基于高速公路交通量的城市交通聯系強度評價

陳津怡，魏景麗，李鐵柱，孫赫楊

（1. 東南大學，交通學院，南京 211189；2.中交第一公路勘察設計研究院有限公司，南京 211100）

0 引 言

交通強國戰略引領下，交通運輸發展深刻影響著城市經濟發展和空間布局。城市間交通聯系是由城市間多種要素相互作用形成的城市間交通關聯，反映著城市間的經濟流動與產業導向。城市間經濟聯系一定程度上表現為交通運輸聯系，聯系通道一定程度上表象為交通基礎設施[1]，而經濟增長要求進一步發展交通基礎設施[2]。交通基礎設施加強了區域間的交通聯系和空間聯通性，進而加強城市間的聯系。江蘇省9 個城市被列入長江三角洲城市群，作為我國人均GDP最高的省份，在推動長三角經濟帶的發展中作用巨大。研究指出，我國城市群交通聯系的空間極化效應明顯，而長三角、珠三角城市群交通聯系的網絡發育最為成熟[3]。

交通一體化是區域一體化的重要組成部分[4]，研究城市間的交通聯系對研究區域一體化發展方向和產業布局有著重要作用，可作為研究發達城市對周邊城市帶動能力強弱的指標，量化城市間的交通影響。國內已有研究提出了刻畫交通運輸聯系強度的指標，如羅震東等[5]將長三角城市間公路長途客運班次和高鐵經停班次作為交通聯系強度的指標分析長三角城市結構特征及演化趨勢。杜彩軍等[1]將OD 交通量轉化為相對聯系量并取對稱聯系強度中較大值作為交通聯系強度值。劉瑞娟[6]對OD 交通量進行雙向考慮，總結運輸聯系強度與經濟聯系強度的模型。劉正兵等[7]基于中原經濟區城際鐵路與公路客運班次研究城市間空間聯系格局，通過社會網絡分析闡釋中原經濟區城市聯系網絡結構特征。

目前關于交通聯系強度的研究一般是基于空間聯系格局進行，多應用于城市空間規劃之中[5-8]。國外對于交通聯系的研究多集中在可達性、通勤模式的研究上[9-12]，如Straatemeier[9]分析了用區域交通可達性評估城市結構。El-Geneidy 等[10]基于旅行時間研究了空間可達性及定價策略。Acheampon[11]基于對都市中心區通勤者的調查，研究了城市的交通聯系與空間結構。國內關于交通可達性和經濟發展的關聯性研究也較活躍[13-14]。但目前對于交通聯系強度的定義及具體評價指標仍較為欠缺，多數研究以定性分析交通聯系強度及其對經濟和城市結構的影響為主。

本文基于對現有評價方法的總結，改進了基于高速公路交通量的交通聯系強度的評價算法，建立了考慮交通基礎設施供給與實際交通量的交通聯系強度分析模型，并以江蘇省高速公路OD 交通量數據進行實例驗證，對江蘇省13 個地級市的交通聯系強度進行計算分析，研究江蘇省城市聯系格局。

1 交通聯系強度測算的思路與方法

1.1 交通聯系強度常用評價方法

1.1.1 供給量統計法

通過對火車與長途客車班次數據調查，以城市間每日公路長途客運班次和鐵路每日經停班次作為城市間客運交通流的替代數據，將往返班次加和，用來表現城市間的雙向交通聯系強度，其公式為：

式中，Hij表示城市i 與城市j 之間的交通聯系強度； Pij表示由城市i 到達城市j 的火車（包含普通鐵路與高速鐵路列車）或長途客車班次數； Pji表示由城市j 到達城市i 的火車（包含普通鐵路與高速鐵路列車）或長途客車班次數。火車與長途客車班次應分別統計。

1.1.2 交通量轉化法

交通量是區域空間交流的直接聯系量，對交通量數據轉化處理可反映不同城市間交通聯系強弱。轉化過程實際是對OD 數據歸一化處理，使不同城市間的交通聯系具有可比性。通過交通量絕對值來衡量并不可靠，需將其轉化為相對交通量衡量所占比例，如下式所示：

式中，rij為從城市i 到達城市j 的交通量占城市j的總吸引量的百分比； Oij表示從城市i 到達城市j 的交通量；Dj表示城市j 的總吸引量。

一般城市i 到城市j 的交通量與城市j 到城市i 的交通量是不相同的，則相對交通量 rij與 rji也不相同，為了統一兩城市間的交通聯系強度，有研究[1]取其中較大值作為交通聯系強度的衡量依據，構建交通聯系強度的對稱矩陣RM=[rmij]：

轉化后的數據可衡量兩城市間的交通聯系，且可對不同城市進行比較，但該方法僅考慮了較大相對流量方向的強度。若從整個系統角度出發，則應從交通流的矢量性雙向考慮，建立評價區域運輸聯系強弱的定量模型，一些研究者[7]采用公式（4）進行計算：

式中，Hij表示城市i 與城市j 之間的交通流聯系強度；Oij表示城市i 到城市j 的交通量； Dij表示城市j 到城市i 的交通量；iO 和Oj分別表示城市i 與城市j 的交通流發生量；iD 和Dj分別表示城市i 與城市j 的交通流吸引量；α 為標準化系數，可使不同城市間具有可比性，其數值由交通量數據決定，公式為：

式中，T 表示研究區域交通流輸入與輸出的總和。

基于上述公式，可將整個系統中的城市比較研究。計算出的交通流聯系強度值越大，說明兩城市間的交通流聯系越密切；反之則說明兩個城市間的交通流聯系越弱。

1.1.3 社會網絡分析法

衡量城市間交通聯系的強弱可采用社會網絡分析法，有研究借助Ucinet6.0 軟件對城市的中心度等指標進行分析[7]，該軟件具有較強的矩陣分析功能，可以進行中心性分析、角色分析、子群分析等，是常用的社會網絡分析軟件。通過分析城市在區域交通網絡中的重要程度，進而分析該城市與其他城市間的聯系強度。

中心度的測算一般包括度中心度、接近中心度和中介中心度。使用圖論和網絡科學的基本概念對交通基礎設施系統進行概念化和建模，將現實系統抽象為邊緣節點拓撲，可有效量化和表征網絡屬性，包括結構、連通性等[15]。度中心度是在網絡分析中刻畫節點中心性的最直接度量指標[16]，可測量網絡中某節點與所有其他節點相聯系的程度。Bavelas[17]將接近中心性定義為距離的倒數，需考慮每個節點到其他節點的最短路平均長度。中介中心度指的是一個節點擔任其他兩節點之間最短路橋梁的次數。一個節點充當“中介”的次數越高，它的中介中心度就越大，公式如下：

1.1.4 可達性分析法

交通可達性反映城際間人員、資金、商品等要素流動的便利程度，反映著城市間的交通聯系強度。城市規劃影響出行時間成本[18]，基礎設施的發展將提升交通可達性，有效縮短出行時間。以加權平均旅行時間作為衡量可達性的指標，可從節約時間成本及交通成本角度直觀地衡量區域或城市間連通水平，其公式為[19]：

式中，iA 為城市i 的加權平均旅行時間；g 為系統中城市節點總數； Tij為城市i 到城市j 的最短旅行時間距離；Mj表示城市j 的權重，一般采用節點城市人口規模為權重，以反映某節點城市人口的吸引力。

當前研究主要通過上述幾類方法衡量城市間交通聯系強度，但多數研究者僅將交通聯系強度作為研究城市發展的指標。將交通聯系強度作為一個單獨的課題研究對于研究城市發展十分必要，需對具體指標和測算方法建立更為完善的測算體系。

1.2 結合基礎設施供給與實際交通量的測算方法

實際交通量包括城市間高速公路的OD 量、鐵路的OD 量、航空的OD 量、水運的OD 量等，基于實際交通量計算交通聯系強度采用公式（4）、（5），在此用符號 Aij表示。目前關于交通聯系強度的研究多是基于長途班車（或火車）運營班次及實際產生的交通量，而未充分考慮基礎設施的供給情況，基礎設施供給是影響城市聯系強度的重要因素，故在此提出一種結合基礎設施供給與實際交通量的測算方法，從供給及實際交通量兩方面研究城市聯系強度。

基礎設施供給指標可選擇兩城市間公路或鐵路（或航空、水運等）布設條數、里程、等級、服務水平等，多種指標共同構成衡量基礎設施供給水平的指標體系，指標的選取與所選運輸方式有關。本次研究主要針對城市間基于高速公路的聯系強度測算，故在此重點討論基于高速基礎設施供給與實際交通量的測算方法。

基于高速的聯系強度測算將高速基礎設施供給的影響納入考慮，作為以實際交通量計算出的交通聯系強度的修正系數。在進行專家調查確定基本因素的基礎上，通過信息論中的熵值法來確定修正系數包含的指標。熵值法的核心是通過計算熵值來判斷指標離散程度，離散程度越大對綜合評價的影響也越大。最終選定城市間的雙向發車班次、高速公路里程兩項指標，作為高速基礎設施供給對聯系強度的修正系數，其計算公式為：

式中， Cij為城市i 與城市j 之間基于高速公路的交通聯系強度修正系數；g 為系統中城市節點的總數；ijP 、 Lij分別表示城市i 與城市j 之間的雙向發車班次數、高速里程；gP 表示所研究高速系統中城市兩兩之間的雙向發車班次數總和；gL 為所研究高速系統中的高速總里程。

由于 Aij與 Cij的值均小于1，為便于觀察對比城市間聯系強度，不妨乘以常數k 將其值等比例擴大，k 值可依據研究需要選取。將計算兩城市基于高速的交通聯系強度的公式歸納如下：

式中，Hij為城市i 與城市j 之間基于高速的交通聯系強度；k 為常數；在本研究中， Aij表示城市i 與城市j 之間基于高速實際交通量測算的交通聯系強度。

針對公路、鐵路、航空、水運等不同的運輸方式，可分別選擇相應的指標研究基于該運輸方式的修正系數，以界定基礎設施供給的影響程度，再結合城市間公路、鐵路、航空、水運的交通量數據，分別衡量公路、鐵路、航空、水運等方式作用下的城市交通聯系強度，在此暫不展開討論。

在求得城市間交通聯系強度數值之后，可采用首位度對城市的中心性進一步刻畫。交通首位度M 表示與其他城市交通聯系度最高城市的聯系強度數值1P 與交通聯系度次高城市的聯系強度數值2P 的比值，反映了首位城市的中心性強弱，公式為：

喬十二郎堅定地說：“我知道對方很強大，是石頭，但我不是雞蛋，也是石頭，比他堅硬，比他頑強。最有利的是，我這塊石頭在暗處，而他在明處。”

首位度的大小反映著首位聯系城市對區域交通聯系支配作用的大小，對首位度大小排序，可研究中心城市的分布與城市的集群形態。

2 實例分析

2.1 數據介紹與研究區域概況

本文以江蘇省13 個地級行政區為研究對象，基于2017 年江蘇省高速公路所有進出口年平均日交通量OD 數據，及通過歷史數據調查收集13個城市間雙向發車班次數、高速公路里程等數據，研究江蘇省13 個地級行政區的交通聯系強度，進而分析各城市的交通首、次位關系及城市聯系。江蘇省地處我國東南部，與上海、浙江省、安徽省多城市共同構成的長江三角洲城市群已成為國際六大世界級城市群之一，其城市發展具有顯著的集群效應，這與交通設施的發展關系密切。江蘇省人均GDP、綜合競爭力、地區發展與民生指數均居全國各省第一，是中國綜合發展水平最高的省份。

根據2018 年江蘇省國民經濟和社會發展統計公報，江蘇省2018 年全年實現地區生產總值92 595.4 億元，年末全省常住人口8 050.7 萬人。交通運輸基本平穩，全年貨物運輸量比上年增長5.7%，旅客運輸量下降4.7%；旅客吞吐量5 164.6萬人次；年末全省公路里程16 萬km，高速公路里程4 710 km[20]。

2.2 測算過程與結果分析

首先處理江蘇省高速公路進出口年平均日交通量OD 數據，計算江蘇省13 個地級行政區之間OD 交通量，由此求得基于實際交通量的交通聯系強度 Aij；查詢訂票軟件當年售票信息，獲得13 個城市間雙向長途班車發車班次數，并利用地圖統計城市間高速公路里程數據，用于計算 Cij，本例中選取常數k 值為100。

根據公式（9）求得修正后的交通聯系強度值Hij，如表1 所示。圖1 顯示了江蘇省城市交通聯系情況。圖中13 個城市點的大小代表該城市與其他城市交通聯系強度總值大小，聯系線的粗細代表城市間聯系強度強弱。交通聯系強度較大的城市如南京、蘇州、無錫、南通、常州等，與其他城市間的聯系線也較粗，代表其與其他城市的交通聯系較強。

分別匯總各城市與其他12 個城市的交通聯系強度，并按照由大到小順序排序，依據求得聯系強度，可研究各城市的首位聯系城市、次位聯系城市。江蘇省13 個城市的交通聯系強度排序結果及其首、次位聯系城市如表2 所示。

表1 江蘇省13 個地級行政區交通聯系強度

圖1 江蘇省城市交通聯系格局

表2 各城市交通聯系強度排序結果及其首次位交通聯系城市

圖2 各城市首位聯系城市及次位聯系城市

由上述圖表結果可知：

（1）基于高速基礎設施供給與實際交通量計算的江蘇省13 個地級行政區之間的聯系強度表明，蘇州市與其他12 個城市之間基于高速的聯系強度遠大于其他城市，江蘇省各城市的首位聯系城市均為蘇州。這與蘇州市自身高速公路基礎設施發達有著密切關系，此外，蘇州市2018 年GDP 達到1.86 萬億元，位于江蘇省首位，經濟對交通的促進作用也不可忽視。蘇州市人口眾多，貿易發達，客貨運量巨大，對周邊的輻射作用也極強。

（2）隨著蘇錫常都市圈發展，三城市逐漸形成條帶狀集群，交通便利且三主城區距離較近，使得三者間交通聯系與經濟聯系日益密切。《長江三角洲城市群發展規劃》要求蘇錫常都市圈推進滬蘇通、錫常泰跨江融合發展，政策支持助力城市交通聯系進一步強化。

（3）南京作為江蘇省會與其他城市間基于高速的交通聯系強度也較大，與蘇州、無錫聯系最為密切，許多城市的次位聯系城市為南京；在地理位置上與南京距離較近的鎮江、揚州和南京的交通聯系也較強，但由于其城市體量較小，且未形成更為完善的經濟帶，使得其地理優勢未對區域交通聯系產生較大的推動作用。南京市可結合產業布局與周邊聯系強度大的城市共同打造經濟發展帶，推動區域協同發展。

（4）南通作為沿海城市，具有緊鄰我國經濟中心上海的地理優勢，這促進南通城市經濟及交通獲得較為完善的發展。南通與無錫之間具有發達的高速公路網絡，故南通與無錫間基于高速的交通聯系強度也較大。

3 結束語

結合實際交通量數據從供給角度討論交通聯系強度，是對現狀交通供給數據的有效利用，對于評估城市間的交通聯系方向與強度是非常有效的。本文結合高速公路設施供給與實際交通量數據探討了江蘇省各城市間基于高速的交通聯系強度，有效評估了各城市間基于高速公路的交通聯系狀況，且通過首、次位交通聯系城市進一步明確了區域基于高速發展的交通聯系中心。

本研究對于城市一體化交通發展戰略部署、城市交通規劃等均有導向作用，量化了城市間交通聯系強度，為研究城市交通聯系結構、城市集群形態提供了探索思路。

但目前僅針對城市間基于高速的聯系強度展開討論，暫未就基于鐵路、水運、航空的聯系強度深入研究，后續將拓展利用多源數據，綜合基于多種方式的聯系強度，確定其權重。將基于高速、鐵路、水運、航空運輸的聯系強度有機結合，更為全面地評估基于多種交通運輸方式的城市交通聯系強度，并分別研究城市間的客運、貨運交通聯系，為研究城市空間結構、城市經濟發展提供依據與基礎。