性能够表示某一地域内不同地点之间的联系，并可衡量把某一活动放在不同地点的相对优势。
另一些人，如Rannells[4]，Meier[5]，Webber[6]，扩展了这一概念，加进了非空间的含义。Rannells认为，通达性是社会实体之间不断重现的关系，不仅体现在人员、物资的交流中，还体现在无形的信息的交换中。Webber认为，不仅各种活动的区位不一样，导致了相互作用的形式的差别，反过来，各种活动的区位选择，本身就是由它们之间的相互作用所决定的。因而无论城市还是城市体系，都是一个动态系统，这一动态特征本质上是各种活动之间的联系，即个体、群体、企业和社会团体之间及其各自之间的相互依赖，相互作用的关系。这一关系就象一根看不见的纽带，将各种要素组合成密切协作的系统。这种观点较好地道出了通达性的特点，通达性注重结构上的整体性，功能上的一致性。整体性指的是，如果不求助于对整体的了解的话，那么，对部分的了解也是极度不完整的。功能上一致性是指不同的地点的通达性的比较是以它们在执行相同的功能为前提的，如不同地点的商店的通达性的比较是有意义的，而商店与医院之间的通达性的比较是没有意义的。当然，笼统地计算各个地方的通达性另当别论，这时考虑的是各种功能的综合，而不是具体的单项功能。
概括起来说，关于通达性的理解总是与我们要考虑的地理实体的性质和接近该地理实体的出行方式分不开的，因而，对通达性概念的完整的理解应该包括以下几个方面：（1 ）被评价的各个地理实体在区域中的分布。（2）交通系统的种类及不同种类的组合， 服务方式与服务质量，如速度，费用，舒适程度。（3 ）接近与被接近的对象的社会经济特性，如收入状况，就业情况，产业发展状况。
2 度量
伴随着人们对通达性概念认识上的深化，通达性的度量方法也不断地丰富。从不同侧面考察通达性，会导致测量方法的巨大差异。就算是对同一侧面的考察，由于所得的数据不同，有时也采用不同的度量方法。笔者简单介绍四种最为常见、最基本的度量方法。
2.1距离度量法
距离度量法是所有度量方法中最为基本的一种[7]。 它使用空间距离，时间距离（跨越空间距离所需的时间），或经济距离（为跨越空间距离所支付的费用）来度量通达性。在所有这些方法中，最为基础的一种叫相对通达性，它用两个地点之间的自然间隔来度量它们之间的通达性，并且还假设通达性是具有对称性的，即甲地对乙地的通达性与乙地对甲地的通达性是一致的。在相对通达性的基础上，又定义了总体通达性，即某地到所有其它地点的相对通达性的总和。在实际应用中，根据资料的可得性和研究问题的需要，相对通达性和总体通达性可分别以直线距离，旅行距离，旅行费用，旅行时间或其它一些相关的耗费来衡量。距离度量法固然简洁，却过于简单。实际生活中，单独用时间、距离或费用来度量一个地方被接近的容易程度，是受到许多限制的，Baxter和Lenis[8]、Kirby[9]对距离度量法，尤其是总体通达性的度量进行了修正，以加强距离度量法的适用性。
2.2 拓扑度量法
拓扑度量法用于网络中各个节点或者整个网络的通达性的度量，它将现实中的网络抽象成图，通常只考虑点与点之间的连接性，而不考虑它们之间的实际距离，每一对互相连接的节点之间的距离被认为是等值的。连接两点的具有最少的线段数的路径是这两个节点之间的最短路径，最短路径包含的线段数是这两点之间的拓扑距离，这就是拓扑度量法的相对通达性。类似于距离度量法，定义一个节点的总体通达性为该节点到所有其它节点的相对通达性的总和。一个节点到所有其它节点的相对通达性的平均值被定义为该节点的通达性指数。通达性指数常用于衡量交通网络中各地之间的交通方便程度。将网络中各个节点的通达性指数取平均值，得到整个网络的通达性指数，它常在网络分析中与其它参数一起使用，用来评价交通网络的优劣。在某些交通行为中，如航空，是否能够直达，要转多少次航班，在许多情况下比距离本身更重要。城市内部的公共交通，也有类似的性质。因而，拓扑度量法常用于类似于航空的交通网络。在公路与铁路等交通网络中，有时将拓扑度量法与距离度量法结合起来使用。此外，Vickerman[10]、Taaffe 和Giauthier[11]给出了改进了的拓扑度量法，而Muraco[12]较为集中的阐述了拓扑度量法的应用前景。
2.3 重力度量法
重力度量法将自然间隔与各个地理实体的自身属性结合起来衡量通达性[13][14]。用重力度量法度量所得的通达性通常也称为潜能。它借用了物理学中的重力模型，认为，城市等地理实体的空间效应随距离而衰减，与万有引力有相似的数学表达方式。城市对城市外的某地点的影响，称之为城市在该点的潜能，它是作为引力因子的地理实体与距离衰减效应双重作用的结果。一个地方的通达性是它所在的系统中所有其它地理实体施加的影响的总和。重力度量法下，通达性也是对称的。重力度量法考虑的影响通达性的要素更为全面，一个地方的通达性不仅取决于它在交通网络中的位置，也取决于该网络中的大小不一的地理实体的分布方式。
重力度量法也许是使用的最为广泛的一种方法，但也面临着一些问题。第一，潜能随距离衰减的速率在不同的情况下不总是一致的。被建议使用的一些距离衰减函数，如指数式，在使用之前还必须得到检验。用重力度量法计算通达性的第二个困难来自于区域的通达性的计算，采用不同的方案划分亚区，亚区的尺寸和形状不一样，计算所得的通达性值也会不一样[15][16]。通常情况下，把各个亚区的引力因子全都集中到亚区的中心来计算通达性，这就假定了地带内的各点有相同的通达性，事实上，可能相差甚远。第三，这里度量的是一个亚区的通达性，亚区内交通系统的改善，虽然会增加该地带或更大范围内的通达性，但在这里得不到反映。当然，这些缺点不足以影响重力度量法作为一种强有力的分析工具加以使用，它的生命力源于将运输系统与各地的社会经济活动纳入了统一的分析框架，从而不仅仅是运输系统的改善，地方性的社会经济活动的进展也可以在通达性上面反映出来。
2.4 累积机会法
累积机会法用在设定的出行距离或出行时间之内，从某地点出发能接近的机会的多少来衡量通达性，这里的机会既可以是就学机会、就业机会、购物机会，也可以是就医机会、休闲机会，完全可以视需要而定。Wachs和Kumagai[17]，Mitchell和Town[18]，Breheny[19] 在他们的研究中使用了这一方法。必须注意到这一度量方法并不考虑距离衰减效应，随着设定的出行时间或出行距离的增加，计算所得的通达性值是增加的。这一方法的缺陷在于对时间或距离的设定不可避免的带有主观因素，可能掩盖不同地点的通达性差异。
不同的通达性的度量方法，往往与对通达性的不同理解相对应。使用距离法或拓扑法，倾向于把通达性理解成接近程度，使用累积机会法，倾向于把通达性理解成给定的旅行时间或距离内，能够接近的目的地的数目，而重力度量法的使用者将通达性理解为接近某个地方的潜在可能性。更为复杂的通达性度量往往是对以上四种度量方法的改进或者将它们结合起来使用。也可以根据研究目的，分别计算不同种类的通达性。如在衡量不同社会群体的空间流动能力时，可以根据不同的出行目的，出行方式，出行者的年龄、性别、职业类型计算通达性，甚至可以将感知距离取代实际距离来计算通达性。
从较为笼统的计算一个地区的总体通达性转向某一类特殊活动的通达性，或某一特殊群体的通达性，是通达性向应用领域拓展时的重要趋势，尤其体现在西方城市社区的研究中。如现有的研究表明，男性与女性，有驾驶执照的与没有驾驶执照的，在工作机会的可达性方面，有重要的差别。度量方法的细化，反映了人们对通达性理解的深入：不是所有年龄、性别与职业类型的人都有同样的机会；在不同的出行方式下，不同的出行时间下，个体的可达性是不一致的；网络上的一个结点的通达性也并不是它的每一个工厂、商店、办公室、学校、医院、公园的通达性。
3 应用
通达性概念固然简单明了，然而从概念本身却很难得到关于如何应用的启示。通达性指数固然能够说明一些问题，却十分有限。大多情况下需要将概念适当外推。而且概念本身丰富的外延，多样的测量方法，也是在运用时需要反复权衡的。对通达性概念不恰当的使用，或者使用的不充分，并不是少见的事情。但这一点并不会防碍通达性的广阔应用前景。正如Harvey所说，“问题不是我们是否采用了客观或严格的科学标准，而是我们没能认识清楚我们对通达性思想所做的种种修正和外推，哪些是允许的，哪些是不允许的”[20]。在这方面建立起严谨的科学标准，不是本文所想解决的问题。笔者认为在当前中国的地理研究中，在以下几个领域引入通达性的概念是很有帮助的。
3.1 城市土地利用与交通规划
在西方，很大一部分的通达性研究是就土地利用与城市交通展开的。许多学者认为，一个人接近就业地点、商业区和休闲服务业的容易程度，应该成为评价生活质量的标准。如果把这个问题扩展到城市中的绝大多数人，那么通达性应该成为衡量城市生活质量的标准。
土地利用的区位模型，已经较好的显示了通达性对工业，商业，房地产业的选址有重要的作用。因此，通达性常被当做土地利用的一个独立变量来预测土地利用活动的增长速度、利用强度和地理分布。例如，Zakaria[21]在费城地区的土地利用增长率的研究表明， 一个地区对公共交通或小汽车的可达性影响了地区内土地利用的增长，而且城区中不同地区的增长速率因通达性的不同而不一致。
增加城市居民的机动能力，不仅要考虑改善交通系统以缩短出行时间，通过改变土地利用的空间分布来缓解交通系统的压力也同样重要。Voorhees[22]论证了如果对土地利用的空间安排进行一定程度的合理化，出行时间可以降低20%，而且这种效率上的增加可以在不减少就业和其他机会的情况下获得。更进一步，通达性能够辅助土地定价。不动产的价值通常是通达性的一个函数。Lee[23]计算了汉城的通达性， 并以趋势面的方式将通达性指数表示于图上，用以预测城市地价的变化和今后城市发展的主要方向。Zakaria[21]提出了一种基于通达性的， 颇富操作性的交通规划评价方案。方案的基础是衡量个体、厂商与其它社会团体的出行障碍。它认为，出行障碍的增加会导致相互作用机会的减少，那种能够导致相互作用机会最大化的交通规划是最可取的。这里，出行障碍由在该交通系统中流动的个体所支付的各项费用构成。为了计算一个交通规划的通达性指数，首先计算各个地区的出行障碍，然后计算整个系统的出行障碍，出行障碍越小，通达性越大，相互作用的机会越大，交通规划越好。
3.2 城市体系研究
从Garrison[24]的早期工作开始，伴随着图论在网络分析中的运用，积累起了大量的关于城市体系的工作。Nystuen和Dacey[25]利用直接与非直接的电话流来建立城市的等级结构；Kansky[26]利用基本的图论理论制定交通网络增长与经济发展之间的相关模型；Pitts[27] 通过计算莫斯科在历史上不同时期的通达性，解释城市的增长。
Herbert和Murphy[28]利用连接矩阵， 对美国的航空网络进行了分析，他发现，国家或区域的中心随着通达性的变化而在不同城市之间转移（注：他选取了80个城市在五个不同年份的航班资料。结果发现，在1934年，只有一个中等程度的峰值，到了1970年，出现了一个尖峰，峰值所在位置从西南向东北迁移。这一结果验证了原来的设想，随着航空网络的发展，各城市的通达性增加了，并不是均衡增加的，某些城市的地位日益突出，并且，国家或区域的中心随着通达性的变化而在不同城市之间转移。）Reed[29]认为，将连接矩阵进行修正，可用来检验单个城市对整个系统的影响。将一个城市在该体系中的所有连接删除，必然带来各个城市和整个城市体系的通达性的改变。这样，该城市对各个城市的影响及其对整个体系的影响都可以得到衡量。按照这种思路，他对印度的航空系统进行了连接性分析，将相关城市分成全国性的、区域性的、地区性的和终端性的四类。这种做法不仅为需要考虑通达性的区位决策提供了依据，也提供了评价规划的一种思路。
3.3 空间结构与区域发展
在西欧，欧洲经济共同体的存在导致了市场的扩大和西欧空间结构的变化，共同体内各个国家从经济一体化中得到的利益大小不一。经济学家Clark[30] 与他的同事曾经以重力度量法预测欧共体的形成对欧洲经济格局的影响。他通过四次计算经济潜能来模拟欧共体的组建和扩张、运输技术的改善、海峡隧道的修建对整个欧洲经济格局的影响。最终发现，伦敦从欧洲的潜能中心之一转变为以下莱茵河谷为中心的欧共体的边缘部分，运输技术的改善、海峡隧道的修建，尽管增加了伦敦的潜能值，但大陆国家获益更多（注：计算经济潜能时，区域的收入是引力因子，交易费用代替了空间距离。交易费用是这里的核心问题，因为可以对不同交易费用下的空间格局进行尝试。交易费用包括本地的配送费用，运费和关税。运费随着技术条件的改善而降低，欧洲经济共同体的形成与扩张直接影响关税，这两者都是可变的。他们一共计算了四次经济潜能。第一次设想欧共体并不存在，欧洲的经济潜能图有三个分离的峰值，分别位于德国的鲁尔，英国的伦敦和法国的巴黎。第二次计算时，将法国，德国，意大利，比利时、荷兰和卢森堡组成欧共体。而将英国排除在外，共同体内的国家互免关税。新的潜能图上，共同体内各国潜能值上升，整个空间结构变得平滑了，而在英国，潜能值没有多少改变，而且以前的多个峰值消失了，整个欧洲只有一个潜能中心，位于下莱茵河河谷。接着，又将爱尔兰、挪威、丹麦和英国纳入共同体的行列，虽然英国的潜能值上升了，整个潜能图的格局并没有多大改变，以前的下莱茵河谷的潜能中心的地位进一步巩固了。最后，Clark 考虑了两项运输进步措施，即集装箱的使用和海峡隧道的修建，下莱茵河谷的中心性又一次加强了，英国的边缘地位仍然没有得到改善。）。方法本身也许比结果更为重要，这是一个将区域发展政策引入空间结构分析的成功范例。
关于通达性对区域发展的影响，学者们提出了种种看法，Judge[31]对西方学者在这方面的工作做了较为全面的总结。
4 结语
在当前的中国，市场经济向社会各个角落日益渗透，开放程度不断增加，东部沿海城市的生产职能日益市场化，商业、流通、决策和信息处理等职能日益增强，逐步形成了几个发展水平高、发展速度快的城市密集区，如珠江三角洲、长江三角洲、京津唐和辽中南地区。外向型市场经济条件下的城市发展强化了沿海与内地的不均衡态势。对我国大部分地区来说，根据各地区对外经济联系的内容、国外市场方向、国内交通条件等确定本地区的对外联系通道，加强对外经济交流是今后的发展任务和方向。而在我国沿边地区，则需要选择通达性程度高，对外经济联系潜力大、自身建设条件好的城市，培育面向内陆国家的门户城市，与沿海几个城镇密集区共同支撑起我国全方位对外开放的空间格局。对外联系方便、对内联系紧密的开放型城市体系的建设，通达、流畅的信息网络、交通网络规划、区域发展政策及其空间效应的研究，将是国内环境给通达性研究提供的新课题。
日益严重的大城市交通问题是通达性研究的另一应用领域。自80年代中期以来，以北京、上海为首的大城市交通日益恶化，成为困扰我国社会经济发展的一个不容忽视的问题。城市交通需要从头痛医头，脚痛医脚的困境中走出来，从城市土地利用的空间格局、道路网、客货运输、交通管理等不同侧面进行系统全面的分析。
收稿日期：1999—03—12