句法視角下山東省三大經(jīng)濟圈交通網(wǎng)絡(luò)格局及優(yōu)化

樊 文 平，張 靜，王 建 華，單 寶 艷

(山東建筑大學(xué)測繪地理信息學(xué)院，山東 濟南 250101)

0 引言

交通路網(wǎng)是區(qū)域發(fā)展不可或缺的重要組成部分，是城市群及區(qū)域內(nèi)相互聯(lián)系的重要載體，在區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮重要作用[1]。現(xiàn)有交通路網(wǎng)研究內(nèi)容主要集中在交通路網(wǎng)對區(qū)域經(jīng)濟的影響[2-5]、區(qū)域內(nèi)交通路網(wǎng)的可達性[6-9]、交通路網(wǎng)演化[10-13]等方面，較少結(jié)合人的實際出行特征進行分析?？臻g句法考慮到人的運動規(guī)律，將交通網(wǎng)絡(luò)特征與人出行的運動流相結(jié)合[14],通過量化人居住空間結(jié)構(gòu)描述研究空間組織與人類社會之間的關(guān)系[15]，被廣泛應(yīng)用于城市形態(tài)分析[16,17]、旅游空間規(guī)劃[18]、建筑設(shè)計[19]、城市交通網(wǎng)絡(luò)[20]和城市犯罪[21]等領(lǐng)域?，F(xiàn)有研究運用空間句法分析交通網(wǎng)絡(luò)時，主要通過句法參數(shù)評估路網(wǎng)的可達性[22,23]、空間結(jié)構(gòu)[24]以及交通流[25]。例如：Zhang等利用空間句法對我國36個城市的可達性進行測度[26]；王鉞等基于空間網(wǎng)絡(luò)和多尺度地理加權(quán)回歸探究成都市路網(wǎng)形態(tài)對住宅價格的驅(qū)動效應(yīng)[27]；古恒宇等利用傳統(tǒng)句法模型DepthMap從多尺度角度對長江中游城市群的公路交通網(wǎng)絡(luò)特征進行分析[14]。

綜上，現(xiàn)有研究多采用傳統(tǒng)空間句法分析軟件和句法參數(shù)，而sDNA(spatial Design Network Analysis)模型旨在改進空間句法對大尺度區(qū)域的建模分析能力，與GIS相關(guān)軟件兼容性好，除具有傳統(tǒng)空間句法參數(shù)外，還加入多個空間形態(tài)參數(shù)，能更好地分析城市空間[28]。因此，本文利用sDNA模型，結(jié)合GIS空間自相關(guān)方法，從全局和局部兩個尺度對山東省三大經(jīng)濟圈的交通網(wǎng)絡(luò)格局進行分析，并對經(jīng)濟圈內(nèi)公路交通網(wǎng)絡(luò)提出優(yōu)化建議，以期為促進山東省三大經(jīng)濟圈協(xié)調(diào)一體化發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與研究方法

1.1 研究區(qū)域和數(shù)據(jù)

2020年山東省人民政府發(fā)布《關(guān)于加快省會經(jīng)濟圈一體化發(fā)展的指導(dǎo)意見》[29]、《關(guān)于加快魯南經(jīng)濟圈一體化發(fā)展的指導(dǎo)意見》[30]以及《關(guān)于加快膠東經(jīng)濟圈一體化發(fā)展的指導(dǎo)意見》[31]，提出構(gòu)建省會、膠東、魯南三大經(jīng)濟圈(圖1)，包括山東省16個地級市，面積共15.58 km2。三大經(jīng)濟圈南接長三角經(jīng)濟圈，西鄰中原經(jīng)濟區(qū)，北接京津冀經(jīng)濟圈，是“一帶一路”倡議中重要的海陸交匯點，同時與日韓隔海相望，是對外貿(mào)易的重要橋梁。近年來，經(jīng)濟圈內(nèi)客貨運輸與出行需求量增加，對路網(wǎng)承載力及通達性的要求提高，同時部分路網(wǎng)存在區(qū)域發(fā)展不平衡，與港口、機場、鐵路銜接較弱問題，制約區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展。因此，研究山東省三大經(jīng)濟圈的公路交通網(wǎng)絡(luò)有助于山東省提升城市群綜合競爭力，融入國家核心發(fā)展戰(zhàn)略，同時有利于政府更科學(xué)、合理地規(guī)劃經(jīng)濟圈的空間結(jié)構(gòu)，提高路網(wǎng)規(guī)劃效率，促進省會、膠東、魯南三大經(jīng)濟圈高質(zhì)量協(xié)調(diào)一體化發(fā)展，也可為同類型經(jīng)濟圈的交通規(guī)劃提供借鑒。

圖1 研究區(qū)域Fig.1 Overview of the study area

2021年山東省道路矢量數(shù)據(jù)來自O(shè)penStreetMap 官網(wǎng)，共計27種類別，本研究利用ArcGIS 10.2篩選出高速公路、國道和省道，組成山東省三大經(jīng)濟圈公路交通網(wǎng)絡(luò)，路網(wǎng)線段共計34 342條。

1.2 研究方法

1.2.1 空間句法 1)搜索半徑(R)：不同的搜索半徑表示不同的研究尺度，參考文獻[14,32]，結(jié)合山東省三大經(jīng)濟圈各城市之間的歐氏距離以及出行方式和時間成本，同時考慮到不同類型公路可承載的交通流速度不同，本文選擇機動車30 min的出行距離50 km作為局部尺度的搜索半徑，選擇機動車3 h的出行距離300 km為全局尺度的搜索半徑。2)接近度：表示路網(wǎng)到搜索半徑內(nèi)其他路網(wǎng)的難易程度[28]，接近度高的路網(wǎng)中心性和可達性高，對交通流的吸引力較大，計算公式見式(1)。3)穿行度：表征路網(wǎng)在搜索半徑內(nèi)交通流通過的概率，穿行度越高，說明路網(wǎng)承載車流的能力越強。本文采用雙階段穿行度進行分析，可消除路網(wǎng)節(jié)點對計算結(jié)果的影響[33]，計算公式見式(2)、式(3)。4)協(xié)同度：描述整體與局部相關(guān)性的參數(shù)，協(xié)同度越高，表示局部與整體的相關(guān)性越緊密，空間發(fā)展更協(xié)同，一般由局部接近度與全局接近度線性回歸的擬合優(yōu)度表示。

(1)

式中：p(y)為在節(jié)點x搜索半徑Rx內(nèi)節(jié)點y的權(quán)重，取值0～1；d(x,y)為節(jié)點x到y(tǒng)的最短拓撲距離。

(2)

(3)

式中：p(z)為節(jié)點z的權(quán)重；Links(y)為在節(jié)點y搜索半徑Ry內(nèi)的節(jié)點總數(shù)；OD(y,z,x)為搜索半徑內(nèi)通過節(jié)點x的節(jié)點y與z之間的最短拓撲路徑。

1.2.2 空間自相關(guān) 空間自相關(guān)分為全局自相關(guān)和局部自相關(guān)，前者可判斷所有單元在空間上的關(guān)系，后者用于分析某空間單元與周圍單元的關(guān)系。本研究使用全局莫蘭指數(shù)和局部莫蘭指數(shù)分析公路路網(wǎng)句法參數(shù)的空間聚類特征。

2 結(jié)果分析

2.1 公路交通網(wǎng)絡(luò)空間格局

為精確分析山東省三大經(jīng)濟圈的公路交通網(wǎng)絡(luò)格局，以市域為研究尺度，利用ArcGIS 10.2的幾何間隔法將句法參數(shù)的計算結(jié)果分為極高、較高、中等、較低、極低5個等級(圖2)。1)全局尺度上(300 km)，接近度呈現(xiàn)“一軸多核心”的分布特征，穿行度呈“網(wǎng)狀廊道”分布特征。其中，“一軸”指“一”字形的全局接近度高值軸線，主要對應(yīng)濟青高速，由西向東穿過濟南、淄博、濰坊和青島；“多核心”指在濟南、淄博、濰坊、青島以及臨沂等地形成的全局接近度高值核心。“一軸多核心”路網(wǎng)的中心性和可達性較高，對全局路網(wǎng)的吸引力更強?！熬W(wǎng)狀廊道”指高值全局穿行度呈網(wǎng)狀分布，該類路網(wǎng)對車流的承載和疏導(dǎo)能力強。山東省跨省高速公路(如京滬高速、青銀高速、德上高速、京臺高速等)較多，承載著遠距離交通流，有較高的交通流承載能力。2)在局部尺度上(50 km)，接近度以濟南和臨沂為核心，在濰坊、青島以及淄博形成次核心，對應(yīng)路網(wǎng)具有較高的中心性和可達性，對周圍交通流的吸引力較強；高值穿行度呈網(wǎng)狀分布，其中，濟南、臨沂和青島形成更密集的高值路網(wǎng)，日照及煙臺等地處于研究區(qū)邊緣，高值路網(wǎng)數(shù)量稀少。濟南位于多條國家綜合運輸大通道交匯處，被京滬、濟廣、京臺、東呂、青銀高速環(huán)繞，青島是黃河流域最大、最便捷的出?？诎叮R沂位于京滬和日東高速交會處，均具有重要的區(qū)位優(yōu)勢，因此這些區(qū)域內(nèi)公路交通網(wǎng)絡(luò)發(fā)達，兼具高中心性和強承載能力。

圖2 公路交通網(wǎng)絡(luò)句法參數(shù)分布Fig.2 Distribution of syntactic parameters of road network

2.2 公路交通網(wǎng)絡(luò)空間聚類特征

2.2.1 總體公路交通網(wǎng)絡(luò)空間聚類特征 表1顯示，全局尺度上接近度和穿行度的P值均小于0.01，莫蘭指數(shù)均大于0，說明路網(wǎng)的接近度和穿行度呈集聚特征，且接近度比穿行度的莫蘭指數(shù)高，說明具有高中心性和吸引力的路網(wǎng)空間聯(lián)系更緊密，承載能力強的路網(wǎng)相對分散。局部尺度上，路網(wǎng)接近度和穿行度的莫蘭指數(shù)均大于0，具有顯著的空間集聚特征(P<0.05)。經(jīng)對比發(fā)現(xiàn)，兩種尺度下穿行度均比接近度的莫蘭指數(shù)小，且局部尺度下兩參數(shù)分別比全局尺度小，說明全局尺度上接近度與穿行度的集聚特征更明顯。從空間分布上看，全局穿行度(圖3a)在齊河、長清、曲阜、鄒平等地形成“H-H”集聚區(qū)，說明這些地區(qū)交通承載和疏導(dǎo)能力比周邊地區(qū)強；全局接近度(圖3b)在以濟南、淄博為核心的魯中地區(qū)形成較大范圍的“H-H”集聚區(qū)，該區(qū)域路網(wǎng)中心性強，對周圍車流的吸引力大，在菏澤、威海、煙臺及其周圍地區(qū)形成“L-L”集聚區(qū)，路網(wǎng)的吸引力和中心性較差。局部尺度上，以青島、濟南和臨沂為核心的部分區(qū)域形成穿行度與接近度的“H-H”集聚區(qū)(圖3c、圖3d)，濰坊為接近度的“H-H”集聚區(qū)，說明青島、濟南、臨沂等地及周邊縣市的公路交通網(wǎng)絡(luò)有較高的中心性和吸引力以及較強的交通承載能力，且通達性和吸引力強的路網(wǎng)集聚距離較近。

圖3 山東省句法參數(shù)LISA圖Fig.3 LISA diagram of syntactic parameters of Shandong Province

表1 Moran′s I計算結(jié)果Table 1 Results of Moran′s I

2.2.2 各經(jīng)濟圈公路交通網(wǎng)絡(luò)空間聚類特征 由表1可知，在全局和局部尺度上省會經(jīng)濟圈路網(wǎng)的接近度和穿行度莫蘭指數(shù)均大小0，P值均小于0.05，且全局尺度數(shù)值均比局部尺度數(shù)值大，說明省會經(jīng)濟圈的公路交通網(wǎng)絡(luò)呈集聚狀態(tài)，且全局尺度路網(wǎng)集聚程度比局部強，具有高中心性和吸引力的路網(wǎng)空間集聚效應(yīng)更顯著。魯南經(jīng)濟圈的局部穿行度未通過5%水平的顯著性檢驗，說明其路網(wǎng)的交通流承載能力在局部尺度上的集聚狀態(tài)不顯著，但局部接近度及全局接近度和穿行度呈集聚狀態(tài)，且強中心性的路網(wǎng)在全局尺度上集聚狀態(tài)更顯著。膠東經(jīng)濟圈局部穿行度集聚不顯著(P>0.05)，但其全局接近度的莫蘭指數(shù)(0.9)最高，表明全局尺度下膠東經(jīng)濟圈高中心性的路網(wǎng)集聚狀態(tài)顯著。圖4顯示，省會經(jīng)濟圈在濟南、泰安、濟陽、齊河等中部地區(qū)形成局部的高中心性和強承載力的路網(wǎng)集聚區(qū)；全局尺度上，穿行度在齊河、長清、鄒平和恒臺形成“H-H”集聚區(qū)，接近度在鄒平、濟南、淄博、泰安等中東部形成“H-H”集聚區(qū)。魯南經(jīng)濟圈局部穿行度和接近度高值集聚區(qū)均位于經(jīng)濟圈的東部，其他地區(qū)并未形成明顯的低值集聚區(qū)；全局尺度下，擁有低吸引力和通達性的路網(wǎng)在菏澤形成較大面積集聚區(qū)，曲阜、泗水、平邑形成穿行度的“H-H”集聚區(qū)，在臨沂市的費縣、沂南縣形成高中心性和吸引力路網(wǎng)的集聚區(qū)。膠東經(jīng)濟圈在青島形成局部接近度和穿行度的高值集聚區(qū)，說明青島的公路交通路網(wǎng)具有較好的中心性、通達性以及車流疏導(dǎo)能力，局部接近度在濰坊也形成“H-H”集聚區(qū)，說明局部尺度上濰坊路網(wǎng)中心性也較高；膠州和諸城是全局穿行度的高值集聚區(qū)，威海處于山東省邊緣，與中心城市聯(lián)系較弱，故為全局接近度的低值集聚區(qū)，此外，全局接近度在膠東經(jīng)濟圈東部的煙臺和威海部分區(qū)域形成低值集聚，在西部的濰坊形成“H-H”集聚區(qū)。

圖4 三大經(jīng)濟圈句法參數(shù)LISA圖Fig.4 LISA diagram of syntactic parameters of the three economic circles in Shandong Province

2.3 公路交通網(wǎng)絡(luò)協(xié)同度

以縣域為單元統(tǒng)計區(qū)域內(nèi)路網(wǎng)的全局接近度及局部接近度的平均值，將二者線性回歸的擬合優(yōu)度R2作為協(xié)同度，得到山東省三大經(jīng)濟圈總體的協(xié)同度為0.34，三大經(jīng)濟圈的協(xié)同度分別為0.5(省會)、0.28(魯南)和0.25(膠東)。比爾·希列爾將協(xié)同度分為極低(R2<0.2)、一般(0.20.7)4個等級[34]，根據(jù)此標準，三大經(jīng)濟圈總體以及魯南和膠東經(jīng)濟圈的路網(wǎng)協(xié)同度一般，說明其局部尺度路網(wǎng)和全局尺度路網(wǎng)發(fā)展不協(xié)調(diào)，而省會經(jīng)濟圈的協(xié)同度達到0.5，可見省會經(jīng)濟圈全局與局部尺度的路網(wǎng)協(xié)同度較高。結(jié)合前文分析，青島、臨沂和濟南等區(qū)域全局接近度和局部接近度均較高，協(xié)同度整體較好。但對大部分區(qū)域而言，其全局接近度和局部接近度并不協(xié)調(diào)。例如：位于省會經(jīng)濟圈內(nèi)的濱州和東營在全局尺度上有較高的中心性和吸引力，但在局部尺度上可達性和中心性較差，對周邊城市交通流的吸引力弱，協(xié)同度差，進一步制約該區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展；威海、菏澤等地在局部中心性強，但全局吸引力差，需要加強自身與遠距離城市之間的交通聯(lián)系。

3 結(jié)論

本研究利用sDNA模型和空間自相關(guān)工具從多尺度分析山東省三大經(jīng)濟圈的公路交通網(wǎng)絡(luò)格局，結(jié)果表明：1)在全局尺度上，山東省公路交通網(wǎng)絡(luò)接近度呈現(xiàn)“一軸多核心”的分布特征，穿行度呈“網(wǎng)狀廊道”分布特征，濟南、淄博、濰坊、青島以及臨沂等地路網(wǎng)中心性和可達性高，發(fā)展前景較好，全局尺度上路網(wǎng)的吸引力更強；局部尺度上，山東省路網(wǎng)接近度高值以濟南和臨沂為核心，以濰坊、青島以及淄博為次核心，穿行度高值則呈網(wǎng)狀分布特征。2)山東省公路交通網(wǎng)絡(luò)的接近度和穿行度在空間上呈集聚狀態(tài)，全局尺度上路網(wǎng)的穿行度和接近度比局部尺度上集聚狀態(tài)顯著，且高中心性和吸引力的公路網(wǎng)絡(luò)在空間上的集聚性更強，聯(lián)系更密切；魯南和膠東經(jīng)濟圈路網(wǎng)的承載能力在局部尺度上集聚特征不顯著，但三大經(jīng)濟圈的其他參數(shù)均呈現(xiàn)顯著集聚特征。三大經(jīng)濟圈的路網(wǎng)中心性存在顯著差異，省會經(jīng)濟圈已在濟南及周邊區(qū)域形成較大面積的高中心性和可達性路網(wǎng)，而膠東和魯南經(jīng)濟圈高值路網(wǎng)集聚區(qū)域面積較?。痪植砍叨壬先蠼?jīng)濟圈沒有形成顯著的低值集聚，全局尺度上“L-L”集聚區(qū)多分布在菏澤、威海等邊緣城市。3)山東省三大經(jīng)濟圈總體以及膠東和魯南經(jīng)濟圈的公路路網(wǎng)空間協(xié)同度一般，而省會經(jīng)濟圈路網(wǎng)的協(xié)同度較高。濟南、青島及臨沂等地的路網(wǎng)發(fā)展較成熟，其全局和局部接近度均較高，故協(xié)同度整體較高，但經(jīng)濟圈內(nèi)大部分區(qū)域的協(xié)同度較低。

結(jié)合《山東省高速公路網(wǎng)中長期規(guī)劃(2014-2030年)調(diào)整方案》和《山東省“十四五”綜合交通運輸發(fā)展規(guī)劃》，提出如下優(yōu)化建議：1)增強省會、膠東和魯南三大經(jīng)濟圈之間公路交通聯(lián)系，強化經(jīng)濟圈之間功能互補，促進三大經(jīng)濟圈協(xié)同發(fā)展。完善濟南—濰坊—青島、臨沂—濰坊—煙臺、濟南—泰安—菏澤的交通聯(lián)系，打造青島和濟南成為國際性交通樞紐城市，煙臺、臨沂、菏澤與濰坊為全國性交通樞紐城市，加強南北向路網(wǎng)聯(lián)系強度，改善南北路網(wǎng)發(fā)展的不平衡，促進共同發(fā)展。2)發(fā)揮濟南省會城市的優(yōu)勢，加強濟南與周圍城市之間的聯(lián)系，推動省會經(jīng)濟圈發(fā)展。加強濟南—德州、濟南—聊城、濟南—泰安、濟南—淄博、濟南—濱州—東營高速路網(wǎng)的建設(shè)，推進淄博和泰安內(nèi)核圈層同城化，帶動聊城、德州、濱州、東營協(xié)同發(fā)展。3)以青島為中心城市，完善青島與周邊城市以及日照—威?！獮H坊—煙臺的交通連接，發(fā)揮青島綜合交通樞紐城市的功能，提高煙臺、威海等邊緣城市路網(wǎng)的中心性，打造膠東1 h交通圈。4)強化臨沂—棗莊—濟寧—菏澤交通網(wǎng)絡(luò)，加強與濟廣高速、德上高速、京臺高速、京滬高速之間的聯(lián)系，帶動臨沂和菏澤成為連接三大經(jīng)濟圈與中原城市群、長三角地區(qū)的交通樞紐城市，促進魯南經(jīng)濟圈成為發(fā)展的新高地。

本文仍存在不足之處：僅將公路網(wǎng)絡(luò)作為研究對象，未對鐵路、航空等交通網(wǎng)絡(luò)進行分析；僅研究某時點的公路網(wǎng)絡(luò)，缺乏從時序角度縱向研究經(jīng)濟圈的路網(wǎng)格局演化特征；提出的優(yōu)化建議未考慮地形、政策等實際因素。后續(xù)研究可在此基礎(chǔ)上進一步深化，更科學(xué)地評價山東省三大經(jīng)濟圈的交通格局，以促進山東省三大經(jīng)濟圈協(xié)調(diào)、高質(zhì)量發(fā)展。