覃 睿, 王 穎

(中國民航大學通航學院， 天津 300300)

通用機場作為交通網(wǎng)絡(luò)中的主要基礎(chǔ)性和功能性節(jié)點，與其配套的交通軸線共同作用于城市的域面，形成一定的空間結(jié)構(gòu)并對城市產(chǎn)生作用，通用機場的點軸演化與城市的發(fā)展是一個相互作用、相互關(guān)聯(lián)的過程。美國的通用機場建設(shè)始于20世紀30年代，歷經(jīng)近一個世紀的演化變遷，形成了較完善的通用機場體系。而中國通用機場的建設(shè)尚在起步階段，目前有大量通用機場在規(guī)劃建設(shè)中，各省力求在較短時間實現(xiàn)通用航空的快速發(fā)展，形成功能分明、層次清晰的通用機場體系。

機場體系空間格局逐漸成為航空地理學的重要領(lǐng)域。中外學者大多從機場系統(tǒng)空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[1-2]、服務(wù)能力[3-6]、交通可達性[7-12]、人口覆蓋率[13-14]等方面對運輸機場的空間格局展開研究，考慮機場數(shù)量、航線數(shù)量、客貨吞吐量和機場間的距離作為機場空間分布的決定因素，對運輸機場的整合優(yōu)化作出極大的參考價值。但是相關(guān)研究未考慮通用機場，更沒有將通用機場體系單獨研究。這就提出了一個問題：在地區(qū)范圍環(huán)境中，衡量運輸機場體系空間格局的因子是否也同樣適用于通用機場，成熟的通用機場體系存在什么形態(tài)的空間格局？

通用機場因其服務(wù)對象、服務(wù)功能與運輸機場不盡相同，故通用機場體系格局的研究不能與運輸機場的研究理論與方法如出一轍。威爾遜模型作為典型的空間相互作用模型，多應(yīng)用于金融輻射力研究[15-16]、物流園區(qū)輻射范圍劃分[17-18]，近年來也引入到機場腹地范圍測算[19-20]，對通用機場體系空間結(jié)構(gòu)的研究具有十分重要的借鑒意義。對于小型社區(qū)來說，能夠評估通用機場的潛在相對優(yōu)勢是很重要的，這既包括機場本身的能力，也包括當?shù)厣鐓^(qū)的通用航空資源強度[7]。現(xiàn)以威爾遜模型為基礎(chǔ)，從通用航空資源強度和通用機場綜合能力兩方面分析測算機場吸引力，借助ArcGIS空間分析功能圖論描述，研究美國西南地區(qū)通用機場地理空間結(jié)構(gòu)特征，以期得出對中國通用機場規(guī)劃布局具有重要指導(dǎo)價值的結(jié)論。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

美國聯(lián)邦航空管理局(Federal Aviation Administration，F(xiàn)AA)劃分的美國西南地區(qū)包括阿肯色州、路易斯安那州、新墨西哥州、俄克拉荷馬州和德克薩斯州。這些州總共支持了3 400多個公共和私人商業(yè)機場、通用機場、直升機場、滑翔機場、水上飛機、短距起降機場和其他航空設(shè)施。重點研究納入美國國家綜合機場系統(tǒng)規(guī)劃[NationalPlanofIntegratedAirportSystemsReport(2019—2023)，NPIAS]的379個公用的被分類的通用機場(包括疏解機場)。雖然這五個州都毗鄰德克薩斯州，但在土地面積、人口密度、城市化、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和航空需求等方面存在巨大差異，都擁有獨特的地理、文化和經(jīng)濟特點，表1所示為2017年美國各州一些社會經(jīng)濟統(tǒng)計數(shù)字的比較。

1.2 數(shù)據(jù)來源

社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)來源于美國經(jīng)濟分析局 (the U.S. Bureau of Economic Analysis，BEA)網(wǎng)站和美國區(qū)域經(jīng)濟分析項目 (United State Regional Economic Analysis Project，US-REAP)網(wǎng)站；森林農(nóng)田數(shù)據(jù)來源于美國農(nóng)業(yè)部國家農(nóng)業(yè)統(tǒng)計服務(wù) (United States Department of Agriculture National Agricultural Statistics Service，USDA)網(wǎng)站和美國森林清查與分析規(guī)劃(Forest Inventory and Analysis National Program)網(wǎng)站(https://www.fia.fs.fed.us/program-features/rpa/)；機場能力數(shù)據(jù)來源于FAA機場數(shù)據(jù)和信息門戶-存儲庫搜索(FAA Airport Data and Information Portal-Repository Search)(https://adip.faa.gov/agis/public/#/airportSearch)、AIRNAV(https://www.airnav.com/airports/)、Sky Vector Aeronautical Charts(https://skyvector.com/airports)和AOPA Airport Directory(https://www.aopa.org/destinations/)等查詢工具獲?。缓娇栈顒訑?shù)據(jù)來源于Glossaryforthe2018TerminalAreaForecast2017年數(shù)據(jù)。所有矢量數(shù)據(jù)均來源于美國各州地理信息系統(tǒng)(geographic information system，GIS)數(shù)據(jù)網(wǎng)站。

2 研究方法

2.1 區(qū)域通用航空資源強度測算

通用機場的服務(wù)類別分為公務(wù)服務(wù)類、經(jīng)濟建設(shè)類和航空消費類[21]。其功能和規(guī)模受機場市場區(qū)域通用航空資源強度的推動，該資源強度指標由一組反映社會經(jīng)濟活動的指標組成，這些指標可能會產(chǎn)生特定的通用航空需求，其測算公式及參數(shù)詳細介紹如下：

表1 美國西南地區(qū)各州社會經(jīng)濟統(tǒng)計Table 1 Socio-economic statistics of states in the southwestern United States

注：括號內(nèi)的數(shù)據(jù)為占西南地區(qū)的比例。

Qjk=f(P,C,U)=PCU

(1)

P為距通用機場32 km內(nèi)的人口密度。一方面，人口密度較低的地方使用公共地面交通基礎(chǔ)設(shè)施和商業(yè)航空服務(wù)的機會相對較少。在這些地方，通用機場是個人長途旅行的重要方式。換句話說，這些地方的人們可能更依賴于通用航空。另一方面，人口密度較高的地方往往會產(chǎn)生更多的商業(yè)機會，從而吸引更多的通用航空活動用于商業(yè)目的[22]。

C為距通用機場32 km內(nèi)的人均收入。通常認為，交通活動與經(jīng)濟條件成正相關(guān)[22]，據(jù)FAA《2017年通用航空和135部活動調(diào)查》，除通用航空私人活動外，商務(wù)運輸占比最大，人均收入高的地方產(chǎn)生更多的通用航空商務(wù)運輸業(yè)務(wù)，人均收入對通用航空活動產(chǎn)生積極的影響。

DMSP/OLS夜間燈光影像具備反映人類社會活動的獨特能力，廣泛用于人類活動分析及相關(guān)社會經(jīng)濟指標的估算[23-24]?，F(xiàn)以各縣統(tǒng)計數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用夜間燈光數(shù)據(jù)并輔助統(tǒng)計數(shù)據(jù)，以機場32 km內(nèi)的燈光強度總和反映機場市場區(qū)域社會經(jīng)濟指標[5,10]。

U為通用機場32 km內(nèi)的農(nóng)林覆蓋率。農(nóng)林覆蓋率是指農(nóng)林面積占地域總面積的比率，通用航空應(yīng)用于農(nóng)林業(yè)的方方面面，如飛機播種、空中施肥、防治害蟲、航空護林等，根據(jù)美國航空協(xié)會2019年的一項調(diào)查，通用飛機每年要處理7.71億畝(1畝=0.067 ha)的農(nóng)田，采用飛機作業(yè)的耕地面積占全國耕地面積的45%。

機場市場區(qū)域是指以機場為中心32 km半徑所在區(qū)域，32 km相當于30 min的地面車程，98%的美國人居住在距離NPIAS機場32 km以內(nèi)的地方，在GeneralAviationAirports:ANationalAsset(May 2012)中，一個機場被認為主要服務(wù)于32 km內(nèi)的社區(qū)。沒有選擇縣作為研究區(qū)域單元的主要原因是，一個機場可能位于兩縣或三縣交界處，在城市與機場之間建立明確的對應(yīng)關(guān)系是不現(xiàn)實的，因此在此基礎(chǔ)上進行分析研究是不合適的。

2.2 通用機場綜合能力測算

通用機場綜合能力指標體系分為兩個部分：機場能力(airport capability,AC)，是指根據(jù)機場的特點以及相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施，所支持的操作的易用性和多樣性；航空活動(aviation activity,AA)，是指在機場內(nèi)及其周圍進行的不同性質(zhì)、數(shù)量和類型的活動，這些活動在某種程度上依賴于機場[25]。如表2所示，建立通用機場綜合能力指標體系，選取這兩項指標的綜合值測算通用機場的綜合能力，其測算公式為

(2)

式(2)中：ak為一級指標權(quán)重；bk為二級指標權(quán)重；k為實際值標準化處理后的結(jié)果；相應(yīng)權(quán)重用變異系數(shù)法確定。將無量綱化之后的k乘以相應(yīng)級別的權(quán)重并加總，便可得到各個通用機場的綜合能力指數(shù)。由于部分通用機場內(nèi)未設(shè)固定基地運營商(fixed base operator，F(xiàn)BO)，故該類通用機場的燃油價格用機場周圍80 km內(nèi)其他通用機場Jet-A的平均價格衡量。

表2 通用機場綜合能力指標體系

2.3 基于威爾遜模型的通用機場吸引力測算

威爾遜模型又稱存貯理論，多用于金融物流園區(qū)輻射能力及輻射范圍的研究、設(shè)施區(qū)位的分析，是典型的空間相互作用模型，近年又成為研究機場規(guī)模及機場吸引力與腹地范圍的新方法，借鑒威爾遜模型測算通用機場吸引力指數(shù)，公式為

Tjk=KOjkDkexp(-βγjk)

(3)

依據(jù)式(3)計算三個方面指標數(shù)值，利用ArcGIS軟件將數(shù)值按自然間斷點分級法由低到高分為5類，通過數(shù)據(jù)可視化處理，得到三個方面通用機場空間等級布局圖，討論分析通用機場空間結(jié)構(gòu)形態(tài)。

3 結(jié)果分析

3.1 通用航空資源空間分布特征

美國西南地區(qū)通用機場32 km半徑范圍內(nèi)通用航空資源州際分布差異明顯，如圖1所示，呈現(xiàn)東高西低、整體分散、局部集中的分布特征，尤其是在大都市區(qū)和東南沿墨西哥灣地區(qū)資源強度更為突出，這與人口密度、經(jīng)濟活動、農(nóng)林覆蓋和自然資源分布相一致。西南地區(qū)東部森林農(nóng)田覆蓋率高，礦產(chǎn)石油天然氣儲量大，制造業(yè)和零售業(yè)發(fā)達，休斯敦和路易斯安那州沿墨西哥灣港口周圍形成了一個繁榮的工業(yè)區(qū)，主要以石化工業(yè)為基礎(chǔ)，通用航空活動需求量高，而地區(qū)西部新墨西哥州、德州東北部為高原山地，氣候干旱，地廣人稀，不利于通用航空活動，通用航空資源強度較低。

圖1 通用機場32 km半徑內(nèi)通用航空資源強度等級分布Fig.1 General aviation resource intensity rating distribution within a 32 km radius of a general airport

圖2 通用機場綜合能力空間等級分布Fig.2 Spatial hierarchy distribution of general airport comprehensive capacity

3.2 通用機場綜合能力空間格局

綜合能力高的通用機場大多位于達拉斯-沃思堡、休斯敦和新奧爾良等大都市區(qū)，如圖2所示，核心-邊緣狀分布格局較為明顯，呈現(xiàn)俱樂部趨同現(xiàn)象。大都市區(qū)是縣域城市發(fā)展到一定成熟階段的高級空間組合形式，區(qū)域交通路網(wǎng)發(fā)達，人口流動量大，經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)健全，商務(wù)航空需求量高，這些區(qū)域的通用機場都有較完善的基礎(chǔ)設(shè)施，以大都市區(qū)作為腹地，顯示出非常高的航空活動水平，存在持續(xù)的通用航空需求。

3.3 通用機場體系空間結(jié)構(gòu)形態(tài)

如圖3所示，通用機場吸引力呈集聚分布，且集中分布程度極高，空間分布不均衡，以各大都市區(qū)為主呈多中心團塊集聚區(qū)以及沿海集聚軸帶態(tài)勢，集聚具有較大的區(qū)域差異性，達拉斯-沃斯堡大都會區(qū)吸引力最高且集中度最強，新奧爾良大都市區(qū)次之，德州西北部及新墨西哥州通用機場吸引力最小。美國西南地區(qū)通用機場布局復(fù)雜，機場體系完善，發(fā)展較成熟，高吸引力通用機場群與大都市區(qū)、城市密集區(qū)及大都市連綿區(qū)相伴存在，低吸引力通用機場位于人口稀少、通用航空資源匱乏的區(qū)域，造成通用機場整體發(fā)展空間受限。

圖3 通用機場吸引力空間等級分布Fig.3 Spatial grade distribution of general airport attraction

4 結(jié)論

通用機場布局除受到市場經(jīng)濟導(dǎo)向需求外，還受到民生、國防、應(yīng)急救災(zāi)等社會公共服務(wù)的需要。一方面，從人口分布，經(jīng)濟發(fā)展、資源優(yōu)勢、人文地貌等幾個方面綜合分析區(qū)域通用航空資源強度布局；另一方面，從通用機場配備的基礎(chǔ)設(shè)施、航空活動量分析通用機場綜合能力的地區(qū)空間分布特征，最后得出通用機場吸引力值，總結(jié)通用機場體系的地理空間布局形態(tài)。

(1)地區(qū)人口情況、經(jīng)濟發(fā)展及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)是通用機場布局的基礎(chǔ)。明確通用機場在地區(qū)航空系統(tǒng)中的地位，協(xié)調(diào)通用機場與周邊社區(qū)的互利關(guān)系，保持通用航空需求與地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展需求之間的平衡，同時機場的建設(shè)應(yīng)該是靈活的、可擴展的，能夠滿足不斷增加的需求和容納新的飛機類型。

(2)通用航空業(yè)務(wù)需求是通用機場布局的關(guān)鍵，與社會經(jīng)濟諸要素有著密切的聯(lián)系。地區(qū)資源稟賦，在煤礦石油產(chǎn)區(qū)、農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)基地、旅游資源富集區(qū)等區(qū)域，通用航空資源強度大，通用機場發(fā)展?jié)撃艽?，在通用航空市場需求旺盛的同時，通用機場的服務(wù)緊跟經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型，適應(yīng)經(jīng)濟發(fā)展趨勢。

(3)明確機場功能定位，依據(jù)機場功能層次布局是通用機場長期協(xié)調(diào)合作發(fā)展的重要舉措，這與地區(qū)城市體系發(fā)展結(jié)構(gòu)相輔相成。在大都市區(qū)、郊區(qū)、農(nóng)礦產(chǎn)區(qū)，通用機場服務(wù)類別各異。通用機場功能的多樣性決定了其服務(wù)對象的不同，從而影響了機場在地理空間上的分布。注重通用機場空間布局的協(xié)調(diào)優(yōu)化，因地制宜，突出通用機場各具特色的服務(wù)功能，發(fā)揮通用機場作為社區(qū)關(guān)鍵節(jié)點所需的作用。

合理完善通用機場的空間布局有助于推進地區(qū)工業(yè)基地全面和全方位振興、農(nóng)林業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)、旅游經(jīng)濟發(fā)展以及民生服務(wù)改善，促進大都會區(qū)經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展。美國各大地區(qū)情況各異，通用機場布局也不盡相同，僅研究西南地區(qū)的通用機場體系布局，未跨地區(qū)考慮其他影響要素，顯然還不能全面解釋通用機場的布局形態(tài)，尤其是在城市空間結(jié)構(gòu)變化的形勢下，機場的空間格局也需要逐漸調(diào)整，優(yōu)化其等級結(jié)構(gòu)和服務(wù)能力，進一步滿足未來地區(qū)發(fā)展的需要。未來研究中可從通用機場地理空間結(jié)構(gòu)形態(tài)的出現(xiàn)、形成和發(fā)展的影響因素進行系統(tǒng)研究，深入探討不同經(jīng)濟地理要素對通用機場體系布局的影響。