廣佛都市區(qū)交通網(wǎng)絡發(fā)展及其多指標可達性演變分析

◎ 張 童 胡偉平 毛超榮 崔鋒艷

一、引言

隨著全球化進程的加速，城市群中出現(xiàn)了以大城市為核心，周邊城市共同參與分工、合作一體化的地域空間組織形式——都市區(qū)。地處珠江三角洲核心區(qū)的廣佛都市區(qū)，是珠江三角洲輻射能力最強的綜合服務中心和國際競爭力最強的產(chǎn)業(yè)中心之一[1]。建設廣佛都市區(qū)有利于區(qū)域優(yōu)勢互補、資源共享，形成經(jīng)濟社會一體化發(fā)展的新格局，從而減少重復建設和投資，節(jié)約資源，擴大區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的規(guī)模效應，保護生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)“雙贏”發(fā)展，提升對周邊地區(qū)的輻射影響力和綜合競爭力[2]。

為了加快廣佛同城化的步伐，都市區(qū)的交通基礎設施建設發(fā)展迅速。交通方式及運輸工具的時空效應直接影響了區(qū)域交通可達性的變化。一般認為，交通可達性是指經(jīng)濟活動借助某種交通系統(tǒng)從某地到另外一個地方的難易程度[3]，它可以反映都市區(qū)的空間擴展和區(qū)域內社會經(jīng)濟的緊密程度[4]。因此，在一定意義上說，通過交通可達性來揭示地理空間的聯(lián)系特征，一方面有助于推動未來交通網(wǎng)絡的調整與完善，另一方面有助于決策者協(xié)調交通規(guī)劃與其他社會經(jīng)濟政策，建立有效的引導和調控措施，從而促進廣佛都市區(qū)穩(wěn)定、有序、健康發(fā)展。

1959年Hansen[5]首次提出了可達性的概念，自此之后，引起了國內外學者的關注。Gutierrz和Gonzalez對跨歐洲高速鐵路網(wǎng)可能引起的歐洲各城市可達性值的變化進行了研究[6]；Lineker和Spence研究了倫敦M25環(huán)形公路引起的可達性變化對區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展具有積極促進作用[7]；吳威等以加權平均旅行時間為指標，探討了長江三角洲地區(qū)公路網(wǎng)絡中主要節(jié)點城市可達性空間格局及其演化規(guī)律[8]；劉承良構建最短距離矩陣，引入時間、空間通達性模型，從節(jié)點體系與網(wǎng)絡體系兩個角度，定量分析武漢都市圈城際通達性變化及其空間格局[9]；潘裕娟、曹小曙以廣東省連州市為例，設計路網(wǎng)連通度、可達性、農(nóng)村路網(wǎng)與干線路網(wǎng)銜接的平均距離三項指標來分析鄉(xiāng)村地區(qū)公路網(wǎng)的通達性水平[10]；沈驚宏、陸玉麒采用吸引機會指數(shù)等六種指標揭示了安徽省城鎮(zhèn)不同指標下的可達性空間分異規(guī)律，并建立了一個綜合可達性指數(shù)模型[11]。

綜上所述，國內外學者對可達性的研究涵蓋了從宏觀到微觀、從單一交通方式到綜合交通系統(tǒng)、從單項指標評價到多指標綜合評估。然而，多指標分析多核型都市區(qū)的交通可達性演變的研究，比較少見。本文回顧并展望了改革開放以來，廣佛都市區(qū)交通網(wǎng)絡發(fā)展情況，運用多種指標探討可達性的格局演變，在定量上把握其內在規(guī)律，為進一步優(yōu)化廣佛都市區(qū)路網(wǎng)提供理論依據(jù)，也為可達性的應用領域提供新案例和實證依據(jù)。

二、 研究方法

（一） 數(shù)據(jù)來源與數(shù)據(jù)處理

1.數(shù)據(jù)來源

本文選取了廣佛都市區(qū)1982、1995、2008、2020年四個時間斷面的行政區(qū)劃數(shù)據(jù)、人口數(shù)據(jù)、道路網(wǎng)數(shù)據(jù)。道路網(wǎng)數(shù)據(jù)分別從1982年1∶5萬地形圖，1995年10×10m分辨率的Spot遙感影像，2008年中巴資源衛(wèi)星遙感影像，以及政府文件《廣佛同城化發(fā)展規(guī)劃（2009-2020）》、《廣州市軌道交通2011-2015年建設方案及2020年規(guī)劃方案公示》中提取。行政區(qū)劃數(shù)據(jù)和四期人口數(shù)據(jù)來源于廣東省地圖出版社出版的《廣東省政區(qū)圖冊》。

2.數(shù)據(jù)處理

本文使用ArcGIS軟件中的網(wǎng)絡分析模塊來計算可達性。首先對1982-2020年的四期交通路網(wǎng)分別構建網(wǎng)絡數(shù)據(jù)集，在構建的過程中，對不同等級的道路賦予相應的速度，可計算出每段道路的長度和行駛時間。網(wǎng)絡分析可挑選出任意兩點在交通網(wǎng)絡上的最短路徑，因此本文使用OD（起點—終點）矩陣，計算交通路網(wǎng)中從一個節(jié)點分別到其他所有節(jié)點的最短空間（或最短時間）路徑，從而得出每個節(jié)點的可達性值。通過插值運算，得到研究區(qū)內的可達性空間格局。四期的可達性分布，均按此方法，得到1982-2020年可達性的格局演變。相關處理步驟如下：

根據(jù)《城市道路工程設計規(guī)范》，將廣佛都市區(qū)道路劃分為高速公路、快速路、主干道、次干道、干道和地鐵,并將各類道路賦予不同的速度：高速公路120km/h，快速路80km/h，主干道60km/h，次干道40km/h，干道30km/h。

1997年，廣州地鐵一號線開通，因此本文在2008、2020年路網(wǎng)數(shù)據(jù)中加入地鐵因素。地鐵的最高設計時速從100-140km/h不等，但在實際運營中一般不超過80km/h。本文借助百度地圖提供的地鐵線路及時間查詢功能，就不同地鐵線路隨機選取起始站和終點站，得到與此相關的路程與時間值，然后通過繼續(xù)取平均[12]，求得該地鐵線路的平均速度為41.42km/h（表1）。

由于高速公路、快速路和地鐵的封閉性，構建網(wǎng)絡數(shù)據(jù)集時，高速公路、快速路、地鐵，與其他道路相交時，僅在出入口處設為連通。出入口數(shù)據(jù)從中國地圖出版社出版的《中國高速公路及路網(wǎng)詳查地圖集》中獲取。

以2008年的廣佛都市區(qū)行政邊界為準，通過查閱各個政區(qū)的行政區(qū)劃調整，將1982年和1995年的人口數(shù)據(jù)合并或拆分，分配到相應的行政區(qū)內[13]。為了計算未來都市區(qū)可達性格局，將2012年人口數(shù)據(jù)應用在2020年的研究中[14]。

（二）研究方法

1.可達性指標

城市間距離是衡量城市聯(lián)系程度的重要指標，廣佛都市區(qū)城市道路和軌道交通是其最重要的城際交通方式。本文借鑒劉承良的距離模型[9,15]，選取區(qū)域內795個政府駐地作為空間節(jié)點，其中1個省級行政單位，3個市級行政單位，171個鎮(zhèn)級行政單位，其余620個村級行政單元，以最小公路里程核算各節(jié)點間最短路徑交通距離，構造交通里程矩陣L:

①最短空間距離可達性：

②最短時間距離可達性：

表1 地鐵速度表

2.吸引機會指數(shù)

吸引機會是指某城鎮(zhèn)因其人口、經(jīng)濟、交通等因素而對外具有一定的吸引能力，使得物流、人流、信息流對該城鎮(zhèn)有一定的傾向性流動。本文定義節(jié)點的吸引機會指數(shù)為其他所有節(jié)點的人口到某一個節(jié)點的概率之和，所用模型[16]為

三、結果與分析

（一）廣佛都市區(qū)交通網(wǎng)絡發(fā)展歷程

改革開放初期，研究區(qū)內只有G105、106、107、205、321等國道穿過（圖1），道路等級普遍偏低、種類單一。1982-1995年，是廣佛地區(qū)高速公路建設的起步階段。至1995年，通過研究區(qū)的高速有廣佛高速、廣花高速、廣深高速和廣州繞城高速。與此同時，海印大橋、洛溪大橋的完工，增進了珠江兩岸的交通往來[17]。

1995-2008年是綜合交通網(wǎng)絡的快速發(fā)展階段。1997年，廣州地鐵一號線開通，至2008年，地鐵1、2、3、4號線通車，廣州中心城區(qū)基本實現(xiàn)軌道交通連接[18]。2000年廣州內環(huán)路修繕完工，并以7條放射線與環(huán)城高速相連。為了實現(xiàn)“北優(yōu)、南拓、東進、西聯(lián)”的空間發(fā)展戰(zhàn)略，廣園快速路、華南快速路、南沙港快速路、新光快速路于2003-2006年相繼完工，大大增進了廣州中心城區(qū)與郊區(qū)的聯(lián)系。同時，廣東省最長的環(huán)城公路——佛山一環(huán)線也于2006年建成通車。

圖1 1982-2020年廣佛都市區(qū)交通網(wǎng)絡發(fā)展歷程

2008-2020年是交通網(wǎng)絡的成熟完善階段。高快速路網(wǎng)方面，形成以廣州華南高速公路樞紐為中心，禪城、南海、順德、番禺、花都、增城等公路分樞紐（客貨站場）為節(jié)點，京珠、廣惠、廣深、廣佛、廣清、廣肇、廣花、105國道、325國道等為放射延伸，廣州環(huán)城、二環(huán)、珠三環(huán)、佛山一環(huán)等高快速路連接互通的同城化高快速路網(wǎng)。軌道交通方面，構建以廣州為核心，廣佛、廣深、廣珠、廣肇、廣清、廣從等輕軌為放射線的華南城際軌道交通樞紐[19]。

（二）最短空間距離的可達性格局演變

分別對1982-2020年路網(wǎng)數(shù)據(jù)構建網(wǎng)絡數(shù)據(jù)集，結合795個行政節(jié)點，在Arc-GIS軟件中建立OD矩陣，由式（2）計算出四期795個節(jié)點的最短空間距離的可達性指數(shù)。并分別對四期的可達性指數(shù)使用克里金插值，得廣佛都市區(qū)1982-2020年可達性演變圖（圖2）。

由結果知，最短空間距離的可達性格局由珠江北岸為軸的帶狀分布，演變?yōu)橐詮V州中心城區(qū)為核心的圈層結構。1982年，可達性分布以珠江為界，呈現(xiàn)出明顯南北差異，且北岸優(yōu)于南岸。隨著高等級道路的修建，1995年研究區(qū)出現(xiàn)了圈層狀格局；2008年，高可達性區(qū)域不斷擴大，形狀趨于規(guī)則和穩(wěn)定；2020年，可達性格局整體上變化不大，邊緣區(qū)域進一步改善，路網(wǎng)的擴張對可達性格局的影響減弱。

從節(jié)點間平均距離來看（圖3），都市區(qū)間的旅行距離明顯縮短。1982年，節(jié)點間的平均距離為61.88km,到1995年，縮短到50.76km，減少了18%。2008年和2020年的節(jié)點平均距離分別為47.59km和44.50km,分別縮短了6.25%和6.48%?？梢?，節(jié)點間最短空間距離不斷縮短，但變化幅度逐漸減小。

圖3 1982-2020年廣佛都市區(qū)節(jié)點平均距離

從三個時段的可達性變化值分布來看，1982-1995年，研究區(qū)的大部分區(qū)域都得到顯著提高；1995-2008年，廣佛交界處的荔灣區(qū)、桂城街一帶最短空間距離縮短最多，其次是小谷圍街，這是由于大學城環(huán)線的修建；2008-2020年，研究區(qū)內部變化不大，主要在番禺的化龍、石樓，以及東莞的洪梅、沙田附近，可達性改善較為明顯。

表2反映了最短空間距離的可達性分布的均衡性，從4期極值差上看，區(qū)域總體可達性趨于均衡。但1995年與1982年相比，可達性系數(shù)的標準差略有下降，而2008年與1995年相比，其值有所上升，2020年的標準差在四期數(shù)據(jù)中最小?？梢?，1982年路網(wǎng)總體等級不高，可達性處于低級相對均衡分布；隨著交通網(wǎng)絡的發(fā)展，道路等級的不均衡性一度導致可達性分布的不均衡；至2020年，路網(wǎng)格局趨于完善成熟，可達性向高等級相對均衡方向發(fā)展。

圖2 1982-2020年最短空間距離的可達性格局演變

表2 1982-2020年多指標可達性的統(tǒng)計結果

（三）最短時間距離的可達性格局演變

由式（3）計算出795個節(jié)點四期的最短時間距離的可達性，并用克里金插值，得到廣佛都市區(qū)1982-2020年的可達性演變圖（圖4）。分析圖可知：最短時間距離的可達性演變格局，以廣州中心城區(qū)為低值中心向外圍不規(guī)則圈層狀增高，且呈交通主干道指向性。1982年，可達性格局沿G105等城市主干道北向鐘落潭、西向大瀝延伸；高速公路的出現(xiàn)，致使1995年的可達性格局沿高速公路的方向突出，北向廣花高速沿線的石井、江高、雅瑤，西南向廣佛高速沿線的祖廟，東南向廣深高速沿線的蘿崗等節(jié)點可達性增長很快。之后，高等級道路的進一步擴張，使得2008年的可達性呈現(xiàn)向外輻射的星狀格局，地鐵3號線、新光快速、南沙快速的通車，進一步改善了番禺的可達性；2020年，圈層結構更加規(guī)則和穩(wěn)定。

1982-2020年間，廣佛都市區(qū)兩節(jié)點間的平均時間也大為縮短（圖5）。從1982年的68.78min減少到2020年的31.71min，且三個時段的變化幅度分別為29.54%，22.47%和15.58%，變化幅度逐漸減小。同時，與最短空間距離的可達性相似，最短時間距離的可達性分布的均衡性也呈現(xiàn)出從低級相對均衡——不均衡——高級相對均衡的演變特征。

（四）吸引機會指數(shù)的格局演變

圖4 1982-2008最短時間距離的可達性格局演變

圖5 1982-2020年廣佛都市區(qū)節(jié)點平均時間

以鎮(zhèn)（街道）的政府駐地為節(jié)點，計算每個鎮(zhèn)（街道）的吸引機會指數(shù)，并將結果分為五個等級，得到1982-2020年廣佛都市區(qū)吸引機會指數(shù)演變圖（圖6）。

1982年以來，高吸引區(qū)（＞2.5）和較高吸引區(qū)（1.5-2.5）基本位于研究區(qū)西部，即廣佛交界處?？梢姀V佛地域相連、交通銜接，經(jīng)濟社會發(fā)展水平高，同城化具備良好的基礎。與東莞相比，廣州與佛山的聯(lián)系更加緊密。

研究區(qū)吸引機會指數(shù)由以廣州中心城區(qū)為核心，演變?yōu)槿蠼M團式分布格局。1982年，交通最便利、人口最集中、經(jīng)濟基礎最優(yōu)越的廣州中心城區(qū)成為高吸引區(qū)，白云區(qū)北部和花都區(qū)東部，以及佛山的桂城、獅山、羅村次之；由于山體或河流的阻隔，或人口基數(shù)小，白云區(qū)中部、番禺的石樓和東莞的麻涌吸引機會指數(shù)最低。1995年，位于佛山市區(qū)的祖廟街，成為吸引機會指數(shù)最高的地區(qū)，順德的大良街和番禺的市橋街是區(qū)政府駐地，人口集中，行政區(qū)劃調整的增城新塘鎮(zhèn)，都成為較高吸引機會指數(shù)地區(qū)。2008年，由于快速路、高速路、城市地鐵的修建，使番禺地區(qū)的石碁、大石、鐘村吸引機會指數(shù)得到提高，而小谷圍，由于廣州大學城的建立，短時間內人口匯集，成為較高吸引機會的地區(qū)。到2020年，圍繞廣州中心城區(qū)的三大組團—花都區(qū)新華街、佛山桂城和祖廟、增城市新塘—這種局面仍將維持，且番禺區(qū)的化龍鎮(zhèn)成為新熱點。因此，廣佛都市區(qū)可達性演變情況是地形、人口、路網(wǎng)、經(jīng)濟發(fā)展、政府調控等眾多因素共同作用的結果。

吸引機會指數(shù)的極值差和標準差反映（表2），1982-2020年極值差由23.763降到4.641，各鎮(zhèn)差距顯著縮小，但2020年與2008年相比，極值差和標準差又略有增長。由于使用2012年人口數(shù)據(jù)計算2020年的吸引機會指數(shù)，未來城鎮(zhèn)間的發(fā)展差距是否拉大有待進一步觀察。

圖6 1982-2020年吸引機會指數(shù)分級圖

四、結論與討論

本文回顧并展望了1982年以來，廣佛都市區(qū)的交通網(wǎng)絡發(fā)展情況，從最短空間距離可達性、最短時間距離可達性、吸引機會指數(shù)三個方面，詳細剖析了研究區(qū)可達性的演變規(guī)律和特征。得到結論如下：（1）改革開放以來，廣佛都市區(qū)路網(wǎng)擴展迅速，道路種類和道路等級不斷提升，交通基礎設施整體狀況優(yōu)良；（2）最短空間距離的可達性格局由珠江北岸為軸的帶狀分布，演變?yōu)橐詮V州中心城區(qū)為核心的圈層結構；（3）最短時間距離的可達性格局演變，以廣州中心城區(qū)為低值中心向外圍呈不規(guī)則圈層狀增高，且具有交通主干道指向性；（4）吸引機會指數(shù)由廣州中心城區(qū)為核心，演變?yōu)槿蠼M團式分布，番禺區(qū)化龍鎮(zhèn)成為新的熱點；（5）1982-2020年間，廣佛都市區(qū)出現(xiàn)顯著的時空收斂現(xiàn)象，城市間的時空距離縮短，但變化幅度在減?。唬?）三個時段的可達性變化值是研究區(qū)內部變化小，邊緣區(qū)變化大；（7）均衡性方面，最短空間距離、最短時間距離的可達性都經(jīng)歷了低級相對均衡——不均衡——高級相對均衡的過程。吸引機會指數(shù)反映，廣州與佛山的聯(lián)系多于東莞，各鎮(zhèn)之間的吸引差距不斷減小，但到2020年出現(xiàn)略微不均衡，這種情況有待進一步觀察；（8）影響都市區(qū)可達性的演變因素包括地形、人口、經(jīng)濟發(fā)展、政府調控等多方面。

上述研究表明，交通基礎設施建設初期對都市區(qū)的可達性影響較大，但后期，愈加成熟完善的路網(wǎng)，對可達性格局的影響減弱。未來發(fā)展的重點不再是大規(guī)模路網(wǎng)擴張，而是完善網(wǎng)絡結構和配套的公共服務功能，構造一體化高效交通系統(tǒng)，優(yōu)化廣佛同城化。由于早期數(shù)據(jù)的獲取難度大，以及廣佛行政區(qū)劃的不斷調整，路網(wǎng)和人口數(shù)據(jù)不夠完善，實驗精度有待進一步提高。未來可在交通對城市空間擴展的影響方面作進一步深入研究。

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