基于交通等時線的城市商圈識別及交通要素研究
——以長沙五一廣場商圈為例

吳忠才，唐紅濤

(1.湖南理工學院 經濟與管理學院，湖南 岳陽 414006；2.湖南商學院 經濟與貿易學院，湖南 長沙 410205)

商圈是城市經濟發展到一定階段出現的社會經濟現象，也是較早被經濟學、地理學等學科領域學者廣泛關注的問題之一。但學術界對城市商圈的科學內涵還沒有達成一致認識，特別是如何識別城市商圈的邊界，還鮮有研究。本文以長沙市五一廣場商圈為例，以高德地圖在線導航路徑規劃API為技術手段，旨在探索城市商圈識別技術及交通要素特征，為城市商圈規劃和城市建設提供理論支撐。

一、城市商圈的科學內涵

商圈理論從思想淵源來看，最早可以追溯到新古典學派的創始人英國經濟學家馬歇爾(Marshall,Alfred,1890)，他利用經濟外部性理論解釋了企業在同一區域集中的現象[1]。現代商圈理論的理論基礎主要是中心地理論和零售引力法則。中心地理論是德國城市地理學家克里斯塔勒(W.Christaller,1933)提出，他界定中心地為向居住在它周圍地域的居民提供各種貨物和服務的地方。本文借鑒這一思想，將長沙市五一廣場設定為研究區域的中心地。克里斯塔勒的中心地理論有四個假設條件，即向地域內任意方向的交通可達性相等、研究地域內的人口密度均勻分布、生產者和消費者分別按追求利潤最大和費用最省為目標的經濟原則行事、消費者就近購物等四個假設[2]。顯然由于這四個假設條件的存在，理論與現實存在的一些差距使得該理論不能很好的解釋。特別是其中的第一個假設，將理論建立在一個理想的地表之上，研究區域具有統一的交通系統，同等規模的所有城市，交通便利程度一致，且任意一點都具有通達一個中心地的同等機會，交通費與距離成正比，通達性只與距離成反比。后來中心地理論經過克里斯塔勒本人和勒施[3](August L? sch,1940)、加里森(W.L.Garrison,1958)和貝里[4](B.J.L.Berry,1967)等人進一步修正和完善。藤田昌久(Masahisa Fujita,1999)和克魯格曼(Paul Krugman,1999)等解釋了地理空間中經濟活動的集聚現象，發展了集聚經濟理論[5]。

國內學者從經濟學、地理學、消費者行為學等角度對商圈現象展開了頗具成效的研究。陸立軍等(2007)采用一個拓展的新興古典經濟學分工模型，結合空間經濟學的基礎—乘數模型，在規模報酬遞增前提下，分析了跨區域分工協作網絡“義烏商圈”的有效路徑和多方獲益的內在機理[6]。柳思維，吳忠才(2009)從城市能源系統、城市通訊系統、城市文教系統、城市交通系統等四個角度測度了影響城市商圈的變量，結果表明基礎設施對城市商圈的發展影響顯著，影響最大的為城市文教系統和城市交通系統[7]。楊麗君等(2003)利用ESRI公司的MapObjects 2.1組件，運用VB系統開發環境開發了一個商圈分析模型，包括飽和度分析、商圈劃分、需求估計等，其中的商圈劃定主要是用經驗法則或雷利模型來劃分現有商店的商圈范圍，需求估計模型是基于路徑距離估算商店的需求量[8]。王新生等(2008)分別采用了基于歐氏距離的普通Voronoi圖方法和基于網絡距離的網絡Voronoi圖方法來確定商業零售網點的市場域，結果表明市場域大小與城市路網密度呈現一定的負相關關系，即路網密度越高，則市場域呈現越小的趨勢，路網密度越低，則市場域呈現越大的趨勢[9]。商碩，蔣海兵(2012)采用行進成本分析法分析了賣場的可達性與基于可達性的商圈[10]。鐘普平(2015)運用空間插值法和核密度法對南昌市京東商圈進行了空間測定[11]。這些從經濟學和地理學等角度展開的商圈研究成果，為本文的研究提供了重要的借鑒和啟發。

目前盡管學術界對商圈開展了一些研究，但對于商圈的科學內涵是什么仍然是比較模糊的，還沒有達成一致認識。目前學術界對商圈的研究，大致有從微觀、中觀和宏觀角度出發的認識。從微觀層面出發的學者認為商圈就是單個企業對顧客形成的吸引力范圍，這種認識比較接近克里斯塔勒的中心地理論和賴利的零售引力法則，這種認識過于偏重微觀單個企業。宏觀層面出發的學者認為商圈可以用城市的社會消費品零售額來代替做量化研究，這相當于把一個城市當作了一個商圈，這種認識過于宏觀抽象，反應不出城市商圈內部規律。

因此，本文從中觀層面出發，認為城市商圈是城市一定地域內的商業企業集聚后共同形成的對顧客的吸引力范圍。從這種中觀層面出發，城市商圈的中心是多個商業企業的集聚，它們在整體上形成了對一定空間范圍內顧客的潛在吸引。中觀層面出發的城市商圈理論，認為一個城市內可以存在多個城市商圈，如市級商圈、區級商圈和社區級商圈，即商圈的輻射范圍主要是全市消費者、市轄區級消費者和社區級消費者。

圖1 研究區域

總體來說，與商圈相關的研究取得了較多的理論研究成果，而對于商圈的識別技術與方法問題鮮有涉及，盡管有涉及到商圈可達性的少量文獻，但也沒有基于不同交通方式對商圈的可達性進行深入研究，因為不同交通方式的可達性范圍顯然是存在很大差異的。因此要考慮不同交通方式城市商圈的輻射范圍差異。無論是生活中還是研究中，人們對于商圈的認識更多的是感性認識的層面，往往僅局限于討論宏觀層面的抽象的商圈理論，但進一步的關于商圈的邊界到底在哪里？或者商圈的勢力范圍究竟有多大？商圈的邊界是否受到城市交通條件因素的影響？消費者的出行行為是怎樣影響商圈邊界的？等等這樣的一系列問題，還沒有得到解決。本文正是從這些問題出發，重點考慮城市交通路網通達性的差異對城市商圈范圍的影響，與居民出行方式的選擇對城市商圈邊界的影響等問題，以長沙為例研究城市商圈的識別技術與方法及其基本特征。

二、研究區概況與數據來源

長沙市地處湖南省東部偏北，是長江中游地區的重要中心城市，是中部崛起戰略的重要中心城市，是湖南省的政治、經濟和文化中心。研究區選取長沙市轄區縣內的一個邊長為35千米的正方形區域，如圖1中的陰影部分所示。具體來說研究區域包括長沙市的岳麓區、芙蓉區、雨花區、天心區的全部，開福區的大部分，望城區、長沙縣的一部分。

文章以長沙市五一廣場商圈為研究中心，選取小汽車、公交、自行車、步行等四種交通方式，解析從區域內各方向和地點出發到達五一廣場商圈的等時線，作為城市商圈的識別途徑。小汽車、公交、自行車與步行的速度分別按高德地圖導航數據計算。如果是駕車，距離按照高德導航地圖(路線規劃)路網距離計算，高架橋的出入口等復雜路況都會考慮在內。如果是步行，則會綜合考慮人行道、過街天橋、地下通道等復雜情形。如果是公交，則會綜合考慮公交路線、站點、發車時間間距等因素。

三、研究方法

本文基于高德地圖API(Application Programming Interface，應用程序編程接口)，采用等時線方法來研究長沙五一廣場商圈的識別及商圈邊界，研究方法具有鮮明的特色和創新。主要使用交通等時線方法，以高德地圖為底圖，以高德路網數據為基礎，以長沙市五一廣場為研究中心點，選取邊長為35公里的一個正方形區域，借助高德路徑規劃的 API，計算正方形區域內路網上其他點到中心點之間的交通時耗[12]，然后在 ArcGIS10.5 內把交通時耗生成等時線，使研究結果在城市商圈領域具有前沿性和良好的實踐應用前景。

獲取交通等時線的具體技術方法和步驟為：第一，根據研究需要指定具體的研究目標點，即等時線的中心點，可以直接輸入目標點名稱或者經緯度，本文直接指定長沙五一廣場為研究目標點。第二，以目標點為中心，以邊長為35千米的正方形為研究空間區域，生成指定空間范圍內的點陣。第三，根據研究需要選取具體的交通方式，本文分別選取小汽車、公共交通、自行車和步行四種交通方式，為依次達到指定的五一廣場中心點的交通方式。第四，將生成的點陣導入到ArcMap，依次以小汽車、公共交通、自行車和步行四種交通方式確定高德導航系統的交通速度，以各點到五一廣場中心點的路網距離為路程，基于點陣數據空間插值得到交通時耗柵格，依據選定的等時線間距生成等時線交通圈。

等時線的時間間距首次均選擇10分鐘，但考慮到步行方式間距10分鐘生成的等時線過于密集，因此對步行方式到五一廣場的等時線間距依次還選擇了20分鐘和30分鐘的間距，以此對各種交通方式形成的五一廣場商圈等時線進行比較分析。

四、城市商圈結果識別與空間結構分析

(一)小汽車等時線

小汽車已是如今人們出行的重要交通方式之一，因其便捷性強和靈活性強，因此是中小城市內中短距離出行的首選方式，而在大城市和超大城市的中長距離出行則可能出現地鐵為首選方式。因湘江基本呈南北方向貫穿研究區域，因此對東西走向的車流具有一定的阻抗作用。研究區域內橫跨湘江的橋梁和隧道橘子洲大橋(原名“湘江一橋”或者“長沙湘江大橋”)、營盤路隧道、銀盆嶺大橋(又名“湘江二橋”)、福元路大橋、三汊磯大橋、月亮島大橋(長沙繞城高速)、南湖路隧道、猴子石大橋(又名“湘江三橋”)、湘府路大橋、黑石鋪大橋，這些橋梁和隧道起到了連接東西方向城區的作用。湘江的隔斷和橋梁隧道的連接，使得長沙五一廣場商圈的小汽車等時線在空間分布上特殊的結構(圖2)。

圖2 小汽車等時線

圖2所示為長沙五一廣場小汽車間距10分鐘的等時線空間分布圖，等時線的空間結構具有如下幾個特征：

(1)從整體上看，研究區域內通過小汽車的方式，到達五一廣場的時間范圍基本在40分鐘以內，尤其是30分鐘等時線形成了三個封閉的等時圈。40分鐘等時線在外圍呈非封閉狀，在四至方向因為存在往西方向的岳麓大道與長張高速、三環線連接，往東方向的三一大道與三環線、長瀏高速長永高速連接，因此在東西方向上呈開口狀，沒有封閉。40分鐘等時線因為存在貫穿南北的京港澳高速，也出現沒有封閉的形狀。在四至方向沒有封閉，可以理解為在40分鐘內到達五一廣場的區域范圍沿著這幾條主要交通要道可以覆蓋更遠的區域。因此可以識別為五一廣場小汽車40分鐘商圈范圍基本覆蓋研究區域。

(2)30分鐘等時線覆蓋面廣。圖2小汽車等時線很清晰的反應出30分鐘等時線基本覆蓋了長沙城區，西向、北向和南向都已經覆蓋繞城高速，東向已經覆蓋京港澳高速，意味著小汽車從東西南北四個方向的高速路進入五一廣場中心點均可在30分鐘內達到，因此識別為小汽車30分鐘商圈的交通可達性好。

(3)軸向擴張明顯。以五一廣場為中心，向外依次呈現10分鐘、20分鐘、30分鐘，三個完整的封閉等時線，以此識別為五一廣場小汽車10分鐘、20分鐘、30分鐘商圈，等時線商圈范圍都具備沿著主要交通干道向外擴張的明顯特征。10分鐘等時線商圈以五一廣場為中心，呈現一個不規則的三角形等時線，三個向外擴張的角分別為西向沿五一大道向西經橘子洲大橋跨過湘江延伸至楓林一路，南北向沿黃興路、蔡鍔路向南北方向擴展。五一大道因為交通堵塞車速較慢，沒有呈現向東凸出的拓展狀。以界定商圈為向四周吸引顧客的范圍為前提，那么小汽車10分鐘等時線可以識別為五一廣場商圈的核心層，西方至西湖文化園，東向至迎賓路口，南向至南門口和天心閣，北向至開福寺。小汽車20分鐘等時線商圈，向東沿五一大道和遠大路擴張跨過瀏陽河，向西沿楓林二路擴張至羅馬商業廣場，向北沿芙蓉北路擴張至秀峰山公園，向南沿芙蓉南路擴張至友誼路，沿城市快速路和主干街道軸向拓展明顯。

(二)自行車等時線

自行車是一種綠色環保的交通方式，隨著私家車的普及和道路擁堵程度的增加，自行車出行時一種很好的選擇。自行車本身既不消耗任何能源，也不產生污染，還可以強身健體。因此近年城市公共自行車，或者稱之為共享單車，已成為城市重要的交通基礎配套設施，也受到了廣大市民的歡迎。據統計截至2017年6月，已經有摩拜、ofo、永安行、酷騎、Hellobike 5家主要企業在長沙投放共享單車33萬輛。

圖3 自等車等時線

圖4 自等車等時線

圖3和圖4所示，以五一廣場為中心，分別以10分鐘和20分鐘為時間間距，生成等時線，以此識別為自行車等時線商圈。在左圖中有8個完整的間距為10分鐘的等時線商圈，對應在右圖中有4個間距為20分鐘的封閉等時線商圈。自行車無論是間距10分鐘，還是間距20分鐘的等時線，空間結構除在東西南北四個垂直方向上沿城市快速路稍有向外拓展以外，整體上比較規則，4個間距20分鐘的等時線商圈基本覆蓋了長沙城區，說明選擇自行車騎行方式，80分鐘內基本都可以到達五一廣場。

對比自行車等時線和小汽車等時線，從中心向外圍計算，可以發現自行車20分鐘間距的第4條等時線的和小汽車10分鐘間距的第3條等時線，四至范圍和覆蓋的區域大致相同，說明長沙市以五一廣場為中心的自行車80分鐘等時線與小汽車30分鐘等時線大致處于相同位置。換句話說，從相同位置出發，駕駛小汽車需要30分鐘到達五一廣場，而選擇自行車方式則需要80分鐘。

(三)公共交通等時線

五一廣場是長沙市公共交通的重要樞紐，是連接東西方向和南北方向的重要節點，地理位置非常優越。圖5為固定邊長為35千米的正方形區域內時間間距10分鐘的公交等時線，圖6為不限定等時線空間邊界，而是限定等時線最大時間范圍，設定的時間范圍是30分鐘。圖5和圖6兩者的區別一是時間和空間范圍不同，二是比例尺不同，相同之處是等時線的時間間距都是10分鐘。公交等時線因公交線路復雜，而且研究區域內公交線路沒有全覆蓋，因此導致公交等時線具有特殊的空間結構特征。

(1)空間結構整體零亂、不規則。圖5整體上看非常零亂、甚至無序，主要原因是設定的研究區域內除中心城區公交線路覆蓋比較密集外，其他四至邊界和正方形對角區域等位置公交線路沒有覆蓋或者不完整。從圖5中可以找到以五一廣場為中心點間距10分鐘的5條封閉的公交等時線。第6條等時線在西向沿楓林二路向外闖開，在南向沿芙蓉南路和107國道向外闖開，在東向和北向都呈閉合狀態，而且在東向已經超出星沙汽車站，北向已經超出新港鎮，說明長沙市西向和南向的公共交通條件更好，能夠在60分鐘等時線內達到更遠的區域。

(2)軸向拓展明顯。從圖5的5條閉合狀態的公交等時線可以看到，依然呈現明顯的沿長沙城市的東西方向的楓林路、遠大路等主干道和南北方向的芙蓉路等主干道向外延伸擴展的特征。50分鐘公交等時線商圈西向已經抵達雷鋒紀念館，東向抵達星沙汽車站，南向抵達友阿奧特萊斯，北向抵達新港鎮，表明從這四個最遠方向的消費者可以乘坐公交在50分鐘到達五一廣場。

圖5 公交等時線

圖6 公交等時線

(3)圖6是限定在30分鐘內的公交等時線，有3條完整的閉合狀態時間間距為10分鐘的公交等時線。以五一廣場為中心向外第1條等時線，或者說公交10分鐘等時線，識別為五一廣場公交10分鐘商圈范圍，主要沿五一大道、黃興路和湘江中路拓展，大致呈不規則四邊形。公交20分鐘等時線，識別為五一廣場公交20分鐘商圈范圍，該層商圈沿東西向的五一大道和南北向的黃興路、湘江中路呈軸對稱向外擴張非常明顯，西向抵達榮灣鎮，東向抵達芙蓉廣場，南向抵達杜甫江閣，北向抵達文昌閣，大致呈空心十字形分別。公交30分鐘等時線，識別為五一廣場公交30分鐘商圈范圍，該層商圈覆蓋范圍較廣，沿城市快速路和主干道呈樹枝狀向外延伸拓展。公交30分鐘商圈東向到達望城坡，接近羅馬商業廣場，包含湖南商學院、西湖文化園、望月公園、榮灣鎮和湖南師范大學等區域。東向沿五一大道擴展到了萬家麗廣場和芙蓉區政府，包含袁家嶺、長沙火車站、阿波羅商業廣場、錦泰廣場、萬家麗廣場等區域。南向沿湘江中路和芙蓉路向南擴張到涂家沖，包含長沙理工大學金盆嶺校區、黃土嶺、侯家塘、南門口等區域。北向沿湘江中路和芙蓉北路向北延伸到瀏陽河湘江入口處，包含北辰三角洲、開福寺、中南大學湘雅醫院、華創國際廣場、烈士公園等區域。由此可以得到長沙五一廣場公交30分鐘商圈勢力范圍還是比較大的，等時線在空間形態上類似章魚觸角沿主干道向外延伸拓展，同時也說明五一廣場公交30分鐘等時圈的可達性比較好，涵蓋了文化教育、休閑公園、醫療服務、商業廣場、火車站等主要居民服務和生活小區，對這些區域內的消費者具有較大的吸引力。

(四)步行等時線

發展步行和自行車等慢型綠色交通系統，是緩解城市交通擁堵、降低能源消耗、減少大氣污染的重要途徑，是城市立體綜合交通系統不可或缺的重要組成部分。2012年國家住房和城鄉建設部、國家發展改革委和財政部等三部委聯合發布的《關于加強城市步行和自行車交通系統建設的指導意見》明確指出，為“促進城市交通領域節能減排，加快城市交通發展模式轉變，預防和緩解城市交通擁堵，促進城市交通資源合理配置，倡導綠色出行”，“大城市、特大城市發展步行和自行車交通，重點是解決中短距離出行和與公共交通的接駁換乘；中小城市要將步行和自行車交通作為主要交通方式予以重點發展。”

以五一廣場為中心點，以邊長為35千米的正方形區域為研究范圍，分別以10分鐘、20分鐘、30分鐘和40分鐘為間距生成步行等時線(圖7,圖8,圖9,圖10)，以此識別為不同時間間距的步行等時線商圈，其空間形態和空間結構特征如下：

(1)空間結構均勻。無論是間距10分鐘，20分鐘，30分鐘還是40分鐘的步行等時線，在空間形態上除個別位置出現小的皺褶凸起外，基本都呈現近似同心圓的形態，空間結構上分布均勻對稱。步行等時線與自行車等時線的空間形態比較接近，與小汽車等時線空間形態有一點差距，與公共交通等時線空間形態差距最大。

圖7 步行等時線

圖8 步行等時線

圖9 步行等時線

圖10 步行等時線

小汽車、公共交通、自行車和步行這四類交通方式等時線的空間形態揭示一個基本規律，即步行和自行車慢型交通等時線最均勻接近類似同心圓，小汽車和公共交通等對道路和路線依賴大的交通方式，等時線在空間形態上越向城市快速路或主干道凸起延伸，呈現不規則形態，進一步總結為空間形態與交通速度呈反向關系，與道路依賴性呈反向關系。也就是速度越慢的交通方式，空間形態越規則均勻，越呈同心圓形態，反之速度越快的交通方式，空間形態越不規則均勻，越呈空心觸角形態。對道路和路線依賴性越弱的交通方式，空間形態越規則均勻，越呈同心圓形態，反之對道路和路線依賴性越強的交通方式，空間形態越不規則均勻，越呈空心觸角形態。

(2)出行時耗較長。圖7分布著26條間距10分鐘的閉合等時線，圖8分布著13條間距20分鐘的閉合等時線，圖9分布著8條間距30分鐘的閉合等時線，圖10分布著6條間距40分鐘的閉合等時線。從最外圍的間距10分鐘的閉合等時線來看，從研究區域最遠距離到五一廣場需要耗時260分鐘(4小時20分鐘)，處于最中心的第1條10分鐘間距等時線僅只能圍繞五一廣場周圍。間距20分鐘的步行內部第1條等時線表明，只能剛好處于橘子洲上，位于湘江一橋中間位置，第2條20分鐘間距等時線可以覆蓋到楓林賓館，即40分鐘可以從楓林賓館步行到五一廣場。間距30分鐘的步行內部第1條等時線顯示，30分鐘內西至榮灣鎮，東到迎賓路口，南到南門口，北至文昌閣，第2條30分鐘間距等時線可以覆蓋到西湖公園、保利國際廣場、長沙火車站、開福寺，即60分鐘可以從這四個方向地標步行到五一廣場，第3條30分鐘間距等時線可以覆蓋到湖南商學院、長沙市政府、湖南大學、長沙理工大學、萬家麗廣場、北辰三角洲，即從這幾個方向地標步行到五一廣場需要90分鐘，步行交通方式表現出時耗長、路線靈活、通達性高、資源占用小、適合近距離出行等典型特征。

五、研究結論與對策

利用空間地理方法對長沙市的城市商圈進行實證分析可以發現：

第一，借助高德路徑規劃API，能夠實現以高德在線地圖路網數據為基礎，運用等時線方法指定目標點為中心，生成指定空間范圍內的點陣，利用空間插值能夠獲得不同交通方式的時耗柵格，生成不同時間間距的等時線，以等時線為依據識別不同交通方式的城市商圈勢力范圍，在技術層面能夠實現商圈識別。

第二，小汽車、公共交通、自行車和步行等時線，時耗差異顯著。小汽車30分鐘等時線商圈覆蓋的最遠距離，公共交通需要50分鐘，自行車需要80分鐘，步行需要260分鐘，即小汽車30分鐘商圈范圍，相當于公共交通50分鐘商圈范圍，自行車80分鐘商圈范圍，步行260分鐘商圈范圍。

第三，小汽車、公共交通、自行車和步行等時線商圈，具有不同的空間形態和空間結構特征，基本規律是步行和自行車慢型交通等時線最均勻接近類似同心圓，小汽車和公共交通等對道路和路線依賴大的交通方式，等時線在空間形態上越向城市快速路或主干道凸起延伸，呈現不規則形態。發現空間形態與交通速度、道路依賴性兩者都呈反向關系，即速度越慢的交通方式，空間形態越規則均勻，越呈同心圓形態，反之速度越快的交通方式，空間形態越不規則均勻，越呈空心觸角形態。對道路和路線依賴性越弱的交通方式，空間形態越規則均勻，越呈同心圓形態，反之對道路和路線依賴性越強的交通方式，空間形態越不規則均勻，越呈空心觸角形態。

第四，從加強快慢綜合立體交通規劃、優化商圈布局的空間結構兩個層面提出了相關對策建議，為居民出行提供良好的交通條件和設施，擴大城市商圈勢力范圍，增強城市商圈競爭力。

從城市商圈發展演化的內生規律看，綜合立體交通規劃布局以及城市商圈內部空間結構會對其產生深遠影響，因此可以從兩方面著手促進城市商圈健康發展。

(一)快慢綜合立體交通規劃

快速交通規劃的主要內容是城市地鐵、城市輕軌、城市快速公交等路網和密度的規劃，發展快速交通能夠縮短居民出行時間，延伸城市商圈覆蓋范圍，增強城市商圈競爭力和服務能力。慢型交通規劃主要是針對步行和自行車交通的規劃體系，重點是慢型交通網絡規劃、慢型交通接口規劃、慢型交通空間設計等內容，借鑒國外發達國家步行和自行車交通規劃的先進經驗[13]，切實提高步行和自行車出行者的便利程度和舒適程度，創造綠色出行、生態環保、強身健體的新型出行方式。

(二)優化商圈布局空間結構

小汽車、公共交通、自行車和步行等時線揭示了五一廣場商圈在各種不同交通方式下的勢力范圍，等時線空間形態各異。五一廣場商圈屬于長沙城市商圈中的市級商圈，需要綜合考慮與其他市級商圈、區級商圈、社區商圈之間的空間結構關系，在進行城市商圈布局規劃時需要充分考慮進一步優化城市商圈空間結構，使之更好為消費者服務。