絲路經(jīng)濟(jì)帶現(xiàn)有鐵路網(wǎng)通達(dá)性測(cè)算及分析

高佩 姚紅光 戚瑩

摘 要：本文以絲路經(jīng)濟(jì)帶為研究對(duì)象，結(jié)合目前比較成熟的GIS軟件分析技術(shù)，基于絲路沿帶國(guó)家現(xiàn)有鐵路網(wǎng)中的每個(gè)國(guó)家部分行政省會(huì)城市抽象為鐵路網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)，以2018年各國(guó)及省會(huì)城市間鐵路網(wǎng)的加權(quán)平均旅行時(shí)間距離為度量指標(biāo)，直觀、準(zhǔn)確地對(duì)整個(gè)絲路沿帶現(xiàn)有鐵路網(wǎng)的時(shí)間通達(dá)性及空間格局進(jìn)行測(cè)算和分析。研究表明：（1）整個(gè)研究區(qū)時(shí)間通達(dá)性在空間分布上極不均衡，最優(yōu)的主要集中在東歐和中南亞地區(qū)城市;最差主要集中在中亞、西南亞地區(qū)城市。（2）整個(gè)研究區(qū)在不考慮本國(guó)家內(nèi)城市之間的相互影響下，時(shí)間通達(dá)性空間格局發(fā)生了較大變化，但是整體空間分布仍舊極不均衡。

關(guān)鍵詞： 絲路經(jīng)濟(jì)帶;Arc GIS;鐵路網(wǎng)絡(luò);通達(dá)性

【Abstract】 In this paper， the Economic Belt of Silk Road as the research object， combined with the current more mature GIS software analysis technology， based on the Silk Road along the belt of the country's existing railway network， the administrative provincial capital in each country part is abstracted as a node in the railway networks，between countries and provincial capitals in 2018 the weighted average travel time distance as a measure， the time accessibility and spatial pattern of the whole Silk Road along are accurately calculated and analyzed with the existing railway network. The results show that： （1） The time accessibility of the whole study area is very uneven in spatial distribution， and the optimal concentration is mainly in the cities of Eastern Europe and Central Asia; the worst is mainly concentrated in the cities of Central Asia and West Asia. （2） The spatial pattern of time accessibility has changed greatly in the whole study area without taking into account the interaction between cities in their home countries， but the overall spatial distribution is still extremely uneven.

【Key words】 ?Silk Road Economic Belt; Arc GIS; railway network; accessibility

0 引 言

隨著中國(guó)共建“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”的國(guó)家級(jí)頂級(jí)戰(zhàn)略提出，不難發(fā)現(xiàn)“設(shè)施聯(lián)通”作為“五通”之一，對(duì)科學(xué)地規(guī)劃、實(shí)施絲路經(jīng)濟(jì)帶戰(zhàn)略和促進(jìn)沿帶區(qū)域合作共贏起著舉足輕重的作用。鐵路具有運(yùn)力大、成本低、通用性好等優(yōu)勢(shì)，所以成為“設(shè)施聯(lián)通”的主角。為了響應(yīng)國(guó)家“高鐵走出去”號(hào)召，有必要對(duì)現(xiàn)有絲路沿帶各國(guó)家城市間鐵路網(wǎng)通達(dá)性進(jìn)行深入的研究與分析。

一直以來(lái)，通達(dá)性都受到來(lái)自各個(gè)不同研究領(lǐng)域?qū)W者的廣泛關(guān)注，被認(rèn)為是有效評(píng)價(jià)交通網(wǎng)絡(luò)的綜合指標(biāo)之一[1]。張?zhí)礻籟2]指出對(duì)于通達(dá)性概念理解的差異，本質(zhì)上是來(lái)源于通達(dá)性不同層面的涵義。一是客觀層面交通運(yùn)輸或通訊通達(dá)性，即各點(diǎn)之間交通、交流的便捷程度，也就是區(qū)位評(píng)價(jià);二是主觀層面心理通達(dá)性，即按人的意愿產(chǎn)生的對(duì)某一空間點(diǎn)或區(qū)域的主觀選擇優(yōu)先級(jí)。據(jù)此劃分，本文所定義的通達(dá)性含義更傾向于主觀層面，即絲路經(jīng)濟(jì)帶現(xiàn)有鐵路網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)城市之間互相到達(dá)的便捷程度。

共建“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”戰(zhàn)略一經(jīng)提出，就得到了國(guó)際社會(huì)的高度關(guān)注和有關(guān)國(guó)家的積極響應(yīng)，也激發(fā)了各個(gè)研究領(lǐng)域?qū)W者的積極探索熱潮，目前已成為研究熱點(diǎn)話題[3]。就通達(dá)性的研究，在交通規(guī)劃領(lǐng)域是起步最早并且應(yīng)用最充分的，研究的內(nèi)容可分為單一和多種交通方式兩種[4]。研究單一交通方式通達(dá)性主要用于城市間或城市內(nèi)公路交通網(wǎng)絡(luò);隨著計(jì)算機(jī)水平的提高，結(jié)合GIS技術(shù)的通達(dá)性度量方法不斷得到應(yīng)用，通達(dá)性的研究被提升到一個(gè)新的高度，更加注重深層次的數(shù)據(jù)挖掘。國(guó)外學(xué)者對(duì)通達(dá)性的研究起步較早， Gleason等人[5]最早使用區(qū)位模型來(lái)確定城市公共交通通達(dá)性水平;Munnel[6]指出區(qū)域間通達(dá)性差異可以看成是區(qū)域發(fā)展差異形成的原因之一，并對(duì)美國(guó)東西部沿海地區(qū)兩個(gè)城市群進(jìn)行了實(shí)證分析;Vickerman等人[7]評(píng)價(jià)了歐洲綜合交通網(wǎng)路建設(shè)的影響;Bentlage等人[8]使用聯(lián)鎖網(wǎng)絡(luò)模型定量地評(píng)估了運(yùn)輸方式和運(yùn)輸方式的相互關(guān)聯(lián)性。國(guó)內(nèi)對(duì)交通網(wǎng)絡(luò)通達(dá)性的研究也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，近年來(lái)，隨著中國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和交通基礎(chǔ)設(shè)施大力建設(shè)，各類重大研究貢獻(xiàn)成果陸續(xù)涌現(xiàn)。李玉森等人[9]基于交通時(shí)間和路網(wǎng)里程對(duì)遼寧省干線公路網(wǎng)絡(luò)通達(dá)性進(jìn)行了研究，來(lái)衡量城市通達(dá)性水平的高低以及空間格局的規(guī)范與合理;李亞婷等人[10]以最短時(shí)間和可達(dá)性系數(shù)為指標(biāo)分析了河南省公路網(wǎng)的可達(dá)性空間格局極其演化特征;吳威等人[11]以加權(quán)平均旅行時(shí)間為指標(biāo)對(duì)3個(gè)時(shí)間斷面的長(zhǎng)江三角洲公路網(wǎng)絡(luò)的可達(dá)性空間格局及其演化進(jìn)行研究;張兵等人[12]以基于最短路徑模型、經(jīng)濟(jì)權(quán)重可達(dá)性和經(jīng)濟(jì)潛力指數(shù)為主要指標(biāo)對(duì)近20年來(lái)湖南公路網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化做出研究，對(duì)其空間格局演變進(jìn)行分析;張志學(xué)等人[13]基于GIS研究了陜西省縣級(jí)尺度交通可達(dá)性，同時(shí)指出提高區(qū)域交通通達(dá)性的均衡是今后交通建設(shè)的重點(diǎn)。

上述研究都從不同方面采用相關(guān)指標(biāo)對(duì)路網(wǎng)通達(dá)性進(jìn)行評(píng)價(jià)，反映了評(píng)價(jià)路網(wǎng)通達(dá)性研究的必要性。由已有研究來(lái)看，目前從交通和城市聯(lián)系角度出發(fā)對(duì)絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶的系統(tǒng)研究還較少。多是對(duì)絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶中國(guó)段范圍的分析，缺乏從整體角度對(duì)“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”跨國(guó)范圍的系統(tǒng)分析[14]，結(jié)合GIS技術(shù)對(duì)絲路經(jīng)濟(jì)帶鐵路網(wǎng)通達(dá)性進(jìn)行分析及評(píng)價(jià)的研究成果則尤顯匱乏。據(jù)此，本文在確定研究區(qū)域之后，基于現(xiàn)有鐵路網(wǎng)絡(luò)結(jié)合GIS技術(shù)對(duì)絲路經(jīng)濟(jì)帶通達(dá)性進(jìn)行測(cè)算及分析。對(duì)此擬展開(kāi)研究論述如下。

1 ?絲路經(jīng)濟(jì)帶現(xiàn)有鐵路網(wǎng)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

截至目前，絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶并沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的精確空間范圍。從國(guó)內(nèi)現(xiàn)有研究來(lái)看，較多將“一帶一路”統(tǒng)一考慮并將其范圍界定為包括東南亞、南亞、西亞/中東、中東歐、中亞、蒙古和俄羅斯、中國(guó)等65個(gè)國(guó)家所組成的區(qū)域[15]。實(shí)際上，在整個(gè)“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”版圖上，中亞、東歐、西亞共同構(gòu)成了絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶的中部核心地區(qū)，是絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶戰(zhàn)略推進(jìn)的重點(diǎn)。據(jù)此，從資源互補(bǔ)性、地緣影響力以及數(shù)據(jù)可獲得性出發(fā)，本文以中國(guó)作為絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶的東部起點(diǎn)，選取核心區(qū)中亞5國(guó)、重點(diǎn)區(qū) 15 國(guó)，以及歐洲18國(guó)。共 39 國(guó)作為“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”國(guó)家代表，綜合考慮這些國(guó)家的國(guó)土面積、行政區(qū)劃、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和交通樞紐城市節(jié)選出代表城市共121個(gè)，總面積約4 254.37 萬(wàn)km2，總?cè)丝诮?7.79億。這條線路很長(zhǎng)且橫向輻射范圍廣，是當(dāng)前世界上最有發(fā)展?jié)摿Φ牡貐^(qū)，涵蓋了不同發(fā)展程度的各類國(guó)家城市，本文所選國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平程度分布詳見(jiàn)表1。

整個(gè)研究區(qū)現(xiàn)有鐵路網(wǎng)分布，主要是以中國(guó)為東方起點(diǎn)，貫通整個(gè)亞歐大陸，從中國(guó)的東北、到蒙古、新疆，連接中亞五國(guó)河中地區(qū)，再分別從北路俄羅斯、東歐通道進(jìn)入歐洲，和南路伊朗、巴基斯坦、中東土耳其通道進(jìn)入歐洲。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與預(yù)處理

數(shù)據(jù)主要包括空間矢量和屬性兩類，對(duì)此可得研究表述如下。

（1）空間矢量數(shù)據(jù)，包括研究區(qū)國(guó)家級(jí)、省級(jí)行政區(qū)劃、鐵路道路網(wǎng)數(shù)據(jù)，來(lái)源于2018年開(kāi)放街道地圖（Open Street Map，簡(jiǎn)稱OSM）[16]，運(yùn)用ArcGIS 10.2將基礎(chǔ)圖層數(shù)字化，使得研究區(qū)各國(guó)分省界與數(shù)字化鐵路網(wǎng)圖層疊加，形成絲路經(jīng)濟(jì)帶現(xiàn)有鐵路網(wǎng)分布圖。

（2）屬性數(shù)據(jù)，包括人口數(shù)據(jù)：研究區(qū)行政區(qū)域人口數(shù)據(jù)來(lái)源于《中國(guó)城市統(tǒng)計(jì)年鑒》（2018年）和哥倫比亞大學(xué)地球觀測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)與信息中心[17];研究區(qū) GDP和人口數(shù)據(jù)來(lái)源于《中國(guó)城市統(tǒng)計(jì)年鑒》（2018年）、世界銀行公開(kāi)數(shù)據(jù)[18]。

若要對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，可將獲取到的空間矢量路網(wǎng)信息數(shù)據(jù)全部導(dǎo)入Arc GIS 10.2版本下Arc Map中，在軟件中進(jìn)行坐標(biāo)系統(tǒng)定義（地理坐標(biāo)和投影坐標(biāo)），地理坐標(biāo)統(tǒng)一定義為 GCS-WGS-1984，投影坐標(biāo)統(tǒng)一定義為 WGS_1984_World_Mercator;鐵路運(yùn)行速度按 90 km/h計(jì)算[19]。

2 通達(dá)性測(cè)算及分析

2.1 通達(dá)性測(cè)算

2.1.1 節(jié)點(diǎn)城市的確定

在本文界定的絲路經(jīng)濟(jì)帶范圍內(nèi)，部分國(guó)家鐵路網(wǎng)相對(duì)較發(fā)達(dá)，通達(dá)性好，而多數(shù)國(guó)家城市通達(dá)性則較差。測(cè)算和分析通達(dá)性一般和較差地區(qū)的鐵路網(wǎng)有助于加深對(duì)該地區(qū)鐵路網(wǎng)情況的了解，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致鐵路網(wǎng)通達(dá)性較差的原因所在，為尋找有效提高通達(dá)性的方式提供理論依據(jù)，更具有現(xiàn)實(shí)意義。

鑒于地理范疇較大，節(jié)點(diǎn)城市的選定源自于沿帶各國(guó)家內(nèi)在綜合考慮了各國(guó)首都、經(jīng)濟(jì)中心、行政中心及主要交通樞紐城市等因素后最終得到的121座城市，以期能夠通過(guò)城市、國(guó)家之間通達(dá)性的測(cè)算來(lái)全面反映研究區(qū)整體通達(dá)水平。

2.1.2 建立鐵路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集

要在Arc GIS軟件中計(jì)算加權(quán)平均旅行時(shí)間距離，即需要將矢量電子地圖轉(zhuǎn)化為可用于尋找路徑的路網(wǎng)，在GIS中稱之為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集。利用Arc Map軟件，創(chuàng)建要素?cái)?shù)據(jù)集，將研究區(qū)城市、研究區(qū)鐵路、世界和研究區(qū)國(guó)家共計(jì)4個(gè)點(diǎn)、線、面要素導(dǎo)入要素?cái)?shù)據(jù)集中構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集，完成后就可用于網(wǎng)絡(luò)分析。

2.1.3 求解加權(quán)平均最短旅途時(shí)間

對(duì)于加權(quán)平均旅行時(shí)間距離的分析，在此可得闡釋論述如下：Arc GIS軟件并沒(méi)有直接提供計(jì)算時(shí)間度量的方法，但是卻給出了2種計(jì)算最短出行路徑方法。一種為簡(jiǎn)單的路徑分析，適用于單個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)單個(gè)節(jié)點(diǎn)之間。另一種為OD成本矩陣分析，則適用于多個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)多個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的最短路徑分析。鑒于本文討論的是121個(gè)節(jié)點(diǎn)城市相互之間的路徑分析，研究中選擇先創(chuàng)建OD成本矩陣來(lái)分析最短路徑。OD成本矩陣用來(lái)計(jì)算兩地之間的成本的，該成本可以是出行距離、也可以是出行時(shí)間。而在本文用到的是分析時(shí)間距離指標(biāo)，故而在構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集時(shí)，自定義為OD時(shí)間成本，如圖1所示。并根據(jù)公示t=s/v，賦予時(shí)間成本表達(dá)式為“[長(zhǎng)度]/90 ”，如圖2所示。其中，[長(zhǎng)度]字段值為該段道路的長(zhǎng)度（單位：Km），由GIS軟件自行計(jì)算得出。

定義好時(shí)間成本后，需要對(duì)OD時(shí)間成本矩陣進(jìn)行分析設(shè)置，以獲取所需數(shù)據(jù)。當(dāng)分析選擇的是時(shí)間指標(biāo)時(shí)，結(jié)果就是節(jié)點(diǎn)間加權(quán)平均旅行時(shí)間距離，不過(guò)由于軟件的局限性，其本身并沒(méi)有給出時(shí)間的單位，由于前面長(zhǎng)度設(shè)置單位為Km，速度單位為Km/h，故時(shí)間單位處理為小時(shí)（h）。

設(shè)置完成后，分別將121個(gè)城市添加為起始點(diǎn)和目的地點(diǎn)求解路徑，即可利用得到的出行距離計(jì)算出加權(quán)平均旅行時(shí)間距離。為方便后續(xù)計(jì)算分析，將軟件中為dbf格式文件的OD時(shí)間成本矩陣分析結(jié)果轉(zhuǎn)換為Excel的文件格式導(dǎo)出。

2.2 通達(dá)性分析

根據(jù)以上步驟，通過(guò)Arc GIS的網(wǎng)絡(luò)分析功能可計(jì)算得出各個(gè)節(jié)點(diǎn)城市之間的加權(quán)平均旅行時(shí)間距離，在此基礎(chǔ)上，設(shè)定2個(gè)指標(biāo)反映絲路經(jīng)濟(jì)帶沿線鐵路網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間通達(dá)性，即每個(gè)城市節(jié)點(diǎn)的加權(quán)平均旅行時(shí)間距離和通達(dá)性系數(shù)。研究中主要從2個(gè)方面加以分析，內(nèi)容詳情分述如下。

（1）分析各城市的時(shí)間通達(dá)性結(jié)果。分析后可知，可以看出整個(gè)研究區(qū)時(shí)間通達(dá)性在空間分布上極不均衡，時(shí)間最短跨度為6.66～133.46 h。最優(yōu)的主要集中在東歐和中南亞地區(qū)城市，通達(dá)性都維持在6～60 h之間;最差主要集中在中亞、西南亞地區(qū)城市，通達(dá)性基本都在60～130 h之間。另外，由于自然地理環(huán)境影響，位于中國(guó)的烏魯木齊市通達(dá)性也很差，為116.03 h。中國(guó)與俄羅斯作為整個(gè)絲路經(jīng)濟(jì)帶兩大經(jīng)濟(jì)體通達(dá)性處于較好水平。

進(jìn)一步對(duì)各城市時(shí)間通達(dá)性系數(shù)結(jié)果進(jìn)行分析。分析后可知，通達(dá)性系數(shù)大于1的城市主要集中在整個(gè)研究區(qū)的中間地帶，反映出中間地帶城市通達(dá)性水平低于整個(gè)研究區(qū)平均水平，通達(dá)性差;通達(dá)性系數(shù)小于1的城市主要集中在東西兩側(cè)，且東側(cè)通達(dá)性水平高于西側(cè)。

（2）從不包括國(guó)家內(nèi)城市兩兩之間的時(shí)間通達(dá)性角度分析各城市的時(shí)間通達(dá)性結(jié)果。由結(jié)果對(duì)比分析后可知，可以看出整個(gè)研究區(qū)在不考慮本國(guó)家內(nèi)城市之間的相互影響下，時(shí)間通達(dá)性空間格局發(fā)生了較大變化，但是整體空間分布仍舊極不均衡，時(shí)間最短跨度為15～123.72 h。通達(dá)性最優(yōu)依然主要集中在東歐和南亞地區(qū)城市，通達(dá)性都維持在15～40 h之間;最差地區(qū)發(fā)生了變化，主要集中在西南亞地區(qū)城市和中國(guó)絕大多數(shù)城市，通達(dá)性基本都在100 h以上。由此可以得出中國(guó)基于鐵路對(duì)外的通達(dá)性水平差，尤其是在中國(guó)沿海城市主要依靠海運(yùn)，鐵路運(yùn)輸并不占主導(dǎo)地位。

進(jìn)一步分析各城市時(shí)間通達(dá)性系數(shù)的結(jié)果。結(jié)果顯示，通達(dá)性系數(shù)大于1的城市主要集中在俄羅斯東、西部、中國(guó)絕大部分和西南亞地區(qū)，反映出這些地區(qū)城市通達(dá)性水平低于整個(gè)研究區(qū)平均水平，通達(dá)性差;通達(dá)性系數(shù)小于1的城市占整個(gè)研究區(qū)的比重較小，主要集中在東歐、俄羅斯中部以及南亞地區(qū)城市，且東歐和南亞通達(dá)性水平高于俄羅斯中部地區(qū)城市。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文在界定絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶研究范圍基礎(chǔ)之上，基于現(xiàn)有鐵路線網(wǎng)數(shù)據(jù)，結(jié)合GIS技術(shù)利用成本加權(quán)時(shí)間距離算法首先分別從包括和不包括國(guó)內(nèi)城市相互之間兩個(gè)角度測(cè)算絲路經(jīng)濟(jì)帶現(xiàn)有鐵路的時(shí)間通達(dá)性，其次基于兩個(gè)方面對(duì)絲路經(jīng)濟(jì)帶時(shí)間通達(dá)性和時(shí)間通達(dá)性系數(shù)空間格局給予分析，得出相關(guān)結(jié)論主要有：

（1）整個(gè)研究區(qū)時(shí)間通達(dá)性在空間分布上極不均衡，最優(yōu)的主要集中在東歐和中南亞地區(qū)城市;最差主要集中在中亞、西南亞地區(qū)城市;另外，位于中國(guó)的烏魯木齊市通達(dá)性由于自然地理環(huán)境影響也很差。中國(guó)與俄羅斯作為整個(gè)絲路經(jīng)濟(jì)帶兩大經(jīng)濟(jì)體通達(dá)性處于較好水平。

（2）整個(gè)研究區(qū)在不考慮本國(guó)家內(nèi)城市之間的相互影響下，時(shí)間通達(dá)性空間格局發(fā)生了較大變化，但是整體空間分布仍舊極不均衡。通達(dá)性最優(yōu)依然主要集中在東歐和南亞地區(qū)城市;最差地區(qū)發(fā)生了變化，主要集中在西南亞地區(qū)城市和中國(guó)絕大多數(shù)城市。由此可以得出中國(guó)基于鐵路對(duì)外的通達(dá)性水平差，尤其是在中國(guó)沿海城市主要依靠海運(yùn)，鐵路運(yùn)輸并不占主導(dǎo)地位。

通過(guò)測(cè)算，了解并得出了絲路經(jīng)濟(jì)帶現(xiàn)有鐵路網(wǎng)的時(shí)間通達(dá)性現(xiàn)狀。從節(jié)約時(shí)間成本角度考慮，為后期進(jìn)行現(xiàn)有鐵路線路改造和高鐵線路規(guī)劃及布局方案的提出提供了更廣泛的角度。但是文章只是針對(duì)地理區(qū)位和現(xiàn)有鐵路現(xiàn)狀分析了時(shí)間通達(dá)性，考慮到通達(dá)性水平與經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況是密不可分的，所以各城市之間通達(dá)性水平與經(jīng)濟(jì)兩者之間的聯(lián)系及聯(lián)系強(qiáng)度等是下一步需要研究的內(nèi)容，以期能更好地為日后進(jìn)行現(xiàn)有鐵路線路改造和高鐵線路規(guī)劃及布局提供支持，進(jìn)而促進(jìn)研究區(qū)城市和國(guó)家之間的貿(mào)易合作。

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