基于改進城市引力模型的高速公路社會經濟適應性研究
——以寧武高速公路為例

胡進寶，孟曉雨，高衛東

(北京交通大學交通運輸學院，北京 100044)

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【交通運輸】

基于改進城市引力模型的高速公路社會經濟適應性研究
——以寧武高速公路為例

胡進寶，孟曉雨，高衛東

(北京交通大學交通運輸學院，北京 100044)

摘要：為提高高速公路與區域社會經濟適應性評價結果的合理性和正確性，本文通過從經濟、社會和交通3個維度選取指標，綜合構建了高速公路適應性評價指標體系。在改進的城市引力模型的基礎上，分析評價了海峽西岸經濟區寧武高速公路的社會經濟適應性。實例研究結果表明，本文所構建的評價指標體系能夠較全面地反映高速公路建設對區域經濟、社會和交通的影響，提出的評價理論和方法對高速公路后評價研究具有一定的借鑒意義。

關鍵詞：高速公路;社會經濟;適應性;改進的城市引力模型;評價

高速公路作為綜合交通運輸體系的重要組成部分，具有速度快、安全性高以及運輸能力強等經濟技術特點。高速公路的建設加強了城市間的社會經濟聯系，促進了區域資源的開發和重分布，極大地推動了現代運輸業的發展[1]。合理有效地對高速公路社會經濟適應性進行評價，不僅可以體現高速公路對區域社會經濟發展的拉動效應，而且在合理優化產業結構、提高區域資源配置率等方面具有現實指導意義。

高速公路社會經濟適應性評價作為一項復雜的系統工程，引起了國內外學者的關注，形成了一系列研究成果。2002年，賈元華[2]首先對高速公路經濟適應性進行了定義，并利用系統工程理論，對我國高速公路建設管理過程中出現的經濟適應性問題從規劃方案適應性、投資建設適應性、投資效果適應性以及管理制度適應性等方面進行了討論分析。2003年，周偉等[3]認為經典的木桶理論適用于公路交通與經濟社會的適應性分析，從規模、結構、功能、布局、發展程度、投資管理體制以及法制等7個方面構建了一般公路與經濟發展的適應性評價指標體系。2009年劉奕[4]依據CAS理論，仿真建立了高速公路適應性定量分析模型并進行了預測和評價。許雪大等[5-7]采用DEA模型，對高速公路適應性進行了分析評價。錢春雷等[8-9]引入城市引力模型，分別對武漢都市圈內的高速公路、湖北省內的高速公路進行了適應性評價。許乃星等[10]從公路交通基礎設施、運輸服務、管理水平與信息化等方面分析了公路與經濟發展的適應性，并通過非線性加權綜合評價法對四川省進行了實例分析。郭紅霞[11]建立了交通運輸系統與經濟系統的協調性指標體系，并以柳州市為例進行了交通與經濟協調性發展評價。程進等[12]借鑒耦合理論，以安徽省為例建立了高速公路與經濟協調性評價指標體系，并對區域內高速公路與經濟的協調性關系進行了具體分析。洪開榮等[13]結合中部地區的經濟社會環境狀況，建立了中部地區系統協調發展評價指標體系，分析了中部地區協調發展的制約因素。王琦[14]等建立了生態與經濟、社會協調性指標體系，引入耦合協調函數對洞庭湖區的生態與經濟社會系統協調性水平進行了分析。但是以上研究側重于分析交通與經濟的協調性，所建立的指標也難以全面地反映高速公路與經濟社會的適應性。

本文在高速公路社會經濟適應性已有研究成果的基礎上，從經濟、社會和交通3個維度分析構建了高速公路社會經濟適應性評價指標體系，并采用主成分分析法對所構建的評價體系指標進行了優化處理，然后借助于改進的城市引力模型[8，15]，以寧武高速公路為例進行了適應性評價分析。

1　指標體系構建

高速公路的投資建設可以促進區域社會經濟發展、改善區域居民出行條件，并且提高人民生活質量。目前，我國交通運輸業的投資建設規模還未能滿足社會經濟快速發展的要求，尤其是高速公路的建設發展明顯落后于社會經濟的發展，而對高速公路進行社會經濟適應性評價可以為高速公路的規劃和建設提供合理有效的建議。因此本文主要從高速公路對社會經濟的適應性方面進行評價分析。

本文依據系統工程學的理論與方法，按照系統性、針對性、可比性、客觀性和準確性等原則選取評價指標，建立了高速公路社會經濟適應性評價指標體系。

高速公路建設不僅為直接使用者帶來經濟效益，同時也促進了區域內其他產業的發展，提高了整個區域的經濟發展水平，從經濟維度選取相應的評價指標，可以系統地分析高速公路建成通車后對當地經濟發展的促進作用以及對當地相關產業的帶動作用等。高速公路的建設發展可以提供更便捷高效的出行選擇，有效地改善居民的出行條件，是社會文明發展的標志之一，從社會維度選取相關指標可以分析高速公路建成通車之后對當地居民生活水平、城鎮化建設等的綜合效用，體現了高速公路在社會維度上的適應性。高速公路依靠其強大的通道、集散功能，將多種運輸方式有機地結合到一起，在綜合交通運輸體系中發揮著巨大的作用，從交通維度選取相關指標可以定量地分析高速公路建設對當地客貨運量、運輸結構等的影響效用，這反映了高速公路在交通維度上的適應性。基于此，本文從經濟、社會、交通3個維度構建了以下的適應性評價指標體系。

1.1指標預選

1.1.1恩格爾系數

恩格爾系數即生活消費總支出中食物支出所占的比例，可以有效地衡量居民生活水平的高低以及生活質量的好壞，其計算公式為：

恩格爾系數=食品支出/生活消費總支出×100%。

(1)

1.1.2第三產業增加值比重

合理的產業結構可以提高區域經濟效益，促進經濟發展。在不同的經濟發展階段應該依據居民的生活消費水平、需求結構、人口的基本素質和有限的資源供給條件，對已有的產業結構進行調整、優化，從而合理地配置生產要素，使各產業協調發展。一般認為第一產業比重下降，而二、三產業比重上升是經濟發展良好的態勢。第三產業增加值占比可以有效反映經濟結構的合理性，與人民的日常社會生活和生產關系息息相關，計算第三產業結構的公式如下：

第三產業增加值比重=第三產業增加值/GDP。

(2)

1.1.3綜合交通運輸網密度

綜合交通運輸網密度作為綜合交通運輸體系建設的規模指標，可以有效地反映綜合交通運輸網的建設規模和發展水平。不同地區之間的運輸網規模差異性很大，在以往的研究中缺乏對綜合交通運輸網密度等交通維度指標的考慮，本文通過不同地區間運輸網規模的橫向定量分析，可以有效評價綜合交通運輸網規模合理性，其計算公式為：

(3)

其中，δ為綜合交通運網綜合密度；A為區域土地面積/km2；P為區域總人口/萬人；Q為區域工農業總產值/萬元；L為第i種交通運輸方式通車總里程/km；n為不同種運輸方式種類數。

1.1.4運輸網理論規模接近度

理論規模接近度可以反映運輸網絡建設規模與經濟發展及人口的適應程度，為了分析一定階段內運輸網絡的規模是否合理，引入國土系數理論計算這一衡量指標：

(4)

其中，a為理論規模接近度；M為運網線路實際總長度/km；K為公路網系數；R為人口數量/萬人。

在總結前人研究成果的基礎上，本文采用文獻資料頻數統計分析法，選取出現頻度較高的指標，并結合指標選取的可操作性原則，初步建立了表1所示的高速公路適應性評價指標體系。

表1　高速公路適應性評價指標初選體系

續表1

指標類型評價指標名稱社會相關指標總人口農民人均純收入第三產業結構城鄉居民恩格爾系數就業人數交通相關指標運輸網理論規模接近度綜合交通運輸網密度民用汽車擁有量公路通車總里程公路旅客運輸量公路貨物運輸量

1.2指標優選

部分指標之間存在較大的關聯性和重復性，這增加了適應性評價工作的難度，而且也會影響評價結果的準確性，降低了高速公路適應性評價的精度，所以對預選指標進行篩查，用少量指標表征評價信息是一項十分必要的工作。本文采用主成分分析法對預選的評價指標體系進行優化處理，最終得到了表2所示的高速公路適應性評價指標體系。

表2　高速公路適應性評價指標體系

2　適應性評價

2.1城市引力改進模型

高速公路的建設可以增強城市間的相互吸引力，而隨著引力的不斷增強，高速公路對區域的影響效果將會逐漸顯現。高速公路建設的發展與完善，為區域公路注入了活力，完善了以高速公路為主導的公路運輸網絡體系，從而帶動沿線區域城市及其輻射范圍內城市的社會經濟發展水平。高速公路社會經濟適應性評價不僅體現自身的發展變化，更應該體現高速公路影響區域的空間格局變化。本文引入改進的城市引力模型作為高速公路社會經濟適應性評價方法，該模型以萬有引力為理論基礎，依據不同城市經濟、社會和交通的相關指標體系，從空間維度上分析高速公路建設對當地社會經濟發展帶來的影響效應。經濟、社會和交通3方面的指標數據量綱不同，本文在計算前，首先對原始數據進行了標準化處理，將各原始數據變化到[0,1]范圍內，以減小量綱差異對計算結果造成的影響。

借助改進的城市引力模型，計算區域內主要城市c1,c2,…,ci間的引力， Fkl表示城市ck與城市cl之間的引力，即：

(5)

式中，mk、ml為城市k、l的規模，城市k、l的規模可用城市的經濟、社會和交通等指標反映，分別記為(xk1,xk2,…,xkn)和(xl1,xl2,…xln)；G是介質常數，在本模型中定為常數1；rkl為兩城市間的空間距離。

從均衡性的角度出發，區域社會經濟發展的均衡度隨城市間引力的減小而增大，即各城市間的引力波動越小，區域社會經濟發展的均衡度越高。設城市間的引力對有P組，F1,F2,…，FP代表對應城市間的引力，則區域高速公路社會經濟適應性綜合評價值U為：

(6)

(7)

由計算公式可以看出，U的取值范圍為[0,1]，當且僅當F1=F2=…=FP時，U=0，區域平衡發展達到最佳，即高速公路與經濟、社會和交通發展間的適應性達到最佳水平，適應性評價值與社會經濟適應程度的關系如圖1所示。

圖1評價值與社會經濟適應程度關系
Fig.1Relationship between evaluation value and social economic adaptability

2.2適應性評價標準

隨著區域高速公路適應度值的不斷增大，高速公路的適應性等級不斷降低。本文在參考已有適應性等級劃分標準的基礎上，設置區域高速公路社會經濟適應性綜合評價值分級，見表3。

表3　適應性等級劃分

3　實例研究

寧武高速公路全稱為寧德至武夷山高速公路，作為海峽西岸經濟區高速公路網規劃中的重要一環，覆蓋了福建省的大部分區域，對我國東南沿海的社會經濟發展具有明顯的拉動效應。選取寧武高速公路作為本文的實例研究，具有一定的現實意義。

3.1適應性評價節點的選取

根據寧武高速公路的影響區域劃分情況，以及影響區域內城市經濟發展狀況，選取區域內的部分具有代表性的城市作為高速公路適應性評價的節點，如表4所示。

表4　寧武高速公路適應性評價節點

任何城市之間都存在著引力，在考慮不直接相鄰的城市對時，不僅要考慮兩個城市間的直接引力，還需要考慮城市間的間接引力，這在一定程度上增加了計算的復雜程度，所以，本文忽略城市對間接引力的影響。

3.2適應性評價引力對的選取

根據城市的地理位置和區域內社會經濟發展情況，選取城市引力對如表5所示。

表5　寧武高速公路適應性評價引力對

3.3寧武高速公路適應性計算結果

根據公式(5)計算城市引力，計算結果如表6所示。

表6　城市引力計算結果

根據公式(6)，得到寧武高速公路適應性評價結果如圖2所示。

圖2　寧武高速公路適應度值Fig.2　 Adaptability value of Ningwu Freeway

從寧武高速公路的適應性評價結果(圖2)來看，寧武高速公路的建設對區域經濟、社會和交通的影響作用顯著，在寧武高速公路開建到建成通車后的這段時間內，寧武高速公路的適應度值不斷減小，適應性等級不斷提升。2008年寧武高速公路的適應度值為0.586,還停留在勉強適應等級，而2013年寧武高速公路的適應度值為0.417，下降了0.169，適應性等級為中度適應，可以看出適應性等級在一定程度上得到了提高，說明在這一時期，寧武高速公路的修建帶動了影響區域內經濟的快速發展，加快了產業結構調整，提高了人民生活水平，改善了人民出行條件，完善了區域內的公路網建設。在此期間，寧武高速公路的適應度整體呈現不斷下降趨勢，適應性等級不斷提高，區域城市之間經濟的溝通、交流不斷加快，區域經濟綜合體的能力也在不斷提高。但是當地高速公路對區域社會經濟的適應性等級依舊較低，這與當地原有高速路網基礎薄弱、建設規模較小密切相關，雖然寧武高速公路的修建在一定程度上改善了當地的交通出行條件，但是依然未能滿足社會經濟的發展要求，說明寧武高速公路覆蓋區還應加快高速公路建設步伐，擴大高速公路的投資規模，完善高速路網運輸體系。

4　結論

本文從經濟、社會以及交通3個維度綜合構建了高速公路社會經濟適應性評價指標體系，選取改進的城市引力模型對高速公路適應性進行了分析，并以寧武高速公路為實例進行了高速公路適應性評價，驗證了評價體系的正確性以及評價方法的可行性。高速公路適應性評價作為一項復雜的系統工程，評價結果的合理性及正確性不僅對整條高速公路的建設具有重要的影響，同時也會影響區域未來高速公路網的規劃，應該采取多方位視角對其進行分析。適應性評價方法還有待進一步地完善，如城市間經濟社會的影響因素眾多，難以全部量化，如何將這些因素考慮進來，是我們下一步工作的方向。

參考文獻：

[1]曹秀婷. 高速公路網絡與區域城鎮體系空間網絡適應性研究[D]. 上海: 上海師范大學, 2011.

[2]賈元華. 高速公路經濟適應性研究[D]. 北京:北方交通大學, 2002.

[3]周偉, 馬書紅. 基于木桶理論的公路交通與經濟發展適應性研究[J]. 中國公路學報, 2003, 16(3): 77-82.

[4]劉奕. 高速公路經濟適應性理論與評價方法研究[D]. 北京:北京交通大學, 2009.

[5]許雪大. 公路建設與經濟發展的適應性評價研究[D].長沙:長沙理工大學, 2006.

[6]宋暉穎. 基于DEA的河南省公路網適應性評價[J]. 科技廣場, 2013 (7): 16-20.

[7]代玙璠. 城市公共交通與社會經濟的適應性研究[D].西安：長安大學,2009.

[8]錢春雷, 葉菁, 陸潮. 基于改進城市引力模型的武漢城市圈引力格局劃分研究[J]. 地理科學進展,2015,34(2): 237-245.

[9]張仕俊. 區域高速公路社會經濟適應性評價方法研究[D]. 北京:北京交通大學, 2007.

[10]許乃星,蒲之艷,張靜晶,等. 公路交通與經濟發展適應性評價研究[J]. 交通運輸工程與信息，2011, 9 (3): 79-86.

[11]郭紅霞. 柳州區域交通運輸系統與經濟系統協調發展評價[J]. 交通科技與經濟, 2008,10 (5)71-74.

[12]程進,於忠祥. 安徽省高速公路建設與區域經濟發展耦合協調度評價[J].安徽農業大學學報, 2014, 41(2): 234-240.

[13]洪開榮，浣曉旭，孫倩. 中部地區資源-環境-經濟-社會協調發展的定量評價與比較分析[J]. 經濟地理, 2013, 33(12): 16-23.

[14]郭源園, 胡守庚，金貴. 基于改進城市引力模型的湖南省經濟區空間格局演變研究[J]. 經濟地理, 2012, 32(12):67-72.

[15]王琦,湯放華. 洞庭湖區生態-經濟-社會系統耦合協調發展的時空差異[J]. 經濟地理, 2015,35(12):161-167.

DOI:10.3976/j.issn.1002-4026.2016.04.014

收稿日期：2016-04-02

作者簡介：胡進寶(1992-)，男，碩士研究生，研究方向為交通運輸規劃與管理。Email：1049238149@qq.com

中圖分類號：U4-9

文獻標識碼：A

文章編號：1002-4026(2016)04-0068-07

Improved urban gravity model based evaluation for socioeconomic adaptability of freeways-taking Ningwu Freeway as an example

HU Jin-bao，MENG Xiao-yu，GAO Wei-dong

(School of Traffic and Transportation, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China)

Abstract∶To improve rationality and correctness of adaptability evaluation result of freeways and regional socio-economy, we comprehensively construct evaluation index system for freeway adaptability from economy, society and traffic. We further evaluate socioeconomic adaptability of Ningwu Freeway at economic zone on the west side of the strait with the improved urban gravity model. Evaluation results show that the evaluation index system can generally reveal the impact of freeway construction on regional economy, society and traffic. The evaluation theory and method have some reference for freeway post-evaluation.

Key words∶freeway; socio-economy; adaptability; improved urban gravity model; evaluation