城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)演化對城市空間關(guān)聯(lián)效應(yīng)的影響研究

丁 銳 ，張宜琳 ，張 婷 ，周 濤 ，杜琳鈺

（1.貴州財(cái)經(jīng)大學(xué) 貴州省大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州 貴陽 550025；2.貴州財(cái)經(jīng)大學(xué) 大數(shù)據(jù)應(yīng)用與經(jīng)濟(jì)學(xué)院，貴州 貴陽 550025；3.貴州財(cái)經(jīng)大學(xué) 綠色金融科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州 貴陽 550025)

0 引言

《交通強(qiáng)國建設(shè)綱要》提出建設(shè)現(xiàn)代化高質(zhì)量綜合立體交通網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)立體互聯(lián)，形成區(qū)域交通協(xié)調(diào)發(fā)展新格局。交通基礎(chǔ)設(shè)施作為城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要制約和促進(jìn)因素，發(fā)展交通網(wǎng)絡(luò)能極大加強(qiáng)相關(guān)區(qū)域的空間關(guān)聯(lián)能力，為城市經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步增長提供有力支撐與保障。空間關(guān)聯(lián)是指事物(對象)在地理空間上的相互影響、相互依賴、相互制約和相互作用，可表述為事物在地理空間上發(fā)生的各種相互作用的總和。由于交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)能夠帶來時空收斂效應(yīng)，減少各地區(qū)之間的距離成本，因此能夠?qū)Φ貐^(qū)間空間關(guān)聯(lián)效應(yīng)產(chǎn)生影響。研究軌道交通網(wǎng)絡(luò)演化即不同年期下軌道交通的增長變化，能夠清晰地闡釋新建軌道交通對于地區(qū)空間關(guān)聯(lián)效應(yīng)的影響。

目前學(xué)界關(guān)于交通網(wǎng)絡(luò)所帶來的地區(qū)空間關(guān)聯(lián)格局演變的研究，主要通過分析交通網(wǎng)絡(luò)的可達(dá)性、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特征、抗毀性等來探究交通網(wǎng)絡(luò)對于地區(qū)空間關(guān)聯(lián)的影響。宋國棟等[1]從可達(dá)性出發(fā)，分析新交通方式對區(qū)域空間關(guān)聯(lián)格局的影響。趙丹等[2]從可達(dá)性角度分析高速鐵路建設(shè)對長三角城市群空間格局演變的影響。楊曉楠等[3]基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)視角分析不同地區(qū)交通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)演化及其影響。文略等[4]通過對既有交通網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行抗毀性分析以尋求優(yōu)化交通網(wǎng)絡(luò)、穩(wěn)定提升區(qū)域空間關(guān)聯(lián)程度的策略。當(dāng)前地區(qū)空間關(guān)聯(lián)格局相關(guān)研究大多只基于單個角度考慮交通設(shè)施對于地區(qū)空間關(guān)聯(lián)格局的影響，較少基于多個維度的研究結(jié)果來進(jìn)行探討。因此，從交通復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特性、區(qū)域可達(dá)性以及交通關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的抗毀能力出發(fā)，實(shí)證研究城市軌道交通對于貴陽市空間關(guān)聯(lián)格局的影響，為城市交通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)及空間關(guān)聯(lián)格局優(yōu)化提供參考。

1 研究方法

為反映城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)對區(qū)域空間關(guān)聯(lián)情況的影響，運(yùn)用Space-L網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建方法建立軌道交通拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)[5]，將網(wǎng)絡(luò)特征測度、可達(dá)性分析、可靠性分析納入空間關(guān)聯(lián)效應(yīng)研究范圍，能夠量化分析網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特征及其穩(wěn)定性、不同軌道網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)的重要性以及軌道站點(diǎn)與周邊區(qū)域的空間關(guān)系。

1.1 城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建

Space-L網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建方法源于數(shù)學(xué)圖論，即將現(xiàn)實(shí)中的城市軌道交通站點(diǎn)抽象為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，將軌道交通線路抽象為網(wǎng)絡(luò)的邊，則可得到城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)[6-8]。由此，城市交通網(wǎng)絡(luò)可以表示為無向連通網(wǎng)絡(luò)，公式如下。

式中：G為軌道交通拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)；V為節(jié)點(diǎn)集；E為V中元素的無序?qū)蜻?，用eij來表示；W為每條邊的權(quán)值，權(quán)值可視為節(jié)點(diǎn)之間通行的地鐵線路數(shù)量；N為總節(jié)點(diǎn)個數(shù)；vi為節(jié)點(diǎn)i；vj為節(jié)點(diǎn)j。

單層網(wǎng)絡(luò)的鄰接矩陣A可表示為

式中：aij為節(jié)點(diǎn)vi和vj之間的連接，當(dāng)vi與vj有邊連接時，aij= 1，否則aij= 0，這里設(shè)置aii= 0以消除節(jié)點(diǎn)自連接，且A= [aij]n×n為非負(fù)對稱矩陣。

1.2 軌道交通復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)演化特征分析

從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特征和網(wǎng)絡(luò)中心性來分析復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)演化特征既能反映整個網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)演化特征，也能揭示節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的位置及其特點(diǎn)變化。從網(wǎng)絡(luò)規(guī)模及網(wǎng)絡(luò)通達(dá)能力角度來描述網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)演化特點(diǎn)，選取的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特征為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)、邊的數(shù)量、網(wǎng)絡(luò)直徑和平均路徑長度。從節(jié)點(diǎn)連通效率來分析網(wǎng)絡(luò)演化過程中網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的重要性，選取的網(wǎng)絡(luò)中心性為平均度和介數(shù)中心性。

（1）網(wǎng)絡(luò)直徑。在網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j之間最短路徑中邊的數(shù)目就是路徑長度，節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j的路徑中經(jīng)過邊數(shù)最少一條稱為該節(jié)點(diǎn)對的最短路徑，記作dij。網(wǎng)絡(luò)直徑指網(wǎng)絡(luò)中距離最遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)對之間的路徑長度，反映了節(jié)點(diǎn)對之間的連通效率。

式中：D為網(wǎng)絡(luò)直徑；dij為節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j之間的最短路徑。

（2）平均路徑長度。網(wǎng)絡(luò)平均路徑長度定義為所有節(jié)點(diǎn)對的最短路徑的平均值。平均路徑長度體現(xiàn)了交通網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)間的關(guān)聯(lián)程度，反映交通網(wǎng)絡(luò)的連通效率。

式中：L為平均路徑長度。

（3） 平均度。度中心性是衡量節(jié)點(diǎn)對于網(wǎng)絡(luò)的重要程度的基礎(chǔ)指標(biāo)。度值表示與節(jié)點(diǎn)相連的所有邊的數(shù)量之和。平均度即為網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的度值之和除以總的節(jié)點(diǎn)個數(shù)，公式如下。

（4）介數(shù)中心性。介數(shù)中心性表示所有節(jié)點(diǎn)對的最短路徑經(jīng)過某個節(jié)點(diǎn)的次數(shù)，刻畫了節(jié)點(diǎn)在復(fù)雜交通網(wǎng)絡(luò)的中轉(zhuǎn)承接能力。節(jié)點(diǎn)的介數(shù)越大，其在網(wǎng)絡(luò)路徑中的影響越重要。

式中：Bi為介數(shù)中心性；gst為節(jié)點(diǎn)s與節(jié)點(diǎn)t之間最短路徑的數(shù)量為節(jié)點(diǎn)s到節(jié)點(diǎn)t中經(jīng)過節(jié)點(diǎn)i的最短路徑數(shù)量。

1.3 可達(dá)性分析

使用加權(quán)平均旅行時間作為可達(dá)性測度指標(biāo)，加權(quán)平均旅行時間是指節(jié)點(diǎn)到區(qū)域內(nèi)其他所有節(jié)點(diǎn)所耗費(fèi)時間的均值，側(cè)重的是某一節(jié)點(diǎn)在綜合交通方式下通行的便捷程度。

式中：Ai為節(jié)點(diǎn)i的加權(quán)平均旅行時間，h；Tij為節(jié)點(diǎn)i與j之間的最短旅行時間，h；Mj為節(jié)點(diǎn)j的權(quán)重；Pj為節(jié)點(diǎn)j的總?cè)丝跀?shù)，人；Gj為節(jié)點(diǎn)j的GDP，萬元。

1.4 可靠性分析

可靠性被定義為網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)承受相應(yīng)擾動或負(fù)載仍保持繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的能力。提升網(wǎng)絡(luò)可靠性可使軌道交通網(wǎng)絡(luò)在面臨各種沖擊時功能更加穩(wěn)定。通過對軌道交通網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行可靠性分析，來測度軌道交通網(wǎng)絡(luò)受到擾動后繼續(xù)運(yùn)營的能力。網(wǎng)絡(luò)可靠性定義為遭受擾動后網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)總度值與初始網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)總度值之比，其表達(dá)式如下。

式中：R(e)為網(wǎng)絡(luò)可靠性，0≤R(e)≤1，可用于測度交通網(wǎng)絡(luò)受到擾動后繼續(xù)運(yùn)行能力為初始網(wǎng)絡(luò)總度值為遭受擾動后網(wǎng)絡(luò)的總度值。

在此運(yùn)用5種網(wǎng)絡(luò)擾動策略對相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)可靠性進(jìn)行測試，可以分為蓄意擾動與隨機(jī)擾動，蓄意擾動包括基于節(jié)點(diǎn)的聚類系數(shù)、介數(shù)和度值從大到小的順序依次擾動節(jié)點(diǎn)，分別從節(jié)點(diǎn)的鄰域連接情況、重要程度和中轉(zhuǎn)銜接能力來測試網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。隨機(jī)擾動是從網(wǎng)絡(luò)中隨機(jī)選擇節(jié)點(diǎn)或邊進(jìn)行擾動，模擬現(xiàn)實(shí)對網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性的擾動?；谶@5種策略進(jìn)行擾動，能夠全面地模擬各種情況下網(wǎng)絡(luò)受到的沖擊。

5種擾動策略如下：①基于節(jié)點(diǎn)聚類系數(shù)值的擾動策略。從節(jié)點(diǎn)聚類系數(shù)值最大的網(wǎng)絡(luò)開始擾動，將聚類系數(shù)值最大的節(jié)點(diǎn)從交通網(wǎng)絡(luò)中移除，從而測算網(wǎng)絡(luò)效率的變化情況和R(e)值。②基于節(jié)點(diǎn)的度值擾動策略。從節(jié)點(diǎn)度值最大的網(wǎng)絡(luò)開始擾動，移除交通網(wǎng)絡(luò)中度值最大的節(jié)點(diǎn)，從而測算網(wǎng)絡(luò)效率的變化情況和R(e)值。③基于節(jié)點(diǎn)的隨機(jī)擾動策略。隨機(jī)對交通網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行擾動，移除交通網(wǎng)絡(luò)中隨機(jī)選取的節(jié)點(diǎn)，從而測算網(wǎng)絡(luò)效率的變化情況和R(e)值。④基于邊的隨機(jī)擾動策略。隨機(jī)對交通網(wǎng)絡(luò)的邊進(jìn)行擾動，移除交通網(wǎng)絡(luò)中隨機(jī)選取的邊，從而測算網(wǎng)絡(luò)效率的變化情況和R(e)值。⑤基于節(jié)點(diǎn)介數(shù)中心性的擾動策略。從介數(shù)中心性值最大的節(jié)點(diǎn)開始擾動，移除交通網(wǎng)絡(luò)中介數(shù)中心性值最大的節(jié)點(diǎn)，從而測算網(wǎng)絡(luò)效率的變化情況和R(e)值。

2 實(shí)證分析

目前貴陽市正處于大力發(fā)展城市軌道交通的關(guān)鍵時期，合理規(guī)劃和修建軌道交通網(wǎng)絡(luò)可以有效地促進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)活力。據(jù)貴陽市人民政府2008年批復(fù)的《貴陽市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃》(以下簡稱“規(guī)劃”)，貴陽市軌道交通遠(yuǎn)景年線網(wǎng)由 9 條線路組成，總長度 467 km。選取2017年、2020年、2023年、2030年4個關(guān)鍵年份(以下簡稱“4個年份”)對貴陽市軌道交通進(jìn)行研究。其中2017年開通首條地鐵線路1號線，標(biāo)志貴陽市正式邁入軌道時代；2020年、2023年總計(jì)陸續(xù)有4條地鐵線路開通，軌道交通建設(shè)邁入高速發(fā)展時期。至2030年按規(guī)劃將建成地鐵4號線，形成貴陽市軌道交通全部線網(wǎng)。對4個年份下貴陽市城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)特征分析、可達(dá)性分析及可靠性分析，以研究城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)對貴陽市區(qū)域空間關(guān)聯(lián)情況的影響。其中相關(guān)交通數(shù)據(jù)來源于貴陽市軌道交通官網(wǎng)。

2.1 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)特征分析

運(yùn)用Space-L網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建方法構(gòu)建4個年份下貴陽市城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)，并進(jìn)一步分析其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特性，得到相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特征。2017—2020年，由于僅開通地鐵1號線與2號線，軌道交通網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)平均度即網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的度值之和與節(jié)點(diǎn)的總個數(shù)之比小于2，僅存在林城西路站與噴水池站2個換乘節(jié)點(diǎn)度值為4，大部分節(jié)點(diǎn)為線路中間節(jié)點(diǎn)度值為2，起連接前后節(jié)點(diǎn)的作用；而小部分節(jié)點(diǎn)位于網(wǎng)絡(luò)末端，僅連接1條邊，度值僅為1，因此整體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)單一。此階段貴陽市軌道交通網(wǎng)絡(luò)經(jīng)歷著橫向擴(kuò)張，網(wǎng)絡(luò)特征不顯著，網(wǎng)絡(luò)直徑與平均路徑長度隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)目增多而增大。2020—2023年，隨著地鐵2號線二期、3號線一期、S1線一期、S2線一期北段的陸續(xù)開通，節(jié)點(diǎn)平均度在相應(yīng)增大，度值大于2的節(jié)點(diǎn)比例逐漸上升，增加了一些度值為4的換乘節(jié)點(diǎn)，如北京路站、興筑路站等，軌道交通網(wǎng)絡(luò)密集程度提升，交通網(wǎng)絡(luò)連接得到優(yōu)化。新線路的開通提升了節(jié)點(diǎn)間直達(dá)率，使得網(wǎng)絡(luò)直徑不斷縮減，軌道交通網(wǎng)絡(luò)中距離最遠(yuǎn)節(jié)點(diǎn)之間通行更加便捷。平均路徑長度和網(wǎng)絡(luò)直徑均呈現(xiàn)先上升后下降的態(tài)勢，軌道交通網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)間關(guān)聯(lián)程度不斷加強(qiáng)，連通效率得到提升。2023年之后，隨著多條線路的開通，更多節(jié)點(diǎn)的加入，網(wǎng)絡(luò)直徑與平均路徑長度下降到歷史最低值，城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化程度進(jìn)一步提升。貴陽市軌道交通演化情況如圖1所示，可以清晰看到4個年份下貴陽市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的生長演化情況。貴陽市軌道交通網(wǎng)絡(luò)模型如圖2所示，圖中節(jié)點(diǎn)顏色深淺代表其度值的高低，其中節(jié)點(diǎn)度值最大為6，最小為1。貴陽市軌道交通網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲等绫?所示。

圖1 貴陽市軌道交通演化情況Fig.1 Evolution of rail transit in Guiyang

圖2 貴陽市軌道交通網(wǎng)絡(luò)模型Fig.2 Model for Guiyang rail transit networks

表1 貴陽市軌道交通網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲礣ab.1 Topological values of Guiyang rail transit networks

2.2 可達(dá)性分析

對貴陽市軌道交通建設(shè)前以及建設(shè)過程中4個年份下可達(dá)性變化情況進(jìn)行測度，期間貴陽市軌道交通體系逐漸完善，交通可達(dá)性提升顯著，時空收斂效應(yīng)明顯。2016—2017年，2017—2020年，2020—2023年，2023—2030年各個期間，可達(dá)性平均值分別提升了6.2%，2.6%，30.6%，0.99%。其中2020—2023年可達(dá)性提升幅度最大，是因?yàn)?023年軌道交通線路開通數(shù)量最多，輻射范圍更廣，由網(wǎng)絡(luò)特征分析可知，2023年增加的節(jié)點(diǎn)數(shù)與邊數(shù)目最多，網(wǎng)絡(luò)連接效率大幅提升。而區(qū)域可達(dá)性極差逐漸增大，這主要是由于貴陽市軌道交通并未貫穿全市，只能惠及核心城區(qū)即觀山湖區(qū)、云巖區(qū)、白云區(qū)、南明區(qū)的交通發(fā)展，導(dǎo)致核心城區(qū)與邊緣地區(qū)的可達(dá)性差距不斷增大。貴陽市節(jié)點(diǎn)可達(dá)性平均值、最大值、最小值如表2所示。

表2 貴陽市節(jié)點(diǎn)可達(dá)性平均值、最大值、最小值 hTab.2 Average, maximum, and minimum values of node accessibility in Guiyang

2017年以前，貴陽市交通網(wǎng)絡(luò)以國道、省道、縣鄉(xiāng)道為主，雖然已經(jīng)形成遍布各地的交通網(wǎng)絡(luò)，但市域內(nèi)加權(quán)平均旅行時間大致為1.5 ~ 3 h，可達(dá)性仍處在較低水平。自2017年進(jìn)行軌道交通修建，貴陽市內(nèi)加權(quán)平均旅行時間小于1.5 h的節(jié)點(diǎn)數(shù)量及比例逐年上升。由于軌道交通建設(shè)初期覆蓋范圍較小，可達(dá)性改善率先出現(xiàn)在觀山湖區(qū)、云巖區(qū)、白云區(qū)、南明區(qū)等核心區(qū)域。2020年由于地鐵2號線的開通，加權(quán)平均旅行時間小于1.5 h的節(jié)點(diǎn)比例上升了2.73%，但可達(dá)性改善地區(qū)仍局限在核心城區(qū)。據(jù)規(guī)劃，至2023年區(qū)域可達(dá)性大幅上升，加權(quán)平均旅行時間小于1.5 h的節(jié)點(diǎn)比例相較2020年上升50.7%，將有一半以上的節(jié)點(diǎn)加權(quán)平均旅行時間在1.5 h以內(nèi)。處于較邊緣地區(qū)的烏當(dāng)區(qū)、花溪區(qū)和清鎮(zhèn)市的可達(dá)性也獲得大幅度提升，但城區(qū)內(nèi)存在一部分可達(dá)性較低節(jié)點(diǎn)如烏當(dāng)區(qū)北部、花溪區(qū)西南部等。至2030年軌道交通網(wǎng)絡(luò)全線建成后，貴陽市交通網(wǎng)絡(luò)體系完善程度將進(jìn)一步提升，預(yù)計(jì)約有67%的道路交通節(jié)點(diǎn)可達(dá)性居于1.5 h以內(nèi)，區(qū)域可達(dá)性將得到全面改善，貴陽市各區(qū)空間關(guān)聯(lián)程度也將得到加強(qiáng)。由此可見，軌道交通建設(shè)使得貴陽市可達(dá)性空間格局由點(diǎn)狀高值向片狀高值發(fā)展，極大地促進(jìn)了區(qū)域可達(dá)性的改善，加強(qiáng)了貴陽市各區(qū)空間關(guān)聯(lián)程度。貴陽市節(jié)點(diǎn)可達(dá)性分布及比例如表3所示。

表3 貴陽市節(jié)點(diǎn)可達(dá)性分布及比例Tab.3 Distribution and proportion of node accessibility in Guiyang

2.3 可靠性分析

由于2017年貴陽市僅開通地鐵1號線，在城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)中斷模擬中，當(dāng)節(jié)點(diǎn)失效程度在40%以前，每種擾動策略下，節(jié)點(diǎn)失效度與網(wǎng)絡(luò)癱瘓程度都基本呈線性變化關(guān)系，其中基于節(jié)點(diǎn)的度值擾動策略和基于節(jié)點(diǎn)的介數(shù)擾動策略對網(wǎng)絡(luò)擾動程度最大，當(dāng)節(jié)點(diǎn)失效30%時，2種情況下網(wǎng)絡(luò)失效程度高達(dá)67%。當(dāng)節(jié)點(diǎn)失效度達(dá)到40%時，對網(wǎng)絡(luò)擾動程度最嚴(yán)重的是基于節(jié)點(diǎn)的度值擾動策略，此時網(wǎng)絡(luò)失效程度達(dá)85%。

2020年地鐵2號線開通后，城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜程度深化。對網(wǎng)絡(luò)擾動程度最大的依然是基于節(jié)點(diǎn)的度值擾動策略和基于節(jié)點(diǎn)的介數(shù)擾動策略，當(dāng)節(jié)點(diǎn)失效程度達(dá)到38%，網(wǎng)絡(luò)能力迅速下降至18%。隨著節(jié)點(diǎn)擾動程度的加深，基于節(jié)點(diǎn)的度值擾動策略的影響能力將大于基于節(jié)點(diǎn)的介數(shù)擾動策略，而對網(wǎng)絡(luò)擾動程度最低的是基于節(jié)點(diǎn)的聚類系數(shù)擾動策略。

2023年隨著多條線路的開通，城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度進(jìn)一步加深，呈現(xiàn)明顯的核心—外圍結(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)失效程度在35%以前，基于節(jié)點(diǎn)的度值擾動策略和基于節(jié)點(diǎn)的介數(shù)擾動策略依舊對網(wǎng)絡(luò)的影響能力最強(qiáng)。當(dāng)節(jié)點(diǎn)失效35%時，網(wǎng)絡(luò)能力下降了72%。當(dāng)節(jié)點(diǎn)失效程度大于35%之后，對網(wǎng)絡(luò)擾動能力最強(qiáng)的則是基于節(jié)點(diǎn)的度值擾動策略。

2030年貴陽市軌道交通全部建成，“核心—外圍”特征進(jìn)一步強(qiáng)化。此時，對網(wǎng)絡(luò)影響程度最大的擾動策略為基于節(jié)點(diǎn)的度值擾動策略。當(dāng)節(jié)點(diǎn)失效程度達(dá)到20%，網(wǎng)絡(luò)癱瘓程度達(dá)到44%?；诠?jié)點(diǎn)的隨機(jī)擾動策略對網(wǎng)絡(luò)擾動程度大于節(jié)點(diǎn)聚類系數(shù)擾動策略，2種情況下的節(jié)點(diǎn)失效度與網(wǎng)絡(luò)擾動程度近似線性變化。

不同擾動策略下的貴陽市軌道交通網(wǎng)絡(luò)抗毀性如圖3所示。在4個年份的貴陽市軌道交通網(wǎng)絡(luò)中，基于節(jié)點(diǎn)的度值擾動策略對網(wǎng)絡(luò)造成影響都是最嚴(yán)重的，其次是基于節(jié)點(diǎn)的介數(shù)擾動策略。因此，應(yīng)優(yōu)先重點(diǎn)保護(hù)度值和介數(shù)高的節(jié)點(diǎn)，如噴水池站、河濱公園站、浣紗陸站、油榨街站等，避免事故的發(fā)生造成交通網(wǎng)絡(luò)的癱瘓。

圖3 不同擾動策略下的貴陽市軌道交通網(wǎng)絡(luò)抗毀性Fig.3 Damage resistance of Guiyang rail transit networks under different disturbance strategies

3 結(jié)論與建議

通過研究可以看出，貴陽市軌道交通網(wǎng)絡(luò)演化對貴陽市空間關(guān)聯(lián)效應(yīng)的影響呈現(xiàn)以下特征：一是目前貴陽市不同區(qū)域之間可達(dá)性存在明顯差異。各區(qū)域軌道交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、建設(shè)、投入運(yùn)營的時間不一，可達(dá)性在一定時期變化率會呈現(xiàn)較為明顯的地區(qū)差異。城市中心可達(dá)性改善程度遠(yuǎn)優(yōu)于城市邊緣區(qū)。軌道交通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)完成之后，各區(qū)域可達(dá)性水平提高幅度雖有所差別，但中心城區(qū)交通可達(dá)性將會得到全面提升，從而使得各區(qū)域之間聯(lián)系更加緊密，空間關(guān)聯(lián)效應(yīng)得到加強(qiáng)。二是可達(dá)性的演變過程呈現(xiàn)由核心向外圍擴(kuò)散趨勢。后隨著多條地鐵的修建完成，相對較為邊緣區(qū)域的可達(dá)性將得到明顯提升，軌道交通網(wǎng)絡(luò)演化使得周邊區(qū)域的空間關(guān)聯(lián)能力得到相應(yīng)提升。三是隨著網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的擴(kuò)張網(wǎng)絡(luò)可靠性在逐漸降低。隨著軌道交通網(wǎng)絡(luò)的不斷建設(shè)，網(wǎng)絡(luò)密度不斷增加的同時網(wǎng)絡(luò)覆蓋面逐步增大，使得網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展能力逐漸改善。雖然在此網(wǎng)絡(luò)條件下探索到部分潛在適宜交通拓展區(qū)域，但是更多度值和介數(shù)值較大節(jié)點(diǎn)的涌現(xiàn)，使網(wǎng)絡(luò)可靠性在不同擾動策略下逐漸降低。

根據(jù)研究結(jié)果，提出相應(yīng)建議：一是進(jìn)一步發(fā)展具有拓展?jié)摿Φ膮^(qū)域。至2030年完成城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時，網(wǎng)絡(luò)東部拓展能力趨于飽和，但網(wǎng)絡(luò)中部、北部、西南部節(jié)點(diǎn)仍存在較強(qiáng)拓展能力和空間，可考慮進(jìn)一步優(yōu)化完善貴陽市交通網(wǎng)絡(luò)，向具有軌道交通網(wǎng)絡(luò)拓展?jié)摿Φ膮^(qū)域發(fā)展。二是重點(diǎn)保護(hù)度值和介數(shù)值高的節(jié)點(diǎn)。在網(wǎng)絡(luò)抗毀性分析中，基于節(jié)點(diǎn)度值擾動策略與基于節(jié)點(diǎn)介數(shù)擾動策略對網(wǎng)絡(luò)效率擾動程度最大。因此，為保證交通網(wǎng)絡(luò)平穩(wěn)運(yùn)行，應(yīng)重點(diǎn)保護(hù)度值與介數(shù)值較高的節(jié)點(diǎn)，同時可考慮在度值和介數(shù)值較高的區(qū)域建立平行線路或替代線路，以提升網(wǎng)絡(luò)可靠性。其次，基于邊的隨機(jī)擾動策略對網(wǎng)絡(luò)影響程度較大，應(yīng)加強(qiáng)對軌道交通線路的保護(hù)，避免交通癱瘓。三是加強(qiáng)偏遠(yuǎn)地區(qū)的交通建設(shè)。在提升中心城區(qū)交通設(shè)施的同時，加強(qiáng)對貴陽市周邊有潛力地區(qū)的發(fā)展與建設(shè)，秉持協(xié)調(diào)發(fā)展理念，完善這些地區(qū)的交通基礎(chǔ)設(shè)施，加強(qiáng)其與中心城區(qū)經(jīng)濟(jì)交流，承接中心城區(qū)的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，從而帶動經(jīng)濟(jì)發(fā)展，促進(jìn)核心—外圍區(qū)域協(xié)同發(fā)展。