貴州省道路網絡通達性時空演變格局研究

張 浩，周忠發，李永柳，朱光興，楊宇青

(1.貴州省第一測繪院，貴陽 550025;2.貴州師范大學 喀斯特研究院，貴陽 550001)

道路網絡的發育程度影響交通運輸和經濟活動，合理的道路網絡不僅可以極大提高區域運輸能力，還可以為區域開發提供有力保障。交通運輸是社會和經濟發展的命脈，貴州省作為我國唯一沒有平原支撐的省份[1]，山阻水隔使得貴州省經濟長時間相對欠發達。隨著西部大開發的大力推進，如何完善區域交通發展狀況，把握區域經濟發展方向，顯得尤為重要。通達性[2]作為度量道路網絡結構的有效指標，主要描述道路網絡中各節點間交通的便利程度，體現了區域交通運輸能力及便利性，對進一步提高交通全面開發的進度、促進區域的可持續發展具有重要意義。

貴州省是西南地區交通樞紐省份，是西北、西南省區通往沿海的重要中轉過境地區，一直著力建設良好的公路交通條件，成為西部地區第一個實現縣縣通高速的省份[2]，但目前交通仍是制約貴州省發展的重要因素，推進貴州省交通長期可持續發展，需要研究貴州省交通通達性時空演變格局。目前，通達性研究方法主要包括距離度量法、引力模型法、最短旅行時間、空間句法模型等等[3-5]，常采用的是多指標[6]或加權平均旅行時間指標[7-9]。JAVIER等[10]系統探討了高速公路對城市內部可達性格局變化的影響；Dupuy Gabriel等[11]探討歐洲都會公路可達性；BERECHMAN J等[12]分析了羅馬優秀道路系統發展的特點以及其與經濟發展的主要聯系；徐偉祥等[13]利用1996—2012年的路網數據探討了浙江省11個城市可達性及對外經濟聯系研究；尹鵬等[14]研究了東北地區的城市可達性水平。國內學者先前對道路可達性的研究主要集中在通達性與區域經濟發展關系、通達性水平空間格局與道路網絡結構演化以及通達性應用研究等方向[15-17]。查凱麗等[18]研究了武漢城市道路可達性與經濟的時空變化特征；申懷飛等[19]揭示了中原經濟區公路通達性空間格局和區域差異性；吳威等[20]對長江三角洲首要都會可達性空間演變進行探究。當前國內通達性研究主要集中在長-株-潭城市群、武漢都市群、珠三角城市群[21-22]、中原經濟區等經濟較發達的地區[23-26]，然而，對西南地區道路通達性的研究卻很少。

為了有效評價貴州省道路網絡的通達性，文中以貴州省2010年、2014年、2018年的道路交通網絡為基礎數據，通過加權平均旅行時間方法構建道路網絡通達性模型，運用GIS技術，對貴州省88個區縣節點道路網絡通達性時空格局和演化規律進行探索，定量評價貴州省道路網絡通達性特征，揭示貴州省交通發展狀況的區域差異與時空格局，并利用地理探測器模型，分析影響因子間交互作用對通達性空間分異的影響機制，以期為貴州省道路網絡可持續發展提供參考。

1 研究區概況與數據來源

文中以貴州省(E103°36′～109°35′、N24°37′～29°13′)作為研究區域，以2016年貴州省行政區劃為基準，共有9個地級行政區，88個縣級行政區。選擇并分析2010年、2014年、2018年3個等時間間隔年。2010年，貴州省公路網絡初步形成以國道、省道、縣道為主體，貴陽為核心向外輻射的交通網絡；2015年，貴州省 88 縣高速公路全線貫通；2018年，貴州省完成“六橫七縱八通”公路網建設，基本呈現以貴陽為中心、連接市縣的公路網。如圖1所示。文中數據來源如表1所示。

圖1 貴州省道路網絡演變

表1 數據源說明

2 研究方法

2.1 通達性評價模型

區域通達性不僅與區位條件、交通基礎設施有關，而且與地區經濟社會發展水平存在關聯。因此，綜合考慮道路網絡最短時間成本路徑以及節點城市對人們移動意愿的影響程度，采用加權平均旅行時間[27]計算通達性。

(1)

式中：Ai為i的通達性；Tij為i到j的最短時間；Mj表示j的質量。

2.2 Moran’s I指數

Moran’s I指數[28]是體現城市周邊顯著相似空間聚集和差異值的主要指標。

(2)

式中：μ,σ,Ii分別為均值、標準差、莫蘭指數;Ai含義同式(1);?ij表示節點i與節點j之間的空間權重。

2.3 地理探測器

地理探測器是探測和利用空間分異性的工具，被廣泛應用于影響因素和機制的研究[29]。具體表達式為:

(3)

(4)

3 貴州省道路網絡通達性時空分布特征

3.1 貴州省道路網絡結構特征

由圖2可看出，2010—2018年間貴州省的道路密度在不斷增加，由于各城市經濟水平、政治、地形差異等因素，貴州省各區縣的道路密度呈現明顯的等級層次，道路網密度中心一直在貴陽市。2010年，貴州省88個區縣中有一半的公路密度在0.2～0.3 km/km2之間，主要位于北部地區，這與北部為中山峽谷區、路網稀疏的原因有關；中部道路密度高于0.3 km/km2有10個縣，部分區縣甚至超過0.5 km/km2。此外，南部望謨縣、羅甸縣、平塘縣、三都縣、榕江縣、荔波縣、從江縣以及東北部的務川縣、印江縣、松桃縣，公路密度不到0.2 km/km2，形成相對明顯的低密度中心，臺江縣公路密度低于0.1 km/km2。隨著路網的不斷完善，道路密度空間形態從西到東最為緊湊，并逐漸向南、北部地區擴展。2018年，路網密度低于0.2 km/km2的區縣由19.32%降至3.41%。總體來說現階段貴州省的路網密度較高，擁有較好的服務能力以及對周邊城市的輻射能力，城市結構呈現出以貴陽市為中心隨距離增大擴展而逐步離散的規律，邊緣地區的路網密度與中心地區差距較大，仍需進一步建設完善。

圖2 貴州省各區縣道路密度等級分布

貴州省88個區縣路網連通度差異明顯，如圖3所示，路網連通度值小于1的區縣有27個，占全省30.68%，說明貴州省存在部分區縣的路網布局不完善的問題，公路形狀彎曲度大，這是受貴州省獨特的地形地貌所致。各區縣中長順縣和紅花崗區的連通度最高，分別為2和2.86，節點緊密通暢，呈現網格狀。除了長順縣和紅花崗區外，還有鐘山區、萬山區、普定縣、黔西縣、六枝特區等8個區縣的連通度都高于1.5，這些區縣的公路形狀彎曲程度相對較小，節點間的連通度較好。連通度排后位的區縣有江口縣、松桃縣，通達度分別為0.43、0.49，均沒有達到0.5。最低點在余慶縣，只有0.12，比平均值低0.88，通達度低，多為雙點連接，最值相差2.85。

圖3 貴州省道路連通度(2018年)

3.2 貴州省道路網絡通達性空間格局

貴州省道路網絡通達性分布總體上為“同心圓圈層”結構，如圖4所示。2010—2018年間，通達性由內向外逐漸遞增，核心處始終最低。這主要因為通達性和地理幾何位置關系密切，在分布上具有距離衰減特征，即距離區域中心越遠，通達性越差。貴陽市位于貴州省的幾何中心，是貴州省政治、經濟、文化與交通中心，而黔西南、銅仁等城市位于全省東北部、西南部，受地形地貌的作用不利于交通建設，通達性相對較差。在選取的研究時間段內始終處于通達性好層面的城市有貴陽市、安順市、遵義市、黔南州，這些城市與省會城市距離較近，區域發展歷史悠久，道路基礎較好，且為重點發展區域。2010年、2014年、2018年，黔西南和銅仁2個城市一直是通達性水平較差的區域，位于全省邊緣地帶，銅仁市地貌以山地丘陵為主，而黔西南是典型的低緯度高海拔山區，地形復雜，發展慢，通達性較差。8年內研究區東部通達性發展較緩，西部市州通達性一直優于東部，這是因為貴州各市州在不同時期的道路發展規劃不盡相同，導致有的年份交通建設改善相對較弱，有的年份改善相對較強。2010年通達性小于1.5 h只有貴陽，且隨著路網完善不斷優化。2014年，貴陽和安順的通達性小于1.5 h；2018年，有4個城市通達性低于1.5 h，7個城市低于2 h。此外，貴州省所有城市通達性均低于3 h(表2)。

表2 2010—2018年貴州省城市通達性水平及變化率

圖4 2010—2018年貴州省道路網絡通達性空間格局

從圖5看出，2010—2018年貴州省通達性空間聚集特征隨時間變化特征明顯。2010年，通達性空間聚集高-高聚類特征位于貴州省省會及其周邊區域，低-低聚類位于喀斯特地貌等生態脆弱區域，此區域由于地形起伏大、地形破碎，呈現交通不便的特征，主要分布在貴州省黔西南州；2014年，在“脫貧攻堅、道路先行”背景下，帶動了道路體系的發展，貴州省通達性空間聚集特征呈現以貴陽市為中心向周邊城市擴散的的高-高聚類、高-低聚類特征；2018年，由于國家內陸開放型經濟示范區貴安新區的發展，高-高聚類從省會貴陽市擴展到安順市。總的來說，貴州省通達性空間聚集特征以高-低聚類為主，高-高聚類一直集中在貴州省中部區域，并逐漸向四周輻射。

圖5 2010—2018年貴州省通達性空間聚集特征

3.3 貴州省道路網絡通達性演化規律

從圖6可以看出，道路通達性空間格局變化分異明顯，邊緣地區通達性水平的提升始終比核心區大，這是因為通達性的提升幅度受初始值影響，初始值越大，變化值也越大。總體上，變化幅度從內部往四周不斷增大，黔西地區通達性差異較大，內部地區差異較小。2010—2014年，通達性變化幅度空間分布呈現出由貴州省西部區域向東部方向逐漸減弱的趨勢，道路興建和等級提升，顯著改善了黔西南、黔東南州的交通狀況；后4年，貴州省邊緣區通達性變化幅度均高于核心區。六盤水市地處云貴兩省交界處，南盤江、北盤江流域兩側，交通四通八達，是國家西電東送的主要城市，交通基礎設施發展較快，因此六盤水市的道路通達性波動較大。高速公路的完善和改進，極大地提高了邊緣縣域的通達性，通達性變化范圍的分布趨于空間均衡。

圖6 2010—2018年貴州道路網絡通達性格局演化

貴州省東部、西北、西南地區通達性發展不平衡，但地域間整體發展差別逐漸減小。其中，通達性提升最明顯的是貴州西部畢節、六盤水等城市。隨著高速路網建設的加快，多條省內高速公路(杭瑞高速、廈蓉高速、六六高速)的興建大大改善了黔西地區整體的道路網絡通達性[29]。六盤水市、畢節市等地區通達性變化值均明顯高于貴州省北部和中部地區，雖然貴州省東部地區通達性初值高，但在2010—2018年均高于貴州省中部地區，在通達性優化過程中獲益顯著。由于貴州省中部地區處于空間幾何中心與經濟中心疊加位置，通達性初值高，各階段內變化值小，從圖6可以看出，貴州省中部地區的道路網絡一直保持較高的通達性水平，貴州省西部地區總體通達性水平比貴州東南部要好，但其差距也在不斷縮小。

2010—2018年，貴州省最短加權旅行總時間由 178.32 h 縮減至153.76 h，減少24.56 h；地州市由2.03 h減至1.75 h，變化了8.02%；畢節市最高為12.23%，如表2所示。各時段通達性提升速度不斷遞減，平均值從1.94降到1.79，前4年年均減少0.06 h，2014—2018年年均減少 0.15 h。究其原因，主要與不同時段的公路交通發展狀況有關，2010年，貴州省交通發展已初步形成了高等級交通網絡，使得通達性迅速提高，2014年以后，交通網絡發展主要集中在道路興建、改善模塊，大大縮短了城市間的出行時間，使得通達性的提升較為顯著。在2010—2014年段下降較緩，貴州省重點建設交通干線和內環線，周邊城市交通建設慢與貴陽市等中部城市，加大了區域間通達性差距，變動明顯放緩。在2014—2018年，通達性平均值下降明顯，道路建設增強了邊緣城市和中心城市地區的聯系，區域間通達性差異明顯縮小。

4 貴州省道路網絡通達性影響因素分析

4.1 道路網絡通達性影響因素指標體系構建

道路通達度影響因素較多，主要有社會、經濟和自然環境等。考慮文中研究背景，選取了較多自然因素，其中石漠化因子是喀斯特地區區別于其他區域的典型不良地質因子，已有研究表明，石漠化不僅會影響區域人口分布，還會對經濟活動和土地產出有重大影響[30]。由于實際數據獲取和效果模擬影響，最終，選取海拔(K1)、坡度(K2)、地形起伏度(K3)、石漠化面積(K4)、人均生產總值(K5)、政府固定投資(K6)和常住人口(K7)等7個影響因子，利用ArcGIS10.2中的自然斷裂點法將7個影響因子化為六級，創建30 km×30 km的漁網點提取通達性變化值一同導入地理探測器，研究各要素之間對貴州省道路網絡通達性空間分異的影響,如表2所示。

4.2 道路網絡通達性影響因素探測

各因子對道路網絡通達性空間分異的影響大小順序為K5>K1>K6>K7>K4>K3>K2,如表3所示，整體q值較小，說明單個因子對研究區通達性的空間分布解釋能力較弱。通過比較q-Value 值較高、p-Value值較低的因子進行篩選，K5,K1,K6,K7的q較大，說明海拔、人均GDP、政府固定投資和常住人口對通達性空間分異起主導作用，對應p值在置信區間0.05下分別為0.00,0.00,0.00,0.00。交互探測器探測單因子對道路網絡通達性的空間分異作用要小于雙因子間的交互作用，如圖7所示，其中K4∩K1,K5∩K2,K5∩K3,K3∩K1,K7∩K6,K4∩K5,K5∩K7,K5∩K1,K5∩K6的影響力q值均大于0.5，q值最小是K2∩K3的0.109，q值最大是K5∩K1為0.654，表明研究區內海拔和人均GDP交互作用對通達性變化的影響最大。雙因子增強的q值明顯高于非線性增強，雙因子增強的交互因子主要包括人均GDP、政府固定投資、常住人口和海拔，表明復雜地形和經濟投資是影響通達性空間分異的主要因素。

表3 貴州省道路網絡通達性影響因素指標選擇

圖7 通達性空間分異影響因子之間的交互作用

5 結束語

5.1 結 論

以貴州省基礎道路網絡數據為對象，運用時間旅行加權模型進行通達性計算，并結合 GIS空間分析技術，分析貴州省道路網絡的通達性水平空間格局及演化規律，主要得到以下研究結論：

1)貴州省道路網絡密度分布密集部分主要在“安順-貴陽-銅仁”這條東西沿線上，各市州中心也是高密度中心區域，網絡結構相對完善。路網連通度差異明顯，高連接性道路軸線較少，存在部分區縣的路網布局不完善。

2)貴州省道路網絡通達性以貴陽市為核心呈“同心圈層”結構向外遞增，且西部市州的通達性優于東部市州。2010—2018年貴州省城市通達性在空間上呈現高-高、低-低的聚集特征，貴陽市一直是高-高聚集區域，局部區域通達性的空間聚集不平衡。

3)2010—2018年間，貴州省道路通達性空間格局變化分異明顯，主要節點城市通達性的空間分布格局總體變動不大，邊緣地區通達性水平的提升始終比核心地區大。道路網絡的逐步完善極大地提高了城市之間的通達性，但在不同的研究時段內，通達性變化幅度呈現出不同的特點，2014—2018年時間段內通達性優化程度高于2010—2014年，在第一階段出現由東往西方向逐漸減弱的趨勢，而在第二階段變化幅度呈四周向核心遞減。

4)地理探測器探測結果表明：貴州省道路網絡通達性空間變異具有多因素驅動的特點。就單因子而言，對通達性變化影響強度的關鍵因子由高到低的順序為人均GDP>海拔>固定資產>常住人口>石漠化>地表起伏度>坡度；而多因子間交互作用對通達性變化的影響大于單因子作用，雙因子增強對通達性變化的影響大于非線性增強，其中受人均GDP和海拔兩個交互因子的共同作用最大，探測值q=0.654。

5.2 建 議

針對貴州省現階段的道路網絡通達性特征，提出以下建議：

1)貴州省道路網絡通達性呈現多中心極化特征，且西部區域的通達性優于東部，應適度發展東部區域道路網絡，增強道路網絡的平衡和穩定性，加強區域之間的聯系。

2)綜合考慮道路網絡合理性、經濟帶動性、投資可行性以及生態環境的可持續等方面，新增補充完善路線方案，擴大道路網絡的覆蓋面和規模，增加道路網絡的延伸度，對待建高速公路進行合理排序。

3)由于貴州省目前較少軌道交通線路，文中未作考慮，且道路網絡通達性需要考慮的因素很多，如費用、出行動機等，后續可進一步深究。