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地球信息科学学报 >

2015 , Vol. 17 >Issue 1: 54 - 61

DOI: https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2015.00054

重庆市交通网络的可达性时空特征及其演化规律

  • 肖京格 , 1 ,
  • 周廷刚 , 1, 2, 3, * ,
  • 姚林虎 1 ,
  • 廖莎 1 ,
  • 何惠丽 1
展开
  • 1. 西南大学地理科学学院,重庆 400715
  • 2. 三峡库区生态环境教育部重点实验室,重庆 400715
  • 3. 重庆市地理空间信息工程技术研究中心,重庆 401174
*通讯作者：周廷刚(1971-),男,四川南部县人,教授,硕士生导师,主要从事遥感与地理信息系统应用及生态环境遥感研究。E-mail:

作者简介：肖京格(1992-),男,河北保定人,本科生,主要从事地理信息系统开发与应用研究。E-mail:

收稿日期: 2013-12-09

  要求修回日期: 2014-04-12

  网络出版日期: 2015-01-05

基金资助

国家级大学生创新训练计划项目(201410635003)

中央高校基本科研业务费专项资金(XDJK2013C079)

收起

Spatial-temporal Characteristics of Chongqing Transport Network Accessibility and Its Evolution Pattern

  • XIAO Jingge , 1 ,
  • ZHOU Tinggang , 1, 2, 3, * ,
  • YAO Linhu 1 ,
  • LIAO Sha 1 ,
  • HE Huili 1
Expand
  • 1. School of Geographical Sciences, Southwest University, Chongqing 400715, China
  • 2. Key laboratory of Eco-environments in Three Gorges Reservoir Region (Ministry of Education), Chongqing 400715, China
  • 3. Engineering Technology Research Center of Geo-Spatial Information in Chongqing, Chongqing 401147, China;
*Corresponding author: ZHOU Tinggang, E-mail:

Received date: 2013-12-09

  Request revised date: 2014-04-12

  Online published: 2015-01-05

Copyright

《地球信息科学学报》编辑部 所有
Fold

摘要

可达性是度量区域交通网络结构通达性的有效指标。本文以1997、2001、2004、2008和2012年为时间断面,以加权平均旅行时间为指标,对重庆市陆路交通网络中节点区县可达性时空特征及演化规律进行了研究。结果表明：重庆市交通可达性总体呈现以主城区为中心向外围区域递减的“核心-边缘”模式,可达性等值线大致呈不规则环状分布;随着路网的不断完善,可达性水平由中心向外围呈圈层式优化,各区县的可达性有大幅度的提升,但不同阶段可达性提升幅度不同,第1、2阶段（1997-2004年）可达性相对第3、4阶段（2004-2012年）而言优化程度更为显著。由于可达性值变化幅度与其初始值有关,所以,边缘地区可达性值提高幅度始终大于中心地区,区县可达性差异逐渐缩小,可达性分布趋于均衡。由于空间经济分布具有明显的不均衡性,可达性与经济发展之间具有一定的互动耦合关系,交通网络的区域效应显得更为复杂。交通网络如何与城市体系合理匹配,形成良性互动的“交通-城市-经济”复合系统,是未来区域交通建设规划应该重视的内容。

关键词： 交通可达性; 加权平均旅行时间; 时空演化; 重庆市

本文引用格式

肖京格 , 周廷刚 , 姚林虎 , 廖莎 , 何惠丽 . 重庆市交通网络的可达性时空特征及其演化规律[J]. 地球信息科学学报, 2015 , 17(1) : 54 -61 . DOI: 10.3724/SP.J.1047.2015.00054

Abstract

Accessibility, as an important index to represent the effectiveness of regional traffic network structure, takes a vital role in transport status research and transport network planning and designing. However, it is hard to find previous researches on the spatial-temporal characteristics of transport network accessibility and its evolution pattern, especially cases concerning the inland mountainous regions. In this paper, those characteristics and the evolution pattern of all nodes (districts) in Chongqing transport network in 1997, 2001, 2004, 2008 and 2012 were analyzed and evaluated by using the weighted average travel time as the indicator. The results show that the accessibility of Chongqing declined gradually from the city center (Yuzhong district) to the city edges. During 1997-2012, with the enhancement of transport network, the accessibility of all nodes was dramatically improved. Comparatively, the growth of accessibility during 1997-2004 is higher than that during 2004-2012. Because the variation of accessibility values has a close relationship with its initial value, the accessibility increase in the marginal areas is greater than that in the central areas. Among the cities, the differences in accessibility gradually narrow, and the accessibility coefficient gradually reaches an equilibrium distribution. Because of the imbalance of the spatial distribution of economy, there is a certain interactive coupling relationship between economic development and accessibility. And the regional effect of the transport network is more complicated. How to properly match the transport network to the urban system is the content of the regional transportation construction planning, and the government should pay more attention into it in the future.

Key words： accessibility; weighted average travel time; spatial-temporal evolution; Chongqing

1 引言

交通运输系统是国家和区域综合发展的先行条件[1],合理的交通运输网络不仅可以极大提高区域的运输能力,还可为区域的开发提供依托轴线[2-4],因此,研究区域交通变化发展状况,对把握地区发展具有重要意义[5-6]。度量一个区域交通网络结构有效性的重要指标是交通可达性[7]。可达性（又称通达性）是指通过特定的交通网络从起始地点到达目的区位的难易程度,通常可用旅行时间、空间距离及运输费用等指标来衡量[8-11]。
对于可达性的研究,国外起步较早[12-15],国内可达性研究较晚,目前的研究主要集中在特定区域可达性现状及演化特征、交通网络格局演变对区域发展的影响[16-17]、交通可达性动态演化以及空间格局变化[18-19]、可达性对区域发展的影响[20-22]等方面。
重庆成为直辖市以来,大力加强交通基础设施建设,相继实现“8小时”和“4小时”交通工程,为社会经济发展提供了基础保障。为了有效评价重庆交通网络的通达性,本研究在GIS支持下,对重庆市38个节点区县的陆路交通网络可达性时空演化特征及规律进行了探索。

2 数据来源和研究方法

2.1 数据来源

1997年重庆被增设为直辖市;2004年完成了“8小时重庆,半小时主城”的道路建设目标;2012年基本实现“4小时重庆”工程,因此本文选取以上3个年份作为基础时间断面。为增加数据的连续和可参考性,增设2001年和2008年2个时间断面。在此基础上,根据重庆市交通建设规划,设置2020年为模拟时间断面,对未来交通演化情况进行模拟和评价。
考虑到节点在区域内的重要程度、代表性,以及数据的可获取性,选择重庆市38个区县级行政单位的政府所在地为节点。因不同年份重庆行政区划有所调整,为使研究具有可比性,以2012年行政区划为基准。在交通运输方式选择方面,对于航空运输,重庆只有江北与万州2个机场,且只包括省际航班和国际航班,对重庆市域内各区县间交通可达性水平的影响不大;对于水路运输,从1997年到2012年时间段内,航运里程、河网分布及码头泊位数等影响航运的基础设施变化不大,只是港口吞吐量及进出港船舶数有明显增加。本文旨在探讨可达性的时空特征和演化规律,故水路运输的影响权重不大;而陆地交通不仅在连通各区县节点,以及促进经济发展中起到了非常重要的作用,而且在研究选取的整个时间段内也有明显的变化,故本文以陆路交通为代表,对重庆交通网络可达性时空特征及演化规律进行研究。
以“重庆交通图”、“重庆市地图”等为基础图件,并通过查阅相关文献资料及实地考察等,获取以上5个时间断面的交通网络信息。通过查阅历年重庆统计年鉴和各区县统计公报获取所研究时间断面的各区县GDP数据。参考“中华人民共和国公路工程技术标准（JTGB01-2003）”中对公路设计时速的相关规定,结合重庆区域特征,设定各类公路平均行车速度（表1）。根据各条铁路建设时的设计时速,将研究中各铁路的平均速度设定为：200 km/h（宜万、遂渝、成渝铁路）、120 km/h（其他铁路）。由于铁路与高速公路运输服务是基于站点的,因此,对铁路与高速公路网络主要通过站点布局进行研究。
Tab. 1 Average highway driving speed setting table for different road types

表1 不同等级公路平均行车速度设定表

道路类型 高速公路 国道 省道 县乡连接路
实际时速（km/h） 100 60 40 20

2.2 评价指标选取

目前,常用的可达性度量主要包括距离法、重力模型法、概率法、等值线法、累积机会法、平衡系数法,以及基于矩阵的拓扑法等。其中,距离法在交通网络空间格局演变研究领域应用较多,又分为最短时间距离和加权平均旅行时间距离[23-26]。由于交通的建设与发展离不开社会经济因素的影响,从合理性与可操作性角度考虑,本文采用加权平均旅行时间指标进行评价,其计算公式为：
A i = ∑ i = 1 n T ij × M j ∑ i = 1 n M j （1）
式（1）中,Ai是加权平均旅行时间值,代表节点i在交通网络中的可达性;Tij代表节点i到节点j的最短旅行时间;n代表研究区域中选定的节点个数;Mj代表节点j所占的权重,反映区域规模对节点可达性的影响,通常采用的衡量指标为节点的区域生产总值。Ai值越大,可达性越低。
为增强结果数据的可比性,客观反映各区县节点的可达性差异,采用可达性系数指标对其进行归一化处理。计算公式如下：
A ′ i = A i × n ∑ i = 1 n A i （2）
式（2）中, A ′ i 代表节点 i 的可达性系数,其他参数的定义同式（1）。 A ′ i 小于1表明该节点的可达性优于区域平均水平,大于1说明其可达性水平比区域平均水平差。
为了进一步表明不同年份重庆交通的区域不均衡性,引入标准差系数,它是衡量要素特征差异性的常用指标,计算公式为：
∂ = ∑ i = 1 n A i - A ̅ 2 n A ̅ （3）
式（3）中, ∂ 代表标准差系数;Ai代表i节点的可达性值; A ̅ 代表全部节点的可达性均值; n 代表节点数目。标准差系数越小,表明研究区内的可达性差异越小。

3 交通可达性时空特征及演化规律分析

3.1 公路与铁路交通网络的时空演化

自1997年重庆直辖以来,重庆的公路与铁路交通获得了快速发展,道路等级、密度大幅度提升。各年份交通网络分布情况如图1所示。从1997年开始,相继开工建设渝黔路一期、长涪路、渝合路、上界路、万梁路5条高速公路,约270 km,到2000年8月,重庆的道路网络已完全形成了“一环四射”的格局。此后,交通建设进一步推进,至2004年初,实现了“8小时重庆”的道路建设目标。2008年,渝遂高速公路全线贯通,重庆到泸州的高速公路、渝南高速公路相继贯通,继而川渝两地的高速公路增至5条。同时,襄渝铁路二线于2008年底建成,此次增建的二线长度约507 km。2012年,“4小时重庆”快速贯通的目标成为现实,从此重庆市大体上形成了“二环八射”的交通网络格局。
Fig. 1 The distribution of traffic network in each year

图1 各年份交通网络分布

3.2 交通网络可达性空间格局

利用式（1）计算不同时间断面下重庆市38个区县节点的可达性值,并采用克里金（Kriging）插值的方法得出空间格局图（图2）。
Fig. 2 The spatial pattern of transport network accessibility in Chongqing during 1997-2012

图2 1997-2012年重庆交通网络可达性格局

可达性空间分布具有以主城区为中心向外围区县逐渐减弱的“核心-边缘”特征,可达性等值线总体上呈现出不规则环形的分布特点。在选取的5个时间断面上,边缘区县可达性值始终比较高,其中城口县及周边地区一直是可达性最差的区域,而主城区的可达性值始终较低。这主要因为可达性和研究区域的地理几何位置具有密不可分的关系,在分布上具有距离衰减特征,即距离区域中心越远,可达性越差。渝中区等主城区县位于重庆市区域的几何中心,而城口县则位于区域东北部边缘,并且受到地形地质的影响不利于交通建设,导致可达性相对较差。从图2可看出,1997-2012年可达性等值线趋于平滑、均匀,整体上得以优化改善,其中,可达性提升最明显的是渝东北翼地区。进一步分析可知,重庆直辖后加快了高速路网的建设,多条省内高速公路的新建大大改善了渝东北翼地区整体的交通网络通达性。可达性空间格局的优化反映了路网的完善与建设对提高区域可达性水平具有重要意义,同时,也说明重庆市交通网络建设正趋于空间均衡化。
由于5个时间断面内各区县节点可达性值的大小关系变化相对稳定,故利用式（2）所求的可达性系数值域范围（[0.4, 0.7)、[0.7, 0.9)、[0.9, 1.2)、[1.2, + ∞ )）把各节点可达性水平划分为优、良、中等、差4个等级。在选取的研究时间段内始终处于可达性好层面的区县有巴南区、九龙坡区、大渡口区、沙坪坝区、江北区、渝中区、南岸区、渝北区,这些区县为重庆主城区的主要部分,区域发展历史悠久,道路基础较好,且为重点发展区域,不同时间断面下均有多条公路干线构成辐射性交通网络。可达性较好的区县有荣昌、永川、北碚、涪陵、南川、綦江、武隆、垫江、梁平、丰都、合川、长寿、璧山,这些区县与主城区距离较近,是连接主城与周边区县的纽带,同时这些区县受主城区的辐射影响较大,可达性较好。其余区县,尤其是酉阳、云阳、巫山、奉节、巫溪、城口、秀山等由于距离主城区距离远,地势起伏大,以及政策因素等造成道路建设起步晚,发展慢,可达性较差。从1997-2012年来看,北碚区、江津区、潼南区、长寿县的交通可达性波动较大,这是因为不同时间段内重庆市对各区县的交通道路发展规划不同,造成有些年份交通建设改善程度相对微弱,有些年份交通改善程度相对较强。

3.3 交通网络可达性动态演化特征和规律

由每个年份的可达性均值变化（图3）可知,可达性均值整体呈下降趋势,但每一时间段内下降的差值不同,线段的斜率不同。为进一步分析,根据每一时间段可达性变化情况,绘制了可达性变化量的插值图（图4）。
Fig. 3 Changes of the mean accessibility

图3 可达性均值变化

Fig. 4 The evolution of transport network accessibility in Chongqing during 1997-2012

图4 1997-2012年重庆交通网络可达性演化

交通网络的发展与完善使得各区县可达性水平大幅提升,可达性的时空收敛效果显著（图2、4）。边缘区县可达性水平的提升始终比主城区明显。这是因为可达性的提升幅度受初始值影响,初始值越大,变化值也越大。第1阶段（1997-2001年）可达性值变化幅度空间分布呈现出由重庆渝东北翼向“1小时经济圈”、渝东南翼方向逐渐减弱的趋势;第2阶段（2001-2004年）呈现出由重庆渝东南翼向“1小时经济圈”、渝东北翼方向逐渐减弱的趋势;第3阶段（2004-2008年）又呈现出类似第1阶段的可达性变化幅度空间分布。上述分析可知,渝鄂线、渝湘线、渝黔线相继建成通车,加之高速公路兴建和道路等级提升,渝东南、渝东北地区的交通状况得到明显改善。第4阶段（2008-2012年）中,以合川区为中心的区域可达性提升最为显著。高速公路的完善和优化,很大程度上提高了边缘区县的可达性,可达性变化幅度的分布趋于空间均衡化。
纵向来看,1997-2012年间,重庆市内38个区县节点最短加权旅行总时间由194.61 h缩减至112.18 h,节省了82.49 h;区县平均加权旅行时间由5.12 h减少到2.95 h,变化率为33.87%;北碚区可达性变化率最高为67.8%（表2）。至2004年,除城口县(8.26 h)外,各区县节点加权平均旅行时间均小于8 h。但不同时间段内各区县平均加权旅行时间的变化值有较大差别,第1、2阶段年均减少0.137 h;第3、4阶段年均减少0.097 h。比较不同时段可达性变化情况可知,第1、2阶段可达性优化程度明显高于第3、4阶段,该时期交通网络发展重心放在高速公路的建设和道路等级提升方面,内环路、绕城高速的建设,大幅缩短了各区县间通行时间;道路等级提升、高速公路兴建,使得第1、2阶段可达性的提升较为显著。第3、4阶段的交通发展仍以大规模建设高速公路为主,已初步形成了高等级交通网络,区县可达性进一步优化,但相较第1、2阶段发展速度趋缓。
Tab. 2 Changes of the rates of accessibility of all cities in Chongqing during 1997-2012

表2 1997-2012年重庆市各区县可达性变化率

区县 可达性变化率（%）
第1阶段 第2阶段 第3阶段 第4阶段
潼南县 14.12 14.76 1.39 7.96
大足区 7.54 17.73 5.80 0.59
荣昌县 1.63 27.81 6.71 3.79
永川区 10.06 38.29 5.11 1.92
江津区 5.86 18.31 5.69 24.15
巴南区 21.43 21.37 9.22 5.88
九龙坡区 23.22 21.03 12.06 4.57
大渡口区 21.10 25.19 11.56 4.55
沙坪坝区 21.18 26.69 16.92 2.47
江北区 22.98 19.92 14.93 6.43
渝中区 19.82 24.32 12.24 4.65
南岸区 23.94 21.76 13.37 24.69
渝北区 23.56 12.90 18.06 4.52
璧山县 2.10 43.71 7.09 3.44
铜梁县 15.34 26.95 5.18 7.40
合川区 19.08 4.55 20.29 35.15
北碚区 21.66 8.22 18.09 19.83
长寿县 22.73 19.15 16.23 4.71
涪陵区 15.89 27.61 10.51 4.35
南川区 9.54 31.58 6.54 5.76
綦江区 17.68 22.59 7.39 3.78
武隆县 9.90 34.20 11.59 2.62
彭水县 6.53 20.18 19.51 16.25
垫江县 12.93 25.07 8.10 5.36
忠县 5.94 7.54 20.39 8.63
丰都县 12.16 23.52 8.39 9.49
石柱县 12.22 21.11 3.64 6.20
黔江区 6.94 39.79 7.09 1.91
酉阳县 8.95 35.21 7.27 2.83
秀山县 7.76 45.89 6.44 1.33
梁平县 13.43 16.55 7.16 14.84
万州区 22.07 2.42 25.90 5.47
开县 19.59 6.83 15.38 1.73
云阳县 27.90 4.96 23.29 2.09
城口县 14.06 4.51 10.41 0.54
巫溪县 11.01 8.75 19.72 2.42
奉节县 10.47 11.97 30.97 5.66
巫山县 14.16 8.60 22.31 0.78
横向比较而言,主城地区、渝东南翼、渝东北翼3大地区可达性也不均一,但地区间整体发展差异不断缩小,可达性水平趋于均衡。从图4和表2可看出,在第1阶段和第3阶段,渝东北翼地区无论是可达性变化值还是变化率均明显高于主城地区和渝东南翼,在可达性优化过程中获益明显;渝东南翼虽然可达性初值高,但其可达性变化值在整个阶段均高于主城地区,整体上可达性获得显著改善;主城区因处于空间几何中心与经济中心叠加的区域,可达性初值低,各阶段内变化值小,但从变化率的角度分析,其可达性得到了较可观的改善。从图2可看出,主城区一直保持较高的可达性水平,渝东南翼总体可达性水平比渝东北翼要好,但其差距也不断缩小。
从图5看出,1997-2012年标准差系数整体呈下降趋势,从0.35降到0.27。在第1阶段略有上升,表明在设立直辖市初期,重庆市重点进行交通主干线和内部环线建设,边缘区县交通建设进展较主城稍缓,使得区域间交通可达性差距继续保持直辖前的增大趋势,但增幅明显减缓。在第1、2阶段,可达性系数总体保持稳定,但在2004年之后明显降低,因为“二环八射”道路格局的发展目标提出后,新一轮道路建设增强了边缘区县和主城地区的连通性,尤其渝遂高速、渝南高速、襄渝铁路及部分省道的建设,大幅增强了渝东北翼和渝东南翼等边缘区县的交通可达性,缩小了区域间可达性差异。这也从侧面反映出重庆市交通网络的优化与完善使得地区间整体可达性水平趋于均衡。
Fig. 5 Change of the standard deviation coefficient

图5 标准差系数变化

4 2020年重庆交通可达性的模拟与评价

结合1997-2012年可达性时空演化规律,对2020年重庆交通可达性进行模拟与评价。根据“重庆市高速公路网规划（2003-2020年）”,以国家铁路网建设规划、国道建设规划以及重庆市省道建设规划为参考,模拟2020年铁路和公路建设情况。以重庆1997-2012年均GDP为依据,参考重庆“十二五”规划及两江新区发展建设规划等,得到2020年各区县模拟GDP值。计算加权平均旅行时间,获取2020年重庆交通可达性分布插值图（图6）。
Fig. 6 The spatial pattern of the transport network accessibility of Chongqing in 2020

图6 2020年重庆交通网络可达性格局

对2020年可达性进行评价分析发现：
（1）各区县节点可达性提升明显。新建成的“三环路”除经过主城的渝北、北碚区外,还将串起主城外的9个区县,包括武隆、长寿、合川、铜梁、永川、江津、綦江、南川和涪陵。除城口（5.92 h）外,其余区县的加权平均旅行时间均小于4 h,“4小时重庆”的道路建设目标基本可以实现。
（2）区县间可达性差异进一步缩小。根据重庆交通网络的时空演化规律,可达性高值区出现在渝东北、渝东南地区,其中城口及周边区县一直是可达性最差的区域。但当“三环路”将合川、铜梁、璧山、永川、綦江、南川、万盛、长寿、涪陵、武隆全部连接起来后,再结合相关“射线”的建设,重庆交通网络连通性明显增强,主城九区外的区县可达性得到进一步提升。同时,由于城口县位于区域东北部边缘,与其他区县中心城市相距较远,且受地形地质因素影响,交通建设缓慢,可达性始终较差。
（3）可达性和经济发展的空间耦合性明显。一方面,在2020年可达性最低区域向以江北、渝北和北碚为主体的两江新区方向偏移,覆盖面扩大,表明两江新区的经济发展,增加了相关区县GDP在可达性计算中的权重,即经济发展增强了区域交通吸引力,促使交通可达性得以提升。另一方面,“三环十射三联线”高速公路网络布局的形成,也对重庆市经济发展产生了重要影响,增强了经济增长活力,使经济发展的区域均衡性得到提升。

5 结论与讨论

（1）重庆自1997年成为直辖市以来,不断加强交通网络建设,尤其是对高速公路网的拓展与完善,有力提高了各区县间的联系,产生了明显的空间收敛效应。整体上,可达性空间分布格局随时间演进变化较缓,具有以主城区为中心向外围区县逐渐减弱的“核心-边缘”特征。可达性等值线总体上呈现出不规则环形的分布特征,由中心向外围呈圈层式优化。
（2）由于道路建设具有阶段性特点,不同阶段可达性演化特征不同,第1、2阶段可达性优化程度明显高于第3、4阶段。随时间演进,边缘区县可达性水平的提升始终比主城区显著,区域整体标准差系数变小,可达性空间分布趋于均衡。
（3）伴随交通网络纵深演变,区县节点可达性在空间上出现一定的层次性。由于空间经济分布具有明显的不均衡性,可达性与经济发展之间具有一定的互动耦合关系,交通网络的区域效应显得更为复杂。交通网络如何与城市体系合理匹配,形成良性互动的“交通-城市-经济”复合系统。
（4）本文以重庆市各区县为基本单元,道路等级细化到省道,但对区县周边农村腹地的细部交通可达性情况反映不够,需要获取县乡道路及村间小路等交通数据,以各村社或更细化的单元为基本节点,加密交通网络和节点,做更深入的研究。

The authors have declared that no competing interests exist.

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