河南省綜合交通網絡體系研究
——基于社會網絡分析

栗向陽,王 磊*,張宇欣,彭一升

(1.武漢大學經濟與管理學院，湖北 武漢 430072；2.蘭州大學資源環境學院，甘肅 蘭州 730000;3.武漢大學城市設計學院，湖北 武漢 430072)

城市網絡體系是由若干職能分工不同、等級規模差異、空間分布有序的城市，依靠人口、交通、資金、能源、信息等關系網絡所構成的城市群體[1-2].21世紀前，城市網絡為垂直等級結構，城市網絡體系的研究主要基于克里斯特勒的中心地理論[3].20世紀90年代以后，城市網絡體系的研究在信息化和全球化的推動下也逐漸轉向網絡范式，取代了傳統的基于中心地的城市體系研究.薩森[4]基于高級生產性服務業探究分析了世界城市體系結構，并揭示了近半世紀以來倫敦、東京和紐約等城市對世界城市網絡體系的主導作.紐爾·卡爾斯特[5]在《網絡社會的崛起》中提出了為城市網絡研究奠定基礎的“流動空間”理論.

近年來，隨著交通、通信等各項技術的發展，城市體系的網絡化結構特征愈加明顯，表現在城市間各項要素流的交流愈加頻繁，城市間的相互關聯程度明顯提高，城市間的關系趨向扁平化[6].在這種日益扁平、復雜的城市聯系下，通過優化城市空間網絡布局不僅能推動區域協調發展、優化城市各項資源要素，而且有利于區域中心的形成建設，從而帶動區域共同發展，促進區域整體更好地融入到高等級城市網絡體系中.因此，在全球化進程快速推進下，城市網絡體系的研究對于區域發展及區域城市融入全球城市網絡體系中顯得更有重要意義.

縱觀已有的文獻，關于城市網絡的研究可以分為基于屬性數據和關系數據.早期的研究多基于前者，采用地區生產總值、人口數量等城市固有屬性并結合城市流模型和引力模型對區域城市空間網絡結構進行探討.例如，苗長虹等[7]基于引力模型對河南省城市經濟空間聯系進行了分析.近年來，交通通訊技術的發展和科技的進步使得數據獲取的方式及數據的種類越來越多，尤其是大數據時代的到來使得基于關系型數據的研究愈來愈成為國內外學者們研究的焦點[8].國外基于關系型數據的城市網絡研究較多，其中以全球化與世界城市研究小組(Globalization and World City, GaWC)的成果最為豐富[9-11].限于篇幅，文中不再贅述.國內學者對城市網絡的研究起步較晚，但取得了頗為豐富的研究成果[12].總結相關文獻，國內關于城市網絡的研究多基于關系型數據展開，從企業資金流[13]、交通流[14]、信息流[15]和消費流[16]等角度，從國家、省域、市域等不同尺度探討我國城市網絡結構的演化特征及其影響因素.

河南省作為我國的交通樞紐地區，具有鐵路、公路、航空等相結合的綜合交通運輸體系.不僅在全國的城市交通網絡結構中具有舉足輕重的地位，而且省域內公路、城際鐵路等構成的區域交通體系也不斷得到完善，成為城市間聯系的“生命要道”.因此，關于河南省的城市空間網絡尤其是省內交通聯系格局的研究對河南省的區域協同發展及融入到全國乃至世界城市體系中具有重要參考意義.安愈靜等[17-18]基于中原城市群30個省轄市間的客運班次和百度數據，利用社會網絡分析對中原城市群城市空間聯系及網絡格局進行研究；劉正兵等[19]以中原城市群為研究對象，基于引力模型構建城市間的相互聯系，并探討中原城市群空間網絡結構特征；宋瓊等[20]從有向多值關系視角，以中原城市群為研究對象，從靜態網絡、百度信息網絡、綜合交通網絡三個方面對比研究.縱觀現有研究，學者多從市域尺度利用單一的交通數據對河南省區域城市交通網絡結構特征分析.不僅忽視了縣域單元的交通格局，而且缺乏對多種交通數據的融合.文中基于“流動空間”理論[21-23]，通過加權求和的方法構建綜合了高鐵、普通列車和公路客運3種交通方式的有向加權網絡矩陣，并借助社會網絡分析方法從縣域尺度對河南省的城市網絡結構特征進行分析.從而為河南省交通網絡布局的優化完善提出建議，促進河南省城市區域協調發展并更好地融入到全國城市網絡體系中.

1 數據與研究方法

1.1 研究區概況與數據來源

河南省幅員遼闊，下轄鄭州、開封和洛陽等18個地級市，共設158個縣區.河南省具有優越的區位優勢，位于黃河中下游地區，東連安徽和山東，西接陜西，北界河北及山西，南臨湖北.地理位置的優勢使得其成為我國重要的交通樞紐，省內綜合了航空、鐵路、公路、水運等多種交通運輸方式.河南省內部鐵路網絡縱橫交錯、四通八達，有京廣、京九、太焦、焦柳、隴海、侯月、新月、新菏和寧西等9條鐵路干線跨境穿過.2019年，河南省旅客運輸總量11.15億人次，其中鐵路旅客運輸總量1.83億人次，占比16.41%；公路旅客運輸總量9.13億人次，占比83.59%.全省旅客運輸周轉量2 012.66億人公里，其中公路旅客運輸周轉量699.03億人公里，占比34.73%；鐵路旅客運輸周轉量1 091.34億人公里，占比54.22%.

文中選取公路客運、普通火車和高鐵3類交通方式構建城市綜合交通聯系矩陣.普通列車和高鐵客運數據來自于中國鐵路12306官網，查詢獲取每日列車運行班次；公路客運數據來源于河南省公路客運聯網售票平臺，獲取客車每日運行班次.在此基礎上，分別賦予公路客運、普通列車和高鐵三類交通方式的權重分別為0.2、0.4、0.4，并利用加權求和的方法得到城市綜合交通聯系值.本研究中用到的行政邊界矢量數據(包括河南省省域、市域和縣區行政區劃邊界)來源于國家基礎地理信息庫.此外，本文將各地級市的下轄區合并，整體作為一個研究單元.經過歸并整理，研究區共計119個研究,單元研究區域如圖1所示.

圖1 研究區域范圍Fig 1 Scope of study area

1.2 研究方法

1.2.1 GIS網絡分析 文中借鑒圖論的方法構建有向加權綜合交通網絡矩陣，利用ArcGIS軟件平臺的OD網絡分析模塊對河南省城市綜合交通聯系進行可視化分析[24]61.由于在城市綜合交通網絡中，城市A到城市B和城市B到城市A的交通聯系量存在差異，將119個研究單元所形成的7 021對城市聯系分為強聯系和弱聯系，并分析城市間的相互聯系.

1.2.2 中心度分析借鑒相關文獻[25-26]21,1589，文中采用程度中心度、中介中心度和接近中心度3個指標對河南省縣域交通網絡體系中各城市節點在網絡中的地位和相對重要程度進行探究.其計算公式如下：

其中，CoD(i),CiD(i),CB(i)和CC(i)分別為城市節點i的外向程度中心度、內向程度中心度、中介中心度和接近中心度；n為城市節點的數量；Xij和Xji分別為兩城市節點間的客運交通量；gjk為節點間最短聯系途徑的數量；gjk(i)為節點間最短聯系途徑經過城市節點i的數量；dij表示城市節點間的最短路徑距離.

1.2.3 網絡密度 社會網絡分析中的網絡密度衡量了城市網絡結構的合理性，取值為0～1，其值越大，城市網絡密度越高，城市節點間聯系越緊密[27]1640.網絡密度的計算公式為

其中，D為區域城市體系的網絡密度；di(di,dj)為城市之間的聯系，當i城市與j城市之間有聯系的時候，其取值為1,否則，取值為0；n為城市網絡體系中城市節點的數量.

1.2.4 凝聚子群 凝聚子群分析法能夠聚類分析出城市體系中具有緊密聯系的城市團體，可以探究城市體系中聯系更為緊密、交往更為頻繁的區域[28]25.往往聯系緊密的城市節點能在城市網絡結構中形成城市小團體，并且其在城市體系的發展過程中具有相互獨立的發展模式，在未來的發展過程中能夠形成區域共同體.

2 河南省城市綜合交通網絡分析

2.1 城市綜合交通聯系強度分析

通過加權求和測得河南省7 021對縣域間綜合交通聯系強度，并根據交通聯系對中的強、弱聯系繪制交通聯結圖，如圖2所示.結果表明：① 河南省交通網絡呈“十”字結構分布，并伴有強度差異和方向性差異.以省會鄭州為核心，南北貫穿安陽、新鄉、漯河、信陽等市，東西橫跨商丘、開封、洛陽、三門峽等市，構成了河南省交通體系的基本骨架.縣域間的交通聯系強度差距較大，位居前十位的主要為鄭州市區與其周邊縣域構成的交通聯系對.各縣域的交通聯系強度總量差距也較大，居于首位的主要是鄭州、南陽、開封、洛陽、信陽、漯河等地級市的市轄區.此外，縣域間的交通聯系強度存在方向性差異，但差異不是特別明顯.② 各地級市內部的城市交通聯系差異大，交通格局分布不均勻.內部交通聯系緊密的地市有鄭州、開封、洛陽、平頂山等，主要為鄭州周邊地區.內部交通聯系程度不高的地區主要為河南省周邊若干地市，包括南陽、信陽、濟源等.總的來說，鄭州作為河南省的交通樞紐，對帶動河南省區域發展并融入到全國城市交通體系中具有重要的戰略地位.各地級市尤其是南陽、信陽等區域的市轄區成為了局部區域的交通樞紐，對周圍縣域的交通起到調節作用.但是，其對周邊縣域的交通聯結強度明顯弱于鄭州周邊地市.

圖2 河南省縣域交通聯系強度Fig 2 Traffic connection intensity at county levelin Henan Province

2.2 城市綜合交通聯系網絡結構分析

2.2.1 中心性分析 通過測度中介中心度、接近中心度及內外向程度中心度，對河南省縣域交通網絡節點的中心性進行分析，結果如下：① 中介中心性分析.地級市轄區構成了交通網絡體系的基本骨架，各網絡節點具有層級性，并以鄭州為中心形成了市轄區—縣域圈層市分布結構.鄭州市轄區的中介中心度最高，對交通網絡結構起核心控制作用；市轄區層，以鄭州市轄區為中心，節點(地級市轄區)離其距離越近，中介中心度越高；縣域層，以各地市轄區為核心，節點(縣域)離其距離越近，中介中心度越高.需要注意的是，由于南陽市所屬縣區主要通過市轄區參與到交通網絡中，所以南陽市轄區的中介中心度明顯高于其它地區.② 接近中心性分析.由表可知，河南省城市交通網絡結構中，各城市節點的接近中心度空間差異較大，各城市對外交通聯系能力差別明顯.對外聯系能力較強的節點仍是鄭州周邊地市的轄區；對外聯系能力較弱的節點主要分布在河南省的東部和北部地區，包括周口市、新鄉市及濮陽市的所屬縣區.③ 程度中心性分析.縣域和市域的對外輻射能力和吸引能力均有較大差異.輻射能力強于吸引能力的有鄭州、漯河和濟源；輻射能力弱于吸引能力的有安陽、鶴壁、新鄉、焦作、許昌、周口和駐馬店；地市輻射能力和吸引能力的強弱在空間分布上相似，較強的地區有鄭州、漯河、開封、南陽、信陽等市.鄭州、洛陽、開封、南陽等地市轄區的程度中心度較高，對周圍節點有很強的輻射和帶動作用.

表1 河南省綜合交通網絡程度中心度Tab 1 The degree center degree of comprehensivetransportation network in Henan Province

2.2.2 密度分析 由于網絡密度需要統計區域內具有相互聯系的節點，為了便于分析，文中根據數據特征并參照前人的研究成果選取交通聯系強度中值對河南省縣域交通網絡矩陣進行二值化處理，從而得到有向鄰近矩陣.通過公式(5)和(6)并借助UCINET中的Netdraw插件測算河南省整體及各地級市的網絡密度，結果如表2所示.河南省整體城市交通網絡密集程度不高，除周口和鶴壁之外，其他地級市的交通網絡集聚程度均高于河南省整體；交通網絡密度由強到弱依次為開封、鄭州、信陽、平頂山、南陽、三門峽、漯河、駐馬店、洛陽、焦作、商丘、許昌、新鄉、安陽、濮陽、周口和鶴壁；中心市轄區交通網絡密集，邊緣縣域節點網絡稀疏.

表2 河南省(市)綜合交通網絡密度Tab 2 The density of comprehensive transportation networkin Henan Province or its prefecture-level cities

2.2.3 聚類分析 運用UCINET軟件中的CONCER聚類方法對河南省交通網絡體系進行凝聚子群分析，結果如圖3所示，分為4個二級子群和7個三級子群.三級聚類分析中，第1子群主要為鄭州、開封、商丘、洛陽、三門峽等地市的下轄縣區，以鄭州市為核心呈條帶狀輻射分布；第2子群主要為河南省北部地市的部分縣區；第3子群主要為許昌、漯河、駐馬店、信陽及平頂山的所屬縣區，呈組團式分布；第4子群為周口市下轄縣區，分布于河南省東部邊緣；第5子群包括濮陽、焦作和周口等市的部分縣區，分布于河南省的東部和北部地區；第6子群為南陽市的部分縣區，分布于河南省西南地區；第7子群主要為信陽市的部分縣區，分布于河南省東南地區.將三級子群進行二級聚類可得，第1子群和第2子群組成沿黃城市小團體，主要為鄭州、開封、商丘、洛陽、三門峽、濟源、焦作、新鄉、安陽和濮陽等地市的所屬縣區，分布于黃河干流兩側；第3子群和第4子群組成豫中城市小團體，主要為漯河、駐馬店、平頂山、周口、許昌、信陽等地市的部分縣區，分布于河南省中部地區；第5子群組成豫北、豫東城市小團體，主要為商丘、濮陽、鶴壁、周口等地市的部分縣區，分布于河南省東北地區；第6子群和第7子群組成豫南城市小團體，主要為信陽和南陽兩地市的所屬縣區，分布于河南省的東南和西南地區.

圖3 河南省城市綜合交通網絡凝聚子群Fig 3 Agglomerated subgroup of urban integratedtransportation network in Henan Province

3 結論與建議

基于119個研究單元之間的公路、普通火車及高速鐵路3種交通方式的客運數據，利用加權求和的方法構建縣域綜合交通網絡矩陣，并利用社會網絡分析方法從縣域尺度對河南省城市綜合交通網絡結構進行分析，可得到如下結論：

1)作為我國中部的交通樞紐地區，河南省的交通布局不斷完善，形成了以鄭州市為核心的具有層級的圈層式交通網絡結構.然而，由于自然環境、社會經濟發展、政府行政干預等因素的存在，使得地區間(包括市域間和縣域間)的交通分布格局差異較大，即使同一市域內的縣域節點的交通聯系強度也存在明顯分化.未來城市發展過程中，應繼續增強區域特別是與中心城市距離較遠的邊緣市縣的交通路網密度，從而提高河南省整體的交通聯結度.同時，要依據縣域節點的人口分布及相互間的流動情況，優化交通站點布局并調整客運通勤班次，以此改善交通網絡結構中存在的節點間交通聯系強度不對稱等問題.

2)市域層面，京廣鐵路和隴海鐵路作為我國南北向和東西向重要的交通運輸通道，也對河南省的交通網絡結構產生重要影響.兩條鐵路干線跨境而過，構建形成了河南省交通體系的基本骨架—以鄭州為核心，南北貫穿安陽等8個地級市，東西跨越商丘等5個地級市，并呈“十”字結構分布.河南省未來交通布局應以市域為主體構架，以鄭州都市圈為核心，形成覆蓋鄭州、焦作、新鄉、開封、許昌等地市的現代化綜合交通體系.具體的，一方面，要在現有的基礎上積極發展“東南—西北”和“東北—西南”兩個方向的交通運輸，發揮鄭州航空樞紐和鐵路樞紐的核心驅動作用，努力打造形成“米”字形交通網絡格局，進而有效對接京津冀、長三角、粵港澳等城市群.另一方面，要加快輕軌、城際鐵路、干線鐵路等快速交通的建設，積極推動鄭州都市圈軌道交通的“四網融合”，形成以鄭州市為核心的“1小時”、“2小時”和“3小時”城市交通圈.同時，積極打造交通副中心.鄭州作為河南省的交通樞紐，地理位置偏北，對南部地區的交通輻射強度低，未來應將地理位置偏南的漯河或駐馬店作為發展的新方向，打造形成交通新樞紐.

3)縣域層面，各交通節點以所在地級市轄區為核心呈層級分布是河南省交通網絡格局的主要特點，與市區尤其是鄭州市距離較近的縣域節點對外交通聯系能力越強，邊緣縣區的交通聯系能力較弱并且網絡密度低.所有的縣域節點可以分為4個城市小團體，各團體內的節點符合地理鄰近性原則，并以“沿軸帶擴展”和“組團分布”的空間組織模式為主.總的來說，由于人口等資源要素不斷向中心城市特別是省會城市集聚，縣域和小城鎮未能充足發展，導致交通網絡格局分布不均的局面遲遲得不到改善.一方面，我們要遵循產業和人口向優勢區域集中的客觀經濟規律，保證中心城市和大城市的發展質量，充分發揮其交通中心的功能作用.另一方面，應圍繞公共服務設施、環境衛生設施、市政公用設施、產業培育設施等方面，積極實施城市更新行動，提升縣城和小城鎮的人居環境質量和人民生活質量，從而吸引人口向縣城集聚，進而提升縣域節點的中介功能和對外交通聯系強度.

文中基于綜合交通數據對河南省城市網絡體系進行探討，對其空間區域發展及融入到全國交通網絡格局具有重要的參考價值和實踐意義.城市網絡體系的形成和發展是政治、經濟、社會、人口等多要素共同作用的結果，對城市網絡體系的研究需要從多方面展開.文中僅從“交通流”視角進行分析略顯不足，需結合其他諸如縣域人口、資金等要素流動數據開展研究.此外，城市網絡體系的形成和發展是動態的過程，文中采用截面數據進行分析，僅能反映河南省交通網絡體系的現狀.在未來的研究中，需采用面板數據對其交通網絡結構的動態變遷做進一步探討.