復雜鐵路網(wǎng)條件下城市可達性研究

司亞旺 林立峰

（中國鐵路太原局集團有限公司調(diào)度所，山西 太原 030000）

隨著城市化進程的加快，保障城市出行的鐵路運輸網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃問題顯得尤為重要，交通規(guī)劃的任務(wù)就是引導城市交通向更加有序化的方向發(fā)展。在路網(wǎng)復雜情況下，基于可達性的城市公共交通規(guī)劃方法，通過交通規(guī)劃引導城市空間的有序、合理增長，防止城市無序低密度蔓延，同時提升城市交通機動化運行效率，塑造友好的慢行街區(qū)環(huán)境是實現(xiàn)城市緊湊發(fā)展理念的重要手段。面對我國城市土地資源和能源相對稀缺、人口密度大的國情，高可達性導向的交通模式是我國城市化的必然選擇。

在現(xiàn)有關(guān)于可達性問題研究中，Pedro 等[1]通過采用旅行時間和目的地吸引力這兩個因素對城市可達性進行動態(tài)分析研究。LanMu 等[2]利用Uber X 和Uber BLACK 數(shù)據(jù)公開探討了美國亞特蘭大市區(qū)的可達性空間差異。尤雨婷等[3]研究南京至沿江地區(qū)城市客運出行全過程的時間可達性分析和城鎮(zhèn)功能空間分布分析，王迎[4]對區(qū)域路網(wǎng)可達性的評價理論和方法進行了研究，將運輸需求、公路等級、節(jié)點層次、節(jié)點重要度引入可達性評價指標中，并采用新的指標來描述區(qū)域路網(wǎng)可達性的程度。

雖然針對城市可達性有大量成熟的研究，但鮮有針對鐵路復雜網(wǎng)絡(luò)對可達性影響的情況，因此本文基于列車時刻表數(shù)據(jù)，研究復雜鐵路網(wǎng)下城市可達性，本文的研究對綜合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有一定現(xiàn)實意義，尋求一種評價交通可達性模型反映目前公共交通狀況則有現(xiàn)實的緊迫性和必要性，并且對我國大中型城市交通實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有導向意義。

1 可達性計算方法

1.1 不同城市間可達性的研究。可達性本質(zhì)上是表示出行者克服空間或時間阻隔的難易程度。速度快、時間短則認為可達性好；在單位時間內(nèi)所能接近發(fā)展機會的數(shù)量越多則該點可達性好；在表示相互作用的潛力時，某一點所受的相互作用力大，則該點的可達性好；到達同樣的目的地出行費用低，則可達性好；可達性還有很多解釋如個人出行效用，效用高則可達性高等[5]。可達性是評價交通路網(wǎng)和區(qū)位的常用指標，由于路網(wǎng)密度可以直接反映城市間的功能聯(lián)系、交易流和聯(lián)通度[6]。

為了研究我國復雜鐵路網(wǎng)對城市可達性的研究，同時考慮疫情對鐵路運輸?shù)挠绊?，選擇2018 年某日列車時刻表數(shù)據(jù)為研究對象，分別統(tǒng)計普通列車和高速列車運行時各中心城市(包含27 個省會城市和4 個直轄市，但不含港、澳、臺北)到全國其他中心城市的最短時間、列車對數(shù)、最少站點數(shù)數(shù)據(jù)，將這三要素進行綜合考慮并對普速鐵路和高速鐵路進行綜合分析，在此基礎(chǔ)上對比分析普鐵網(wǎng)絡(luò)和高鐵網(wǎng)絡(luò)對全國31 個中心城市交通可達性水平影響。根據(jù)高鐵的定義，高速列車包括以D 開頭的動車組、以G 開頭的高速動車組和C 開頭的城際列車，其他均歸屬為普通列車。各城市間列車運行以運行最短時間班次統(tǒng)計最短時間、最少站點數(shù)時間，列車對數(shù)根據(jù)運行時刻表直接統(tǒng)計（含非直達列車情況下中轉(zhuǎn)班次，但不考慮中轉(zhuǎn)滯留時間）。

本文采用平均最短時間、列車對數(shù)、最少站點數(shù)三個因素來解釋可達性。對于全國中心城市或不同地區(qū)之間，平均最短時間越少、列車對數(shù)越多、最少站點數(shù)越少，則其可達性越好。

1.2 最短時間對中心城市及各地區(qū)可達性的評價研究。利用最短時間評價選定某一中心城市到其他城市的時間量度，其計算公式為：

式中：Ta為選定某一中心城市到其他城市所用最短時間的平均值，表示該城市在鐵路網(wǎng)絡(luò)中最短時間可達性水平；Tij為選定中心城市i 到中心城市j 所用最短時間；n 為鐵路網(wǎng)中中心城市總數(shù)但不包括選定的中心城市。

1.3 列車對數(shù)對中心城市及各地區(qū)可達性的評價研究。利用列車對數(shù)測算全國31 個中心城市的交通可達性水平。其計算公式為：

上式中：Pa為選定某一中心城市到其他城市開行的列車對數(shù)平均值，表示該城市在鐵路網(wǎng)絡(luò)中列車對數(shù)可達性水平；Pij為選定中心城市i 到中心城市j 開行的列車對數(shù)；n為鐵路網(wǎng)中城市總數(shù)但不包括選定的中心城市。

1.4 最少站點數(shù)對中心城市及各地區(qū)可達性的評價研究。利用最少站點數(shù)測算全國31 個中心城市的交通可達性水平。其計算公式為：

上式中：Sa為選定某一中心城市到其他城市最少站點數(shù)的平均值，表示該城市在鐵路網(wǎng)絡(luò)中最少站點數(shù)的可達性水平；Sij為選定中心城市i 到中心城市j 的最少站點數(shù)；n為鐵路網(wǎng)中城市總數(shù)但不包括選定的中心城市。

1.5 中心城市及各地區(qū)可達性水平的綜合評價研究。對于可達性的評價還可以將最短時間、列車對數(shù)、最少站點數(shù)等因素進行綜合考慮，對中心城市及各地區(qū)可達性水平進行綜合評價研究?？蛇_性綜合評價指數(shù)A 和最短時間Ta、列車對數(shù)Pa、最少站點數(shù)Sa 有函數(shù)關(guān)系：

本文采用離散度分析法來研究可達性綜合評價指數(shù)。離散度分析法是測量一組數(shù)據(jù)分散程度的方法[7]。離散度Vσ是標準差σ 與平均值X 的比。則各中心城市的最短時間、列車對數(shù)、最少站點數(shù)的離散度分別為VσTa、VσPa、VσSa，則中心城市可達性綜合評價指數(shù)：

對于可達性的綜合評價指數(shù)A，其值越大，可達性越好，其值越小，可達性越差。

2 普速鐵路對全國中心城市及各地區(qū)可達性水平的影響分析

計算普速鐵路對全國中心城市及地區(qū)可達性水平影響值，由于篇幅限制，本文不再詳細列舉計算結(jié)果值，以熱力圖形式對結(jié)果進行呈現(xiàn)。

2.1 普鐵最短時間對中心城市及各地區(qū)可達性水平分析。計算可的最短時間對中心城市可達性水平分析如圖1所示。時間在10～15 h 內(nèi)有石家莊、太原、鄭州、合肥、銀川。其中，石家莊地處華北平原北部，地理位置相對偏北，雖不占據(jù)空間區(qū)位優(yōu)勢，但在交通方面是連接東西、南北的重要交通樞紐，有“火車拉來的城市”之稱；時間在15～20 h內(nèi)則集中了全國大部分城市，有北京、天津、濟南、南京、上海、杭州、福州、南昌、重慶、武漢、長沙、西寧、蘭州、西安。其中，長沙和南昌處于中部地區(qū)，空間區(qū)位優(yōu)勢明顯，而天津和西安分別偏居于我國東部和西部。西安在連接我國西部與中部中發(fā)揮著支撐作用，是西部地區(qū)重要的交通樞紐，它的交通區(qū)位優(yōu)勢在西部地區(qū)也尤為明顯。時間在20～25 h內(nèi)有呼和浩特、成都、貴陽、南寧、廣州、黑龍江。時間在25～30 h 內(nèi)有昆明、吉林、遼寧。時間超過30 h 的城市有烏魯木齊、拉薩、?？?。

圖1 普鐵最短時間對可達性水平分析

2.2 普速列車對數(shù)對中心城市及各地區(qū)可達性水平分析。普速列車對數(shù)對中心城市可達性水平分析如圖2所示。0～2 對之內(nèi)的城市有銀川、拉薩、福州、海口。這四個城市的可達性最差。8～10 對之內(nèi)的城市有沈陽、天津、西安、上海、長沙。10 對以上的城市有石家莊、北京、鄭州、武漢，這四個城市的可達性最好。

圖2 普速列車對數(shù)對可達性水平分析

2.3 普鐵最少站點數(shù)對中心城市及各地區(qū)可達性水平分析。普鐵最少站點數(shù)對中心城市可達性水平分析如圖3所示。北京和石家莊的站點數(shù)較少，分別為6 站和7站，可達性較好。可達性最差的城市是烏魯木齊、哈爾濱、長春、沈陽。這四個城市的站點數(shù)平均都超過17 站。

圖3 普鐵最少站點數(shù)對可達性水平分析

2.4 普鐵對全國中心城市及各地區(qū)可達性水平的綜合評價。普鐵對中心城市可達性水平的綜合評價如圖4 所示。可達性最差的城市有拉薩和?？冢@兩個城市的可達性綜合指數(shù)均小于8，其中，拉薩是6.0，海口是6.3。其次是太原、合肥、銀川，這三個城市的可達性綜合指數(shù)在8～9 之間。對于普鐵來說，全國大部分中心城市的可達性綜合指數(shù)都在9～13 之間。而13～14 之間的城市有天津、鄭州、上海、廣州，這4 個城市的可達性比較好。其中，可達性綜合指數(shù)最高的是鄭州，鄭州是中國中部地區(qū)重要的中心城市、國家重要的綜合交通樞紐、中原經(jīng)濟區(qū)核心城市。

圖4 普鐵對可達性水平綜合評價

3 高速鐵路對全國中心城市及各地區(qū)可達性水平的影響分析

3.1 高鐵最短時間對中心城市及各地區(qū)可達性水平分析。高鐵最短時間對中心城市可達性水平分析如圖5 所示。烏魯木齊、西寧這兩個城市的最短時間在8～10 h 之間,由于地理位置和經(jīng)濟發(fā)展水平的影響，這兩個城市的可達性很差，接近于10 h。哈爾濱、沈陽、長春、太原這幾個城市的最短時間在7～8 h之間，說明它們的可達性相對較差。貴陽、南昌、長沙、福州、合肥、石家莊的最短時間在6～7 h這個范圍內(nèi)，這六個城市的可達性屬于較好，因為最好的時間在5h 之間；由圖知，可達性最好的城市有濟南、成都、重慶、南寧，上海，所花費最短時間皆小于等于5 h。

圖5 高鐵最短時間對可達性水平分析

3.2 高速列車對數(shù)對中心城市及各地區(qū)可達性水平分析。高速列車對數(shù)對中心城市可達性水平分析如圖6 所示。呼和浩特、烏魯木齊、銀川、拉薩、?？谶@五個城市的可達性最差，高速列車對數(shù)平均不到一對。實際上，呼和浩特、銀川、拉薩、?？谶@四個城市并沒有高鐵，只有烏魯木齊的列車對數(shù)平均為0.3對?？蛇_性較好的城市有北京、上海，列車對數(shù)平均在20～25對之間。可達性最好的城市是南京，列車對數(shù)超過25 對。

圖6 高速列車對數(shù)對可達性水平分析

3.3 高鐵最少站點數(shù)對中心城市及各地區(qū)可達性水平分析。高鐵最少站點數(shù)對中心城市可達性水平分析如圖7 所示。南寧和上海這兩個城市的最少站點數(shù)平均都是1 站，可達性最好。全國大部分城市的最少站點數(shù)平均都在2～6 站之間。烏魯木齊和西寧這兩個城市的最少站點數(shù)平均為9 站，可達性很差。呼和浩特、銀川、拉薩、?？?，這四個城市沒有高鐵，它們的最少站點數(shù)是10 站。

圖7 高鐵最少站點數(shù)對可達性水平分析

3.4 高鐵對全國中心城市及各地區(qū)可達性水平的綜合評價。高鐵對中心城市可達性水平的綜合評價如圖8 所示?？蛇_性最好的城市有南京、上海，這兩個城市可達性的綜合指數(shù)都超過24。其中，南京地處中國東部、長江下游、瀕江近海，是長三角輻射帶動中西部地區(qū)發(fā)展的國家重要門戶城市，也是東部沿海經(jīng)濟帶與長江經(jīng)濟帶戰(zhàn)略交匯的重要節(jié)點城市?？蛇_性較好的城市有北京、武漢，這兩個城市的可達性綜合指數(shù)分別是22.1 和21.3。其中，武漢中國中部地區(qū)的中心城市，全國重要的工業(yè)基地，是中國內(nèi)陸最大的水陸空交通樞紐、長江中游航運中心，其高鐵網(wǎng)輻射大半個中國，是華中地區(qū)唯一可直航全球四大洲的城市。綜合指數(shù)為0 的城市有呼和浩特、銀川、拉薩、?？?，這四個城市沒有高鐵。而烏魯木齊的可達性綜合指數(shù)是1，其可達性最差。

圖8 高鐵對中心城市可達性水平綜合評價

4 普鐵和高鐵可達性水平評價對比

普鐵和高鐵對中心城市可達性綜合評價對比，如圖9所示。對于普鐵來說，可達性最好的城市有天津、廣州、鄭州、上海。可達性最差的城市有拉薩、?？?。對于高鐵來說，可達性最好的城市有北京、南京、上海?？蛇_性最差的城市是烏魯木齊。由圖可知，呼和浩特、銀川、拉薩、?？谶@四個城市沒有高鐵，其綜合指數(shù)為0。由折線圖可知，普鐵和高鐵對中心城市可達性綜合評價趨勢基本一致。

圖9 普鐵和高鐵對中心城市可達性綜合評價對比

5 結(jié)論

本文對普鐵和高鐵的可達性水平評價進行了對比，分別通過最短時間、列車對數(shù)、最少站點數(shù)因素來說明普鐵和高鐵對中心城市和各地區(qū)可達性水平的影響，最后將最短時間、列車對數(shù)、最少站點數(shù)等因素進行綜合考慮，采用離散度分析法對中心城市及各地區(qū)可達性水平進行綜合評價研究。綜合分析復雜鐵路網(wǎng)對城市可達性的影響，發(fā)現(xiàn)對于普鐵來說，鄭州、天津、上海、廣州的可達性較好，拉薩和?？诘目蛇_性較差；對于高鐵來說，南京、上海的可達性較好，烏魯木齊的可達性較差。