陳太政，李斌，2

(1.河南大學(xué)環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院，河南開封475004;2.中澳地理信息分析與應(yīng)用研究所，河南開封475004)

0 引言

20世紀(jì)90年代初，張文嘗等在國(guó)內(nèi)外首次提出了空間運(yùn)輸聯(lián)系的生成、增長(zhǎng)、分布和交流的4個(gè)基本規(guī)律，這對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)分析和交通規(guī)劃具有重要的參考價(jià)值[1]。對(duì)空間運(yùn)輸聯(lián)系交流規(guī)律的區(qū)域研究，重要意義在于，能夠認(rèn)識(shí)不同區(qū)域的開放性及其彼此間的聯(lián)系方向、強(qiáng)弱和特征，為生產(chǎn)力的空間布局與分工協(xié)作提供科學(xué)依據(jù)[2]。

河南省是內(nèi)陸大省，公路運(yùn)輸在河南經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中起著重要作用。從客運(yùn)生成量[3]來看，近20年來河南省公路客運(yùn)與其他旅客運(yùn)輸方式相比一直處于主導(dǎo)地位且增長(zhǎng)較快。從客運(yùn)周轉(zhuǎn)量[3]來看，公路客運(yùn)與鐵路客運(yùn)則大體相當(dāng)。這正好說明公路客運(yùn)的運(yùn)距較小，在研究客流空間運(yùn)輸聯(lián)系時(shí)，公路客運(yùn)更加適合省域尺度。

從省域尺度研究上，苗長(zhǎng)虹，王海江[4]利用河南省公路、鐵路和航空客運(yùn)方面的具體統(tǒng)計(jì)資料進(jìn)行實(shí)證研究，驗(yàn)證了城市之間的經(jīng)濟(jì)聯(lián)系強(qiáng)度與公路、鐵路客運(yùn)之間確實(shí)有著極強(qiáng)的線性相關(guān)性;段利娟[5]對(duì)河南省公路旅客的空間運(yùn)輸聯(lián)系進(jìn)行了探討，但沒有涉及交流規(guī)律。其他研究多集中在貨運(yùn)及其與經(jīng)濟(jì)的關(guān)系[6-8]，對(duì)研究公路客運(yùn)也有一定的借鑒意義。

河南省內(nèi)跨縣公路旅客交流關(guān)系復(fù)雜，O-D矩陣數(shù)據(jù)手工運(yùn)算煩瑣。目前，GIS在交通運(yùn)輸中的應(yīng)用多集中在智能交通系統(tǒng)、交通規(guī)劃管理、可達(dá)性分析[9-12]等領(lǐng)域，而在區(qū)域旅客運(yùn)輸聯(lián)系方面應(yīng)用較少。從技術(shù)手段上看，以往的客流研究對(duì)GIS技術(shù)重視不夠，而客流的研究?jī)H用數(shù)理分析難以反映其區(qū)域布局、聯(lián)系方向、變化趨勢(shì)等空間規(guī)律。GIS分析技術(shù)正好彌補(bǔ)了這方面的不足，能從更深層次挖掘客運(yùn)交流規(guī)律。

因此，選取河南省公路客運(yùn)為研究對(duì)象，通過定量的方法，運(yùn)用GIS軟件工具及開發(fā)包，對(duì)河南省縣級(jí)以上區(qū)域公路客運(yùn)空間運(yùn)輸聯(lián)系規(guī)律進(jìn)行深入探討。

1 地域間旅客空間運(yùn)輸聯(lián)系評(píng)價(jià)指標(biāo)

1.1 輸出指標(biāo)

輸出量指某區(qū)域i向其他區(qū)域j輸出的公路旅客數(shù)量，包括不同方向的輸出量，是評(píng)價(jià)區(qū)域間客流的重要指標(biāo)，公式為:

式中:Oi是區(qū)域i的輸出總量;Oij是區(qū)域i到區(qū)域j的輸出量;n為輸出區(qū)域個(gè)數(shù)。

1.2 輸入指標(biāo)

輸入量指某區(qū)域j自區(qū)域i輸入的公路旅客數(shù)量，是評(píng)價(jià)區(qū)域間旅客交流的重要指標(biāo)，公式為:

式中:Di是區(qū)域i的輸入總量;Dij是區(qū)域i從區(qū)域j的輸入量;n為輸入?yún)^(qū)域個(gè)數(shù)。由上可知Oij=Dij。

1.3 交流量

指區(qū)域輸入量與輸出量之和，即雙向交流的旅客數(shù)量。包括總交流量和某個(gè)區(qū)域分交流量。

1.4 最大引力線

O-D矩陣中，對(duì)各個(gè)區(qū)域(i)選取其最大的輸出量

這樣獲得各個(gè)區(qū)域(i)對(duì)應(yīng)的吸引力最大的區(qū)域(i')，即區(qū)域(i)的“最大引力區(qū)域”，然后將ii和i’進(jìn)行兩兩連線，最后得到河南省各區(qū)域的“最大引力聯(lián)結(jié)線”分布圖。同樣的方法可以得到第二、第三等引力線聯(lián)結(jié)圖。聯(lián)結(jié)圖中，計(jì)算每個(gè)行政單元的聯(lián)結(jié)次數(shù)，能夠顯示該區(qū)域交通地位的中心性程度。

2 數(shù)據(jù)的處理與準(zhǔn)備

地域間客運(yùn)聯(lián)系的基礎(chǔ)資料獲得和調(diào)查有一定的難度。本研究通過編制河南省跨縣(市)、地市、省長(zhǎng)途汽車客運(yùn)班線調(diào)查統(tǒng)計(jì)表，由省內(nèi)當(dāng)?shù)氐耐瑢W(xué)根據(jù)2007年汽車站的具體情況填寫。不足的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)、交通運(yùn)輸部門查詢獲得。獲得的數(shù)據(jù)經(jīng)過分析整理，換算成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，輸入數(shù)據(jù)庫(kù)。

圖形數(shù)據(jù)是2005年由中國(guó)地圖出版社編制出版發(fā)行的中華人民共和國(guó)省級(jí)行政單元系列圖——河南省地圖矢量化而成。通過ArcMap軟件將圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)連接，以便分析計(jì)算。

2.1 節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)

為了更加清晰地表達(dá)公路客流空間運(yùn)輸聯(lián)系規(guī)律，本研究根據(jù)河南統(tǒng)計(jì)年鑒2008將河南省各個(gè)級(jí)別的126個(gè)行政單元分為兩大類:城市(38個(gè))和縣級(jí)點(diǎn)(88個(gè))。2007年各級(jí)各類城市中省轄市18個(gè)，縣級(jí)市20個(gè)。根據(jù)城市人口分類見表1。

表1 河南省城市等級(jí)規(guī)模(2007)Tab.1 Hierarchical size structure in Henan Province(2007)

2.2 運(yùn)算工具

各類屬性數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)運(yùn)算可以通過Excel，Spss等統(tǒng)計(jì)工具完成，而各個(gè)節(jié)點(diǎn)的聯(lián)系規(guī)律和強(qiáng)度用可視化表達(dá)則更直觀明了。本研究根據(jù)交流數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，在Arc-GIS平臺(tái)上通過VBA編程，調(diào)用調(diào)查整理得到的客運(yùn)OD數(shù)據(jù)，通過最大的輸出量等指標(biāo)，自動(dòng)生成河南省空間運(yùn)輸聯(lián)系網(wǎng)絡(luò)圖，通過分析，確定河南省公路客運(yùn)聯(lián)系模式。程序代碼省略。

3 空間運(yùn)輸聯(lián)系規(guī)律

地域間旅客交流是反映地域社會(huì)經(jīng)濟(jì)空間結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要方面，交流規(guī)律是空間聯(lián)系的本質(zhì)規(guī)律，它反映不同地域間的緊密結(jié)合程度。對(duì)我省地域間旅客交流進(jìn)行定量與定性分析，有助于客運(yùn)工作的深化和交通網(wǎng)布局的改善。

3.1 交流量分析

就河南省126個(gè)行政單元來說，數(shù)據(jù)量較大，且許多縣級(jí)點(diǎn)發(fā)往其他區(qū)域的線路較少，因此在分析交流特征時(shí)，僅采用了河南省38個(gè)城市數(shù)據(jù)。這樣不僅運(yùn)算高效，而且清晰明了。城市間的O-D流量矩陣數(shù)據(jù)較多，文中無法一一列舉。表2是城市前20位日交流量比較，表明如下特征。

表2 河南省城市間日交流量(前20位)Tab.2 Intercity daily passenger exchange volume in Henan Province(the first twenty places)

(1)河南省各個(gè)城市間的公路客運(yùn)輸出量和輸入量差別不大。這說明了公路客運(yùn)的一個(gè)特點(diǎn)，客運(yùn)車輛屬于某個(gè)客運(yùn)公司，定時(shí)發(fā)往某地，定時(shí)返回。(2)前兩位城市的交流量地位突出。鄭州市的交流量是3 867.4班次，占到總數(shù)的17%;洛陽市的交流量是2 054.8班次，占到總數(shù)的9.1%。兩城市的合計(jì)超過了1/4。(3)客運(yùn)交流多集中在大中城市，小城市的交流量比重小。排位前17的城市都為地市級(jí)城市，它們的累計(jì)交流量超過了總數(shù)的3/4，占到75.4%。(4)長(zhǎng)葛市、禹州市、登封市等小城市的交流量突出。它們的區(qū)位優(yōu)越，臨近大城市是主要原因;另外它們都有特色產(chǎn)業(yè)，加大了對(duì)外聯(lián)系程度。(5)信陽市的城市交流班次較少。主要原因是信陽位于河南最南端，周圍沒有小城市與其產(chǎn)生密切交流。

為說明不同城市類型間的客運(yùn)交流情況，根據(jù)表1的城市分類，統(tǒng)計(jì)不同城市規(guī)模間交流量見表3。

表3 河南省城市交流量分類Tab.3 The classifications of intercity daily passenger exchange volume in Henan Province

特大城市間即鄭州—洛陽間交流量為320班次，比重為2.83%。特大城市與小城市間交流量最大，為19.46%，近總量的1/5。說明特大城市對(duì)小城市的吸引力遠(yuǎn)大于大、中城市對(duì)小城市的吸引力，極化效應(yīng)明顯。位居第二的是特大城市與大城市的交流量，比重為16.86%。特大城市與其他城市間的交流量總和比重達(dá)49.52%，近總量的一半。這足以說明鄭州市、洛陽市是河南省公路客運(yùn)的主、副中心。

河南省有小城市21座，總公路旅客交流量為總量的47.71%。小城市與小城市、中等城市、大城市、特大城市的交流量依次增大，比重分別是4.24%，7.87%，16.14%和19.46%。說明規(guī)模較小的城市，相互間的引力較小，客流量就較小;隨著城市規(guī)模的增大，其對(duì)較低層次城市的引力也隨之增大(圖1)。

圖1 小城市與其他城市間的交流量Fig.1 Intercity daily passenger exchange volume between small cities and other cities

3.2 首、次位聯(lián)系城市分析

表4 城市首、次位城市聯(lián)系比較(≥3次)Tab.4 Connections of primate cities and second place cities(≥3 times)

客運(yùn)中的地位非常突出。鄭州市的首位連接城市是開封市，次位連接城市是洛陽市。鄭汴快速通道的開通大大加大了開封、鄭州兩市的公路客運(yùn)聯(lián)系，兩市的公路客運(yùn)日交流達(dá)410班次。鄭州、洛陽作為河南兩座特大城市，之間的交流量也非常大，洛陽作為鄭州的次位連接城市，日交流量高達(dá)320班次。鄭州則是洛陽的首位連接城市。

首、次位連接次數(shù)位于3～5次的城市分別是南陽、焦作、漯河、周口、新鄉(xiāng)等市。它們的交流量較大，是區(qū)域聯(lián)系的分中心。開封、平頂山兩城市的交流量也較大，但是它們作為首、次位城市連接的次數(shù)僅為一次。主要原因是它們位于特大城市鄭州、洛陽的勢(shì)力范圍之內(nèi)，另外兩城市作為中轉(zhuǎn)的機(jī)會(huì)遠(yuǎn)大于作為首、次位連接城市的機(jī)會(huì)。信陽作為地市級(jí)的中等城市，卻沒有一個(gè)首、次位城市與其連接，它的交流量也較小。原因是信陽市周圍大城市少，與河南省以北城市的客運(yùn)聯(lián)系通過鐵路的機(jī)會(huì)較大。禹州、新密、輝縣等小城市作為首、次位連接城市達(dá)到2次，它們的日交流量相對(duì)較大，聯(lián)系范圍相對(duì)較小。說明它們區(qū)位優(yōu)越，與周邊城市聯(lián)系緊密，但輻射能力有限。

為更能全面反映城市之間公路客流的關(guān)系和流量，生成了前6位城市連接關(guān)系圖，即每個(gè)城市與其流量最大的前6位城市進(jìn)行連接(圖4)。同理也生成了河南省包括縣城在內(nèi)的126個(gè)縣級(jí)以上行政單元的首、次位連接圖(圖5)。

圖4流量前6位城市連接圖Fig.4 Linkages of cities of the first six exchange volume

圖4表明，大中城市的連接次數(shù)明顯高于小城市。京廣線以西的城市連接網(wǎng)密度明顯高于東部，這與東部城市個(gè)數(shù)較少及河南省的幾何形狀關(guān)系密切。

鄭州市、洛陽市的連接次數(shù)最多，地位非常突出。許昌、開封、新鄉(xiāng)三市的區(qū)位優(yōu)勢(shì)明顯，公路客運(yùn)水平較高。許昌市幾乎位于河南省的幾何中心位置上，是其他

圖5 縣級(jí)行政單元首、次位連接圖Fig.5 The first 2 linkages of cities among county-level administrative units

城市間旅客交流的必經(jīng)之道;開封市位于鄭州的門戶，旅游資源豐富，連接?xùn)|、中部和南北客運(yùn)中轉(zhuǎn)方面地位優(yōu)越;新鄉(xiāng)市連接河南的中、北部，鄭新公交的開通將大大加強(qiáng)鄭州在北部的輻射能力及兩城市間的聯(lián)系(表5)。另外，南陽市位于河南南部，區(qū)位優(yōu)勢(shì)不明顯，但仍有較高的連接度。說明南陽市的客運(yùn)引力較大，要充分發(fā)揮其西南客運(yùn)中心的地位。平頂山、漯河的區(qū)位居中，也有較高的連接度。長(zhǎng)葛市、禹州市等縣級(jí)市的連接次數(shù)也達(dá)到了11次，其在城市間客運(yùn)交流中起到了重要作用。信陽市的連接次數(shù)較少，僅為8次，是地級(jí)市中唯一小于10次的城市。

表5 流量前6位城市間連接次數(shù)Tab.5 The number of linkages of cities of the first six exchange volume

圖5中兩個(gè)特征非常明顯。第一，各個(gè)地級(jí)城市一般都作為管轄縣、市的首位連接城市。行政等級(jí)的劃分使其內(nèi)部的緊密聯(lián)系成為必然，給行政管理帶來方便，產(chǎn)生了一定的積極作用。同時(shí)這種格局也制約了市場(chǎng)體制下公司客運(yùn)體制的發(fā)展速度，高效、集約的發(fā)展模式受到一定限制。第二，在次位城市連接中，鄭州市作為省會(huì)極化效應(yīng)明顯，輻射范圍波及全省。洛陽作為河南省的次中心，地位遠(yuǎn)不及鄭州。

3.3 公路客流的距離衰減規(guī)律

空間相互作用強(qiáng)弱受距離的影響比較明顯。河南省公路客流同樣具有顯著的距離衰減規(guī)律。對(duì)調(diào)查整理的126個(gè)行政單元公路客流數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，利用Arc-GIS軟件的距離運(yùn)算功能，客流班次在不同距離段上的分布結(jié)果見表6。

表6 河南省公路客流距離衰減規(guī)律Tab.6 The distance-decay effect of the flow of highway passenger in Henan Province

表6顯示，河南省公路客流班次90%集中在170 km以內(nèi)的區(qū)域內(nèi)，其中客流分布最為集中的是距離在20～70 km的行政單元間，其值超過了總流量的一半。這說明在河南省域單元內(nèi)部，組織好70 km以內(nèi)的中、短途公路客運(yùn)對(duì)區(qū)域的交流最具社會(huì)意義，尤其是以地級(jí)市為中心的區(qū)域樞紐應(yīng)該重點(diǎn)加強(qiáng)建設(shè)。

根據(jù)表中數(shù)據(jù)，繪制公路客流隨空間距離增加而變化的曲線圖，更進(jìn)一步說明了河南省公路客流的距離衰減特征(圖6)。

圖6 河南省公路客流距離衰減規(guī)律Fig.6 The distance-decay effect of the flow of highway passenger in Henan Province

在客流量累計(jì)百分比和距離的關(guān)系中，70 km以內(nèi)的數(shù)據(jù)線性擬合最好，表達(dá)式為:y=10.382x-2.814 2，R2=0.995 7;在70～170 km的距離間，數(shù)據(jù)線性擬合表達(dá)式是:y=2.982 3x-57.466，R2=0.980 7。從方程的斜率看，隨距離增加數(shù)值由10.382降到2.982 3，說明70 km處是一轉(zhuǎn)折點(diǎn)，之后公路客流量隨距離增加衰減速度明顯加快，大于170 km的客運(yùn)量不足10%。

在客流量分配百分比和距離的關(guān)系中，我們看出指數(shù)擬合的精度較高，其表達(dá)式為:y=19.57e-0.1616x，R2=0.915 9。其中0.161 6為距離對(duì)客流的摩擦系數(shù)。如果對(duì)流量和距離進(jìn)行冪函數(shù)擬合，得到表達(dá)式為:y=125.77x-1.909 6，R2=0.744 3。其中1.909 6為客流隨距離增加而衰減的彈性系數(shù)。兩數(shù)值較大，表明客流隨距離衰減較快，城市間短途流所占比重較大。

4 結(jié)論

本研究通過河南省長(zhǎng)途汽車客運(yùn)班線O-D數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，以ArcGIS+VBA編程為軟件工具，得到了河南省空間運(yùn)輸聯(lián)系網(wǎng)絡(luò)圖，確定了河南省公路客運(yùn)聯(lián)系模式。模擬運(yùn)算表明:(1)河南省各城市間的公路客運(yùn)輸出量和輸入量差別不大。鄭州市、洛陽市的交流量最大，是河南省公路客運(yùn)的主、副中心。規(guī)模較小的城市，相互間的引力較小，客流量較小，隨著城市規(guī)模的增大，其對(duì)較低層次城市的引力也隨之增大，特大城市對(duì)小城市的客運(yùn)引力最大。(2)河南省公路客運(yùn)輸出量首、次位連接次數(shù)表明，鄭州市作為省會(huì)極化效應(yīng)明顯，輻射范圍波及全省。(3)從河南省公路客流分布和距離關(guān)系擬合圖中看出，河南省公路客流的距離衰減規(guī)律明顯，短途流所占比例較大。做好河南省70 km以內(nèi)的客流規(guī)劃意義重大，70～170 km客流量衰減速度明顯加快。

在省域尺度上，所用方法為研究其他省、市客流、物流問題提供了參考。GIS工具對(duì)地理空間問題的分析優(yōu)勢(shì)明顯，在問題的模擬運(yùn)算、成果分析等方面都起到了有力的支撐作用。

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