高質(zhì)量發(fā)展背景下黃河流域鐵路空間格局探測(cè)

張莉杰，董俊武，王艷慧*

（1.首都師范大學(xué) 資源環(huán)境與旅游學(xué)院，北京 100048；2.首都師范大學(xué) 三維信息獲取與應(yīng)用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100048）

鐵路作為國(guó)家綜合交通運(yùn)輸體系的骨干力量，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)大動(dòng)脈和重要民生基礎(chǔ)工程。目前我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展已由高速增長(zhǎng)轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展，隨著社會(huì)主要矛盾的轉(zhuǎn)化，鐵路發(fā)展也步入了新時(shí)代，因此加快構(gòu)建布局合理、覆蓋廣泛、高效便捷、安全經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)代鐵路空間格局有利于推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高質(zhì)量發(fā)展。黃河流域是我國(guó)重要的生態(tài)屏障和經(jīng)濟(jì)地帶，是打贏脫貧攻堅(jiān)戰(zhàn)的重要區(qū)域，是陸上絲綢之路的核心腹地[1]。中共中央、國(guó)務(wù)院2021 年10 月印發(fā)的《黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展規(guī)劃綱要》，對(duì)黃河流域鐵路規(guī)劃建設(shè)、客貨運(yùn)輸?shù)确矫嫣岢隽嗣鞔_要求，要求構(gòu)建便捷智能綠色安全綜合交通網(wǎng)絡(luò)，加快形成以“一字形”、“幾字形”和“十字形”為主骨架的黃河流域現(xiàn)代化交通網(wǎng)絡(luò)[2]。鐵路交通聯(lián)系的空間分布格局一直是交通地理研究的熱點(diǎn)選題之一。國(guó)內(nèi)外研究大多關(guān)注鐵路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析[3]、鐵路對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響[4]和交通可達(dá)性分析[5]，研究區(qū)域主要涵蓋全國(guó)[6]、省級(jí)區(qū)域和城市群[7]等，對(duì)于流域的研究較少；且同時(shí)從國(guó)家級(jí)、省級(jí)中心城市和城市群尺度展開鐵路客運(yùn)空間格局的研究更少。隨著現(xiàn)代地理信息技術(shù)的進(jìn)步和大數(shù)據(jù)時(shí)代的來(lái)臨，通常采用空間數(shù)據(jù)分配[8]、空間計(jì)量分析[9]和社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析[10]等方法對(duì)鐵路網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行量化評(píng)價(jià)。在上述背景下，本文以黃河流域?yàn)檠芯繀^(qū)，基于全國(guó)鐵路車次數(shù)據(jù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)鐵路客運(yùn)空間聯(lián)系網(wǎng)絡(luò)展開定性與定量相結(jié)合的測(cè)度分析，從整體、省域、城市群3 個(gè)尺度挖掘不同類型鐵路客運(yùn)聯(lián)系的空間格局，為摸清黃河流域鐵路客運(yùn)交通空間聯(lián)系格局、推動(dòng)鐵路高質(zhì)量發(fā)展提供決策依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)概況

黃河流域位于我國(guó)中北部地區(qū)，西起巴顏喀拉山、東臨渤海、南至秦嶺、北抵陰山，約占我國(guó)陸地總面積的1/3；下轄山東、陜西、山西、河南、內(nèi)蒙古（不包括東四蒙）、寧夏、甘肅和青海8個(gè)省，擁有山東半島、中原、關(guān)中、蘭西、太原、呼包鄂榆和寧夏沿黃7 個(gè)城市群和93 個(gè)地級(jí)及以上中心城市。當(dāng)前，黃河流域高質(zhì)量發(fā)展提升了北方整體經(jīng)濟(jì)水平，但面臨經(jīng)濟(jì)增速逐步放緩、內(nèi)部發(fā)展不平衡、中心城市輻射帶動(dòng)能力弱等發(fā)展難題，迫切需要在明晰當(dāng)前鐵路客運(yùn)交通聯(lián)系空間分布格局的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)鐵路規(guī)劃建設(shè)，加大基礎(chǔ)設(shè)施補(bǔ)短板力度，利用鐵路帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，努力促進(jìn)黃河區(qū)域更高質(zhì)量、更高效率地可持續(xù)發(fā)展。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文采用的數(shù)據(jù)主要從2021 年3—4 月鐵路客運(yùn)“票價(jià)網(wǎng)”查詢獲取，涵蓋全部正在運(yùn)營(yíng)的6 600余列車次，其中高速動(dòng)車（G字頭）1 865列、城際動(dòng)車（C字頭）1 044 列、普通動(dòng)車（D 字頭）1 563 列、直達(dá)（Z 字頭）237 列、特快（T 字頭）230 列、快速（K 字頭）1 266列、普通列車453列。每列車次數(shù)據(jù)包含起點(diǎn)站、中途各?？空?、終點(diǎn)站、車次類型等信息，以G、C、D 為字頭的列車為高速列車，以K、T、Z、普快為字頭的列車為普速列車。黃河流域地級(jí)及以上中心城市的行政區(qū)域數(shù)據(jù)來(lái)源于資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心網(wǎng)站。

2 研究方法

為深度解析黃河流域鐵路客運(yùn)聯(lián)系的空間格局，本文分別從地級(jí)及以上中心城市、省會(huì)、城市群尺度，利用網(wǎng)絡(luò)分析法和空間計(jì)量分析法揭示城市之間鐵路客運(yùn)聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，表征區(qū)域空間集聚程度，定量探測(cè)不同類型鐵路客運(yùn)交通聯(lián)系的空間分布格局。

2.1 網(wǎng)絡(luò)分析法

1）鐵路客運(yùn)聯(lián)系強(qiáng)度。城市間鐵路客運(yùn)聯(lián)系強(qiáng)度反映城市鐵路客運(yùn)聯(lián)系網(wǎng)絡(luò)連接中城市鐵路交通聯(lián)系規(guī)模的分布特征[7]。本文采用兩個(gè)城市間的開行客運(yùn)班次數(shù)量之和表征鐵路客運(yùn)聯(lián)系強(qiáng)度，以城市間的聯(lián)系流為網(wǎng)絡(luò)邊，城市為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，計(jì)算公式為：

2）度中心性可顯示城市的交通聯(lián)系能力，衡量城市在網(wǎng)絡(luò)中所處的重要程度[4]。城市的度中心性越大，表明與該節(jié)點(diǎn)有直接關(guān)系的其他節(jié)點(diǎn)數(shù)目越多，在網(wǎng)絡(luò)中的中心地位越突出。具體計(jì)算公式為：

2.2 空間計(jì)量分析法

位序—規(guī)模法是從城市規(guī)模及其位序的關(guān)系來(lái)考察一個(gè)城市交通的分布狀態(tài)，可反映城市鐵路交通聯(lián)系空間集聚的位序規(guī)模分布特征[11]。具體計(jì)算公式為：

式中，n為城市數(shù)量；Ri為城市i交通聯(lián)系車次量規(guī)模位序；Pi為按照從大到小排序后位序?yàn)閕的城市交通聯(lián)系車次量規(guī)模；P1為理想的首位城市交通聯(lián)系車次量規(guī)模；q為Zipf 指數(shù)。

將上述模型進(jìn)行對(duì)數(shù)變換，得到：

q亦稱集中指數(shù)，可考察區(qū)域交通分布空間集聚程度（表1）。位序—規(guī)模法對(duì)雙對(duì)數(shù)點(diǎn)圖上所有可能的點(diǎn)組合進(jìn)行相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)時(shí)，取在0.001 置信水平下線性范圍最寬的一段為無(wú)標(biāo)度區(qū)間。

表1 集中指數(shù)代表的交通分布狀態(tài)統(tǒng)計(jì)

3 研究結(jié)果與分析

3.1 整體鐵路客運(yùn)交通聯(lián)系的空間分布格局

中心城市鐵路客運(yùn)近域聯(lián)系可視化展示見圖1，可以看出，黃河流域的鐵路客運(yùn)交通網(wǎng)絡(luò)空間分布格局已初步形成，整體呈東密西疏的特征。根據(jù)鐵路班次數(shù)據(jù)，分析“一字形”主骨架發(fā)現(xiàn)，濟(jì)南經(jīng)鄭州至西安線路的鐵路客流量較少；分析“十字形”主骨架發(fā)現(xiàn)，銀川經(jīng)綏德至太原和蘭州經(jīng)平?jīng)鲋裂影踩笔Ь€路；分析“幾字形”主骨架發(fā)現(xiàn)，蘭州經(jīng)銀川、包頭至呼和浩特、太原并通達(dá)鄭州的直接聯(lián)系線路較少。

圖1 中心城市鐵路客運(yùn)交通聯(lián)系空間分布圖（審圖號(hào)：GS（2016）2923）

根據(jù)位序—規(guī)模分布標(biāo)準(zhǔn)模型的計(jì)算結(jié)果（圖2），鐵路交通聯(lián)系量與城市位序間的相關(guān)系數(shù)均在0.8 以上，且r總、高、普的顯著性水平均遠(yuǎn)大于r0.001，說(shuō)明中心城市鐵路交通聯(lián)系的位序—規(guī)模分布符合Zipf 法則。由q總、普、高均在0.85～1.2 可知，中心城市鐵路車次聯(lián)系空間分布表現(xiàn)出空間集聚特性，普速列車和高速列車均屬于集中型，但高速列車的集聚性更明顯。

圖2 中心城市不同類型車次量的位序—規(guī)模指數(shù)分布

中心城市度中心性的空間分布見圖3，度中心性高的城市多為省會(huì)城市或其他經(jīng)濟(jì)發(fā)展較好的城市，且在空間上有明顯的空間溢出效應(yīng)。黃河流域經(jīng)濟(jì)與人口發(fā)展數(shù)據(jù)見圖4，可以看出，度中心性與人均GDP 和人口密度之間的相關(guān)系數(shù)分別為0.26 和0.39，且二者相關(guān)性的顯著水平較高，說(shuō)明黃河流域鐵路客運(yùn)交通聯(lián)系中城市度中心性與其經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、人口分布呈顯著正相關(guān)。

圖3 中心城市度中心性的空間分布圖（審圖號(hào)：GS（2016）2923）

圖4 黃河流域各地級(jí)市人口數(shù)量與GDP分布圖（審圖號(hào)：GS（2016）2923）

3.2 省會(huì)中心城市鐵路客運(yùn)交通聯(lián)系的空間分布格局

省會(huì)城市是全國(guó)交通聯(lián)系的國(guó)家和區(qū)域性集聚中心，對(duì)黃河流域省會(huì)中心城市鐵路客運(yùn)的近域聯(lián)系格局進(jìn)行空間模擬與圖景展示（圖5），可以看出，各省區(qū)大多形成了以省會(huì)城市為聯(lián)系核心，并向周圍城市輻射的鐵路交通聯(lián)系分布格局；河南、山東和陜西的鐵路聯(lián)系呈放射狀結(jié)構(gòu)，其中鄭州、濟(jì)南和西安發(fā)揮了核心作用；西寧與蘭州之間形成了帶狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；以呼和浩特和太原為核心節(jié)點(diǎn)的鐵路交通聯(lián)系形成了放射狀分布格局，但這兩個(gè)城市在各自所在區(qū)域的輻射作用較弱。

圖5 省會(huì)中心城市鐵路客運(yùn)聯(lián)系的空間網(wǎng)絡(luò)分布圖（審圖號(hào)：GS（2016）2923）

根據(jù)建立的位序—規(guī)模分布標(biāo)準(zhǔn)模型（圖6），普速列車與高速列車相關(guān)系數(shù)均在0.8 以上，且二者均具有顯著相關(guān)性，說(shuō)明省會(huì)城市鐵路交通聯(lián)系的位序—規(guī)模分布符合Zipf 法則。省會(huì)中心城市的q總、高均在0.85～1.2，q普小于0.85，說(shuō)明省會(huì)中心城市的整體列車和高速列車屬于集中型，普速列車屬于分散均衡型。

圖6 省會(huì)中心城市不同類型車次量的位序—規(guī)模指數(shù)分布

為進(jìn)一步解析省會(huì)城市在鐵路客運(yùn)班次聯(lián)系中的規(guī)模網(wǎng)絡(luò)集聚特征，本文利用Gephi 對(duì)省會(huì)中心城市經(jīng)停的鐵路客運(yùn)交通車次進(jìn)行可視化展示（圖7），可以看出，鄭州、西安和蘭州節(jié)點(diǎn)規(guī)模明顯大于其他中心城市；濟(jì)南到泰安、淄博和德州，鄭州到開封、洛陽(yáng)，西安到渭南、寶雞和咸陽(yáng)等城市交通聯(lián)系強(qiáng)度遠(yuǎn)大于其他城市，說(shuō)明中心城市形成了各自的區(qū)域性客流集聚中心；但太原和西寧與周圍城市的聯(lián)系強(qiáng)度卻較低，各省會(huì)城市的聯(lián)系強(qiáng)度存在差異性。

圖7 省會(huì)中心城市鐵路客運(yùn)交通聯(lián)系的集聚結(jié)構(gòu)圖

3.3 城市群鐵路客運(yùn)交通聯(lián)系的空間分布格局

將城市群鐵路客運(yùn)交通聯(lián)系進(jìn)行可視化展示（圖8）發(fā)現(xiàn)，中原城市群和山東半島城市群的客運(yùn)鐵路交通聯(lián)系車次量較高，且呈放射狀空間形態(tài)和相對(duì)集聚的規(guī)模分布；中原城市群的鐵路交通聯(lián)系呈現(xiàn)以鄭州為核心，向許昌、洛陽(yáng)、開封和新鄉(xiāng)等方向分布的空間格局；山東半島城市群則呈現(xiàn)以濟(jì)南為核心，向青島、淄博、德州和泰安等方向分布的空間格局。

圖8 城市群鐵路客運(yùn)交通聯(lián)系空間網(wǎng)絡(luò)分布圖（審圖號(hào)：GS（2016）2923）

根據(jù)黃河流域相鄰城市間的鐵路聯(lián)系強(qiáng)度可知，中原、山東半島、關(guān)中平原城市群的鐵路客運(yùn)聯(lián)系次數(shù)占比分別為29.71%、24.51%、11.65%，總占比為65.87%，是黃河流域客運(yùn)鐵路交通聯(lián)系的3 個(gè)核心區(qū)。根據(jù)的位序—規(guī)模分布標(biāo)準(zhǔn)模型（圖9），相關(guān)系數(shù)均在0.8以上，且具有顯著相關(guān)性，說(shuō)明鐵路交通聯(lián)系量與城市位序符合Zipf法則。q總、普、高分布在0.85～1.2，說(shuō)明城市群整體列車、普速列車和高速列車運(yùn)行車次均具有區(qū)域空間集聚特性，且高速列車相對(duì)集聚。

圖9 城市群不同類型車次量的位序—規(guī)模指數(shù)分布

4 結(jié)語(yǔ)

在高質(zhì)量發(fā)展背景下，本文以黃河流域地級(jí)市為研究對(duì)象，從整體城市、省會(huì)城市、城市群3 個(gè)尺度，基于不同類型的鐵路客運(yùn)車次數(shù)據(jù)，運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)分析法和空間計(jì)量分析法探測(cè)了鐵路客運(yùn)交通聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和不同車次類型劃分的路網(wǎng)集聚情況。結(jié)果表明：①黃河流域鐵路客運(yùn)交通網(wǎng)絡(luò)空間分布格局已初步形成，整體上呈現(xiàn)東密西疏的特點(diǎn)，鐵路中心城市交通網(wǎng)絡(luò)呈雙核組團(tuán)模式、極核模式和點(diǎn)軸式空間模式，在不同車次類型劃分中，普速列車和高速列車均屬于集中型，但高速列車聚集效應(yīng)更明顯；②在省域尺度上，鐵路交通網(wǎng)絡(luò)以省會(huì)城市為核心，在不同車次類型劃分中，高速列車交通聯(lián)系屬于集中型，普速列車屬于均衡型；③在城市群尺度上，中原、山東半島、太原和寧夏沿黃城市群的城市鐵路網(wǎng)絡(luò)呈放射狀分布，蘭西和關(guān)中平原城市群呈帶狀分布，在不同車次類型劃分中，普速列車和高速列車均具有空間集聚特性。

研究結(jié)果表明，以“一字形”、“幾字形”和“十字形”為主骨架的黃河流域現(xiàn)代化交通網(wǎng)絡(luò)發(fā)育尚不完善，為實(shí)現(xiàn)黃河流域的高質(zhì)量發(fā)展，構(gòu)建便捷智能綠色安全綜合交通網(wǎng)絡(luò)，需在交通規(guī)劃方面對(duì)中心城市進(jìn)行以下改善：加強(qiáng)樞紐城市建設(shè)，充分發(fā)揮其輻射帶動(dòng)作用，加強(qiáng)“幾字形”網(wǎng)絡(luò)骨架的短板建設(shè)，尤其是西部地區(qū)的交通銜接，實(shí)現(xiàn)黃河流域綜合交通網(wǎng)絡(luò)的高效連通。由于交通數(shù)據(jù)來(lái)自鐵路客運(yùn)數(shù)據(jù)，缺乏貨運(yùn)數(shù)據(jù)，本文難以從更多尺度和視角對(duì)黃河流域鐵路骨架結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面分析；且本文采用了一期鐵路客運(yùn)車次截面數(shù)據(jù)，缺少基于時(shí)間序列數(shù)據(jù)的時(shí)空演變格局監(jiān)測(cè)，后期將從數(shù)據(jù)補(bǔ)全補(bǔ)實(shí)的角度，加強(qiáng)黃河流域鐵路交通聯(lián)系時(shí)空演變格局分析、變化機(jī)理分析、格局優(yōu)化模擬等方面研究，為黃河流域高質(zhì)量發(fā)展提供更系統(tǒng)深入的決策支持。