王超峰 郭思寧
(中國民用航空飛行學(xué)院機(jī)場學(xué)院 廣漢 618300)
高速鐵路一般是指新建設(shè)計(jì)時(shí)速為250km/h至350km/h 的客運(yùn)專線鐵路,截至2021年底,我國高鐵運(yùn)營里程突破4 萬公里,國務(wù)院《“十四五”現(xiàn)代綜合交通運(yùn)輸體系發(fā)展規(guī)劃》中指出,到2025年我國高速鐵路營業(yè)里程將達(dá)到5 萬公里。隨著我國近年來對(duì)高鐵布局的逐步擴(kuò)展,高鐵運(yùn)輸在整個(gè)交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)體系中的地位也進(jìn)一步凸顯。高鐵的開通運(yùn)營對(duì)沿線站點(diǎn)城市經(jīng)濟(jì)格局及交通可達(dá)性產(chǎn)生一定程度影響[1],城市之間的經(jīng)濟(jì)聯(lián)系更加密切,特別會(huì)顯著提升二線城市間的經(jīng)濟(jì)聯(lián)系強(qiáng)度[2]。但受高鐵開通的影響,非高鐵沿線城市邊緣化效應(yīng)顯著,出現(xiàn)了一種“類真空”現(xiàn)象,逐步加深了城市間供需潛力的差距[3]。合理的定義各高鐵站點(diǎn)的旅客輻射范圍將對(duì)重塑城市的交通網(wǎng)絡(luò)格局、提升站點(diǎn)運(yùn)營水平、促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)一體化發(fā)展等起到積極作用。
高鐵站點(diǎn)的輻射范圍是指高鐵站點(diǎn)向當(dāng)?shù)丶爸苓叧鞘休斔?、吸收主要客流的重要區(qū)域,該范圍主要受高鐵站列車班次及交通可達(dá)性、基礎(chǔ)設(shè)施和服務(wù)水平的影響[4],部分學(xué)者從高鐵沿線站點(diǎn)服務(wù)能力、乘客出行成本、出行距離等影響因素分析高鐵站腹地的范圍[5]。目前國內(nèi)外學(xué)者對(duì)于輻射范圍的較成熟研究主要集中于城市腹地以及城市輻射和吸引范圍[6~8],主要采用斷裂點(diǎn)模型、引力模型、加權(quán)Voronoi 圖等[9~11],高鐵輻射范圍研究較多集中于各城市間可達(dá)性及高鐵線路沿線城市間的輻射范圍[12~13],對(duì)于高鐵站點(diǎn)的輻射范圍及所在城市的可達(dá)性開展研究較少,而高鐵站作為高鐵線路重要節(jié)點(diǎn)及最基本結(jié)構(gòu)單元,節(jié)點(diǎn)價(jià)值的充分開發(fā)對(duì)于高鐵地區(qū)發(fā)展具有重要意義[14]?;谏鲜龇治觯x取各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)構(gòu)建高鐵站綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,通過場強(qiáng)模型對(duì)高鐵站點(diǎn)輻射范圍及影響因素進(jìn)行分析,為提升高鐵站管理水平、優(yōu)化交通網(wǎng)絡(luò)布局方式提供理論依據(jù),對(duì)高鐵站客流保障能力的提升和區(qū)域經(jīng)濟(jì)持續(xù)高效發(fā)展提供參考。
山東省是我國環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)圈的重要組成部分,全省著力構(gòu)建省會(huì)經(jīng)濟(jì)圈、膠東經(jīng)濟(jì)圈和魯南經(jīng)濟(jì)圈三大經(jīng)濟(jì)圈?!渡綎|省“十四五”綜合交通運(yùn)輸發(fā)展規(guī)劃》[15]中指出:到2025年,實(shí)現(xiàn)“市市通高鐵”,營業(yè)及在建里程達(dá)到4400km,省際出口達(dá)到10 個(gè)以上。作為我國經(jīng)濟(jì)大省,高速鐵路建設(shè)起步較早且交通運(yùn)輸業(yè)發(fā)展較為迅速,是我國最早一批規(guī)劃建設(shè)高速鐵路的省份,最早建設(shè)開通了膠濟(jì)客專、京滬高鐵等主要高速鐵路,截至2021年底,山東省先后開通運(yùn)營濟(jì)青高鐵、石濟(jì)客專、青榮城際、青鹽鐵路、濰萊高鐵、日蘭高鐵等運(yùn)營時(shí)速在200km/h至350km/h 的客運(yùn)專線及高速鐵路。以山東省作為研究對(duì)象對(duì)于提升區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展,優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)集群,提高交通運(yùn)輸水平,促進(jìn)新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換等方面具有現(xiàn)實(shí)意義。因魯南高鐵曲阜至蘭考段開通運(yùn)營時(shí)間較短,客流量等數(shù)據(jù)暫未達(dá)到實(shí)際運(yùn)營水平,不具備參考意義,暫不選為研究對(duì)象,選取山東省高鐵沿線12 個(gè)地級(jí)市的主要高鐵站點(diǎn)作為研究對(duì)象,研究區(qū)域選取為山東省行政區(qū)全域。
本文基于ArcGIS10.2 軟件進(jìn)行空間分析。經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等數(shù)據(jù)來源于2021年《山東省統(tǒng)計(jì)年鑒》及各地市統(tǒng)計(jì)年鑒,高鐵站坐標(biāo)通過Google Earth 確定精確坐標(biāo)并輸入到ArcMap 中確定高鐵站定位點(diǎn),山東省公路和鐵路底圖數(shù)據(jù)來源于國家《1:100萬基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫》,高鐵班次及站點(diǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)來源于鐵路12306 網(wǎng)站2021年客流平峰時(shí)刻統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),道路交通指標(biāo)通過高德地圖大數(shù)據(jù)進(jìn)行測算。
高鐵站作為高鐵線路的重要節(jié)點(diǎn),影響著當(dāng)?shù)丶爸苓叺貐^(qū)旅客的交通集散,對(duì)周邊區(qū)域范圍內(nèi)產(chǎn)生客流輻射效應(yīng),同時(shí)也受臨近站點(diǎn)和其他交通方式的輻射效應(yīng)影響,場強(qiáng)模型是對(duì)高鐵站點(diǎn)輻射范圍測定的有效方法。高鐵站對(duì)周邊區(qū)域各個(gè)客流點(diǎn)產(chǎn)生輻射效應(yīng),點(diǎn)輻射效應(yīng)的大小即可視為高鐵站在該點(diǎn)的場強(qiáng)大小,點(diǎn)的集合即為該高鐵站的輻射范圍,輻射能力隨距離的增大而減小,遵循“距離衰減規(guī)律”[8]。整體來看,影響高鐵站點(diǎn)客流輻射范圍的因素可分為內(nèi)部因素和外部因素,內(nèi)部影響因素主要體現(xiàn)在高鐵班次及高鐵站基礎(chǔ)設(shè)施水平等方面,外部影響因素主要體現(xiàn)在地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平及道路交通服務(wù)保障水平等方面,可通過內(nèi)外部影響因素測定高鐵站實(shí)力的綜合得分[16]。在山東省各地市域范圍內(nèi),部分區(qū)域內(nèi)某客流源點(diǎn)不僅受當(dāng)?shù)馗哞F站輻射的影響,同時(shí)受其他站點(diǎn)共同輻射效應(yīng)的影響,由于輻射強(qiáng)度的不同,對(duì)該客流源點(diǎn)輻射強(qiáng)度最大的高鐵站即視為該高鐵站對(duì)此客流源點(diǎn)產(chǎn)生主要輻射效應(yīng),則這些客流源點(diǎn)的集合即為各高鐵站基于場強(qiáng)模型的輻射范圍。其計(jì)算公式為
式中,Eix表示高鐵站i在各客流源點(diǎn)x上的場強(qiáng)大?。籔i表示高鐵站實(shí)力的綜合得分;為高鐵站i到各客流源點(diǎn)x的距離;γ為距離摩擦系數(shù),通常取標(biāo)準(zhǔn)值2.0[17]。研究通過ArcGIS空間分析和Matlab編程實(shí)現(xiàn)基于場強(qiáng)模型的高鐵站點(diǎn)輻射范圍劃分。
高鐵站點(diǎn)的輻射范圍主要受出行者行為因素、基礎(chǔ)設(shè)施保障能力、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等因素的共同影響。傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)方法采用指標(biāo)較為匱乏,不能客觀完善地反映高鐵站輻射范圍的影響因素,基于輻射范圍的測定,為了更客觀地分析高鐵站點(diǎn)對(duì)當(dāng)?shù)丶捌渌麉^(qū)域的輻射范圍影響,在平均日高鐵班次、車站建筑面積、站臺(tái)數(shù)量等內(nèi)部影響因素基礎(chǔ)上,加入了地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平及道路交通服務(wù)保障水平等外部影響因素,構(gòu)建高鐵站綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如表1所示。
表1 高鐵站綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系
此評(píng)價(jià)指標(biāo)的構(gòu)建考慮到高鐵運(yùn)營班次、基礎(chǔ)設(shè)施保障水平等因素和社會(huì)經(jīng)濟(jì)體量、交通通達(dá)性等因素的綜合影響。由于各指標(biāo)之間關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)且數(shù)據(jù)信息量較大,為了有效確定各指標(biāo)間的權(quán)重,采用主成分分析法對(duì)各指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算[18],對(duì)提取出的主成分進(jìn)行加權(quán)累加得到各高鐵站實(shí)力的綜合得分。
根據(jù)高鐵站綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,運(yùn)用SPSS25統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)山東省12個(gè)地市的21個(gè)主要高鐵站樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行因子分析。如表2所示,經(jīng)KMO 檢驗(yàn)和Bartlett 球形檢驗(yàn),統(tǒng)計(jì)值為0.000 的顯著概率,小于1%,說明所選取指標(biāo)具有較強(qiáng)相關(guān)性,檢驗(yàn)樣本數(shù)據(jù)簡單相關(guān)系數(shù)與偏相關(guān)系數(shù)的相對(duì)校驗(yàn)值(KMO系數(shù))為0.721,效果較好,適宜做主成分分析。
表2 KMO和巴特利特檢驗(yàn)
通過對(duì)8 個(gè)指標(biāo)進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)各因素的平均公因子方差在70%左右,表明各公因子間具有較高的共同性。地面平均交通時(shí)間相關(guān)性小于0.4,但結(jié)合旅客出行實(shí)際情況并考慮指標(biāo)體系的全面性予以保留,即可保留所有評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行研究分析。提取因子得到總方差解釋表如表3所示。
表3 總方差解釋
其中成分1 的特征值為4.056,成分2 為1.431,兩個(gè)成分的累積貢獻(xiàn)率達(dá)到68.588%,即提取出來的公因子可解釋所有指標(biāo)68%以上的信息,因此增加FAC1_1和FAC2_1變量。利用SPSS軟件計(jì)算各高鐵站實(shí)力的綜合得分,綜合得分計(jì)算公式為
式中,Pi表示i 高鐵站的綜合得分;Sk為第k個(gè)主成分的貢獻(xiàn)率;n 為2,即選取的兩個(gè)特征值大于1的主成分;Akj為第k個(gè)主成分表現(xiàn)在變量j的水平數(shù)值,由于綜合得分存在負(fù)值,不利于做輻射范圍分析,將各高鐵站的綜合得分取平均值,并將綜合得分值轉(zhuǎn)換為正值,設(shè)定各高鐵站的綜合得分排序到[1,10]區(qū)間范圍內(nèi),修正后的綜合得分計(jì)算公式為
式中Pi′表示高鐵站i修正后的綜合得分;Pmin表示綜合得分中的最小值;Pmax表示綜合得分中的最大值。
由此得到各高鐵站綜合得分,進(jìn)而進(jìn)行輻射范圍研究分析。
通常,旅客出行選擇主要考慮時(shí)空距離及交通通達(dá)性,且時(shí)空距離對(duì)旅客的出行會(huì)產(chǎn)生一定的抑制作用[19~20]。為了更直觀地體現(xiàn)高鐵站外交通網(wǎng)的布局特征,以及通達(dá)各高鐵站的地面公路交通旅行時(shí)間,進(jìn)行高鐵站交通等時(shí)圈空間分布研究。高鐵站交通等時(shí)圈反應(yīng)各高鐵站與本市及各周邊地市的聯(lián)系程度,根據(jù)《中華人民共和國公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》和山東省公路建設(shè)實(shí)際,設(shè)定:高速公路、國道及一級(jí)道路、省道及二級(jí)道路、縣道及其他道路平均行車時(shí)速分別為100km/h、80km/h、60km/h、40km/h。根據(jù)乘坐高鐵的出行者出行行為特征,不考慮堵車等其他情形,設(shè)定到達(dá)高鐵站的公路交通時(shí)長不超過一小時(shí)為宜。為了更清晰地反映等時(shí)圈分布特征,結(jié)合各高鐵站的綜合實(shí)力得分,將排名靠前的5 個(gè)地級(jí)市的10 個(gè)高鐵站點(diǎn)劃分為第一部分,其他地市的高鐵站點(diǎn)劃分為第二部分。現(xiàn)以山東省12 個(gè)地市21 個(gè)高鐵站點(diǎn)為源點(diǎn),即每隔10min為節(jié)點(diǎn),繪制各高鐵站60min交通等時(shí)圈(圖1、圖2)。
圖1 高鐵站(第一部分)等時(shí)圈分布圖
圖2 高鐵站(第二部分)等時(shí)圈分布圖
從各部分高鐵站等時(shí)圈分布來看,濟(jì)南和青島作為山東省內(nèi)兩大交通樞紐城市,主要高鐵站站點(diǎn)較多,布局較為分散,且公路網(wǎng)和快速路網(wǎng)密度較大,一小時(shí)交通等時(shí)圈基本覆蓋了濟(jì)南和青島全市大部分區(qū)域。威海主要高鐵站點(diǎn)雖然布局較多,但受限于沿海地區(qū)地理位置和交通路網(wǎng)的影響,一小時(shí)交通等時(shí)圈覆蓋范圍相對(duì)不廣泛。同樣,煙臺(tái)由于沿海區(qū)位和城區(qū)建設(shè)布局的影響,城市建成區(qū)較為分散,連接各城區(qū)的主要道路有G15、G18、S11等高速公路,主要交通路網(wǎng)呈多條帶狀分布,但一小時(shí)等時(shí)圈也可以有效地覆蓋到各核心主城區(qū)。其他地級(jí)市高鐵站的一小時(shí)交通等時(shí)圈分布較為均衡,雖然受地理環(huán)境等因素影響,覆蓋面積不同,但仍可覆蓋大部分城市核心區(qū)域。
為進(jìn)一步分析各高鐵站交通等時(shí)圈的影響范圍,統(tǒng)計(jì)第一部分和第二部分高鐵站的等時(shí)圈各圈層面積(表4)。
表4 各高鐵站交通等時(shí)圈層面積
為了更直觀地展現(xiàn)各等時(shí)圈層面積變化情況,計(jì)算各等時(shí)圈層面積增長率如圖3所示。
圖3 各部分高鐵站等時(shí)圈層面積增長率
從上圖可以較明顯地看出第一部分高鐵站在第1 至第3 圈層面積增長率低于第二部分高鐵站。分析考慮到第一部分高鐵站大多處在為京滬高鐵和濟(jì)青通道,高鐵建設(shè)時(shí)間較早,站點(diǎn)多分布在市區(qū),道路行車速度相對(duì)較低,另外由于第一部分高鐵站所在城市多為大型城市,高鐵站周邊路網(wǎng)車流量密集,造成高鐵站周圍30min 等時(shí)圈覆蓋面積增長率相比其他城市較低,更能從側(cè)面說明這些站點(diǎn)的綜合實(shí)力整體較強(qiáng)。第3 至第4 圈層中,第一部分高鐵站等時(shí)圈層面積增長率略高于第二部分高鐵站,考慮主要原因是大型城市的城郊結(jié)合路網(wǎng)布局較為密集,快速路及高速公路布局廣泛,提升了道路通達(dá)程度,而后40min 以上等時(shí)圈層變化率基本保持一致。大中型城市可以通過改造城區(qū)道路,增加布局快速通道等方式改善道路環(huán)境,中小型城市可以采取適當(dāng)增加路網(wǎng)密度,提升路網(wǎng)的完整性和連通性以提高道路通行效率,從而改善高鐵站周邊道路的交通環(huán)境,提高高鐵站的一小時(shí)交通等時(shí)圈覆蓋范圍。
通過各高鐵站等時(shí)圈確定各高鐵站到各客流源點(diǎn)的距離,并結(jié)合山東省交通實(shí)際將輻射半徑最大邊界限制為90km。利用ArcGIS的空間分析功能將場強(qiáng)大小由強(qiáng)至弱設(shè)定多環(huán)輻射區(qū),并利用自然斷裂點(diǎn)法將各高鐵站的輻射層級(jí)分為八級(jí),由場強(qiáng)公式結(jié)合各高鐵站的綜合得分確定各高鐵站的場強(qiáng)值,分析得到各高鐵站的輻射范圍圖(圖4)。
圖4 山東省主要高鐵站輻射范圍圖
高鐵站的場強(qiáng)強(qiáng)度反映了高鐵站的輻射范圍強(qiáng)度,宏觀來看,各高鐵站點(diǎn)基本輻射到了本市大部分區(qū)域,部分綜合實(shí)力較強(qiáng)的高鐵站,比如濟(jì)南和青島的高鐵站不僅對(duì)當(dāng)?shù)禺a(chǎn)生較強(qiáng)的輻射作用,也會(huì)對(duì)周邊地市的部分區(qū)域產(chǎn)生一定的輻射作用。
從各高鐵線路來看,京滬高鐵途徑德州、濟(jì)南、泰安、濟(jì)寧、棗莊五個(gè)地市,德州東站由于位置靠近省界且距離主城區(qū)較遠(yuǎn),并不能高效的發(fā)揮京滬高鐵的客流帶動(dòng)作用;泰安和濟(jì)寧作為旅游城市,泰安站和曲阜東站的相當(dāng)一部分客流為旅游客流,但由于泰安市距離濟(jì)南相對(duì)較近,不能充分發(fā)揮高鐵站的輻射效用;棗莊市的兩個(gè)高鐵站雖然位于京滬鐵路干線上,但由于當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展水平較低,周邊存在微山湖等天然地理區(qū)位限制,且高鐵經(jīng)停數(shù)量較少,造成該城市高鐵站輻射強(qiáng)度和范圍偏低。日蘭高鐵起于山東日照,終于河南蘭考,是魯南地區(qū)重要的高鐵線路,雖然線路途徑山東省多個(gè)人口大市,但由于河南段未建成通車以及不能由京滬高鐵南下限制,高鐵運(yùn)營班次較少,造成臨沂、日照等城市的高鐵站輻射強(qiáng)度較低。濟(jì)青高鐵和膠濟(jì)客專途徑濟(jì)南、淄博、濰坊、青島等地市,受濟(jì)南和青島兩個(gè)大型城市的客流往來效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)輻射帶動(dòng)作用,沿線城市經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)且高鐵站輻射范圍及強(qiáng)度較為樂觀。青榮城際途徑青島、煙臺(tái)、威海等地市,煙臺(tái)、威海屬于山東省鐵路網(wǎng)末端城市,且兩市作為山東省的海濱旅游城市經(jīng)濟(jì)水平相對(duì)發(fā)達(dá),高鐵班次密集,輻射范圍強(qiáng)度也較為理想。
濟(jì)南作為全國鐵路樞紐城市,目前開通運(yùn)營京滬高鐵、濟(jì)青高鐵、石濟(jì)客專、膠濟(jì)客專,在建濟(jì)鄭高鐵等高鐵線路,作為多條高鐵線路的交匯點(diǎn),站點(diǎn)輻射范圍較廣,輻射強(qiáng)度較強(qiáng),能起到理想的經(jīng)濟(jì)及客流輻射帶動(dòng)效應(yīng)。青島同樣作為鐵路樞紐城市有多條高鐵及城際鐵路交匯,唯一受限的是青鹽鐵路最高運(yùn)營時(shí)速為200km/h,青榮城際為250km/h,形成青島只有濟(jì)青高鐵以300km/h 時(shí)速運(yùn)營的局面,但青島整體交通發(fā)展水平較強(qiáng),且GDP總量多年位居山東省第一,對(duì)于各站點(diǎn)的輻射范圍影響相對(duì)較小。濟(jì)寧和濰坊作為省內(nèi)鐵路樞紐城市,各站點(diǎn)輻射范圍和強(qiáng)度較為理想,由于京滬高鐵不經(jīng)過濟(jì)寧市區(qū),而在濟(jì)寧所轄縣級(jí)市曲阜設(shè)有曲阜東站,會(huì)一定程度上造成旅客時(shí)間成本和交通成本的增加,是影響該站點(diǎn)輻射范圍的重要因素。
本文選取了山東省高鐵途徑城市的21 個(gè)主要高鐵站點(diǎn)進(jìn)行分析研究。選取站點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)數(shù)據(jù)構(gòu)建高鐵站綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,采用主成分分析法和等時(shí)圈分布研究,基于場強(qiáng)模型測定了高鐵站點(diǎn)的輻射范圍并進(jìn)行綜合分析,得出如下結(jié)論:
第一,從山東省全省范圍看,高鐵線路布局較不均衡,呈現(xiàn)“中、東部密集,西、北部稀疏”的空間分布特征,且不同高鐵線路客流水平差異較大,部分高鐵站點(diǎn)綜合實(shí)力差距較大,部分城市高鐵站點(diǎn)客流吸引能力不足、線路通達(dá)性較弱等原因成為限制高鐵站和當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的重要影響因素。
第二,從交通等時(shí)圈分布看,濟(jì)南、青島等大型城市主要高鐵站布局較多,路網(wǎng)密度較大,道路通達(dá)性較好,高鐵站一小時(shí)交通等時(shí)圈能覆蓋更大范圍;煙臺(tái)、威海等沿海地區(qū)受限于地理位置影響,高鐵站一小時(shí)交通等時(shí)圈覆蓋面積相對(duì)受限,但依然可以覆蓋主要城區(qū)范圍;其他城市等時(shí)圈分布較為均衡,雖然覆蓋面積不同,但仍可覆蓋大部分城市核心區(qū)域。
第三,從主要高鐵站的輻射范圍看,濟(jì)南、青島兩市龐大的客流帶動(dòng)作用能促進(jìn)兩市及沿線各城市高鐵站輻射范圍的提升;煙臺(tái)、威海、濟(jì)寧等重要旅游城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高,且線路通達(dá)性較好,高鐵站輻射范圍強(qiáng)度也較為樂觀;德州、臨沂、日照等地受限于地理位置和高鐵線路通達(dá)性影響,難以充分利用線路資源,高鐵站輻射范圍強(qiáng)度相對(duì)較低。