高玉祥，韓 峰，段曉峰

(1.蘭州交通大學土木工程學院，甘肅 蘭州 730070; 2.蘭州交通大學測繪與地理信息學院，甘肅 蘭州 730070)

鐵路作為城市間最為重要的交通運輸方式，其便捷程度提升對于改善城市的經(jīng)濟、文化聯(lián)系有重要的作用。隨著社會的進一步發(fā)展，區(qū)域經(jīng)濟與交通運輸?shù)年P(guān)系越來越緊密，已成為影響人員流動和物資溝通的重要方式。楊麗華從交通的建設(shè)度、運輸度、通行度及關(guān)聯(lián)度等方面構(gòu)建交通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)水平的評價指標體系，運用交通度模型定量分析了京津冀各城市之間的交通網(wǎng)絡(luò)[1]。馬娟將層次分析法和功能層次分析法結(jié)合，提出了寧夏沿黃城市帶的城際軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃方案[2]。鄭毛祥根據(jù)江蘇省鐵路運輸需求結(jié)合區(qū)域鐵路網(wǎng)布局理論，提出了江蘇省中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃方案[3]。王超深提出了基于節(jié)點重要度的城市群可達性計算方法，研究了不同階段城市群內(nèi)部之間的聯(lián)系程度[4]。蔣曉威以加權(quán)平均旅行時間為指標，探討了3個時間斷面的安徽省公路網(wǎng)中節(jié)點城鎮(zhèn)可達性布局[5]。孟德友將各省會城市抽象為鐵路網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點，對我國省際鐵路客運的可達性進行研究[6]。張野以路網(wǎng)密度、人口密度和人均GDP進行相關(guān)性分析，擬合出相應公式后對2020年路網(wǎng)密度進行了適應性分析[7]。目前學者們的研究多側(cè)重于宏觀尺度上城市群之間的空間聯(lián)系，且多集中在“珠三角”“長三角”等大規(guī)模城市群區(qū)域，對中西部欠發(fā)達地區(qū)的研究則較少[8-10]。

蘭州—西寧城市群區(qū)位優(yōu)勢明顯，是中國—中亞—西亞經(jīng)濟走廊的重要支撐，在“一帶一路”的建設(shè)中，蘭西城市群已經(jīng)成為向西開放的重要樞紐和載體。本文從軌道交通與區(qū)域經(jīng)濟的視角出發(fā)，對蘭州—西寧城市群的軌道交通建設(shè)及驅(qū)動因素進行分析，針對性提出未來一段時期該區(qū)域鐵路建設(shè)的對策，使其更好地服務(wù)于蘭州—西寧城市群的建設(shè)和“一帶一路”戰(zhàn)略。

1 研究區(qū)概況

1.1 地理位置

蘭州—西寧城市群以甘肅省會蘭州市、青海省會西寧市為中心，規(guī)劃范圍包括蘭州市、西寧市、海東市全部，白銀市、定西市、臨夏州、海北州，海南州、黃南州部分區(qū)域。區(qū)域總面積9.75萬km2，2017年地區(qū)生產(chǎn)總值5200億元左右，常住人口約1190萬，地理位置如圖1所示。

圖1 蘭州—西寧城市群空間格局

國家發(fā)改委、住建部在2018年3月20日印發(fā)了《國務(wù)院關(guān)于蘭州—西寧城市群發(fā)展規(guī)劃的批復》，指出要著眼國家安全、立足西北內(nèi)陸、面向中亞西亞，把蘭州—西寧城市群培育發(fā)展成為支撐國土安全和生態(tài)安全格局、維護西北地區(qū)繁榮穩(wěn)定的重要城市群。

1.2 經(jīng)濟發(fā)展

蘭州市、西寧市分別作為甘肅省、青海省的省會，以其為中心的城市群相較其他地區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展較好，2017年蘭西城市群GDP占甘肅省、青海省總量的比重如圖2所示。

2010—2017年間，蘭州—西寧城市群的整體經(jīng)濟都保持較高的速度穩(wěn)定增長，中心城市GDP變化如圖3所示。

圖2 蘭州—西寧城市群GDP比重

圖3 中心城市GDP增長

1.3 軌道交通現(xiàn)狀

蘭州、西寧是西北地區(qū)重要的鐵路樞紐，是連接新疆、西藏、寧夏和中亞、西亞的重要節(jié)點。蘭州片區(qū)內(nèi)鐵路網(wǎng)縱橫交錯，主要有蘭渝線、隴海線、蘭新線、寶蘭高鐵、蘭新高鐵，副中心城市與蘭州之間有鐵路連通。西寧片區(qū)的鐵路線有蘭青線、青藏線、蘭新高鐵，區(qū)域內(nèi)軌道交通發(fā)展較為緩慢，北部和西部沒有鐵路通達，路網(wǎng)構(gòu)成較為單一。

截止到2017年底，蘭州—西寧城市群范圍內(nèi)的鐵路運營里程約為1700 km，僅占甘肅省、青海省運營總里程的不足1/4。與其占兩省經(jīng)濟總量1/2相比較，軌道交通還有較大的發(fā)展空間，空間分布如圖4所示。

圖4 2017年蘭州—西寧城市群軌道交通

2 研究方法

2.1 路網(wǎng)密度

計算路網(wǎng)密度時線路長度用里程值表示，區(qū)域內(nèi)的線路長度除以該區(qū)域的面積即得到路網(wǎng)密度，計算公式如下

(1)

式中，D為研究地區(qū)內(nèi)鐵路網(wǎng)的密度(km/km2)；Li為區(qū)域內(nèi)第i段的線路長度；Ai為研究地區(qū)的面積；i=1,2,3,…,n。

2.2 反距離權(quán)重插值法

反距離權(quán)重插值法(IDW)是基于地理學第一定律提出的簡單插值方法[11]，其原理是通過線性加權(quán)方法利用采樣點的已知數(shù)據(jù)來預測周圍未測量柵格點的數(shù)據(jù)值，通過線性加權(quán)后得到的數(shù)值與采樣點到輸出柵格的距離呈反比關(guān)系，采樣點與柵格點越近，則受到的影響越大，計算公式為[12]

(2)

式中，Zo為o點的估計值；Zi為i點的Z值；di為i點與o點之間的歐氏距離；n為公式中用到的控制點的數(shù)目；r為指定的冪數(shù)，本文設(shè)r=2。

2.3 軌道交通可達性

可達性指標選用最短通行時間的平均值，以區(qū)域內(nèi)縣級單元的行政中心到其他縣級單元行政中心花費時間的平均值表示，計算公式如下[13-14]

(2)

式中，Ai為縣域i的平均通行時間；i、j為城市群內(nèi)的各縣級單元；Tij為縣域單元i通過交通網(wǎng)到達縣域單元j的最短通行時間；n為縣級單元數(shù)目。

根據(jù)鐵路、公路相關(guān)技術(shù)規(guī)定及已有研究成果[15-16]，對高鐵、普速鐵路、高速公路、省道、鄉(xiāng)道的行車速度分別定為200、120、100、60、30 km/h。

通過ArcGIS的網(wǎng)絡(luò)分析工具，由最新的路網(wǎng)數(shù)據(jù)建立蘭州—西寧城市群的路網(wǎng)矢量圖層，將以上不同道路與鐵路的時間進行賦值，多個圖層疊加得到成本柵格圖層。利用城市節(jié)點和路網(wǎng)的空間關(guān)系，得到不同地區(qū)之間通行花費的時間成本。

3 軌道交通空間格局分析

3.1 空間分布與趨勢分析

將蘭州—西寧城市群行政區(qū)數(shù)據(jù)與路網(wǎng)矢量數(shù)據(jù)疊置，根據(jù)式(1)，利用ArcGIS的空間分析功能計算出各縣級單元的路網(wǎng)密度。為更好地研究路網(wǎng)在空間上的特征及分布規(guī)律，利用Spatial Analyst模塊的IDW法把路網(wǎng)密度空間化，如圖5所示。

圖5 2017年路網(wǎng)密度

由圖5可看出研究區(qū)內(nèi)路網(wǎng)空間分布主要以蘭州為中心呈放射狀向周圍擴散，蘭州作為國家重要鐵路樞紐的地位突出明顯。蘭州片區(qū)路網(wǎng)布局已初步形成，各副中心城市與蘭州之間都有軌道交通。西寧片區(qū)南部路網(wǎng)發(fā)展較好，主要是因為南部有青藏線、蘭新線和蘭新高鐵，而北部有大片區(qū)域未通達鐵路，這些地區(qū)的路網(wǎng)密度為0。

空間趨勢主要反映地理要素在研究區(qū)范圍內(nèi)的空間分布和變化趨勢，忽略局部的不一致性。趨勢面分析能夠通過抽樣得到的研究區(qū)數(shù)據(jù)來擬合數(shù)學曲面反映研究對象在空間的分布規(guī)律。

在進行趨勢分析時，如果散點數(shù)據(jù)能夠擬合出一條最佳擬合線且該線段不是水平直線，就說明數(shù)據(jù)在特定方向上存在趨勢。X軸、Y軸分別與地圖上的東西方向和南北方向?qū)?，Z表示實際的測量值，對各縣(區(qū))的路網(wǎng)密度作空間分布趨勢分析，結(jié)果如圖6所示。

圖6 路網(wǎng)密度空間分布規(guī)律

從南到北、從東到西路網(wǎng)密度都呈現(xiàn)中間高、兩頭低的規(guī)律，表明路網(wǎng)建設(shè)以蘭州、西寧為中心向外發(fā)展，多條鐵路線在中心城市交匯，中心城市的樞紐作用明顯。

3.2 軌道交通空間分布的影響因素

以各縣(區(qū))為單元，根據(jù)區(qū)域內(nèi)各市州2017年社會發(fā)展統(tǒng)計公報的數(shù)據(jù)計算出2017年各地區(qū)的人口密度，將其與縣級單元的行政數(shù)據(jù)作鏈接，利用IDW法對人口密度空間插值，結(jié)果如圖7所示。

圖7 人口密度空間分布

為研究人口在研究區(qū)范圍內(nèi)的分布趨勢，同樣對各縣(區(qū))的人口分布作趨勢分析，結(jié)果如圖8所示。

圖8 人口空間分布規(guī)律

由圖7、8可發(fā)現(xiàn)，人口主要以蘭州、西寧為中心分布，從東到西曲線數(shù)值逐漸增大，說明蘭州片區(qū)的人口密度要明顯大于西寧片區(qū)，西寧片區(qū)北部人數(shù)較少。

將得到的2017年研究區(qū)內(nèi)各縣(區(qū))的GDP密度空間化，如圖9所示。

圖9 GDP密度空間分布

對研究區(qū)縣級單元的GDP分布作空間趨勢分析，如圖10所示。

從圖9可知蘭州市、西寧市的GDP較高，二者作為省會，經(jīng)濟發(fā)展優(yōu)勢明顯，蘭州片區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展整體好于西寧片區(qū)，西寧片區(qū)經(jīng)濟較發(fā)達的地方主要分布在西寧周圍，發(fā)展不平衡現(xiàn)象比較明顯，總體上城市群北部的發(fā)展落后于南部。

圖10 GDP分布趨勢分析

綜合分析圖6、圖8和圖10可知，研究區(qū)人口從東到西逐漸增加，南北方向變化不大，對于GDP和路網(wǎng)密度，在東西方向、南北方向都呈現(xiàn)中間高、兩邊低的規(guī)律，表明經(jīng)濟發(fā)展較好的地方軌道交通發(fā)展較好，軌道交通對經(jīng)濟帶動作用明顯。反之，良好的經(jīng)濟發(fā)展也需要軌道交通作為工具來進行人員物資的空間轉(zhuǎn)移。

3.3 可達性

為更好地研究區(qū)域內(nèi)各縣級單元的軌道交通可達性的空間分布規(guī)律，將可達性計算結(jié)果利用ArcGIS進行空間插值模擬，可達性空間分布如圖11所示。

圖11 2017路網(wǎng)可達時間

中心城市蘭州、西寧被蘭青線、蘭新高鐵連通，且二者作為重要樞紐與其他城市的聯(lián)系較好，都具有良好的可達性。蘭州周圍的地方由于被放射狀的路網(wǎng)所輻射，也具有良好的可達性。西寧片區(qū)北部的貴南縣、同仁縣、尖扎縣和循化縣等沒有鐵路通達，且這些地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展緩慢、人口密度較低，可達性差于其他地區(qū)，社會文化交流和人員貨物溝通無法得到軌道交通運輸?shù)闹С帧?/p>

3.4 軌道交通發(fā)展建議

蘭州—西寧城市群中心城市間有普速鐵路和客運專線連接，高鐵運行時間為1 h，普鐵運行時間為2 h，人員貨物都可以得到很好的空間轉(zhuǎn)移。

蘭州片區(qū)內(nèi)中心城市與副中心城市白銀、定西間有鐵路線連接且寶蘭高鐵串聯(lián)了蘭州和定西，各節(jié)點城市與中心城市之間基本都有鐵路連接，軌道交通運輸網(wǎng)已構(gòu)成。臨夏州與蘭州市之間沒有鐵路，軌道交通發(fā)展較為緩慢，且臨夏州為蘭州片區(qū)內(nèi)唯一的少數(shù)民族區(qū)域，經(jīng)濟發(fā)展相對落后、社會文化交流不足。區(qū)域內(nèi)沒有發(fā)達的工業(yè)，經(jīng)濟增長主要靠旅游業(yè)支撐，軌道交通建設(shè)不足限制了豐富旅游資源帶動產(chǎn)業(yè)發(fā)展的作用。白銀作為蘭白國家自主創(chuàng)新示范區(qū)的重要城市，應該加快建設(shè)在蘭州與白銀間的客運專線，促進科技人才溝通交流。

蘭州片區(qū)軌道交通網(wǎng)已經(jīng)形成，但主要是客貨共線的形式，接下來應以中心城市與副中心城市之間有客運專線，節(jié)點城市與中心城市、副中心城市間有普速鐵路的目標進行路網(wǎng)建設(shè)。

西寧片區(qū)內(nèi)西寧市與副中心城市海東市、海北州之間有線路連接，與黃南州和海南州之間還未通鐵路，特別是西寧片區(qū)北部由于人口、環(huán)境的原因，軌道交通一直沒有發(fā)展，限制了這些地區(qū)與其他地區(qū)的溝通交流，軌道交通還有很大的發(fā)展空間。

首先應建設(shè)黃南州、海南州與西寧的連接鐵路，構(gòu)建成初步的軌道交通路網(wǎng)。然后逐步修建各節(jié)點城市與副中心城市、中心城市之間的線路?？紤]軌道交通與經(jīng)濟的相互促進性作用，且可通過適度超前的軌道交通建設(shè)來帶動經(jīng)濟社會發(fā)展，軌道交通在未來仍然有一個很大的建設(shè)量，對蘭州—西寧城市群軌道交通建設(shè)的規(guī)劃如圖12所示。

圖12 軌道交通建設(shè)規(guī)劃

這些線路通車運營以后，中心城市與副中心城市、副中心城市與節(jié)點城市之間都有鐵路線，城市群內(nèi)軌道交通已基本建設(shè)成為客貨分線、布局合理的運輸網(wǎng)絡(luò)，能夠為新時期城市群的協(xié)同建設(shè)提供運輸支持。

4 結(jié) 論

(1) 研究區(qū)內(nèi)蘭州市、西寧市經(jīng)濟優(yōu)勢明顯，路網(wǎng)密度以蘭州、西寧為中心逐漸向外降低，總體表現(xiàn)為“中間高、兩頭低”的現(xiàn)象，蘭州片區(qū)的軌道交通發(fā)展優(yōu)于西寧片區(qū)，路網(wǎng)布局建設(shè)較為均衡。

(2) 通過路網(wǎng)、人口和GDP的空間分布趨勢分析，軌道交通發(fā)展與GDP有較大的相關(guān)性，GDP高的地方軌道交通發(fā)展往往較好，軌道交通對經(jīng)濟有一定的推動作用。

(3) 對城市區(qū)未來軌道交通建設(shè)進行方案規(guī)劃，形成布局合理、功能完善的軌道交通網(wǎng)來加強城市之間的聯(lián)系溝通，支持蘭州—西寧城市群建設(shè)，服務(wù)于“一帶一路”國家戰(zhàn)略的推進。