山東省高速公路網合理規模研究

山東省高速公路網合理規模研究

陸由付1李貽武2施慶利2韓國華2韓宗娜3

(1.重慶交通大學交通運輸學院重慶400074；2.山東省交通規劃設計院濟南250031；

3.山東省工程咨詢院濟南250013)

摘要高速公路網規模是區域綜合交通規劃中重要的指標。在分析山東省社會經濟及高速公路網現狀基礎上，運用了改進的國土系數法、連通度法、類比法、時間序列法4種模型，系統分析了高速公路網與人口、人均GDP、高速公路系數等因素的關系，合理預測了未來山東省高速公路網規模。

關鍵詞高速公路網合理規模連通度法國土系數法類比法

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.02.043

收稿日期：2014-12-18

高速公路作為最高等級通道，對山東省未來社會發展乃至國家一系列戰略的實施具有舉足輕重的作用。因此如何清晰地把握高速公路的合理規模，使高速公路的社會和經濟效益得到充分發揮，是高速公路規劃需要解決的重要問題，合理地確定山東省高速公路網發展規模有著極其重要的現實意義。

目前國內外在路網規模預測上主要有國土系數法、連通度法、時間序列法、類比分析法等[1]，這些方法基本上都是以路網演變歷程為依據，通過對路網與GDP、人口等因素相關分析，找到他們之間的相關關系，從而得到某特征年的合理規模。

1基于改進的國土系數法模型

國土系數法是根據國土系數理論“道路長度與人口和面積的平方根及其經濟指標系數成正比”，從區域面積、人口、經濟水平等社會經濟指標來計算區域內的合理理論公路長度，可用下式表述。

(1)

式中：L為高速公路總里程，km；K為高速公路網系數；P為區域內總人口，萬人；A為區域面積，萬km2。

本文通過對山東省歷年道路長度、人口、地區生產總值等指標進行研究分析，求得公路密度與社會經濟發展指標之間的關系規律，達到預測未來年經濟社會的發展水平，得到山東省未來年高速路網的總規模。歷年基礎數據[2]見表1。

表1　歷年高速公路規模與國土系數及人均GDP數據

由山東省歷年高速公路規模、人口等指標，經數理統計分析、回歸擬合，得到山東省高速公路系數K與人均地區生產總值G之間有如下關系。

(2)

經計算，2020，2030，2040年的高速公路系數分別為17.6，22.0，25.7。再根據式(1)確定未來山東省高速公路網合理規模，見表2。

表2　國土系數法確定山東省高速公路網合理規模

2基于改進的連通度模型

2.1　連通度法

連通度模型也叫“網絡節點模型”，傳統的連通度法在具體計算時，非直線系數難以確定。根據網絡幾何學，考慮高速路網的通達深度和路網節點的連通狀況，引入高速路網變形系數，將傳統的連通度分析法做改進，可建立如下改進的連通度模型。

(3)

式中：L為高速公路總里程，km；Dn為高速公路網連通度，表達路網中各節點間的連通狀況。據區域公路網長度和節點數，可計算出Dn值。不同的圖形對應不同的值，當路網為樹形，Dn=1.0；格子形，Dn=2.0；格子+對角線形，Dn=2.41；正三角形，Dn=3.22；ξ為路網變形系數。山東省以山地、丘陵為骨架，平原、盆地交錯環列期間的地形地勢，對路線線型有較大影響，路網變形系數取值約為1.1；A為區域內面積，萬km2；N為區域內節點數，個。

2.2　節點選擇及節點重要度計算

在高速公路網規劃中，將所研究的區域分為若干個子區域，同時將每個區域都抽象為一個點，該點就稱為節點。就省域高速公路網而言，規劃節點一般需覆蓋縣(市、區)、主要港口(港區)、運輸機場、客運專線站等。

各節點由于社會經濟發展水平和地理條件等方面的差異在交通網絡中的地位是不同的。為了定量地描述不同節點在區域內的重要度，便于節點類型的劃分和有層次地進行高速公路網布局優化，引入了節點重要度這個指標。重要度是描述一個節點在區域內中亞程度的相對指標。節點重要度的計算公式

(4)

式中：wi為節點vi的重要度，i=1,2,…，n；aj,ai分別為定性和定量因素的權重系數；kij,kil分別為節點vi的定性和定量因素的標準化值。

2.3　規模預測

根據各節點的社會經濟綜合重要度計算結果和系統聚類分析方法對節點進行初次劃分，再對照各縣市的政治和地理等因素進行最終分層。根據層次劃分結果，結合山東省高速路網中長期規劃[3]目標，到2030年山東高速路網通達全省所有縣(市、區)，且所有縣(市、區)、主要港口(港區)、運輸機場、客運專線站等節點30 min進入高速公路網。

因此，選擇所有106個縣市及主要港口、機場、客運站等作為測算節點(約120個)，隨著山東省高速公路的發展，里程逐漸增加，因此在2020年連通度的取值范圍為1.4～1.6，2030年取值范圍為1.6～1.8，2040年基本達到國外發達國家水平，取值范圍為1.8～2.0。按照連通度模型計算方法，確定未來山東省高速路網合理規模，見表3。

表3　連通度法確定山東省高速公路網合理規模

3類比分析法

3.1　類比國外發達國家

發達國家高速公路的發展軌跡表明[4-5]：土地面積大、人口密度高的國家對高速公路的需求量大；高速公路的發展規模隨經濟發展水平的提高而提高；當公路網發展到一定階段時，必將出現一個高速公路的發展高峰期；在高速公路規模到一定水平后，其總規模逐步趨于穩定，即達到這個階段后，經濟發展水平的進一步提高對高速公路發展的影響趨弱，或者說是變得“不敏感”。這是高速公路網已適應國民經濟發展、基本達到穩定狀態的表現。大多數發達國家在經過20～30年的快速發展之后，開始進入這種基本穩定狀態。因此，可以選擇發達國家高速公路基本穩定狀態時的發展水平，采用類比法測算中國山東未來高速公路的規模。類比的基礎數據見表4。

表4　發達國家的基礎數據

由表4可見，山東省的人口密度極高，2013年達到620 人/km2，遠遠高于主要發達國家的人口密度，而人均GDP卻和發達國家相差甚遠。綜合考慮人口密度、土地資源、地理特征等因素，同時考慮山東省高速公路處于高速發展時期，以及發達國家6車道以上高速公路的比例大于山東省的情況，認為未來20年左右山東省高速公路密度將達到5.5～6.0 km/(100 km2)左右，與德國、美國加州目前的水平相當，2030年8 500 km，2040～2050年穩定在9 400 km左右。

3.2　類比國內部分省份

2013年，山東、廣東、江蘇、安徽、河南、河北6省的人口、面積、人口密度、人均GDP、高速公路密度、高速公路里程經濟發展指標見表5。

表5　國內部分省份的基礎數據

另外，根據上述各省份交通運輸廳的信息，以及從各省份未來高速公路網規劃報告資料中查閱整理，得出2020，2030年的高速公路網里程和高速公路網密度，見表6。

表6　國內部分省份的預測數據

由表5可見，在6個省份中，山東和廣東的各項數據均相差不大；比江蘇、河南兩省的密度要低；但比安徽、河北2省的密度要高。再分析表6中其他省份未來2020，2030年的高速規劃里程，以及高速公路網密度的增長值。綜合考慮人口密度、人均GDP、高速公路里程等因素，本文認為山東省2020年高速公路密度仍會和廣東省相當，低于江蘇、河南2省，高于安徽、河北2省，高速公路的增長值和廣東、江蘇、河南三省一致，所以預測2020年山東省高速公路網密度為4.4～4.5 km/100 km2，同理2030年高速公路網密度為5.2～5.3 km/100 km2，2040年高速公路達到穩定規模密度為5.5～5.8 km/100 km2。

3.3　預測合理規模

根據與上述國外發達國家和國內省份類比分析，確定未來山東省高速公路網合理規模，見表7。

表7　類比法確定山東省高速公路網合理規模

4時間序列法

時間序列法就是將某一個指標在不同的時間上的不同數值，按照時間的先后順序排列而成的數列。時間序列法以時間作為變量，通過已有數據計算出因變量的發展變化規律，從而獲得目標年的預測數據。本文根據山東省的省情以及高速公路的發展趨勢，將山東省高速公路發展分為4個階段，第一階段(1993～1998年)為起步階段，第二階段(1999～2020)為快速發展階段，第三階段(2021～2030)為趨于穩定階段，第四階段(2030～2050)為飽和狀態。

通過數據分析，得到如下關系式。

第一階段：L1=109.7N-218 265

第二階段：L2=251.2N-500 483

第三階段：L3=109.7N-214 492

第四階段：L4=55N-103 526

據關系式得到未來山東省高速公路網合理規模，2020年約7 000 km，2030年約8 200 km，2040年約8 700 km，2050年約9 200 km，具體見表8。

表8　時間序列法確定山東省高速公路網合理規模

根據以上各種方法預測結果，經過對比分析，綜合考慮未來城鎮發展、經濟發展水平、區域地理特征等因素，并經過專家咨詢，確定了山東省未來高速路網合理規模，2020年7 000 km左右，2030年8 400 km左右，2040年達到基本飽和狀態9 000 km左右，見表9。

表9　山東省高速公路合理規模推薦結果

5結語

本文主要進行了山東省高速公路網未來發展規模的預測工作，首先，對山東省高速公路現狀進行簡要介紹，并分析影響高速公路網規模的因素；其次，通過改進的國土系數法、連通度法、類比法(國內、國外)和時間序列法4種方法對山東省高速路網發展規模進行了預測分析，最終綜合4種預測方法并經過專家咨詢，確定了山東省高速公路網合理規模。本文預測方法結合了定性和定量分析，反映了山東省社會經濟對高速公路的實際需求，有助于避免單一模型局限性所帶來的缺陷。

參考文獻

[1]顧振華,李旭紅.區域高速路網合理規模研究[J].公路交通科技,2004,21(9):78-81.

[2]山東省統計局.山東省統計年鑒1993-2013[R].濟南:山東統計出版社,2013.

[3]山東省交通廳.山東省高速公路網中長期規劃2014-2030[R].濟南:山東省交通廳,2014.

[4]王世杰.河南省高速公路網合理規模研究[J].交通標準化,2008(7):231-234.

[5]周雅珍,伍世代,付佳.福建省高速公路網合理布局研究[J].吉林師范大學學報:自然科學版,2012(1):96-99.

Research on Rational Expressway Network Scale of Shandong Province

LuYoufu1,LiYiwu2,ShiQingli2,HanGuohua2,HanZongna3

(1.School of Traffic & Transportation, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China；

2.Shandong Provincial Communications Planning and Design Institute, Jinan 250031, China；

3.Shandong Engineering Consulting Institute, Jinan 250013, China)

Abstract：Expressway network scale is not only an important controlling index of regional comprehensive transportation planning, but also an important research subject. The future expressway networks scale of Shandong province is rational forecasted, by analyzing the relationship between the factors of expressway network and population, per capita GDP, highway coefficient etc, through 4 study models including the improved territory coefficient method, connectivity method, analogy method and time series method, based on its social economy and expressway networks actuality.

Key words: expressway network; reasonable scale; connecting method; territory coefficient method; analogy method