郝京京，張 玲，戢曉峰，郝慶宇

(1.西南交通大學交通運輸與物流學院成都610031；2.昆明理工大學交通工程學院昆明650504；3.云南省現(xiàn)代物流工程研究中心，昆明650504；4.長春市市政工程設(shè)計研究院，長春130000)

0 引言

當前，國家層面給予了交通領(lǐng)域更多的政策和資金傾斜，極大地促進了交通基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展.然而，當前交通基礎(chǔ)設(shè)施的布局規(guī)劃是典型的政府調(diào)控行為，加之我國空間治理方式逐漸由行政區(qū)分割管理向區(qū)域一體化綜合治理轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致交通基礎(chǔ)設(shè)施的空間結(jié)構(gòu)和功能更為復(fù)雜.因此，如何精準估計交通基礎(chǔ)設(shè)施空間屬性相關(guān)數(shù)據(jù)，獲取其空間發(fā)展的規(guī)律性特征，為區(qū)域交通基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃布局與資源配置提供參數(shù)支持和理論依據(jù)，是破除當前交通基礎(chǔ)設(shè)施存量有效利用不足急需解決的關(guān)鍵技術(shù)問題.

交通基礎(chǔ)設(shè)施的空間屬性特征一直受到國內(nèi)外學者的普遍關(guān)注，提倡以地理學的視角，構(gòu)建交通運輸活動空間特征的分析方法體系.如文獻[1]闡述了貨物運輸?shù)牡乩韺W意義，發(fā)現(xiàn)其地理分布存在顯著差異；文獻[2]通過構(gòu)建空間耦合協(xié)調(diào)模型，分析了綜合運輸可達性與物流經(jīng)濟的空間分異及耦合協(xié)調(diào)特征，為區(qū)域交通基礎(chǔ)設(shè)施的優(yōu)化布局提供了新的參考；文獻[3]考慮空間溢出效應(yīng)，通過構(gòu)建交通基礎(chǔ)設(shè)施空間溢出理論模型，有效驗證了交通基礎(chǔ)設(shè)施的正向溢出效應(yīng).同時，相關(guān)學者也逐漸開始關(guān)注交通基礎(chǔ)設(shè)施空間屬性特征在區(qū)域交通規(guī)劃中的適用性，提出傳統(tǒng)以滿足需求為主的區(qū)域交通規(guī)劃中應(yīng)當考慮交通基礎(chǔ)設(shè)施空間屬性相關(guān)數(shù)據(jù)[4].如文獻[5]基于因果檢驗，對陜西省公路交通資源配置效率進行評估，發(fā)現(xiàn)交通基礎(chǔ)設(shè)施的空間屬性數(shù)據(jù)在區(qū)域交通規(guī)劃中存在不可忽視性；文獻[6]運用逐步回歸分析方法提出了交通陰影效應(yīng)，并實際應(yīng)用于航空貨運網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中，有效提升了網(wǎng)絡(luò)整體運行效率；文獻[7]基于軸輻理論，考慮物流節(jié)點及運輸通道的空間影響特征，提出了區(qū)域物流網(wǎng)絡(luò)空間優(yōu)化的方法體系，有效降低了物流運作成本.

綜上，可以發(fā)現(xiàn)交通基礎(chǔ)設(shè)施的空間屬性特征一直是地理學及經(jīng)濟學領(lǐng)域的研究重點，分別從空間分異及空間耦合等方面進行系統(tǒng)分析及特征提取，并將其納入?yún)^(qū)域交通規(guī)劃的流程體系.然而，現(xiàn)有研究并未提出空間屬性參數(shù)的理論概念，也并未形成系統(tǒng)的評估方法體系，難以為區(qū)域交通規(guī)劃及交通資源配置提供精準的參數(shù)輸入及決策支持.因此，本文在對交通基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展水平評價的基礎(chǔ)上，從空間異質(zhì)性和空間依賴性兩個方面，定義空間異質(zhì)系數(shù)和空間依賴系數(shù)，建立空間特征參數(shù)的多維估計方法體系.

1 模型構(gòu)建

1.1 問題描述

空間異質(zhì)性和空間依賴性是地理學研究領(lǐng)域描述某一要素空間發(fā)展特征的核心指標，可以全面展現(xiàn)要素的空間屬性特征.因此，本文從空間異質(zhì)特性和空間依賴特性兩個方面，定義空間異質(zhì)系數(shù)和空間依賴系數(shù)為交通基礎(chǔ)設(shè)施的兩大空間特征參數(shù)，構(gòu)建交通基礎(chǔ)設(shè)施空間屬性參數(shù)的多維估計方法，主要包含空間異質(zhì)系數(shù)估計模型和空間依賴系數(shù)估計模型.其中，空間異質(zhì)系數(shù)估計模型主要測度交通基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展水平值在不同空間尺度下的空間差異性，反映交通基礎(chǔ)設(shè)施在空間分布上的波動情況和偏離程度；而空間依賴系數(shù)估計模型主要考量不同空間尺度下空間單元間的相互影響力，表征空間單元間交通基礎(chǔ)設(shè)施相互作用的大小和方向.通過上述兩個模型，分別輸出空間異質(zhì)系數(shù)和空間依賴系數(shù)，作為交通基礎(chǔ)設(shè)施的兩個空間屬性參數(shù)，用以保證區(qū)域交通規(guī)劃及資源配置兼顧公平和效率.同時，交通基礎(chǔ)設(shè)施水平的測度是進行空間特征參數(shù)建模分析的基礎(chǔ)，基于發(fā)展實力和發(fā)展?jié)摿Φ碾p重視角，構(gòu)建交通基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展水平的評價指標體系，如圖1所示.具體數(shù)據(jù)來源，如表1所示.

1.2 空間異質(zhì)系數(shù)估計模型

引入空間分異理論[8]，按照“內(nèi)部空間—交互空間—整體空間”的基本思路，構(gòu)建空間異質(zhì)系數(shù)估計模型，具體模型為

式中：Ii(intra)表示城市尺度下城市研究單元i(或省域尺度下省域研究單元i)的交通基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展水平內(nèi)部異質(zhì)系數(shù)；Iinter表示城市尺度下城市研究單元間(或省域尺度下省域研究單元間)交通基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展水平外部異質(zhì)系數(shù)；I表示城市尺度下(或省域尺度下)交通基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展水平整體異質(zhì)系數(shù)；yij表示城市研究單元i內(nèi)縣級研究單元j(或省域研究單元i內(nèi)市級研究單元j)的交通基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展水平評價值；Yi表示城市研究單元(或省域研究單元)i的交通基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展水平評價值；Y表示研究區(qū)域整體交通基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展水平評價值；xij表示城市研究單元i內(nèi)縣級研究單元j(或省域研究單元i內(nèi)市級研究單元j)的質(zhì)量；Xi表示城市研究單元(或省域研究單元)i的質(zhì)量；X表示研究區(qū)域整體的質(zhì)量，均用總?cè)丝跀?shù)與人均GDP乘積表示；N表示縣級研究單元的個數(shù)；M表示城市研究單元的個數(shù).

圖1 交通基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展水平評價指標體系Fig.1 Evaluation index system for the development of transportation infrastructure

表1 數(shù)據(jù)來源Table 1 Data source

1.3 空間依賴系數(shù)估計模型

引入空間剝奪理論[9]，基于“全域—局域”的基本思路，構(gòu)建空間依賴系數(shù)估計模型，具體模型為

式中：Moran′sI表示城市尺度下(或省域尺度下)交通基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展水平的全域依賴系數(shù)，Zd為其標準形式；Km和Kn代表城市研究單元m和n(或省域研究單元m和n)的交通基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展水平評價值，表示平均值，S2表示方差值；Wmn代表空間權(quán)值矩陣，為0-1決策變量，當研究單元m和研究單元n相鄰時，取值為1，否則取值為0；k代表研究單元數(shù)量.

為進一步分析研究區(qū)域中某一空間單元與鄰近空間單元間的相互作用方向和大小，計算城市尺度下城市研究單元m(或省域尺度下省域研究單元m)的局域依賴系數(shù).

式中：Moran′sIm表示城市尺度下城市研究單元m(或省域尺度下省域研究單元m)交通基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展水平的局域依賴系數(shù)，Z(Moran′sIm)為其標準形式；wmn表示空間權(quán)重矩陣的標準形式.

2 實例分析

2.1 交通基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展水平評價

當前，國家層面給予了西部12省等重點地區(qū)更多的政策和資金傾斜，大力修建交通基礎(chǔ)設(shè)施，在此背景下更需要通過估計其交通基礎(chǔ)設(shè)施的空間屬性數(shù)據(jù)，為“一帶一路”及跨境通道等重大交通基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃提供決策參考.因此，選取我國西部12省為研究區(qū)域，運用基于主成分的動態(tài)因子分析方法，對所收集數(shù)據(jù)進行降維處理，依據(jù)累計方差貢獻率大于85%的原則，選取了累計方差貢獻率達97.15%的3個因子作為公因子，并采用方差最大法計算得出旋轉(zhuǎn)成分矩陣，如表2所示.

表2 因子特征值、方差貢獻率及累計方差貢獻率計算結(jié)果Table 2 The characteristic value,variance contribution rate and cumulative variance contribution rate of each factor

進一步運用熵權(quán)法確定3個公因子的權(quán)重值，計算出交通基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展水平評價值，并運用K-均值聚類方法，借助ArcGIS可視化平臺，對不同尺度下西部12省的交通基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展水平進行分析.可以看出：省域尺度下交通基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展水平整體上呈現(xiàn)東高西低，并且由東向西逐漸遞減的“梯度”型空間分布格局，如圖2所示.城市尺度下交通基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展呈現(xiàn)“T”字型空間結(jié)構(gòu)，初步顯現(xiàn)多點多級的帶狀發(fā)展格局，如圖3所示.

2.2 空間異質(zhì)系數(shù)估計結(jié)果

在獲取交通基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展水平評價值的基礎(chǔ)上，運用式(1)～式(3)分別計算出城市和省域尺度下西部12省的整體異質(zhì)系數(shù)、內(nèi)部異質(zhì)系數(shù)和外部異質(zhì)系數(shù)，并將模型進行分解，分別計算出內(nèi)部與外部異質(zhì)系數(shù)對整體異質(zhì)系數(shù)的貢獻率，如表3所示.

(1)省域尺度下交通基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展水平的整體異質(zhì)系數(shù)為0.251，空間差異較小，可以發(fā)現(xiàn)省域尺度下交通基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展較為均衡，我國區(qū)域協(xié)調(diào)及均衡發(fā)展等宏觀戰(zhàn)略在省級層面取得了較好成效.其中，省域單元內(nèi)部差異是造成交通基礎(chǔ)設(shè)施整體差異的主要原因，影響程度在65%以上，反映出省域單元內(nèi)部受省會城市和經(jīng)濟中心城市的輻射作用明顯，普遍呈現(xiàn)極化發(fā)展態(tài)勢.

圖2 西部12省省域尺度下交通基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展水平格局Fig.2 The development level in the provincial scale of 12 provinces of western China

圖3 西部12省城市尺度下交通基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展水平格局Fig.3 The development level in the city scale of 12 provinces of western China

表3 交通基礎(chǔ)設(shè)施空間異質(zhì)系數(shù)的計算結(jié)果Table 3 The spatial heterogeneity coefficient of transportation infrastructure

(2)城市尺度下交通基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展水平的整體異質(zhì)系數(shù)為0.552，空間差異顯著，極化效應(yīng)明顯，可以發(fā)現(xiàn)城市尺度下交通基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展具有顯著的空間異質(zhì)特性.其中，城市單元間的差異是造成交通基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展差異的主要原因，影響程度在73%以上.可以看出，隨著我國西部地區(qū)城市化進程的加快，城市群經(jīng)濟的空間集聚效應(yīng)逐漸顯現(xiàn)，交通投資及設(shè)施建設(shè)逐漸向經(jīng)濟發(fā)展、資源稟賦及區(qū)位優(yōu)勢較好的城市集聚.因此，在進行交通基礎(chǔ)設(shè)施布局規(guī)劃及優(yōu)化調(diào)整時，應(yīng)該注重統(tǒng)籌兼顧城市單元間的公平性.

2.3 空間依賴系數(shù)估計結(jié)果

在獲取交通基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展水平評價值的基礎(chǔ)上，運用式(4)～式(7)分別計算出省域和城市尺度下的全域依賴系數(shù)，并進行顯著性檢驗，如表4所示.

(1)省域尺度下交通基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展水平的全域依賴系數(shù)Moran′sI值為0.079，P值為0.055，大于顯著性水平0.05，檢驗結(jié)果不顯著，可以看出省域尺度下交通基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展的空間依賴性較弱，表明省級單元間交通基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展較為獨立，其空間溢出效應(yīng)不明顯.

表4 交通基礎(chǔ)設(shè)施全域依賴系數(shù)的計算結(jié)果Table 4 The total domain dependency coefficient of transportation infrastructure

注：帶***的數(shù)據(jù)分別表示在99%置信度下顯著.

(2)城市尺度下交通基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展水平的全域依賴系數(shù)Moran′sI值為0.179，P值為0.005，小于顯著性水平0.01，檢驗結(jié)果十分顯著，可以看出城市尺度下交通基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展具有顯著的空間依賴特性，其空間溢出效應(yīng)較為明顯.進一步運用式(8)和式(9)計算西部12省131個城市的局域依賴系數(shù)，并依據(jù)計算結(jié)果將其分為4種空間關(guān)系，如圖4所示.可以看出，交通基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃布局可以更多關(guān)注高高集聚區(qū)(HH)和低低集聚區(qū)(LL)等空間依賴性較高和正向空間溢出效應(yīng)明顯的城市單元，可以有效帶動周圍區(qū)域的發(fā)展，提升交通資源的整體利用效率.

圖4 西部12省交通基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展的空間關(guān)系類型Fig.4 The spatial relationship type of transportation infrastructure of 12 provinces of western China

3 情景假設(shè)分析

為演示交通基礎(chǔ)設(shè)施空間特征參數(shù)對交通資源優(yōu)化配置的決策價值，借鑒空間計量經(jīng)濟學相關(guān)理論，選取國際公路通車里程(X1)、國際貨物周轉(zhuǎn)量(X2)、人均GDP(X3)作為解釋變量，構(gòu)建空間滯后模型為

式中：LOGl代表研究單元l的交通基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展水平；δ為空間自回歸系數(shù)，表示相鄰空間研究單元對本空間研究單元的影響作用關(guān)系(該影響關(guān)系是一個矢量數(shù)據(jù))；W為空間權(quán)重矩陣；αl及εl分別為常數(shù)項和隨機誤差向量；βh(h=1,2,3)為變量系數(shù)，主要反映自變量Xh(h=1,2,3)對因變量LOG的影響；l為研究單元個數(shù).

依據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，對所構(gòu)建的模型進行求解，并與傳統(tǒng)回歸模型進行對比分析，結(jié)果如表5所示.可以看出，兩種模型的擬合優(yōu)度均高于0.8，具有較好的擬合效果.

進一步進行情景假設(shè)分析，假設(shè)高高集聚區(qū)(HH)和低低集聚區(qū)(LL)中城市單元的交通基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展水平分別提升：高(25.0%)、較高(15.0%)、低(5.0%)，計算所帶來的整體提升的情況，結(jié)果如表6所示.可以看出，3種情境下重慶、南寧、玉樹等城市交通基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展水平的提升有效帶動了其空間鄰接地區(qū)交通基礎(chǔ)設(shè)施不同程度的發(fā)展，并促使整個地區(qū)發(fā)展水平分別提升7.2%、4.1%、2.2%.可以看出，空間異質(zhì)系數(shù)和空間依賴系數(shù)等空間特征參數(shù)，對交通資源優(yōu)化配置具有顯著的決策價值.

表5 模型求解結(jié)果Table 5 Model solution

表6 情景假設(shè)分析Table 6 Scenario hypothesis analysis (%)

4 結(jié)論

通過構(gòu)建交通基礎(chǔ)設(shè)施的空間特征參數(shù)多維估計方法，系統(tǒng)獲取交通基礎(chǔ)設(shè)施空間發(fā)展的規(guī)律性特征，能夠為交通運輸資源優(yōu)化配置提供新的參數(shù)支持，是對現(xiàn)有區(qū)域交通運輸規(guī)劃理論的有效補充.

研究發(fā)現(xiàn)：省域尺度下交通基礎(chǔ)設(shè)施整體異質(zhì)系數(shù)為0.251，空間發(fā)展較為均衡，而其全域依賴系數(shù)大于0.05顯著性水平，空間依賴性較弱，空間溢出效應(yīng)不明顯；城市尺度下交通基礎(chǔ)設(shè)施整體異質(zhì)系數(shù)為0.552，空間分異特征明顯，而其全域依賴系數(shù)小于0.01顯著性水平，表現(xiàn)出較強的空間依賴特性，并呈現(xiàn)高高集聚區(qū)(HH)、高低集聚區(qū)(HL)、低低集聚區(qū)(LL)、低高集聚區(qū)(LH)4種空間發(fā)展關(guān)系.同時，通過情景假設(shè)分析，有效驗證了空間特征參數(shù)對交通運輸資源優(yōu)化配置的重要決策價值.考慮空間異質(zhì)系數(shù)和空間依賴系數(shù)，所建立的交通基礎(chǔ)設(shè)施空間特征參數(shù)多維估計方法在區(qū)域交通運輸規(guī)劃領(lǐng)域具有較好的適用性.

[1]HESSE M,RODRIGUE J P.The transport geography of logistics and freight distribution[J].Journal of Transport Geography,2004,12(3)：171-184.

[2]戢曉峰,郝京京,陳方.綜合運輸可達性與物流經(jīng)濟的空間分異及耦合[J].交通運輸系統(tǒng)工程與信息,2015,15(5)：24-31.[JI X F,HAO J J,CHEN F.Spatial differentiation and coupling between integrated transport accessibility and logistics economy[J].Journal of Transportation Systems Engineering and Information Technology,2015,15(5)：24-31.]

[3]張學良.中國交通基礎(chǔ)設(shè)施促進了區(qū)域經(jīng)濟增長嗎——兼論交通基礎(chǔ)設(shè)施的空間溢出效應(yīng)[J].中國社會科學,2012,37(3)：60-77.[ZHANG X L.Has transport infrastructure promoted regional economic growth?With an analysis of the spatial spillover effects of transport infrastructure[J].Social Sciences in China,2012,39(3)：60-77.]

[4]《中國公路學報》編輯部.中國交通工程學術(shù)研究綜述·2016[J].中國公路學報,2016,29(6)：1-161.[Editorial Department of China Journal of Highway and Transport.Review on China traffic engineering research progress：2016[J].ChinaJournalofHighway and Transport,2016,29(6)：1-161.]

[5]芮夕捷,宋宇萌.基于Granger因果性的陜西公路交通資源配置效率研究[J].中國公路學報,2017,30(9)：133-141.[RUI X J,SONG Y M.Research on allocation efficiency ofhighway transportation resources in Shaanxibased on granger-causality[J].China Journal of Highway and Transport,2017,30(9)：133-141.]

[6]KHAULA A ALKAABI,KEITH G DEBBAGE.The geography of air freight：connections to U.S.metropolitan economies[J].Journal of Transport Geography,2011,19(3)：1517-1529.

[7]郝京京,戢曉峰.云南省物流網(wǎng)絡(luò)空間優(yōu)化研究[J].交通信息與安全,2015,33(4)：119-126.[HAO J J,JI X F.Space optimization of logistics network in Yunnan province[J].JournalofTransportInformation and Safety,2015,33(4)：119-126.]

[8]付鑫,楊宇,孫皓.出租汽車出行軌跡網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜性與空間分異特征[J].交通運輸工程學報,2017,17(2)：106-116.[FU X,YANG Y,SUN H.Structural complexity and spatial differentiation characteristics of taxi trip trajectory network[J].Journal of Traffic and Transportation Engineering,2017,17(2)：106-116.]

[9]戢曉峰,歐思嘉,陳方,等.快速城市化地區(qū)公共交通的空間剝奪特征研究[J].交通運輸系統(tǒng)工程與信息,2015,15(6)：33-38.[JI X F,OU S J,CHEN F,et al.Spatial deprivation characteristics of public transportation in rapid urbanization area[J].Journal of Transportation Systems Engineering and Information Technology,2015,15(6)：33-38.]