于建峰，曾俊偉，錢勇生，廣曉平

（蘭州交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院，甘肅蘭州730070)

0 引言

《國家新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃(2014—2020年)》提出,我國新型城鎮(zhèn)化發(fā)展要以城市群為主體形態(tài),突出城市群在協(xié)調(diào)東西部地區(qū)發(fā)展的關(guān)鍵作用。隨著城市群空間調(diào)整步伐加快,對(duì)交通發(fā)展產(chǎn)生迫切的需求,目前城市群空間無序擴(kuò)張,土地利用率不足等問題日益突出,交通網(wǎng)絡(luò)對(duì)于引導(dǎo)城市群內(nèi)部空間形態(tài)發(fā)展以及優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局的作用越發(fā)重要[1-3]。

交通網(wǎng)絡(luò)在城市群內(nèi)強(qiáng)化區(qū)際聯(lián)系、優(yōu)化城市空間分布的作用是經(jīng)濟(jì)地理學(xué)研究的重點(diǎn)內(nèi)容[4],學(xué)者們進(jìn)行了大量研究。董少華等[5]采用引力模型、城市流模型,分析滇中城市群城市空間聯(lián)系的時(shí)空演變。蔣奕廷等[6]基于空間經(jīng)濟(jì)學(xué)“城市引力”模型對(duì)于成渝城市群16個(gè)城市之間的經(jīng)濟(jì)吸引力進(jìn)行研究分析。有關(guān)長江中游城市群、京津冀城市群等區(qū)域[7-8]的研究多基于引力模型對(duì)城市間的相互作用進(jìn)行定量分析。隨著軌道交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展,學(xué)者們逐步將注意力投向交通條件改善對(duì)城市群空間結(jié)構(gòu)的影響。張?jiān)迄i等[9]針對(duì)鄭西高速鐵路(鄭州東—西安北)建成后,分析沿線城市第二、第三產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響。來逢波等[10]在武廣高速鐵路(武漢—廣州南)建成前后,探討主要城市三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化影響。齊喆等[11]對(duì)不同交通模式引起的可達(dá)性變化對(duì)京津冀城市群網(wǎng)絡(luò)的影響進(jìn)行研究。彭芳梅[12]將社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析方法引入到城市群結(jié)構(gòu)的研究當(dāng)中,并利用ARCGIS、UCINET等軟件直觀地反映城市群的空間分布情況。

目前,蘭渝鐵路(蘭州—重慶北)、寶蘭客運(yùn)專線(寶雞南—蘭州西)與蘭新高速鐵路(蘭州西—烏魯木齊)實(shí)現(xiàn)無縫銜接,為蘭西城市群的發(fā)展帶來了新契機(jī)。由于既有研究對(duì)不同交通運(yùn)輸方式下城市空間相互作用的比較分析較少,因而通過采用改進(jìn)傳統(tǒng)引力模型,對(duì)蘭西城市群在不同交通方式下城市空間相互作用進(jìn)行比較分析,同時(shí)引進(jìn)社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析對(duì)不同交通方式下城市群網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究,通過剖析不同交通運(yùn)輸方式對(duì)蘭西城市群城市空間分布的影響,為蘭西城市群建設(shè)發(fā)展提供參考。

1 不同交通方式下城市群空間分布影響模型構(gòu)建

為了分析不同交通方式對(duì)蘭西城市群空間分布的影響,首先進(jìn)行空間聯(lián)系分析,選取主成分分析法對(duì)蘭西城市群內(nèi)各城市發(fā)展質(zhì)量進(jìn)行測(cè)算,在此基礎(chǔ)上運(yùn)用改進(jìn)重力模型分別測(cè)算出在鐵路與高速公路交通方式下城市間聯(lián)系強(qiáng)度；其次,根據(jù)城市間聯(lián)系強(qiáng)度形成的網(wǎng)絡(luò),進(jìn)行社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析,分析比較在鐵路與高速公路交通方式下2種網(wǎng)絡(luò)的密度、中心度以及凝聚子群的情況。

1.1 空間聯(lián)系分析

1.1.1 城市發(fā)展質(zhì)量測(cè)算

城市發(fā)展質(zhì)量體現(xiàn)了一個(gè)城市的綜合發(fā)展水平,也是計(jì)算城市聯(lián)系強(qiáng)度的前提,運(yùn)用主成分分析法對(duì)城市發(fā)展質(zhì)量進(jìn)行分析,克服了以往研究中評(píng)價(jià)城市發(fā)展質(zhì)量只片面考慮城市人口、GDP的缺陷。主成分法的計(jì)算過程如下。

（1）對(duì)于p維隨機(jī)向量X= (X1,X2,…,XP)T的n個(gè)樣本Xi= (Xi1,Xi2,…,Xip) (i= 1,2,…,n,n＞p)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換2,…,n,j= 1,2,…,p)。其中,xij代表樣本Xi中第i行第j列元素；yij代表標(biāo)準(zhǔn)矩陣Z中第i行第j列元素。樣本均值樣本方差=計(jì)算得出標(biāo)準(zhǔn)化矩陣Z。

（2）對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化矩陣Z求相關(guān)系數(shù)矩陣R,其中R=ZTZ/ (n- 1)。

（3）解特征方程|R-λIP|=0,其中IP為單位矩陣,λ為特征值。計(jì)算特征值λj,依據(jù)λj貢獻(xiàn)率大小排序,借助貢獻(xiàn)率提取m個(gè)主成分,并計(jì)算出對(duì)應(yīng)的特征向量。

（4）計(jì)算主分量Fi,Fi=a1i X1+a2i X2+ … +ami Xp,i= 1,2,…,p,其中ami為特征向量。

（5）根據(jù)m個(gè)主分量Fi及其所對(duì)應(yīng)的貢獻(xiàn)率βi對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),綜合評(píng)分

1.1.2 城市聯(lián)系強(qiáng)度計(jì)算

在傳統(tǒng)的重力模型基礎(chǔ)上,采用時(shí)間距離代替空間距離,城市發(fā)展質(zhì)量代替城市人口、GDP,城市聯(lián)系強(qiáng)度計(jì)算公式如下。

式中：Fij為城市i與城市j的聯(lián)系強(qiáng)度；Mi,Mj為城市i與城市j的發(fā)展質(zhì)量；ED為兩地時(shí)間距離,即兩地之間通過鐵路或高速公路的旅行時(shí)間。

在分析空間網(wǎng)絡(luò)特征時(shí),需要對(duì)相互作用的空間聯(lián)系數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,還原真實(shí)聯(lián)系作用情況的方向性,為應(yīng)用社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析(SNA)提供現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)。

1.2 社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析

社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析方法是由社會(huì)學(xué)家根據(jù)數(shù)學(xué)方法、圖論等發(fā)展起來的定量分析方法,重點(diǎn)分析網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的影響以及影響的大小,主要用于研究整體網(wǎng)絡(luò)特征、密度、結(jié)構(gòu)[12]。

1.2.1 網(wǎng)絡(luò)密度

密度是指一個(gè)圖中各個(gè)點(diǎn)之間聯(lián)系緊密的程度,在有向關(guān)系圖中,網(wǎng)絡(luò)密度計(jì)算公式如下。

式中：D為網(wǎng)絡(luò)密度；m為網(wǎng)絡(luò)中邊數(shù)；n為網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)數(shù)。

1.2.2 中心度與核心-邊緣結(jié)構(gòu)

中心度表示節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中的重要程度。中心度計(jì)算公式如下。

式中：CD(ni)為節(jié)點(diǎn)ni的點(diǎn)度數(shù)；xij表示節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j是否有關(guān)系。

核心-邊緣結(jié)構(gòu)是將節(jié)點(diǎn)劃分為核心層與邊緣層2個(gè)層次,將節(jié)點(diǎn)分為2個(gè)團(tuán)體,節(jié)點(diǎn)團(tuán)體之間表示核心與邊緣的聯(lián)系。在核心層的節(jié)點(diǎn),不但互相存在聯(lián)系,而且與其他節(jié)點(diǎn)也存在傾向聯(lián)系的關(guān)系,而邊緣層的節(jié)點(diǎn)僅僅傾向與核心層聯(lián)系。

1.2.3 凝聚子群

分析網(wǎng)絡(luò)中存在幾個(gè)子群,以及子群之間的特點(diǎn)等稱為凝聚子群分析。一般來說,如果某些成員聯(lián)系相對(duì)緊密,它們之間就會(huì)聚集起來,即凝聚子群,凝聚子群不僅會(huì)影響到網(wǎng)絡(luò)成員間的關(guān)系,還影響著整個(gè)網(wǎng)絡(luò)群體的有效運(yùn)行。

2 實(shí)例分析

2.1 研究區(qū)域分析

蘭西城市群2017年總?cè)丝跒? 442.79萬人,面積112.19萬km2,GDP占全國的1.04%。蘭西城市群北部連接內(nèi)蒙古、新疆,西部連接青海腹地、西藏,戰(zhàn)略位置顯著。相比于周邊其他省會(huì),蘭州、西寧高速鐵路互聯(lián),兩地風(fēng)俗文化相近,1小時(shí)經(jīng)濟(jì)圈的形成條件成熟。蘭西城市群的發(fā)展,不僅能促進(jìn)甘肅、青海兩省的快速發(fā)展,而且能與相鄰的關(guān)中平原城市群、成渝城市群構(gòu)成西部地區(qū)的“西三角”。由于2018年1月關(guān)中平原城市群發(fā)展規(guī)劃將甘肅省天水市、平?jīng)鍪?、慶陽市劃歸于關(guān)中平原城市群,為了在研究城市群時(shí)不出現(xiàn)重復(fù),因而在研究中不考慮以上城市。因此,研究區(qū)域主要包括甘肅省蘭州市、嘉峪關(guān)市、金昌市、白銀市、武威市、張掖市、酒泉市、定西市、隴南市、臨夏回族自治州、甘南藏族自治州,青海省內(nèi)西寧市、海東市、海北藏族自治州、黃南藏族自治州、海南藏族自治州、果洛藏族自治州、玉樹藏族自治州、海西蒙古族藏族自治州。

2.2 城市群城市間聯(lián)系強(qiáng)度計(jì)算

2.2.1 城市發(fā)展質(zhì)量測(cè)算

城市發(fā)展質(zhì)量反映了一個(gè)城市的綜合發(fā)展水平,根據(jù)科學(xué)性、合理性和可量化性,從經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和交通發(fā)展3個(gè)方面選取指標(biāo)[8],構(gòu)建城市發(fā)展質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如表1所示。以蘭西城市群內(nèi)各城市2017年統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)為樣本,借助SPSS軟件求出相關(guān)系數(shù)矩陣,然后求出特征值、貢獻(xiàn)率值,最后得出主成分的單因素得分,每個(gè)主成分的貢獻(xiàn)率除以總貢獻(xiàn)率得出權(quán)重,最終得到2017年蘭西城市群內(nèi)各城市發(fā)展質(zhì)量如表2所示。

表1 城市發(fā)展質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Tab.1 Urban development quality evaluation index system

表2 2017年蘭西城市群內(nèi)各城市發(fā)展質(zhì)量Tab.2 Quality of urban development in the Lanzhou-Xi’an urban agglomeration in 2017

從表2可以計(jì)算出,青海省城市平均發(fā)展質(zhì)量為0.66,甘肅為0.90,甘肅省發(fā)展質(zhì)量好于青海省,并且在蘭西城市群內(nèi),蘭州、西寧這2個(gè)省會(huì)城市發(fā)展質(zhì)量明顯高于其他城市,聚集效應(yīng)明顯。

2.2.2 城市聯(lián)系強(qiáng)度計(jì)算

采用公式(1)分別計(jì)算出在高速公路和鐵路2種運(yùn)輸方式下,城市群內(nèi)各個(gè)城市間的聯(lián)系強(qiáng)度。城市間高速公路和鐵路的最短時(shí)間距離分別來源于百度地圖和12306官網(wǎng)?；诟咚俟返穆?lián)系強(qiáng)度如圖1所示,基于鐵路的聯(lián)系強(qiáng)度如圖2所示。

圖1 基于高速公路的聯(lián)系強(qiáng)度Fig.1 Connection strength based on the highway

圖2 基于鐵路的聯(lián)系強(qiáng)度Fig.2 Connection strength based on the railway

從圖中可以看出,在高速公路網(wǎng)絡(luò)中蘭州—白銀、蘭州—西寧聯(lián)系比較緊密,尤其是蘭州—白銀的聯(lián)系尤為緊密,而隨著蘭新高速鐵路、寶蘭客運(yùn)專線及蘭渝鐵路的修建,鐵路將沿線的蘭州、海東、海北、張掖、定西、隴南等城市更加有效地串聯(lián)起來,這些城市之間的聯(lián)系強(qiáng)度明顯加強(qiáng),增幅均在2倍以上。

2.3 社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析

采用公式(2)計(jì)算出基于高路公路和鐵路的城市間有向聯(lián)系強(qiáng)度矩陣,利用UCINET軟件對(duì)基于高速公路和鐵路的城市間有向聯(lián)系強(qiáng)度網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行比較分析研究。

2.3.1 網(wǎng)絡(luò)密度分析

將有向聯(lián)系強(qiáng)度數(shù)值進(jìn)行0-1數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換并根據(jù)數(shù)據(jù)的整體特點(diǎn)將分界值定為0.01,0.03,0.06和0.1,利用UCINET軟件進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)密度分析[13],網(wǎng)絡(luò)密度比較如表3所示。

表3 網(wǎng)絡(luò)密度比較Tab.3 Network density comparison

由表3可以看出,在分界值0.1以下鐵路網(wǎng)的密度小于高速公路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),表明高速公路網(wǎng)絡(luò)條件下城市間聯(lián)系比較便捷。但是,隨著分界值的增大,網(wǎng)絡(luò)密度都呈現(xiàn)下降趨勢(shì),且分界值增大到0.1之后鐵路網(wǎng)密度逐漸超過高速公路網(wǎng)的密度。

2.3.2 中心度比較與核心-邊緣結(jié)構(gòu)分析

通過分析不同交通方式下有向聯(lián)系強(qiáng)度形成網(wǎng)絡(luò)的中心性,可以看出鐵路建設(shè)對(duì)于城市在城市群空間地位的變化。由于蘭西城市群有的地區(qū)未通鐵路,因而只對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的程度中心度進(jìn)行比較。程度中心度包括點(diǎn)出度與點(diǎn)入度,點(diǎn)出度代表該城市對(duì)于其他城市的影響能力,點(diǎn)入度表示其他城市對(duì)于該城市的影響能力,在UCINET軟件中輸入有向聯(lián)系強(qiáng)度矩陣,利用網(wǎng)絡(luò)分析模塊中心度計(jì)算對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,程度中心度比較如表4所示。

表4 程度中心度比較Tab.4 Degree of centrality comparison

從表4可以看出,隨著蘭新高速鐵路的建設(shè),沿線城市蘭州、西寧、海東、張掖等城市的點(diǎn)出度和點(diǎn)入度都有所提高,尤其是蘭州和西寧增幅最大,點(diǎn)出度的增大表示這2座省會(huì)城市對(duì)于其他城市的影響力逐步增強(qiáng),點(diǎn)入度的增大表明省會(huì)城市與其他城市的聯(lián)系更加密切。另外,不容忽視的是高速鐵路建設(shè)對(duì)于離蘭州較遠(yuǎn)的酒泉、嘉峪關(guān)影響也十分突出。

同時(shí)利用SNA中核心-邊緣結(jié)構(gòu)分析,可以得到無論在高速公路結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)還是在鐵路網(wǎng)絡(luò)中,蘭州、西寧和海東都處于核心地帶,其他16個(gè)城市處于邊緣地帶。這說明高速公路和鐵路建設(shè)都將優(yōu)先覆蓋省會(huì)及其周邊城市,城市群發(fā)展過于集中。

2.3.3 凝聚子群分析

凝聚子群分析可以識(shí)別出城市群內(nèi)相對(duì)凝聚的群體,即聯(lián)系較為緊密的城市子群。通過UCINET軟件中CONCOR方法進(jìn)行聚類分析,凝聚子群結(jié)果如圖3所示。

由圖3可以看出,鐵路建設(shè)對(duì)于蘭西城市群的子群影響較大。首先,鐵路建設(shè)促使城市群子群數(shù)量減少,城市群整體的聯(lián)系更為緊密；其次,在高速公路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中只有蘭州和西寧這2個(gè)省會(huì)在第一子群當(dāng)中,而隨著鐵路網(wǎng)絡(luò)的建設(shè),尤其是蘭新高速鐵路的開通,第一子群變化明顯,幾乎將鐵路沿線城市都包含在內(nèi),說明鐵路建設(shè)使其沿線城市聯(lián)系加強(qiáng)；最后,酒泉、嘉峪關(guān)由于地理原因一直處于同一子群,但是其他普速鐵路的城市都是第二子群的成員。

圖3 凝聚子群結(jié)果Fig.3 Condensation subgroup results

3 研究結(jié)論

（1）鐵路和高速公路2種交通方式對(duì)于蘭西城市群的影響不同,應(yīng)進(jìn)一步完善鐵路網(wǎng)絡(luò),強(qiáng)化鐵路拉動(dòng)城市發(fā)展的作用。從圖1、圖2可以看出,高速公路已經(jīng)覆蓋蘭西城市群的所有市級(jí)城市,而由于地理?xiàng)l件及建設(shè)成本等原因,鐵路并未覆蓋全部地區(qū)。在高速公路交通方式下,省會(huì)城市只與周邊城市的聯(lián)系較為緊密,對(duì)于較遠(yuǎn)城市,省會(huì)城市的影響力較弱,不利于省會(huì)城市與其經(jīng)濟(jì)互動(dòng)。而在鐵路引入之后,鐵路不僅強(qiáng)化了省會(huì)城市與周邊城市的聯(lián)系,而且縮短了鐵路沿線各城市的時(shí)間距離,增強(qiáng)了聯(lián)系強(qiáng)度,有利于形成鐵路沿線經(jīng)濟(jì)帶。從表4可以看出,鐵路的引入不僅進(jìn)一步提高了省會(huì)城市的點(diǎn)出度,省會(huì)城市的影響能力增大,而且提高了鐵路沿線城市的點(diǎn)出度,鐵路沿線城市輻射能力進(jìn)一步提高。

（2）蘭西城市群內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡,應(yīng)緊抓鐵路建設(shè)機(jī)遇,發(fā)揮本地特色優(yōu)勢(shì),促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。從表2可以看出,蘭西城市群內(nèi)其他城市與蘭州、西寧相比,城市發(fā)展質(zhì)量均較低。為了提高城市發(fā)展質(zhì)量,應(yīng)加速鐵路建設(shè),以鐵路為紐帶促進(jìn)勞動(dòng)力、資金、科學(xué)技術(shù)等生產(chǎn)要素的互流互通,加強(qiáng)本地優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)與我國東部地區(qū)經(jīng)濟(jì)往來?！短m州—西寧城市群發(fā)展規(guī)劃》提出加快建設(shè)蘭州—合作等鐵路,推進(jìn)當(dāng)?shù)孛褡宀惋嫛⒚褡迓糜蔚确?wù)業(yè)的發(fā)展,同時(shí)加強(qiáng)蘭西城市群對(duì)外聯(lián)通能力,強(qiáng)化與發(fā)達(dá)地區(qū)和企業(yè)產(chǎn)業(yè)合作,培育新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn),促進(jìn)城市群經(jīng)濟(jì)整體向好發(fā)展。從核心-邊緣模型分析來看,目前蘭西城市群的發(fā)展主要集中于重要的節(jié)點(diǎn)城市,資源過度集中,輻射能力有限。為此,應(yīng)轉(zhuǎn)變發(fā)展思路,規(guī)劃建設(shè)不同規(guī)模等級(jí)城市,以建設(shè)區(qū)域中心城市為重點(diǎn),增強(qiáng)輻射范圍?！段鞑看箝_發(fā)“十三五”規(guī)劃》提出加快重點(diǎn)經(jīng)濟(jì)區(qū)為支撐的核心增長區(qū)域建設(shè),推進(jìn)蘭州—西寧、酒泉—嘉峪關(guān)等次級(jí)增長區(qū)域發(fā)展。從圖1、圖2可知,鐵路建設(shè)對(duì)于縮短沿線城市時(shí)空距離、增強(qiáng)聯(lián)系強(qiáng)度作用顯著,可以有效擴(kuò)大重要節(jié)點(diǎn)城市的輻射范圍。因此,應(yīng)加大鐵路網(wǎng)絡(luò)的建設(shè),發(fā)揮節(jié)點(diǎn)城市的輻射作用,帶動(dòng)周邊地區(qū)尤其是偏遠(yuǎn)少數(shù)民族地區(qū)發(fā)展。

（3）蘭西城市群鐵路覆蓋率較低,應(yīng)加大鐵路建設(shè),解決東西部區(qū)域發(fā)展不平衡問題。從圖3可以看出,鐵路建設(shè)對(duì)于優(yōu)化城市群結(jié)構(gòu)、促進(jìn)城市群一體化具有顯著效果。但是,目前蘭西城市群鐵路建設(shè)滯后,青海省黃南、果洛,以及甘肅省臨夏、甘南還未通鐵路,影響了地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。目前東部地區(qū)鐵路網(wǎng)的覆蓋率達(dá)到323 km /萬km2,西部僅為75.4 km /萬km2,不及東部的1/4,也遠(yuǎn)低于132 km /萬km2的全國平均水平,蘭西城市群更是不足50 km /萬km2?！段鞑看箝_發(fā)“十三五”規(guī)劃》提出要完善西部基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò),加大西部鐵路網(wǎng)絡(luò)覆蓋率,盡快結(jié)束部分少數(shù)民族地區(qū)不通鐵路的歷史?！短m州—西寧城市群發(fā)展規(guī)劃》也提出加快建設(shè)西寧—成都、格爾木—成都、西寧—玉樹—昌都鐵路,同時(shí)支撐蘭西城市群“一軸雙圈多節(jié)點(diǎn)”格局的發(fā)展,構(gòu)建西寧至蘭州交通走廊,加速西寧至海東都市圈、蘭白經(jīng)濟(jì)圈的快速軌道交通建設(shè),完善多維軌道交通系統(tǒng),加強(qiáng)城市群內(nèi)部聯(lián)系,促進(jìn)蘭西城市群的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。