基于“高鐵+”網(wǎng)絡(luò)的東北地區(qū)城市聯(lián)系網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)研究

郭 建 科 ，王 琰，王 英 ，高 花 花 ，李 富 祥

(1.遼寧師范大學(xué)海洋經(jīng)濟(jì)與可持續(xù)發(fā)展研究中心，遼寧 大連116029；2.中北大學(xué)馬克思主義學(xué)院，山西 太原030051；3.西北大學(xué)新聞傳播學(xué)院，陜西 西安710127；4.遼東學(xué)院，遼寧 丹東118001)

0 引言

城市聯(lián)系網(wǎng)絡(luò)是城市間交流的直接體現(xiàn)。將城市置于整體網(wǎng)絡(luò)中，能更好地體現(xiàn)單一城市在網(wǎng)絡(luò)中的作用并揭示其所在網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)機(jī)理，打破“就城市論城市”的局限性，凸顯城市互動聯(lián)系在城市及整個網(wǎng)絡(luò)中的重要性。1996年Castells提出“流動空間”概念，實(shí)現(xiàn)了“靜態(tài)城市”到“動態(tài)城市”的演變，推動了世界城市研究視角和思維的創(chuàng)新[1-3]。此后，學(xué)術(shù)界開始依托城市間各種關(guān)系要素流對城市網(wǎng)絡(luò)開展相關(guān)研究，主要集中在利用數(shù)學(xué)模型測算城市間聯(lián)系強(qiáng)度[4-7]，利用企業(yè)分支機(jī)構(gòu)衡量城市間聯(lián)系[8-10]，利用人流[11,12]、交通流[13-20]、知識流[21,22]和信息流[23]等流要素建立城市流空間聯(lián)系。研究尺度主要分為全球、國家、區(qū)域、城市內(nèi)部4個尺度：在全球尺度上，從信息流角度計(jì)算和劃分全球城市聯(lián)系及城市等級排名[24]，基于航空客運(yùn)數(shù)據(jù)探討全球城市網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系強(qiáng)度的時空演化[25]；在國家尺度上，基于百度遷移大數(shù)據(jù)研究中國地級以上城市的人口流動網(wǎng)絡(luò)[26]；在區(qū)域尺度上，對各地理大區(qū)或省域有較全面的研究[27-30]；在城市內(nèi)部尺度上，主要利用公交卡、手機(jī)信令等數(shù)據(jù)研究城市內(nèi)部人口通勤的流動特征[31,32]。

春運(yùn)是中國特有的以年為周期的人口大遷移，從1980年“春運(yùn)”一詞出現(xiàn)后，近40年來春運(yùn)大軍從1億人次增至近30億人次，春運(yùn)無疑成為觀察城市聯(lián)系的一個重要窗口。近年來，國內(nèi)學(xué)者開始從春運(yùn)視角研究城市及其聯(lián)系網(wǎng)絡(luò)并取得進(jìn)展，但研究重點(diǎn)多為人口網(wǎng)絡(luò)，較少涉及運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)[33,34]。春運(yùn)期間脈沖式鐵路運(yùn)輸需求與鐵路運(yùn)力不足的矛盾表現(xiàn)突出，高鐵運(yùn)營一定程度上緩解了春運(yùn)鐵路運(yùn)力供需矛盾。兩城市間若存在直達(dá)高鐵列車將緩解普速列車的運(yùn)輸壓力，若兩城市間無直達(dá)高鐵連通，通過高鐵中轉(zhuǎn)也會緩解普速列車的運(yùn)輸壓力。東北地區(qū)是中國最早發(fā)展鐵路的地區(qū)之一，普速列車網(wǎng)絡(luò)發(fā)展相對完善，加之近年來高鐵建設(shè)快速推進(jìn)，高鐵網(wǎng)絡(luò)覆蓋城市數(shù)量不斷增加。因此，通過對東北地區(qū)“高鐵+”聯(lián)系網(wǎng)絡(luò)的研究，將更全面地了解東北地區(qū)的城市網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，同時解析不同時期城市網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特征以及定位中轉(zhuǎn)樞紐城市將為特殊時期鐵路運(yùn)力供需矛盾的緩解提供參考。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源與選取

本文以東北地區(qū)黑龍江省、吉林省、遼寧省以及內(nèi)蒙古自治區(qū)東四盟市的40個城市作為研究對象，收集年內(nèi)變化較大的春運(yùn)與非春運(yùn)期間的高鐵(包括G、C、D車次)及普速列車(包括Z、K、T、L、Y車次)數(shù)據(jù)(來源于智行APP)，分別構(gòu)建基于高鐵與“高鐵+”網(wǎng)絡(luò)的無權(quán)與加權(quán)城市聯(lián)系網(wǎng)絡(luò)，以及40×40的OD矩陣。1)基于高鐵網(wǎng)絡(luò)的無權(quán)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建：若兩城市間存在直達(dá)高鐵則為1，否則為0；基于高鐵網(wǎng)絡(luò)的加權(quán)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建：若兩城市間存在n趟直達(dá)高鐵列車，則兩城市間權(quán)重為n，否則為0。2)基于“高鐵+”網(wǎng)絡(luò)的無權(quán)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建：若城市1—城市3無直達(dá)高鐵，但可先乘坐高鐵(普速列車)到達(dá)中轉(zhuǎn)城市2，然后轉(zhuǎn)乘普速列車(高鐵)到達(dá)城市3，則認(rèn)為城市1—城市2、城市2—城市3為1，城市1—城市3為0；基于“高鐵+”網(wǎng)絡(luò)的加權(quán)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建：若城市1—城市3無直達(dá)高鐵，但存在n種換乘方案，其中m(m≤n)種換乘方案總時長小于直達(dá)普速列車的總時長，則認(rèn)為城市1—城市2、城市2—城市3權(quán)重為m，城市1—城市3權(quán)重為0。

1.2 研究方法

1.2.1 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)基本指標(biāo)

(1)平均路徑長度：用于測度網(wǎng)絡(luò)中任意兩節(jié)點(diǎn)之間距離的平均值，反映網(wǎng)絡(luò)的便捷性與連通性，數(shù)值較小,說明網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)只需經(jīng)過較少的中轉(zhuǎn)即可抵達(dá)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)整體聯(lián)系緊密。公式如下：

(1)

式中：L為平均路徑長度；n為節(jié)點(diǎn)數(shù)；dij為節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j間最短路徑邊數(shù)。

(2)網(wǎng)絡(luò)聚類系數(shù)：用于測度網(wǎng)絡(luò)的整體集聚程度，為網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)聚類系數(shù)的平均值。公式如下：

(2)

(3)

1.2.2 節(jié)點(diǎn)中心性指標(biāo) 選取中介中心性和鄰近中心性衡量網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的中轉(zhuǎn)、銜接以及間接可達(dá)性功能。加權(quán)網(wǎng)絡(luò)中的最短路徑通過原始網(wǎng)絡(luò)中權(quán)重的倒數(shù)計(jì)算[35]。

(1)中介中心性：以所有節(jié)點(diǎn)對間的加權(quán)最短路徑經(jīng)過給定節(jié)點(diǎn)的次數(shù)和衡量，反映節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中的中轉(zhuǎn)和銜接功能，值越大表明節(jié)點(diǎn)在城市聯(lián)系網(wǎng)絡(luò)中的樞紐性越強(qiáng)。相關(guān)公式如下：

(4)

式中：WBCi為節(jié)點(diǎn)i的中介中心性；nkj、nkj(i)分別為節(jié)點(diǎn)k與節(jié)點(diǎn)j間所有加權(quán)最短路徑的條數(shù)及最短路徑經(jīng)過節(jié)點(diǎn)i的次數(shù)。

(2)鄰近中心性：以某節(jié)點(diǎn)到網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)的平均加權(quán)最短路徑長度的倒數(shù)衡量，反映該節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中的相對可達(dá)性大小。相關(guān)公式如下：

(5)

2 東北地區(qū)“高鐵+”網(wǎng)絡(luò)特征和城市聯(lián)系空間特征

2.1 “高鐵+”網(wǎng)絡(luò)的小世界特征

東北地區(qū)高鐵網(wǎng)絡(luò)平均路徑長度為1.64，網(wǎng)絡(luò)聚類系數(shù)為0.8255，表現(xiàn)為較小的平均路徑長度和較高的聚集性，具備小世界網(wǎng)絡(luò)特征，證明東北地區(qū)高鐵網(wǎng)絡(luò)連通狀況良好。由于東北地區(qū)普速鐵路網(wǎng)絡(luò)發(fā)展相對完善，促使“高鐵+”網(wǎng)絡(luò)的小世界特征比高鐵網(wǎng)絡(luò)更明顯，具體表現(xiàn)為：“高鐵+”網(wǎng)絡(luò)平均路徑長度為1.55，網(wǎng)絡(luò)聚類系數(shù)為0.8277。在春運(yùn)期間，增加車次與延長原有列車線路等方式使得“高鐵+”網(wǎng)絡(luò)的小世界效應(yīng)進(jìn)一步增強(qiáng)，城市間聯(lián)系更緊密，具體表現(xiàn)為：“高鐵+”網(wǎng)絡(luò)平均路徑長度為1.48，網(wǎng)絡(luò)聚類系數(shù)為0.8283。

2.2 “高鐵+”網(wǎng)絡(luò)的中心性特征

研究中剔除不合理的中轉(zhuǎn)方案(同站中轉(zhuǎn)時間<30 min或異站中轉(zhuǎn)時間<60 min)，彌補(bǔ)了以往研究中忽視列車間隔時間能否滿足乘客中轉(zhuǎn)這一問題。總體看，“高鐵+”網(wǎng)絡(luò)相比高鐵網(wǎng)絡(luò)中的中轉(zhuǎn)樞紐城市數(shù)量從4個增至9個，沈陽、長春、哈爾濱始終為區(qū)域核心樞紐城市。沈陽位于區(qū)域中心，既是遼寧省內(nèi)城市間聯(lián)系的重要中轉(zhuǎn)城市，也是省內(nèi)城市與黑龍江、吉林、蒙東地區(qū)的重要中轉(zhuǎn)城市；長春是吉林省內(nèi)城市間的重要中轉(zhuǎn)城市，也是省內(nèi)城市與黑龍江、遼寧、蒙東地區(qū)之間中轉(zhuǎn)的重要城市；而哈爾濱與沈陽、長春相比，處于區(qū)域邊緣，中轉(zhuǎn)功能相對較弱。大連雖為東北地區(qū)四大中心城市之一，但受地理位置影響，其“中轉(zhuǎn)”功能有限，在城市聯(lián)系網(wǎng)絡(luò)中的中介地位不如中部城市，未來如能建成渤?？绾Ｍǖ?，大連有望成為遼東半島連接山東半島甚至長江中下游的中轉(zhuǎn)城市；吉林、四平等在“高鐵+”網(wǎng)絡(luò)中的中轉(zhuǎn)地位顯現(xiàn)，吉林在高鐵網(wǎng)絡(luò)中的中介中心性雖為0，但其在“高鐵+”網(wǎng)絡(luò)中的中介中心性僅次于三大省會城市，成為區(qū)域新的中轉(zhuǎn)樞紐。春運(yùn)期間，中介中心性城市的位序并未發(fā)生變化，三大省會城市中介中心性進(jìn)一步提高，中轉(zhuǎn)功能大大加強(qiáng)，樞紐性強(qiáng)化明顯，可見省會城市是東北地區(qū)“高鐵+”網(wǎng)絡(luò)中重要的換乘樞紐。承擔(dān)中轉(zhuǎn)功能的城市數(shù)量有所增加，大慶、齊齊哈爾等城市也承擔(dān)著部分換乘中轉(zhuǎn)功能(圖1、表1)。

圖1 “高鐵+”網(wǎng)絡(luò)Fig.1 "High-speed rail+" network

表1 城市中介中心性Table 1 Urban betweenness centrality

高鐵網(wǎng)絡(luò)鄰近中心性最高的為沈陽，其次為長春、哈爾濱、大連、四平，但在“高鐵+”網(wǎng)絡(luò)中，長春以微弱優(yōu)勢成為鄰近中心性最高的城市，沈陽、哈爾濱、四平、吉林的鄰近中心性均超過大連。未開通高鐵的城市相比開通高鐵的城市，其鄰近中心性明顯處于區(qū)域“洼地”，“高鐵+”網(wǎng)絡(luò)有助于提升未開通高鐵城市的鄰近中心性，最大程度提升其城市聯(lián)系能力(表2)。

表2 城市鄰近中心性Table 2 Urban closeness centrality

春運(yùn)期間“高鐵+”網(wǎng)絡(luò)中各城市的鄰近中心性都有不同幅度的提高，平均鄰近中心性為14.73，較非春運(yùn)期間提升89.8%。其中，沈陽提升幅度最大，其次是長春、興安盟、哈爾濱。春運(yùn)期間沈陽、長春、哈爾濱的始發(fā)列車增加，加之原有鐵路線路延長后,絕大多數(shù)經(jīng)過省會城市，使其鄰近中心性大幅提高；興安盟鄰近中心性提高得益于原有鐵路線路延長、運(yùn)營班次增加。部分鄰近中心性低的城市在春運(yùn)期間雖有所提高，但增幅不大(如雞西提升了1.47)，滯后于平均鄰近中心性的增幅(約6.97)。春運(yùn)期間“高鐵+”網(wǎng)絡(luò)中鄰近中心性排名較非春運(yùn)期間有一定的變化，如沈陽超過長春成為鄰近中心性最高的城市，這在很大程度上得益于北京方向與東北地區(qū)城市間列車頻次增加，沈陽作為該線路重要連接站點(diǎn)，列車頻次稍多于長春。此外，春運(yùn)期間沈陽的鄰近中心性與中介中心性最大，其次是長春和哈爾濱，可見春運(yùn)期間三大省會城市不僅自身通達(dá)能力強(qiáng)，而且在城市聯(lián)系中的“橋梁”作用更加凸顯。

2.3 城市聯(lián)系空間特征

春運(yùn)期間和非春運(yùn)期間是一年內(nèi)城市聯(lián)系變化較顯著的兩個時期，圖2反映了東北地區(qū)年內(nèi)城市聯(lián)系變化的全局空間趨勢：東西向中間高、兩邊低，南北向自南向北依次遞減，這種空間聯(lián)系變化與哈大鐵路干線走向密切相關(guān)，即城市聯(lián)系變化量大的城市基本位于哈大鐵路沿線。

圖2 東北地區(qū)年內(nèi)城市聯(lián)系變化全局趨勢Fig.2 Overall trend of urban connection in Northeast China within a year

采用自然斷裂法(Jenks Naturel Breaks)對年內(nèi)兩個時期城市聯(lián)系進(jìn)行分類，進(jìn)而對兩個時期各層級城市進(jìn)行對比，結(jié)果顯示：1)在地理分布上，最高層級城市表現(xiàn)出一定的穩(wěn)定性，即兩個時期最高層級城市除哈爾濱屬于黑龍江，其他城市均屬于遼寧和吉林，蒙東地區(qū)城市均未進(jìn)入最高層級城市序列，且兩個時期最高層級城市數(shù)量均呈現(xiàn)出遼寧>吉林>黑龍江>蒙東地區(qū)。2)通遼作為連接內(nèi)蒙古與東北地區(qū)的門戶，是春運(yùn)期間唯一進(jìn)入第二層級的蒙東地區(qū)的城市，層級地位在春運(yùn)期間開始凸顯；第二層級城市數(shù)量表現(xiàn)出遼寧>黑龍江>吉林>蒙東地區(qū)。3)第三層級和第四層級城市數(shù)量眾多，各地區(qū)均有分布。

春運(yùn)期間城市間聯(lián)系強(qiáng)度均有所提升，位序?yàn)檫|寧(4.7)>吉林(3.8)>黑龍江(2.4)>蒙東地區(qū)(1.1)，遼寧內(nèi)部既是聯(lián)系強(qiáng)度最高的地區(qū)，也是聯(lián)系強(qiáng)度變化最大的地區(qū)。在聯(lián)系組團(tuán)方面，遼寧僅有撫順、葫蘆島位于邊緣組團(tuán)，其余城市均位于核心組團(tuán)；吉林僅有遼源、通化、白城位于邊緣組團(tuán)，其余均位于核心組團(tuán)；黑龍江位于核心組團(tuán)的城市不多。城市間聯(lián)系平均變化量為120次，沈陽為聯(lián)系變化量最大的城市(291次)，其次為長春(268次)、哈爾濱(265次)、四平(254次)、大連(245次)。沈陽在省際聯(lián)系上向北主要增強(qiáng)了與長春、哈爾濱、四平的聯(lián)系，向西加強(qiáng)了與四盟市的聯(lián)系，省內(nèi)聯(lián)系上主要增強(qiáng)了向南與大連的聯(lián)系。長春在省際聯(lián)系上主要增強(qiáng)了與北部哈爾濱、南部沈陽及西部四盟市的聯(lián)系，省內(nèi)聯(lián)系上增強(qiáng)了與吉林和延邊的聯(lián)系。哈爾濱在省際聯(lián)系上主要增強(qiáng)了與長春、沈陽、大連的聯(lián)系，在省內(nèi)聯(lián)系上主要增強(qiáng)了與大慶、齊齊哈爾、牡丹江的聯(lián)系。另外，四平作為東北地區(qū)鐵路的重要樞紐之一，在城市聯(lián)系中有著舉足輕重的作用，其省際聯(lián)系增強(qiáng)了與沈陽、哈爾濱、大連、齊齊哈爾等城市的聯(lián)系，省內(nèi)加強(qiáng)了與長春、吉林、白城的聯(lián)系。大連雖然位于區(qū)域端點(diǎn)，但其聯(lián)系強(qiáng)度變化仍很明顯，這與其經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高、外來務(wù)工人口多密切相關(guān)，其省內(nèi)主要聯(lián)系城市為沈陽、鞍山、遼陽等，省外聯(lián)系城市主要是長春、哈爾濱、吉林等。各省會城市在省際聯(lián)系中占據(jù)首要地位，春運(yùn)期間地位更突出。

3 結(jié)論與建議

本文通過“高鐵+”網(wǎng)絡(luò)與高鐵網(wǎng)絡(luò)的對比，探討“高鐵+”網(wǎng)絡(luò)對城市聯(lián)系網(wǎng)絡(luò)的作用，相比已有研究本文的貢獻(xiàn)在于：第一，從“高鐵+”視角探究城市網(wǎng)絡(luò)特征，解析了各城市在高鐵網(wǎng)絡(luò)以及“高鐵+”網(wǎng)絡(luò)中的作用和功能，明確了城市在不同網(wǎng)絡(luò)中的地位和作用；第二，以年內(nèi)城市聯(lián)系變化較大的春運(yùn)與非春運(yùn)期間為例，解析了不同時期“高鐵+”網(wǎng)絡(luò)的特征及城市的功能、地位變化。主要結(jié)論如下：1)“高鐵+”網(wǎng)絡(luò)提升了東北地區(qū)城市聯(lián)系網(wǎng)絡(luò)的小世界特征。處于高鐵網(wǎng)絡(luò)之外的城市可以借助“高鐵+”網(wǎng)絡(luò)使自身鄰近中心性得到提升，除三大省會城市外，吉林分化為區(qū)域第四大中轉(zhuǎn)樞紐。2)春運(yùn)期間“高鐵+”網(wǎng)絡(luò)的小世界特征較非春運(yùn)期間更明顯，鐵路網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)通狀況進(jìn)一步改善。春運(yùn)期間三大省會城市不僅自身通達(dá)能力強(qiáng)，而且在城市聯(lián)系中的“橋梁”作用更凸顯。部分鄰近中心性低的城市在春運(yùn)期間有所提高，但增幅不大，與鄰近中心性高的城市仍存在較大差距。3)城市年內(nèi)聯(lián)系變化量與哈大鐵路干線走向密切相關(guān)，通遼作為內(nèi)蒙古與東北地區(qū)連接的門戶，其層級地位在春運(yùn)期間開始凸顯。省會城市在省際聯(lián)系中占據(jù)首要地位，春運(yùn)期間地位更突出。

目前東北地區(qū)高速鐵路建設(shè)逐步推進(jìn)，但部分未開通高鐵的城市與其他城市聯(lián)系存在諸多不便。鑒于高鐵建設(shè)周期長、速度較緩慢的特點(diǎn)，未開通高鐵的城市應(yīng)加快推進(jìn)高鐵建設(shè)，同時加強(qiáng)與鐵路部門的溝通與協(xié)作，利用東北地區(qū)普速鐵路發(fā)展相對完善的優(yōu)勢，規(guī)劃、搭建與高鐵相連接的換乘網(wǎng)絡(luò),以便加強(qiáng)與其他城市的交流與合作，從而促進(jìn)自身發(fā)展。春運(yùn)期間鐵路供需矛盾更加突出，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)或欠發(fā)達(dá)城市均存在脈沖式需求量與運(yùn)力不足之間的矛盾，為此要根據(jù)春運(yùn)期間客流變化及時調(diào)整運(yùn)營線路、發(fā)車頻次，科學(xué)安排換乘接續(xù)列車，最大程度釋放高鐵優(yōu)勢以緩解運(yùn)力供需矛盾。換乘樞紐城市承擔(dān)著換乘人流壓力，對于同站換乘而言，除現(xiàn)有車站內(nèi)設(shè)置的換乘便捷通道外，應(yīng)組織換乘客流優(yōu)先下車，減少流線交叉干擾，并適當(dāng)投入人力引導(dǎo)換乘以確保站點(diǎn)穩(wěn)定、高效運(yùn)行；對于異站換乘而言，站點(diǎn)之間接駁的交通設(shè)施是換乘的重要條件，應(yīng)改善站點(diǎn)之間的交通便捷度、舒適度等，并結(jié)合信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)媒體建立換乘信息服務(wù)平臺，最大程度確保異站中轉(zhuǎn)客流的順利換乘。