李繁繁,陳長瑤,2，楊旺舟

(1.云南師范大學(xué) 經(jīng)濟與管理學(xué)院，云南 昆明 650500；2.云南師范大學(xué) 地理學(xué)部，云南 昆明 650500)

區(qū)域、城市或城市內(nèi)部某一地點的位置影響其參與經(jīng)濟活動的可能性與便捷性.增長極理論、“點-軸”開發(fā)理論和網(wǎng)絡(luò)理論都表明區(qū)域經(jīng)濟的發(fā)展與其所處位置有不可忽視的重要關(guān)系.這種位置關(guān)系是造成區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展空間差異的重要原因，也是區(qū)域整體規(guī)劃的重要考慮因素.空間可達性是用來衡量某地所處位置與中心地區(qū)關(guān)系的一個重要指標(biāo).可達性的研究最早起源于古典區(qū)位論中對位置優(yōu)劣程度的度量[1]，后來Hansen首次對可達性進行定義[2].隨著國內(nèi)外可達性研究的發(fā)展，目前可達性有著廣泛的應(yīng)用，如旅游景區(qū)的規(guī)劃[3]和優(yōu)化[4]、城市腹地的劃分[5-6]、醫(yī)療資源分布合理性的評估[7]、人口分布的研究[8]以及對反貧困作用的分析[9]等.可達性與經(jīng)濟發(fā)展呈正相關(guān)[10]，可達性的改善有助于提高投資的效率[11]，增強區(qū)域空間經(jīng)濟聯(lián)系[12].目前對可達性的度量可采用多種方式方法，如加權(quán)平均旅行時間[13]、構(gòu)建綜合可達性指標(biāo)[14]、構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)拓撲關(guān)系[15]、進行柵格分析[16]或運用插值法對區(qū)域整體進行模擬[17]等.

空間可達性更強調(diào)區(qū)域空間的每一位置距離中心發(fā)達地區(qū)的可達性,這決定著是否有機會參與到發(fā)達地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的分工之中，影響到該地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的前景[18].空間可達性越好則表示該位置與外界的連通性越好，經(jīng)濟發(fā)展的潛力越大[19-21].隨著對區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展的重視，對區(qū)域內(nèi)部所有位置空間可達性的研究不再局限于交通道路網(wǎng)絡(luò)，研究方法需要不斷改進，研究精度也需要不斷提高.張莉等[22]將交通道路網(wǎng)格外的非道路區(qū)域統(tǒng)一設(shè)定默認速度；沈驚宏等[23]對湖泊、高山和江河等非道路進行區(qū)別并設(shè)定速度；孟德友等[24]考慮到高速公路的封閉性，對高速公路等封閉道路設(shè)定了道路阻隔層；吳旗韜等[25]將非道路區(qū)域與土地利用類型和高程相結(jié)合，進一步提高了模擬精度.

從已有的研究中可以發(fā)現(xiàn)，通過對不同數(shù)據(jù)的綜合利用可以提高精度，但不同區(qū)域具有特殊性，如西部的高海拔、多山脈地區(qū)本身交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)條件匱乏，絕對海拔高度對可達性的影響難以成為重要因素；現(xiàn)有研究對交通路網(wǎng)數(shù)據(jù)較少使用低等級道路，如縣道和鄉(xiāng)道等，而在山地區(qū)域，像云南的山區(qū)由于過境道路少，交通相對不發(fā)達，此時低等級道路成為高等級道路的重要補充.綜合考慮交通路網(wǎng)、土地利用和地面坡度情況，通過柵格分析和成本距離工具等方法對云南省中心城市的空間可達性進行研究，將有助于更精確地識別區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的潛力，為城市的發(fā)展定位、區(qū)域內(nèi)部協(xié)調(diào)發(fā)展以及交通基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃等提供一定的科學(xué)參考.

1 研究區(qū)域概況

云南省地處中國西南邊陲，位于東經(jīng)97°31′～106°11′和北緯21°8′～29°15′之間.云南省屬山地高原地形，山地面積3.31×105km2，全省地勢西北高、東南低，自北向南呈階梯狀逐級下降.省內(nèi)共有8個自治州和8個地級市，由于自治州的特殊性，將8個地級市和8個自治州的市、州政府所在地定義為中心城市.十三五期間，云南省綜合交通完成從“基本緩解”到“基本適應(yīng)”的重大轉(zhuǎn)變，新增高速公路5 000 km，交通基礎(chǔ)設(shè)施投資1.15×1012元，路網(wǎng)覆蓋面進一步擴大，為經(jīng)濟發(fā)展提供堅實的基礎(chǔ).

2 數(shù)據(jù)來源

使用的路網(wǎng)矢量數(shù)據(jù)來源于全國地理信息資源目錄服務(wù)系統(tǒng)(https://www.webmap.cn)1∶100萬公眾版基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)(2021)；土地覆蓋數(shù)據(jù)來源于30米全球地表覆蓋數(shù)據(jù)“GlobeLand30”2020年數(shù)據(jù)(http://www.globallandcover.com)，共分為10個一級土地利用類型；數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)從地理空間數(shù)據(jù)云(http://www.gscloud.cn)上獲取，空間分辨率為30 m.各中心城市源位置為州、市政府所在地理位置，通過百度坐標(biāo)拾取系統(tǒng)獲取地理坐標(biāo)并經(jīng)過相應(yīng)的轉(zhuǎn)換確定.

3 研究方法

3.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理與研究技術(shù)路線

首先，對道路矢量數(shù)據(jù)柵格化處理.為提高精度，柵格像元選擇30 m×30 m；其次，構(gòu)建封閉道路圖層.從路網(wǎng)數(shù)據(jù)中將高速公路、高速鐵路和普通鐵路提取出來，構(gòu)建緩沖區(qū).為防止緩沖區(qū)設(shè)置過小造成無法覆蓋封閉道路柵格，設(shè)置緩沖區(qū)為封閉道路兩側(cè)60 m寬度[26]，并進行柵格化處理.運用ArcGIS表面分析功能，由DEM數(shù)據(jù)計算出坡度柵格數(shù)據(jù).為保證空間分辨率相同，所有像元大小設(shè)置為30 m×30 m.研究技術(shù)路線如圖1所示.

圖1 空間可達性研究技術(shù)路線圖Fig.1 Technical roadmap for spatial accessibility research

3.2 速度賦值與成本計算

按照中國《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JTG B01-2014)與《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》(TB10621-2014)，參考陳偉等[27]的研究，結(jié)合邊疆山區(qū)特殊地理條件，對不同交通方式的速度設(shè)定傾向于道路速度規(guī)范下限，分別為：高速鐵路250 km/h，普通鐵路100 km/h，高速公路100 km/h，一級公路70 km/h，二級公路60 km/h，三級公路50 km/h，三級公路以下40 km/h，封閉道路緩沖區(qū)1 km/h.考慮到非道路區(qū)域通行速度一般低于交通道路區(qū)域，不同土地利用類型的速度具有差異化特征，參考吳旗韜等[25]的研究，根據(jù)差異化賦值原則，將不同土地利用類型速度賦值為耕地15 km/h，林地10 km/h，草地20 km/h，灌木地5 km/h，濕地2 km/h，水體1 km/h，人造地表30 km/h，裸地2 km/h，冰川和永久積雪1 km/h.由于云南省全省平均海拔2 000 m，特殊的地理環(huán)境條件決定絕對海拔高度難以成為影響可達性的重要因素.在地形因素上，國際地理學(xué)會地貌調(diào)查和野外制圖專業(yè)委員會將坡度分為7級:0°～2°為平原至微傾斜坡，2°～5°為緩傾斜坡，5°～15°為斜坡，15°～25°為陡坡，25°～35°為急坡，35°～55°為急陡坡，>55°為垂直坡.選擇坡度大于35°的像元作為阻隔層，速度賦值1 km/h.所有速度賦值中，速度設(shè)定為1 km/h表示該像元難以通過.根據(jù)速度賦值，利用公式(1)計算單元柵格通行時間作為時間成本.

(1)

其中，T表示單元柵格通行時間成本，單位為s;l表示單元柵格長度，單位為m;v表示單元柵格通行速度，單位為km/h.計算出的時間成本值如表1所示.

表1 不同類型柵格時間成本表Table 1 Time cost of different types of grids

將不同的成本圖層進行疊加，疊加時遵循的優(yōu)先級規(guī)則為交通道路>阻隔層>土地屬性類型.經(jīng)過技術(shù)性處理后得到綜合成本柵格數(shù)據(jù)，如圖2a所示，共518 095 559個柵格像元，用來表征經(jīng)過單元柵格時需要耗費的阻抗.封閉道路阻隔層設(shè)定如圖2b所示，封閉道路與其他道路相交時打通緩沖區(qū)，如圖2c所示.

該圖基于國家測繪地理信息局標(biāo)準(zhǔn)地圖服務(wù)網(wǎng)站下載的審圖號為GS(2019)3266的標(biāo)準(zhǔn)地圖制作，底圖無修改．圖2 綜合成本柵格及細節(jié)圖Fig.2 Comprehensive cost grid and detail diagram

3.3 成本距離計算

利用ArcGIS中的成本距離方法計算任意像元到成本面上最近源位置的最小累積成本距離，計算公式如(2)式所示.

(2)

其中，Ai表示像元的最小累積成本路徑，Ti為經(jīng)過第i個柵格所需耗費的成本值，Ti+1為經(jīng)過第i+1個柵格所需耗費的成本值，n為柵格像元到最近源位置所需要經(jīng)過的柵格總數(shù).Ai越小則說明所需耗費的成本越小，可達性程度越高.州、市中心城區(qū)是資源聚集程度和經(jīng)濟發(fā)展水平較高的區(qū)域，對周邊地區(qū)吸引力強，故選取各州府、市政府所在地作為可達性水平計算的源位置.

4 結(jié)果分析

4.1 整體可達性分析

運用ArcGIS成本距離工具計算出云南省空間可達性水平，如圖3所示.

該圖基于國家測繪地理信息局標(biāo)準(zhǔn)地圖服務(wù)網(wǎng)站下載的審圖號為GS(2019)3266的標(biāo)準(zhǔn)地圖制作，底圖無修改．

可以看出，2020年云南省空間可達性水平東部高于西部，呈塊狀的空間分布形態(tài).滇中城市群作為云南省經(jīng)濟發(fā)展的“領(lǐng)頭羊”，空間可達性水平高，昆明市、玉溪市、曲靖市和楚雄彝族自治州趨于一體化.這可能是由于一方面滇中地區(qū)地處平原壩子，利于城市擴張和交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，另一方面滇中城市群成員本身在地理位置上距離較近，提供了較好的現(xiàn)實基礎(chǔ).由滇中地區(qū)往西，“昆-楚-大”城際高鐵的開通提高了云南省東西部地區(qū)的時空收斂，高空間可達性水平地區(qū)主要沿交通基礎(chǔ)設(shè)施呈條狀分布，隨距離交通基礎(chǔ)設(shè)施的地理距離的增加而衰減.滇南地區(qū)的普洱市、西雙版納傣族自治州及滇東南紅河哈尼族彝族自治州和文山壯族苗族自治州呈現(xiàn)“抱團”區(qū)域融合形勢.但由于紅河哈尼族彝族自治州和文山壯族苗族自治州距離滇中地區(qū)地理位置較近，且紅河哈尼族彝族自治州部分區(qū)縣已劃入滇中城市群規(guī)劃范圍，因此紅河哈尼族彝族自治州和文山壯族苗族自治州對滇中城市群融入程度相對較好，而普洱市與滇中地區(qū)存在明顯的斷裂.昭通市和臨滄市與周邊中心城市地理距離較遠，其本身經(jīng)濟發(fā)展水平較低，受時間成本距離的制約形成可達性“孤島”.滇西北地區(qū)怒江傈僳族自治州是云南省海拔最高的地區(qū)，多為高山陡坡，山區(qū)半山區(qū)面積大，空間可達性最低.

通過對各地區(qū)交通可達性進行分區(qū)統(tǒng)計，并根據(jù)地區(qū)空間可達性平均水平和標(biāo)準(zhǔn)差進行排序，如表2所示.

表2 云南省各州市平均空間可達性水平和標(biāo)準(zhǔn)差Table 2 Average spatial accessibility levels and standard deviations of prefectures in Yunnan province

將云南省16州、市平均空間可達性水平按自然斷裂點方法分為高可達性、中等可達性和低可達性三類.高可達性的州、市共有10個，分別為昆明市、大理白族自治州、保山市、玉溪市、西雙版納傣族自治州、曲靖市、楚雄彝族自治州、紅河哈尼族彝族自治州、文山壯族苗族自治州和德宏傣族景頗族自治州；中等可達性5個，分別為麗江市、昭通市、臨滄市、普洱市和迪慶藏族自治州；低可達性僅有怒江傈僳族自治州1個.全省平均空間可達性為2.068 8 h.從整體上來看，云南省空間可達性水平較高，最高為昆明市1.447 4 h，最低為怒江傈僳族自治州4.126 2 h.從各州市內(nèi)部看，作為云南省經(jīng)濟政治中心和交通樞紐城市，昆明市平均空間可達性水平最高，但標(biāo)準(zhǔn)差為0.924 3 h，說明存在較大的區(qū)域不平衡現(xiàn)象.這主要是因為北部祿勸彝族苗族自治縣和東川區(qū)等地多山脈，空間可達性水平較低，與主城區(qū)的高可達性差異過大.大理白族自治州作為通往滇西南和滇西北的重要交通樞紐，平均空間可達性水平為1.480 7 h，標(biāo)準(zhǔn)差0.721 7 h，空間可達性屬于全省較好水平.西雙版納傣族自治州、保山市和曲靖市等地標(biāo)準(zhǔn)差水平較小，這可能是由于這三個州、市中通行成本極高的柵格單元(如水體、冰川和永久積雪、道路緩沖區(qū)以及大于35°坡度)在數(shù)量上相對較少，空間可達性的差異較小，故均衡性較好.

4.2 城市等時圈分析

城市等時圈是指以城市中心為起點，在特定時間內(nèi)能夠到達的距離覆蓋的范圍.根據(jù)對等時圈的劃分可以識別城市腹地范圍和發(fā)展的可能性邊界，有助于進一步發(fā)揮中心城區(qū)的輻射帶動作用，推動區(qū)域經(jīng)濟統(tǒng)籌和協(xié)調(diào)發(fā)展.將云南省等時圈劃分3類，分別為0～1 h、1～2 h、2～3 h.其中，0～1 h范圍內(nèi)表示中心城市發(fā)展的核心腹地，主要是各城市中心城區(qū)；1～2 h為城市發(fā)展可能性邊界區(qū)域，是城市發(fā)展擴張的潛力范圍；2～3 h主要為城市邊緣地區(qū)，對資源的吸收和輻射力散發(fā)均存在一定的難度.等時圈劃分結(jié)果如圖4所示.

云南省0～1 h等時圈面積占比17.75%，1～2 h等時圈面積占比36.16%，2～3 h等時圈面積占比27.52%，0～3 h等時圈占總面積比例為81.43%，這說明省內(nèi)大部分空間位置到達最近中心城市的時間成本在3 h以內(nèi).滇中城市群0～3 h等時圈面積占全部面積比例為94.84%，0～1 h占比27.39%，1～2 h占比44.44%，2～3 h占比23.01%.1 h等時圈是區(qū)域經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展的基礎(chǔ)條件，在交通1 h可到達的范圍內(nèi)，具有較明顯的集聚效應(yīng)和競爭優(yōu)勢，也表征區(qū)域間融合程度.相對云南省總體水平，滇中城市群0～1 h等時圈面積占比是全省0～1 h的1.54倍.以昆明為中心，昆明市、曲靖市、玉溪市和楚雄彝族自治州在1 h等時圈上趨向于區(qū)域的空間融合.

該圖基于國家測繪地理信息局標(biāo)準(zhǔn)地圖服務(wù)網(wǎng)站下載的審圖號為GS(2019)3266的標(biāo)準(zhǔn)地圖制作，底圖無修改．圖4 云南省各州市等時圈劃分圖Fig.4 Isochronal circle partition of prefectures in Yunnan province

對各州市等時圈進行裁剪，以WGS 1984投影坐標(biāo)系對各州市不同等時圈面積進行統(tǒng)計，結(jié)果如表3所示.

0～1 h等時圈面積最大的地區(qū)為昆明市，為10 443.81 km2，其次為大理白族自治州，為10 088.19 km2.這可能是由于昆明市和大理白族自治州都處于交通樞紐地區(qū)，經(jīng)濟發(fā)展水平較高，交通網(wǎng)絡(luò)蔓延地區(qū)廣闊，空間可達性水平高.0～1 h等時圈面積最小地區(qū)為怒江傈僳族自治州，為1 106.94 km2.從不同等時圈的面積大小來看，除昆明市外，各州市0～1 h等時圈面積均低于1～2 h等時圈.昆明0～1 h面積大于1～2 h 面積是在多重因素作用下1 h等時圈面積擴張的結(jié)果，也預(yù)演了其他城市未來可達性擴張的路徑；2～3 h等時圈面積大于1～2 h等時圈面積的州市僅有昭通市、麗江市、普洱市、臨滄市和怒江傈僳族自治州.其中，昭通市兩者差別較小，可能是東北部山區(qū)對2 h等時圈的擴張造成了屏障.而麗江市、普洱市、臨滄市和怒江傈僳族自治州由于多高山陡坡地區(qū)，等時圈向外擴張受到阻礙.

表3 云南省各州市等時圈面積統(tǒng)計表Table 3 Statistical table of isochronal area of prefectures in Yunnan province

5 結(jié)語與展望

通過綜合土地利用數(shù)據(jù)、坡度數(shù)據(jù)和綜合交通網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合邊疆山區(qū)地區(qū)的地理特性，運用柵格分析和成本距離工具等方法，對云南省中心城市的空間可達性水平進行了更為精確地模擬.從整體上而言，云南省空間可達性呈東部高、西部低的塊狀空間分布特征.空間可達性較好的地區(qū)多是沿交通基礎(chǔ)設(shè)施周邊分布，其中滇中城市群基本實現(xiàn)空間融合.部分州、市屬于可達性較弱地區(qū)，如臨滄市和昭通市形成可達性“孤島”，可以對這些地區(qū)加強政策和資金的傾斜，增加快速交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，提高區(qū)域間時空收斂程度.而怒江傈僳族自治州由于山地面積占比較高，州府所在地位置特殊，地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展應(yīng)打破行政單元壁壘，提高各種資源和要素的流動效率.省內(nèi)處于交通樞紐的地區(qū)，如大理白族自治州，空間可達性水平較高.大理白族自治州、保山市和德宏傣族景頗族自治州作為面向東南亞的重要窗口地區(qū)，應(yīng)積極加強區(qū)域間經(jīng)濟合作程度，打造成云南省西部地區(qū)城市群.

基于數(shù)據(jù)的可得性，僅選擇2020年作為研究時點，對西南邊疆地區(qū)中心城市空間可達性進行了研究.研究結(jié)果反映了現(xiàn)階段云南省中心城市空間可達性的空間特征.由于土地覆蓋數(shù)據(jù)在短時間內(nèi)變化較小，且數(shù)據(jù)可得性較低，需要在更長的研究時間區(qū)間上考慮區(qū)域空間可達性的變化，以準(zhǔn)確地把握區(qū)域發(fā)展演變的規(guī)律，這也將是未來研究的重要方向.