汪延彬， 何瑞東， 王婭妮， 席利軍

(甘肅省自然資源規(guī)劃研究院，甘肅 蘭州 730000)

引言

2019年，《關于建立國土空間規(guī)劃體系并監(jiān)督實施的若干意見》明確國土空間規(guī)劃是國家空間發(fā)展的指南、可持續(xù)發(fā)展的空間藍圖，是各類開發(fā)保護建設活動的基本依據[1]。目前，全國各地正在開展國土空間規(guī)劃的編制，交通規(guī)劃是重要的專題研究之一，直接影響甚至在很多場景下決定了國土空間的開發(fā)結構、開發(fā)效率和開發(fā)秩序[2]。很多研究也表明，地區(qū)經濟格局的均衡性、可持續(xù)性及城鄉(xiāng)融合發(fā)展受各種復雜因素的影響，交通基礎設施是其中的一個重要影響因素[3]。鐵路具有大運量、高頻率、快速便捷、連續(xù)性強、不受氣候條件影響、準時舒適的特點，同時具有低能耗、污染小、占地少等有利于生態(tài)環(huán)境保護的優(yōu)點[4]，近年來鐵路特別是高速鐵路的快速建設對我國社會經濟產生了深刻影響，對地方資源配置模式也有巨大作用，引起眾多學者關注[5-9]，研究普遍表明，鐵路對客運市場、區(qū)域經濟、空間結構、要素跨城流動等都具有積極影響。

可達性是評估、分析交通通達程度的一項綜合指標，由Hansen首次提出，指的是交通網絡中各節(jié)點相互作用機會的大小[10]。在公路、鐵路等線性工程及民用機場等基礎設施領域，學者從交通可達性角度，研究分析了高速鐵路對城市可達性、區(qū)域經濟格局、通達能力、服務范圍的影響[11-20]；在區(qū)域交通狀況研究領域，學者們從旅游交通可達性變化、交通聯系網絡結構演化等角度分析了廣西、湖北、貴州等地的交通可達性[21-24]。對于甘肅省，部分學者以蘭新高鐵為對象進行了研究[25-29]，多采用數據對比法通過高鐵建設前后時間成本和經濟成本的對比提升，反映高鐵對西北地區(qū)可達性、經濟聯系、旅游等產生的影響及效益，采用成本距離法較少，同時未見有關甘肅省內鐵路客運站交通可達性的研究。

目前，可達性研究所借助的主要方法為GIS技術，通過對數據網絡、通行成本進行加權，可將一維空間點到點的通行時間拓展到二維空間，可視化并量化時間成本計算結果，在國土空間規(guī)劃等工作中可以顯化現狀要素空間，指導布局優(yōu)化。目前在使用成本加權柵格時尚存在數據來源不完整、未考慮數據修正、公路網絡分級不規(guī)范、空間特征分析較為簡單等情況[16]。

甘肅地處我國西北，是經濟欠發(fā)達省份，目前面臨鞏固脫貧攻堅成果和推進鄉(xiāng)村振興雙重任務，鐵路基礎設施建設滯后，5個市州不通高鐵，近一半的縣區(qū)不通鐵路[30]，因此，研究現有鐵路客運站交通可達性空間特征有利于明晰現有交通格局的空間局限性及客運站的分工定位，對新建鐵路等交通布局、促進全省交通配置協調發(fā)展有借鑒意義。本研究以甘肅省鐵路客運站為研究對象，依托歸一化處理的交通網絡、土地利用、地形坡度、起伏度等數據，采用成本距離法得出了鐵路客運站交通可達性空間分布狀況，量化分析了各市州交通可達狀況，以期為交通設施優(yōu)化配置、國土空間規(guī)劃布局提供依據。

1 研究區(qū)及數據處理

1.1 研究區(qū)概況

甘肅省地處西北內陸，位于黃土高原、青藏高原和蒙古高原的交匯地帶，分屬黃河流域、長江流域及內流河流域，總體上地貌為山地型高原。全省地勢高亢，地貌類型復雜，大致可分為隴南山地、隴中黃土高原、甘南高原、河西走廊、祁連山地、北山山地等六大地形區(qū)域。全省設12個地級市和2個自治州，土地面積居全國第7位，建設用地規(guī)模占全省總面積的2.2%，低于全國平均水平。

以辦理鐵路客運業(yè)務、網絡出售車票為標準，省內目前共有58個鐵路客運站，其中高鐵站(含普速、高鐵同站)17個。

1.2 數據來源

本研究所用基礎數據為交通網絡數據、土地利用數據和地形數據。交通網絡包括公路和鐵路，來源于“全國地理信息資源目錄服務系統”(http://www.webmap.cn/main.do?method=index)，比例尺為1∶25萬，包含覆蓋全省的高速公路、一級公路、二級公路、三級公路、四級公路、等外公路、普通鐵路和高鐵線路，研究中通過2018年度全省土地變更調查數據庫補充了河西地區(qū)的部分道路；土地利用數據來源于自然資源管理部門的土地變更調查縮編數據，比例尺為1∶50萬，按照《土地利用現狀分類》，全省共涉及旱地、水澆地、果園、有林地等33個二級地類；地形數據來源于USGS提供的SRTM數據，分辨率為90m，經過拼接、裁剪、投影，形成甘肅省DEM數據。

1.3 研究方法

本研究的思路：(1)確定全省成本柵格為100m×100m；(2)根據交通網絡的行駛速度生成公路速度柵格、鐵路速度柵格；(3)參照已有研究成果及客觀實際，根據各地類的速度賦值生成土地利用速度柵格；(4)疊加公路速度柵格、鐵路速度柵格、土地利用速度柵格，相交部分取最大值，生成省域全覆蓋的速度柵格，使用地形數據修正速度柵格；(5)將速度柵格轉換為時間柵格；(6)采用成本距離分析法進行可達性分析。

1.3.1 速度柵格建立 根據《公路工程技術標準》(JTG B01—2014)賦值不同等級公路速度；根據《鐵路線路設計規(guī)范》和《高速鐵路設計規(guī)范》，按照各條鐵路設計時速及建設標準賦值不同等級鐵路速度；根據不同土地利用類型對速度的限制，賦值不同地類速度(表1)。采用柵格計算最大值法，得到省域全覆蓋的速度柵格?；凇捌露扰c起伏度越大，對速度的限制作用越明顯”的原則，采用表2的判斷矩陣對速度柵格進行修正，得到符合實際的速度柵格。圖1為全省覆蓋速度柵格，單位為km/h。

圖1 速度柵格(100m×100m)

表1 不同情況下速度賦值

表2 速度修正系數判斷矩陣

1.3.2 時間柵格建立 根據柵格單元大小，將速度柵格按式t=s/v轉換為時間柵格。式中：s為柵格單元大小，單位為km；v為速度，單位為km/h；t為時間，單位為h。本研究柵格大小為0.1km，圖2為全省覆蓋時間柵格，單位為h。

圖2 時間柵格(100m×100m)

1.3.3 成本距離分析 通過時間柵格和客運站空間位置，利用ArcGIS軟件中的成本距離分析工具(要素源為客運站空間位置點，成本柵格數據為時間柵格)，可得到各站場交通通達時間成本和各地區(qū)有效服務范圍。

2 結果與分析

2.1 鐵路客運站交通通達特征

圖3為甘肅省鐵路客運站可達性空間分布特征，整體呈現三個明顯特征：(1)空間布局以鐵路客運站為中心，放射狀分布特征明顯。在河西走廊地區(qū)，由于鐵路客運站的布局呈串聯狀，交通可達性整體為條帶狀；在南部的隴南、天水市及東部的平涼市，由于地形起伏大、地貌破碎，地形修正對交通可達性的影響明顯，可達性與地形脈絡的走向相一致；(2)從空間分布形態(tài)來看，鐵路、公路等線狀交通設施對交通可達性的影響遠大于土地利用狀況的影響，通行時間成本低、交通可達性較好的地區(qū)往往都有不同等級的公路覆蓋，地勢平坦但路網密度低的甘南等地通行的時間成本較高；(3)從區(qū)域分布來看，甘肅中部及河西走廊嘉峪關市以東地區(qū)的可達性較好，臨夏州、甘南州、慶陽市可達性水平低，酒泉市土地面積較大，除“敦煌—瓜州—玉門”沿線約17km范圍可達性較好外，其余地域均為以裸地、荒草地和沙地為主的未利用地，可達性水平極低。

圖3 甘肅省鐵路客運站交通可達性空間分布

為進一步了解全省交通可達性的數量差異，以1小時為間隔，將可達性分為13級，統計各時間段分布頻率和累計時間頻率。由圖4可知，各時間段分布頻率隨時間增加呈現先上升后下降的趨勢，全省鐵路客運站可達時間集中在1h～5h，峰值在3h。通過計算，全省1h內可到達最近鐵路客運站的土地面積為6.65萬平方公里，占比為15.6%，3h內可到達最近客運站的土地面積為21.97萬平方公里，占比為51.6%，5h內可到達最近客運站的土地面積為31.19萬平方公里，占比為73.24%，7h內可到達最近客運站的土地面積為36.58萬平方公里，占比為85.88%。通過加權平均，對于出行居民，全省鐵路客運站可達性平均時間成本為4.37h，從居民體驗的角度，可優(yōu)化和提升的空間較大。

圖4 甘肅省鐵路客運站交通可達性時間分布

2.2 各市州鐵路客運站服務范圍

通過1h時間差分類得出鐵路客運站交通可達性等時圈空間分布狀況。由圖5可以看出4個明顯特征：(1)1h等時圈的空間分布特征明顯，由西向東基本沿“敦煌—瓜州—玉門—嘉峪關—張掖—武威—蘭州—定西—天水”的走向(圖5中箭頭所示)，這與古絲綢之路甘肅段的走向基本一致，說明甘肅省改革開放以來路網建設的重心及人員流動的重點區(qū)域均在絲綢之路經濟帶上，這種格局多年來未打破；(2)蘭州作為省會城市，1h等時圈的通道呈放射狀，出入城市的快速通道較多，反映出城市區(qū)域交通樞紐的優(yōu)勢比較明顯；(3)河西走廊5市的1h等時圈呈帶狀分布，帶狀區(qū)域的寬度平均為26km，也就是說，河西走廊地區(qū)交通干線(公路、鐵路)南、北各13km的區(qū)域，理論上1h內都能到達最近的鐵路客運站，生產、生活設施應重點布局在此區(qū)域以滿足居民出行和產品運輸需求；(4)臨夏州、甘南州、慶陽市1h等時圈覆蓋區(qū)域極少，此區(qū)域居民乘坐火車出行的時間成本很高。

圖5 甘肅省鐵路客運站交通可達性等時圈

通過進一步計算可得各市州鐵路客運站服務范圍。從服務規(guī)模(表3)可知，1h可達的范圍規(guī)模大于5000平方公里的有白銀、天水、蘭州、定西、張掖、酒泉，酒泉市由于土地面積較大，1h可達的規(guī)模最大，達1.25萬平方公里。定西市、蘭州市、金昌市的全境均在4h可達范圍內，嘉峪關市全境均在2h可達范圍內。

從服務范圍占比情況(圖6)可以看出，全省市州的鐵路客運站交通可達性大致可分為四種類型：一是1h可達范圍占比在40%以上的，包括嘉峪關市(83.1%)、蘭州市(55.8%)、天水市(44.4%)、定西市(44.3%)，除嘉峪關市土地面積小導致比例較高外，蘭州、天水、定西均是甘肅交通網絡密集、鐵路客運站布局較多的傳統地區(qū)；二是1h可達范圍占比在20%～40%之間、3h之內可達范圍占比在70%以上的，包括金昌市、平涼市、白銀市、張掖市；三是由于地域廣闊導致1h可達范圍占比較低但線性交通廊道較為豐富的，主要分布在河西走廊地區(qū)，包括武威市(15.3%)和酒泉市(7.4%)，應重點發(fā)展與骨干交通設施的連接工程；四是交通廊道較少、整體可達性水平較低的，包括臨夏州、隴南市、慶陽市和甘南州，應重點建設線性交通基礎工程、打造節(jié)點樞紐。

通過對圖5、表3和圖6的進一步研究，還發(fā)現：(1)目前全省各市州之間的通達程度并不高，除河西走廊5市以串聯方式聯通外，“白銀—天水”“白銀—平涼—慶陽”“天水—隴南”“隴南—甘南”“蘭州—臨夏—甘南”基本沒有通過鐵路客運方式直接聯通的途徑。在高速鐵路已成為國內居民日常出行重要交通工具的今天，上述城市間構建快速交通體系的空間很大；(2)天水市、定西市1h可達的范圍比例均在44%左右，3h可達的范圍比例均在95%以上，這兩市具備打造區(qū)域交通樞紐的基礎條件，可進一步東進南擴，優(yōu)化隴東和隴南的交通格局；(3)全省鐵路客運2h可達范圍均分布在省域內部，在與陜西、四川等省交界處基本無分布，全省對外交通格局有待完善，對外交通通道應進一步拓展。

表3 各市州鐵路客運站服務范圍規(guī)模

圖6 各市州鐵路客運站服務范圍占比

3 結論與討論

3.1 結論

本研究基于甘肅省鐵路客運站數據、公路網數據、鐵路網數據和土地利用數據，采用成本距離法對交通可達性的空間分布特征、服務范圍、地區(qū)差異進行了分析，得出如下結論。

(1)受交通設施現狀及地形因素的影響，全省交通可達性呈現以站場為中心放射狀分布的特點，中部及河西走廊嘉峪關市以東地區(qū)的可達性較好。鐵路客運站的可達時間集中在1h～5h，1h內可到達最近客運站的土地面積占全省面積比例為15.6%，全省出行居民到達鐵路客運站的平均時間成本為4.37h。

(2)全省1h等時圈由西向東基本沿“敦煌—瓜州—玉門—嘉峪關—張掖—武威—蘭州—定西—天水”的走向，這種交通格局多年來未改變；省會蘭州市1h等時圈的出入通道空間特征反映出其區(qū)域交通樞紐的優(yōu)勢比較明顯；臨夏州、甘南州、慶陽市1h等時圈覆蓋區(qū)域極少，區(qū)域居民乘坐火車出行的時間成本很高。

(3)1h等時圈的空間形態(tài)反映出地級市鐵路直通效益并不明顯，“白銀—天水”“白銀—平涼—慶陽”“天水—隴南”“隴南—甘南”“蘭州—臨夏—甘南”目前基本沒有鐵路客運直連的通道；天水市、定西市的交通現狀數據反映出其具備打造區(qū)域交通樞紐的基礎條件；全省與相鄰省的交通現狀不利于物資、人員的充分流動，應進一步加強。

3.2 討論

(1)目前，全國正在編制各級國土空間規(guī)劃，交通基礎設施的建設仍然是甘肅省乃至西北地區(qū)未來一段時期內經濟社會發(fā)展的強大助推器。從甘肅的資源稟賦來看，中部、東部、南部的地形起伏大，河西走廊整體呈條帶狀且擔負著重要的生態(tài)屏障作用，甘南、臨夏等地的生態(tài)保護修復任務艱巨，種種因素決定著全省的交通發(fā)展應采用點軸式的基本思路，同時應盡可能做到交通中心節(jié)點的極化與擴散，有效提升節(jié)點城市的直通度。

(2)本研究的結論特別是等時圈的分布，一方面可指導交通基礎設施的優(yōu)化與新增，尤其是在“蘭州—西寧”城市群、“天水—關中”經濟區(qū)的頂層設計下，可直接以如何擴大1h等時圈為目標導向展開研究。另一方面，地區(qū)在產業(yè)布局、資源配置、發(fā)展引導等方面，應考慮等時圈因素，因為交通是實現資源流動的基礎條件。同時，本研究形成的成本距離和成本方向空間分布數據，可為最優(yōu)路徑的研究提供基礎。

(3)經濟社會的快速發(fā)展在于物資、人員等要素的充分流動，交通是承接要素流動的唯一載體，要通過交通一體化與交通網絡化來發(fā)揮不同交通模式的效益，實現地級城市直通、縣級互通等目標，進而實現地區(qū)通行能力的整體提升。

(4)在構建時間成本時，可進一步納入多元化的時間成本因素，如城市公共交通、地下交通、城市步道等交通網絡情況，這可以使諸如半小時城市生活圈等大比例尺的細部研究得到更加精準的結果。