城市圈綜合交通需求階段性特征分析
——以武漢城市圈為例

尹曦輝,賈元華*,徐文學(xué)

(1.北京交通大學(xué)交通運輸學(xué)院,北京100044;2.湖北省交通運輸廳綜合交通處,武漢430030)

城市圈綜合交通需求階段性特征分析
——以武漢城市圈為例

尹曦輝1,賈元華*1,徐文學(xué)2

(1.北京交通大學(xué)交通運輸學(xué)院,北京100044;2.湖北省交通運輸廳綜合交通處,武漢430030)

如何構(gòu)建與城市圈經(jīng)濟發(fā)展水平相適應(yīng)的綜合交通體系是城市圈綜合交通規(guī)劃需要解決的現(xiàn)實問題,分析城市圈綜合交通發(fā)展的階段性特征是解決這一問題的關(guān)鍵.本文基于綜合運輸與經(jīng)濟社會發(fā)展的適應(yīng)性理論和產(chǎn)品生命周期理論,將城市圈經(jīng)濟發(fā)展階段劃分為發(fā)育期、成長期、成熟期和融合消散期四個階段;提出了城市圈綜合交通需求特征分析的思路及分析的主要指標(biāo),分析了城市圈經(jīng)濟社會發(fā)展的不同階段對綜合交通運輸體系的需求特征;最后以武漢城市圈為實例,應(yīng)用反熵權(quán)法和經(jīng)濟節(jié)點重要度法系統(tǒng)分析了武漢城市圈所處的發(fā)展階段及其綜合交通需求特征,對本文主要理論及方法進行了驗證.

綜合交通運輸;需求特征;經(jīng)濟節(jié)點重要度;反熵權(quán)法;城市圈;經(jīng)濟適應(yīng)性

1 引 言

近年來城市組團集合發(fā)展的模式成為城市化發(fā)展的主要趨勢,如何構(gòu)建與城市圈經(jīng)濟發(fā)展水平和階段相適應(yīng)的綜合交通體系是城市圈綜合交通規(guī)劃需要解決的現(xiàn)實問題.國內(nèi)外既有研究中對于城市圈發(fā)展演化規(guī)律和階段特征有了深入的研究,而專門針對城市圈不同發(fā)展階段綜合交通需求階段特征的研究比較少見.在此背景下,本文在分析城市圈發(fā)展階段規(guī)律的基礎(chǔ)上分析城市圈綜合交通需求的階段性特征,為城市圈綜合交通規(guī)劃提供理論方法借鑒.

2 城市圈綜合交通需求特征分析思路框架

城市圈的發(fā)展具有不同的發(fā)展階段,不同發(fā)展階段對于經(jīng)濟要素、政策環(huán)境等的需求各不相同,而綜合交通基礎(chǔ)設(shè)施作為城市空間形態(tài)的主骨架,城市之間經(jīng)濟聯(lián)系的載體和紐帶,對于城市圈的發(fā)展至關(guān)重要.本文的分析思路如圖1所示.

圖1 城市圈綜合交通需求特征分析框架Fig.1 Analysis framework of comprehensive transportation demand characteristics of urban agglomeration

2.1 綜合交通與城市圈經(jīng)濟發(fā)展的相互關(guān)系分析

綜合交通系統(tǒng)的經(jīng)濟適應(yīng)性包括,綜合交通規(guī)劃目標(biāo)與經(jīng)濟社會發(fā)展的總目標(biāo)以及階段性目標(biāo)保持一致,綜合交通網(wǎng)絡(luò)布局與經(jīng)濟社會空間布局、產(chǎn)業(yè)布局相符合,綜合交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)適度超前于經(jīng)濟社會需求總量,綜合交通運輸供給結(jié)構(gòu)與經(jīng)濟社會需求結(jié)構(gòu)相匹配,綜合交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)時序與經(jīng)濟社會承載能力相協(xié)調(diào),與區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展戰(zhàn)略相匹配.

在經(jīng)濟適應(yīng)性的視角下,綜合交通在城市圈經(jīng)濟社會發(fā)展中的作用可以從兩個角度進行分析,即從屬功能和引導(dǎo)功能.一方面,城市圈內(nèi)城市之間空間經(jīng)濟聯(lián)系的空間流是具有方向和強度的矢量,空間流方向和強度的變化,將導(dǎo)致圈內(nèi)城市空間聯(lián)系的產(chǎn)生,引起城間貨物、人員、資金和信息的流動;另一方面,空間流又會受到特定的交通走廊的影響,導(dǎo)致通道內(nèi)重要節(jié)點城市經(jīng)濟結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變化,進而引起整個城市圈經(jīng)濟空間分布的變化,如圖2所示.

2.2 城市圈綜合交通需求特征的影響因素分析

根據(jù)綜合交通在城市圈經(jīng)濟社會發(fā)展中的從屬與引導(dǎo)功能,城市圈綜合交通需求產(chǎn)生的影響因素主要包括,城市圈經(jīng)濟發(fā)展水平、圈內(nèi)城市之間經(jīng)濟聯(lián)系程度、城市圈工業(yè)產(chǎn)業(yè)布局、人口分布等等.除此之外,城市圈綜合交通體系日趨完善帶來的綜合交通供給結(jié)構(gòu)的變化,也會對運輸需求產(chǎn)生影響.綜合交通需求產(chǎn)生機理[1],如圖3所示.

圖2 綜合交通在城市圈經(jīng)濟社會發(fā)展中的功能示意圖Fig.2 The function of comprehensive transportation in urban agglomeration

圖3 綜合交通需求產(chǎn)生機理Fig.3 Generation mechanism of comprehensive transportation demand

3 城市圈經(jīng)濟發(fā)展階段性及其綜合交通需求特征分析

3.1 城市圈發(fā)展階段劃分及階段性特征

國外學(xué)者對于城市圈發(fā)展階段的研究比較早, Gottman和Friedmann等學(xué)者根據(jù)城市集群的經(jīng)濟聯(lián)系或工業(yè)化發(fā)展規(guī)律對城市群發(fā)展階段進行了不同的劃分;Dimou M和Schaffar A對城市群空間結(jié)構(gòu)演進了實證研究,描述了其演進過程、特征與趨勢[2];國內(nèi)一些專家學(xué)者對城市圈的發(fā)展階段也進行了初步研究.方創(chuàng)琳等將城市圈按發(fā)育程度把我國城市圈發(fā)展分為發(fā)育雛形階段、發(fā)育成熟階段、趨于鼎盛階段、發(fā)育鼎盛階段[3];張京祥認(rèn)為城市圈空間的形成和擴展,經(jīng)歷了孤立城鎮(zhèn)膨脹階段、城市空間定向蔓生階段、城市間的向心與離心擴展階段和城市連綿區(qū)內(nèi)的復(fù)合式擴展階段等4個階段[4].

國內(nèi)外研究對于城市圈發(fā)展階段的劃分止于城市圈發(fā)展的鼎盛或成熟階段,然而事物的發(fā)展必然要經(jīng)歷一個由盛轉(zhuǎn)衰的過程,城市圈不可能無限制地發(fā)展下去,城市圈的高速發(fā)展和擴張的結(jié)果將使區(qū)域經(jīng)濟達到更高水平的均衡狀態(tài),城市圈的界限將融合和消散.因此,結(jié)合產(chǎn)品生命周期理論,本文認(rèn)為城市圈的發(fā)展可以劃分為四個階段:發(fā)育期、成長期、成熟期和融合消散期,如表1所示.

表1 城市圈發(fā)展階段劃分及各階段特征Table 1 Stage division of urban agglomeration

3.2 城市圈發(fā)展各階段綜合交通需求特征

3.2.1 發(fā)育期

經(jīng)濟社會對綜合交通的需求主要是中心城市對外經(jīng)濟聯(lián)系的交通需求,特別是中心城市與經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)的交通需求,以過境需求和轉(zhuǎn)換需求為主,因此綜合交通建設(shè)的重點是綜合交通樞紐的建設(shè),通過實現(xiàn)綜合交通樞紐的一體化規(guī)劃和各種交通方式的合理銜接、結(jié)構(gòu)優(yōu)化來滿足中心城市經(jīng)濟發(fā)展對綜合交通的需求.

3.2.2 成長期

城市圈成長期經(jīng)濟社會對綜合交通的需求是中心城市經(jīng)濟集聚的需求,需求總量繼續(xù)增長,需求方向上以人員、物資向心和離心方向為主,綜合交通網(wǎng)絡(luò)形態(tài)呈放射狀.

3.2.3 成熟期

成熟期外圈城市經(jīng)濟聯(lián)系強度加強,放射型的綜合交通線網(wǎng)布局逐漸不適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展的需求,需要構(gòu)建環(huán)射相結(jié)合的綜合交通網(wǎng)絡(luò)[5];通勤交通需求的增長對于快速大運量的軌道交通需求日趨明顯,半小時圈和1小時圈的快速交通系統(tǒng)形成.

3.2.4 融合消散期

中心城市與外圈城市的經(jīng)濟差異被消除,城市圈內(nèi)城市經(jīng)濟和交通發(fā)展比較均衡,這一時期對綜合交通的需求主要是綜合交通基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)化、現(xiàn)代化和高效化.

3.3 城市圈綜合交通需求階段特征分析的主要指標(biāo)

本文認(rèn)為分析城市圈綜合交通需求特征應(yīng)從城市圈發(fā)展階段劃分和城市圈綜合交通經(jīng)濟適應(yīng)性兩個層面進行分析,城市圈發(fā)展階段劃分指標(biāo)的選擇應(yīng)在吸收和借鑒常規(guī)指標(biāo)的基礎(chǔ)上,增加經(jīng)濟人口不一致系數(shù)、經(jīng)濟聯(lián)系強度等指標(biāo),對城市圈發(fā)展階段的劃分更加科學(xué)和全面;在綜合交通經(jīng)濟適應(yīng)指標(biāo)選擇方面從需求總量、結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)布局等方面構(gòu)建指標(biāo)體系,如圖4所示.大都市圈發(fā)展階段評價指標(biāo)參考值如表2所示.

3.3.1 經(jīng)濟人口不一致系數(shù)

經(jīng)濟人口不一致系數(shù)(GPR)指的是地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展與人口的協(xié)調(diào)程度,GPR=1表示該地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平與人口聚集程度相協(xié)調(diào);GPR＞1表示該地區(qū)只有經(jīng)濟集聚,人口沒有形成規(guī)模;GPR＜1表示該地區(qū)人口密集,經(jīng)濟發(fā)展水平比較落后.

3.3.2 經(jīng)濟聯(lián)系強度

經(jīng)濟聯(lián)系強度是空間運輸聯(lián)系中最活躍的部分,經(jīng)濟聯(lián)系強度是衡量經(jīng)濟聯(lián)系的最主要手段.都市圈經(jīng)濟聯(lián)系強度是指中心城市與圈內(nèi)其他節(jié)點城市間的經(jīng)濟聯(lián)系的強弱程度.其公式如下:

圖4 城市圈綜合交通需求階段性特征分析指標(biāo)Fig.4 Indicators for analyzing the comprehensive traffic demand characteristics of urban agglomeration

式中 Pi,Pj分別表示i,j城市的人口總數(shù);Vi,Vj分別表示i,j城市的國內(nèi)生產(chǎn)總值;Dij表示城市i ,j之間的最短交通距離;Rij表示城市i,j之間經(jīng)濟聯(lián)系強度,若Rij越大,則表明城市i,j之間的聯(lián)系強度越大,反之,越小.

3.3.3 經(jīng)濟交通不一致系數(shù)

經(jīng)濟交通不一致系數(shù)(GTR)指的是地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展與交通的協(xié)調(diào)程度,GTR=1表示該地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平與交通基礎(chǔ)設(shè)施完善程度相協(xié)調(diào);GTR＞1表示該地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平高,交通運輸發(fā)展水平比較低,需要大力發(fā)展交通基礎(chǔ)設(shè)施;GTR＜1表示該地區(qū)交通運輸發(fā)展超前于經(jīng)濟發(fā)展.

3.3.4 分形維數(shù)

分形維數(shù)由交通網(wǎng)絡(luò)的分枝數(shù)目變化率確定,故可揭示交通網(wǎng)絡(luò)的縱橫交叉特征及其復(fù)雜性的空間變化.分形維數(shù)在某種意義上就是網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性量度,其數(shù)值反映網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域滲透能力和復(fù)雜程度.分枝維數(shù)的確定是利用回轉(zhuǎn)半徑法,由下式定義:

式中 r為回轉(zhuǎn)半徑;Db為路結(jié)構(gòu)特征的維數(shù),取值范圍[1,2];n(k)為第k個同心環(huán)帶中的交通網(wǎng)絡(luò)分枝數(shù)目.

表2 大都市圈發(fā)展階段評價指標(biāo)參考值[6]Table 2 Reference values of urban agglomeration stage indexes

4 武漢城市圈綜合交通需求階段性特征實證分析

4.1 武漢城市圈經(jīng)濟發(fā)展階段判定

通過將武漢城市圈經(jīng)濟發(fā)展數(shù)據(jù)與不同發(fā)展階段城市圈經(jīng)濟發(fā)展指標(biāo)的對比,武漢城市圈的面積、人口、城市數(shù)等指標(biāo)低于發(fā)育期城市圈的相應(yīng)指標(biāo),而武漢城市圈的經(jīng)濟總量和人均GDP則高于發(fā)育期水平.可見,武漢城市圈的規(guī)模還比較小,經(jīng)濟發(fā)展水平比較高,基本上可以將武漢城市圈的發(fā)展階段定位為發(fā)育期的高級階段或者成長期的初級階段.

從表3可知,武漢城市圈內(nèi)的其他城市與中心城市武漢有較強的經(jīng)濟聯(lián)系,除黃石、黃岡和鄂州三個城市經(jīng)濟聯(lián)系強度較大之外,圈內(nèi)城市之間的經(jīng)濟聯(lián)系比較小,說明城市圈還處于中心城市經(jīng)濟集聚階段.

圖5為武漢城市圈不一致系數(shù)對比,可以看出,武漢城市圈內(nèi)各城市發(fā)展水平差距很大,中心城市與外圈城市之間的差距十分明顯,基本上是中心城市武漢“一頭獨大”.從經(jīng)濟交通不一致系數(shù)分析來看,武漢市交通與經(jīng)濟發(fā)展不協(xié)調(diào),經(jīng)濟社會發(fā)展嚴(yán)重滯后于交通運輸?shù)陌l(fā)展,綜合交通的先導(dǎo)作用還沒有顯現(xiàn),而圈內(nèi)其他城市的綜合交通建設(shè)則嚴(yán)重滯后于經(jīng)濟社會發(fā)展.

表3 2011年武漢城市圈內(nèi)城市經(jīng)濟聯(lián)系強度Table 3 Economical relation intensity of Wuhan urban agglomeration in 2011

圖5 武漢城市圈不一致系數(shù)對比Fig.5 Comparison of inconsistent coefficient in Wuhan urban agglomeration

4.2 城市圈經(jīng)濟節(jié)點重要度計算

節(jié)點重要度是描述一個節(jié)點在區(qū)域內(nèi)重要程度的相對指標(biāo).本文引用節(jié)點重要度的理念,運用已建立的需求特征分析指標(biāo),通過反熵權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重,分析得出圈內(nèi)城市的經(jīng)濟節(jié)點重要度,并根據(jù)經(jīng)濟節(jié)點重要度分析綜合交通需求的階段性特征,從而為綜合交通規(guī)劃項目提供建設(shè)時序的參考.

步驟1 對指標(biāo)數(shù)值進行無量綱化.

式中 xij為j市第i項指標(biāo)的實際值;aij為j市第i項指標(biāo)的目標(biāo)值;Cij為j市第i項指標(biāo)的預(yù)處理值.

步驟2 確定反熵.

定義兩種基于熵值的反熵,h′、h″與熵值的特征相反,即指標(biāo)的差異性越大,反熵越大.根據(jù)步驟一C值,計算兩種反熵[7]:

式中 0≤rij≤1且

步驟3 確定權(quán)重.

武漢城市圈需求特征指標(biāo)權(quán)重如表4所示.

表4 城市圈需求特征指標(biāo)權(quán)重Table 4 Index weight of demand characteristics in urban agglomeration

步驟4 計算經(jīng)濟節(jié)點重要度.

在確定權(quán)重的基礎(chǔ)上,本文建立如下經(jīng)濟節(jié)點重要度模型.

式中 Ii——節(jié)點i重要度;aj——第j個指標(biāo)的權(quán)重;gij——第i節(jié)點第j指標(biāo)的數(shù)值;——區(qū)域j指標(biāo)平均值;n——節(jié)點個數(shù).

武漢城市圈經(jīng)濟節(jié)點重要度計算結(jié)果如表5所示.

表5 武漢城市圈經(jīng)濟節(jié)點重要度計算結(jié)果Table 5 Economical node importance of Wuhan urban agglomeration

4.3 武漢城市圈綜合交通需求特征分析

根據(jù)經(jīng)濟節(jié)點重要度計算結(jié)果,城市圈的圈層結(jié)構(gòu)可以概括為以武漢為中心城市,以黃岡、黃石、鄂州和孝感為第二級圈層和以咸寧、仙桃、潛江、天門為第三級圈層.根據(jù)計算結(jié)果可以對武漢城市圈綜合交通需求階段性特征做出如下判斷:

(1)武漢城市圈尚處于城市圈發(fā)展的初級階段,城市圈的結(jié)構(gòu)形態(tài)還處于單中心的形式,城市圈經(jīng)濟發(fā)展還處于工業(yè)化的初級階段,外圈城市與武漢經(jīng)濟聯(lián)系強度最大,外圈城市之間經(jīng)濟聯(lián)系強度較小,資源、人員、產(chǎn)業(yè)不斷向中心城市武漢聚集.

(2)武漢城市圈綜合交通需求總量增長潛力巨大,運輸需求過境和轉(zhuǎn)換量大,圈內(nèi)運輸需求分布為向心方向和離心方向運輸需求;城市圈綜合交通網(wǎng)絡(luò)布局呈放射狀.

(3)武漢城市圈經(jīng)濟發(fā)展依然是集聚效應(yīng)發(fā)揮主要作用,根據(jù)經(jīng)濟節(jié)點重要度計算結(jié)果及城市圈經(jīng)濟發(fā)展趨勢,武漢城市圈近期交通建設(shè)應(yīng)重點包括武漢綜合運輸樞紐的結(jié)構(gòu)優(yōu)化,建設(shè)武漢至黃岡、武漢至黃石、武漢至鄂州、武漢至孝感的交通干線,打造武漢與上述城市的快速通道.中遠(yuǎn)期,考慮建設(shè)城市圈環(huán)線.

5 研究結(jié)論

綜合交通是城市圈經(jīng)濟的良性發(fā)展不可或缺的條件,城市圈內(nèi)綜合交通系統(tǒng)的規(guī)劃和建設(shè)應(yīng)兼顧城市圈經(jīng)濟發(fā)展不同階段的特征,分析綜合交通需求的階段特征.本文提出的城市圈綜合交通需求階段性特征分析思路和方法對于研究城市圈綜合交通需求階段性特征具有一定的參考價值,以武漢城市圈為實例的分析印證了本文提出的理論和分析方法的有效性.

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Stage Characteristics of Integrated Transportation Demand for Urban Agglomeration:A Case Study of Wuhan

YIN Xi-hui1,JIA Yuan-hua1,XU Wen-xue2
(1.School of Traffic and Transportation,Beijing Jiaotong University,Beijing 100044,China; 2.Transport Department of Hubei Province,Wuhan 430030,China)

It is an important problem how to build an integrated transportation system,which compatibles with the economic development level of urban agglomeration.The key to solve the problem is analyzing the stage characteristics of urban agglomeration.On the basis of economic adaptability theory and product life cycle theory,this paper divides the economic development period of urban agglomeration as four stages, namely,development period,growth stage,mature period and decline phase.It proposes the ideas and the main indicators for analyzing the integrated transportation demand for urban agglomeration.It also analyzes the demand characteristics of integrated transportation system in the different economic and social stages.At last,in order to verify the main point,taking Wuhan urban agglomeration as a case study based on theeconomic node importance method and anti-entropy weight method.

integrated transportation;demand characteristics;economic node importance;anti-entropy weight method;urban agglomeration;economic adaptability

F503

: A

F503

A

1009-6744(2013)05-0194-08

2013-04-02

2013-07-02錄用日期:2013-07-12

國家自然基金委與中國工程院聯(lián)合基金項目(U0970116).

尹曦輝(1983-),女,河北唐山人,博士生.

*通訊作者:yhjia@bjtu.edu.cn