高速铁路对中原经济区经济联系强度影响的时空变化分析.pdf

第 39 卷 第 6 期2023年6月商 丘 师 范 学 院 学 报JOURNAL OF SHANGQIU NORMAL UNIVERSITYVol.39 No.6June,2023收稿日期:2021-10-13;修回日期:2021-11-03基金项目:商丘师范学院博士人才引进项目(50018401);商丘师范学院黄河故道生态保护和高质量发展项目(2021KYFZ06)作者简介:许 宁(1987),男,山东单县人,商丘师范学院讲师,博士,主要从事生态环境遥感与 GIS 应用的研究.高速铁路对中原经济区经济联系强度影响的时空变化分析侯文星1,2,许宁1,3,李学鑫1,3,郭志富1,3(1.商丘师范学院 测绘与规划学院,河南 商丘 476000;2.首都师范大学 资源环境与旅游学院,北京 100048;3.商丘师范学院 河南省黄河故道生态保护与治理工程技术研究中心,河南 商丘 476000)摘 要:基于中原经济区 2015 年和 2020 年的交通、人口及经济数据,运用 GIS 网络分析与引力模型,探讨了高速铁路的开通对中原经济区城市对内可达性、经济联系强度和对外联系总量的时空变化的影响.结果表明:研究期间,高速铁路强化了城市对内可达性,中原经济区整体呈现以郑州为核心、向外逐渐扩散的中心-外围模式;中原经济区城市经济联系强度呈现明显的核心带动、轴带发展的指向性特征.其中,中心的郑州及其周边新乡、许昌、洛阳等城市,形成了节点提升的经济联系格局.外围的东北、东南和西北部地区经济联系仍较低;所有城市对外经济联系总量呈现稳定增长趋势,其中高速铁路沿线城市增长最为显著,呈现明显的“廊道效应”,改善了城市经济联系中心度两极分化现象.研究结果以期为中原经济区规范空间开发秩序和完善经济发展模式提供理论依据和数据支撑.关键词:高速铁路;经济联系强度;网络分析;时空变化;中原经济区 中图分类号:K902 文献标识码:A 文章编号:1672-3600(2023)06-0058-06国家“十四五”规划明确指出,贯通“八纵八横”高速铁路,有助于提高交通运输网络效应和运营效率,加快建设交通强国.高速铁路对区域经济联系的影响及空间格局的塑造是经济地理学、区域经济学等研究的重要内容1.目前,关于高速铁路对城市间经济联系及空间格局的研究主要集中于高铁影响的内容、测度方法与指标等方面,从国家2,3、区域4,5和省域6,7等宏观尺度到城市内部8,9微观尺度均有涉及.可达性评价10,11和区域经济联系12是该方面研究的主要手段.在研究内容上,国内学者大多针对高铁对地区城市可达性及经济联系13,14、旅游经济格局变化15,16以及空间结构17的时空变化影响等方面.在研究对象上,不同学者从单一交通方式18,19到多种交通方式20,21组合下对区域经济联系的影响进行讨论,且常采用有无高铁对比法22,23来进行时空变化研究.目前相关研究中引力模型24应用最为广泛,不同学者在采用引力模型时通常会根据研究内容对其进行相应修正25,26,对可达性的描述大多采用加权平均旅行时间等指标.综上所述,目前关于高铁对城市间联系的影响变化方面的研究角度不一,研究方法逐渐趋于多样化,但仍存在不足:研究方法多采用简单的成本加权栅格法,没有考虑到铁路网络的特殊性,网络分析法较栅格计算法相对准确可靠1,该方法主要是利用 GIS 中的网络分析工具,基于道路网络构建 OD 成本矩阵,最后计算出所有城市对间的最短旅行时间,以此为基础展开相关模型的研究;旅游视角研究颇多,从综合角度评价高铁对区域经济联系格局影响的研究仍需补充;研究对象多为经济发展较成熟的区域,或多以某条高铁线路及某个城市为研究因子,有关高铁对整个区域的影响研究及欠发达地区的研究鲜有涉及,特别是对中原地区的研究还较少.中原经济区作为全国主体功能区中的重点开发区域,地理位置重要、区位交通发达,在中部崛起及全国发展格局中具有重要的战略地位27.本研究以中原经济区为研究区,选取 2015 年、2020 年作为时间断面,基于 GIS 网络分析和引力模型,在研究城市对内可达性和经济联系强度的基础上,结合城市经济联系中心度及对外经济联系总量 2 个指标,探究高速铁路对该经济区内各城市经济联系强度及空间格局的影响变化规律,以期为新发展阶段下中部地区新发展格局的建构及高质量发展提供决策支持和数据支撑.1 研究区概况与数据来源1.1 研究区概况2012 年 11 月,国务院正式批复中原经济区规划,明确了中原经济区的范围,规划范围包括河南省、山西省、河北省、山东省和安徽省共 5 省 30 个地级市及 3 个市辖区、县.2015 年末中原经济区常住人口 16098 万人,地区生产总值达 5.6 万亿元;至 2020 年底,常住人口增至 16433 万人,地区生产总值增至 8.1 万亿元.中原经济区最早开通的高速铁路是途径三门峡市、洛阳市及郑州市的郑西高速铁路,于 2010 年 2 月正式通车;至 2015 年6 月,京沪、京广、大同至西安高铁和郑焦城际铁路相继开通;郑徐高速铁路于 2016 年 9 月投入运营,之后郑万、商合杭、郑合高铁于 2019 年末开通使用;2020 年末太焦高铁正式投入运营;郑济高速铁路目前仍处于建设阶段,“米”字型快速网络逐渐构建完成.1.2 数据来源本研究旨在测度中原经济区在高速铁路发展不同阶段下的城市经济联系强度的时空变化,为了保持同一层级城市之间的测度和数据的完整性,研究只采用中原经济区的地市级城市,共 5 省 30 市.研究所用的 GDP 和人口等社会经济数据来自研究区域 5 个省份 2016 年的统计年鉴以及 2021 年中原经济区各市政府工作报告,2015 年与 2020 年交通道路矢量数据来自国家基础地理信息系统 1 400 万数据库.2 研究方法2.1 对内可达性在一个区域内,可达性反映了地区城市之间产生联系的便捷程度.通过分析区域内某一个城市与其他城市的加权平均旅行时间便可确定该城市的对内可达性13.为使得最终结果更加合理,故引入多重指标计算出加权平均旅行时间.计算公式为:Ai=nj=1(Tij Mj)/nj=1Mj(1)式(1)中,Ai表示城市 i 在道路网络中的加权平均旅行时间,Ai值越小,表明城市 i 的可达性越好;Tij为城市 i 到城市 j 的最短时间;Mj为城市的质量,反映了城市 j 的吸引力,可以是城市 j 的人口、GDP 等.本研究 Mj采用的是人口和 GDP 乘积的算术平方根,因为一个城市的经济发达,若人口较多,那么该城市对外的人口流动自然也是较多的,同时为了进一步的发展,与外界的交通需求也会日益增长.2.2 引力模型引力模型是分析及预测空间流的一种理论24.根据学者们已有的研究成果1,考虑到本研究的对象主要是区域中的城市经济联系强度,选取如下的模型方案:Lij=pi vipj vjT2ij(2)式(2)中,Lij表示城市对间经济联系强度;pi、pj分别表示 i、j 城市的人口总量,本研究采用的是各城市相应年份的常住人口数据;vi、vj分别表示 i、j 城市的经济总量,在本研究采用的是各城市的 GDP 数据;Tij表示城市对间的最短旅行时间.由于上述模型的测度对象为城市对,本研究还采用了城市对外联系总量,该指标表述的是各个城市与其他城市的经济联系强度之和.公式如下:Li=ni=1jiLij(3)式(3)中,Li表示 i 城市对外经济联系总量;Li j表示 i 城市对 j 城市的经济联系强度;n 表示城市 i 的对外联系城市对数量.为更好识别 i 城市在经济联系网络的地位,故引入经济联系中心度这一概念,即 i 城市的对外经济联系总量占区域总经济联系量的比重,比重越大说明 i 城市在经济联系网络中的地位越显著.公式如下:Pi=Limi=1Li(4)式(4)中,Pi为 i 地区的经济联系中心度;Li为 i 地区的对外经济联系总量;m 表示研究区的城市数量.3 结果分析3.1 城市对内可达性时空演变以中原经济区 2015 和 2020 年路网为基准,通过 GIS 网络分析量计算研究区内城市的最短旅行时间,作为城市对内可达性的衡量指标,同时将相应年份的 GDP 与人口数据作为双重指标,运用公式(1)计算 2015 年、2020 年中原经济区各个城市的城市对内可达性(表 1),并使用克里金插值生成城市对内可达性空间分布格局,如图 1 所示.可以看出:第一,2015 年城市对内可达性较好的是郑州市、许昌市、漯河市和新乡市,分别为 1.69 h,1.76 h、1.81 h 和1.85 h,可达性95 第 6 期侯文星,等:高速铁路对中原经济区经济联系强度影响的时空变化分析均在 2 h 之内,随后是驻马店市、焦作市、开封市、安阳市、洛阳市和邯郸市.至 2020 年,各市可达性再现新突破,排名前 10 的城市对内可达性均已降至 2 h 之内.第二,2015 年,城市可达性呈现一定的区域交通主干道路指向性,即呈现沿京广、郑西和郑焦城际高速铁路向外扩散的特征.整体来看,研究区呈现“核心带动、轴带发展”的经济发展格局,南北向沿线城市以及西部区域城市对内可达性较好,位于东部的城市对内可达性整体较差.至 2020 年,随着中原经济区“米”字高速铁路网络的逐步完善,对内可达性转好的城市由中心区域向周围不断扩散.中心区城市的对内可达性明显提高,相较于 2015 年,研究区沿西南向、东向和内部东南向城市对内可达性显著提升,对内可达性较差的城市主要分布在外围东北和东南地区.表 1 中原经济区不同年份前 10 名城市加权平均旅行时间2015 年2020 年排名城市可达性/h排名城市可达性/h排名城市可达性/h排名城市可达性/h1郑州1.696焦作2.071郑州1.256漯河1.582许昌1.767开封2.092开封1.427焦作1.653漯河1.818安阳2.103许昌1.428洛阳1.704新乡1.859洛阳2.104新乡1.469周口1.715驻马店2.0310邯郸2.255商丘1.5610安阳1.72图 1 2015 年、2020 年城市对内可达性空间格局3.2 城市经济联系强度运用公式(2),可计算中原经济区 2015 年和 2020 年城市经济联系强度(表 2、图 2).表 2 2015 年与 2020 年经济联系强度(前 5 名)(单位:亿元万人/min2)排名城市 A城市 B2015 年经济联系城市 A城市 B2020 年经济联系1郑州新乡1797.75郑州许昌3223.992郑州许昌1779.95商丘亳州3114.253郑州焦作1748.14郑州新乡2984.004郑州洛阳1691.20郑州开封2830.085邯郸邢台1500.10郑州洛阳2776.96 从表 2 和图 2 中可以看出:中原经济区呈现以郑州为核心,向外辐射的圈层构造.2015 年,郑州与洛阳、郑州与焦作、郑州与新乡、郑州与许昌、邢台与邯郸相互之间经济联系强度在 1500 之上;至 2020 年,郑州市与周边城市的经济联系强度大幅增加,经济联系强度在 1500 之上的城市对增加了郑州与开封、郑州与周口、郑州与商丘和商丘与亳州,多为河南省内部城市间的联系.两个时期城市之间经济联系低于 100 的出现在中原经济区边缘城市,尤其出现在东北部和东南部.2020 年郑州与洛阳、许昌、周口、商丘、开封、新乡和焦作经济联系占据主导地位,逐渐显现一个经济联系核心区,充分体现出“节点提升”的经济发展特征.研究期间,可以看出中原经济区的经济联系有明显的变化:5 年来城市之间的经济联系量呈稳定增长态势.两个时期经济联系最高值从 1797.75 到 3223.99 亿元万人/min2,可以看出 5 年内中原经济区城市间经济联系强度明显呈上升态势.核心区城市经济联系强度呈爆炸式增长.2015 年经济联系最强的两座城市为郑州和新乡,达到1797.75 亿元万人/min2,郑州与许昌、郑州与焦作、郑州与洛阳以及邯郸与邢台的经济联系强度紧随其后,分别为 1779.95、1748.14、1691.20 和 1500.10 亿元万人/min2;2020 年“米”字型快速铁路网络不断完善,郑州市作为区域中心的功能性不断增强,其与许昌、新乡、开封和洛阳的经济联系为 3223.99、2984.00、2830.08 和 2776.96 亿元万人/min2;此外,2019 年商合06商丘师范学院学报 2023 年杭高铁通车后,使得商丘与亳州的经济联系量提升至高值区,为 3114.25 亿元万人/min2,位居经济区内城市对间经济联系第二位.图 2 2015 年和 2020 年城市经济联系强度3.3 城市对外联系总量运用公式(3),可算出中原经济区各个城市在 2015 年和 2020 年的对外经济联系总量(表 3 和图 3).2015 年,随着京广高铁、郑焦城际等高铁开通运营,京广发展轴沿线城市包括邢台、邯郸、安阳、郑州、鹤壁、新乡、许昌、平顶山、驻马店和信阳等城市的对外经济联系总量较高,郑州市作为交通枢纽,在经济区内的城市对外经济联系总量最大,超过1 万经济度;2020 年,各城市对外联系总量均有提升,提升幅度明显的有郑州市、商丘市、亳州市和阜阳市.此外,从图 3 中还可以得出,晋城、运城、长治、蚌埠、淮北、宿州、濮阳、三门峡、聊城等外围城市对外经济联系总量在研究期间变化量极小,且整体水平较低,类似特征的区域内部城市有鹤壁和济源两个城市.从 2015 年到 2020 年,中原经济区城市对外经济联系总量的均值由 2683.69 亿元万人/min2增至 5567.21 亿元万人/min2,变异系数由 0.99 降至 0.95,整体表现出空间差异缩小的趋势.此外,2015 年中原经济区对外经济联系总量最高值郑州市与最低值济源市相差 13250.99 亿元万人/min2,至 2020 年两市差异增加为 27615.56 亿元万人/min2.高速铁路的修建在提高中原经济区各城市对外经济联系总量的同时,缩小了整体区域城市对外经济联系总量的空间差异,但拉大了对外经济联系总量两个极值的差异.表 3 对外联系总量变化(前 10 名)排序城市2015 年/(亿元万人/min2)2020 年/(亿元万人/min2)变化量/(亿元万人/min2)1郑州13692.3528319.7714627.422商丘1513.6810541.889028.203亳州989.016994.556005.544开封2326.488215.905889.425阜阳802.186154.605352.426许昌5616.1610606.994990.837周口2703.257504.984801.738新乡5325.339362.474037.149洛阳5017.328760.933743.6110南阳1337.384428.383091.00 2015 年城市对外联系总量排名前三的为郑州、邯郸和许昌,分别为 13692.35、5825.21 和 5616.16;2020 年排名前三的为郑州、许昌和商丘,分别为 28319.77、10606.99 和 10541.88.从 2015 年到 2020 年,单个城市对外经济联系总量从 441.3613692.35 提升到 704.2028319.77.提升幅度最大的为郑州市、商丘市和亳州市,分别为 14627.42、9028.20 和 6005.54.由图 4 可知,城市经济联系中心度与经济联系强度呈正相关,且经济联系中心度变化呈现显著的区域差异.2015 年,城市经济联系中心度呈现明显的两极分化,京广高铁沿线城市经济联系中心度位居前列,最高值郑州市为 0.17,其余高铁沿线城市中心度也相对较高.非高铁沿线城市经济联系中心度普遍较低.至 2020 年,在“米”字型高速铁路的不断完善下,中原经济区城市经济联系中心度两极分化现象有所改善,最高值郑州市虽稍有下降,但变动幅度不大,新开通高铁的沿线城市经济联系中心度大幅提升,其中商丘市、亳州市和阜阳市最为显著,三座城市经济联系中心度由 2015 年的 0.019、0.012 和 0.010 分16 第 6 期侯文星,等:高速铁路对中原经济区经济联系强度影响的时空变化分析图 3 城市对外联系总量不同年份对比柱状图别提升至 0.063、0.042 和 0.037,变化率均超过 150%;原已有高铁沿线城市经济联系中心度均有不同程度的下降.城市经济联系中心度与各城市间经济联系强度的变化呈现一定的内在耦合性.图 4 2015 年和 2020 年城市经济联系中心度变化图4 结论与讨论4.1 讨 论高速铁路的开通改善了沿线城市的对内可达性,强化了城市对间的经济联系强度,对区域城市的经济发展有着不平衡的牵动效应.目前,中原经济区城市经济联系强度整体呈现以河南省内部为主体的空间格局,在外围与其他 4 省的经济联系仍需加强.中原经济区济郑渝发展轴东北部和中原经济区东南部的安徽蚌埠和宿州等城市经济联系仍处于弱等级,应注重节点提升、对接周边的空间发展布局,推动向东北及东南部地区拓展发展空间.中原经济区在加快构建“米”字型发展轴空间格局的同时,更应注重整体区域交通网络的完善构建,促进经济区一体化发展,缩小整体区域经济差异.研究中运用的交通数据重点突出了高速铁路的影响权重,而其他类型交通道路采用城市间主干道路,且在研究期间没有变化;其次,研究采用闭环的边界对中原经济区进行分析,一定程度上导致地理区位割裂,难以反映城市间的实体联系,存在一定局限性.在后续研究中将会增加城市对间的旅行班次信息,结合社会网络分析方法构建城市网络密度、网络中心性以及凝聚子群等模型,协同中原经济区周边区域综合分析其城市经济联系,为促进中原经济区进一步发展提供数据支撑.4.2 结 论利用 2015 年和 2020 年交通数据和社会经济数据,基于 GIS 网络分析引力模型的方法,从城市对内可达性、经济联系强度以及对外经济联系总量3 方面探究高速铁路对中原经济区内各城市经济联系强度的影响变化规律,以期为区域经济的可持续发展提供决策支持和数据支撑.结果表明:(1)高速铁路强化了城市对内可达性,中原经济区城市对内可达性整体呈现以郑州市为核心、沿高速铁路向外逐渐减弱的中心-外围模式.研究期间,城市对内可达性有显著的提升.研究区的西北、东北和东南地区的城市对内可达性较弱,仍需进一步改善.(2)中原经济区城市经济联系强度呈现核心带动、轴带发展的指向性特征,其中,郑州及其周边新乡、许昌、洛阳等城市,逐渐形成了节点提升的经济联系格局.(3)中原经济区各城市的对外经济联系总量呈现显著增长趋势.其中高速铁路沿线城市增长最为显著,呈现明显的“廊道效应”,改善了城市经济联系中心度两极分化现象.26商丘师范学院学报 2023 年参考文献:1王姣娥,焦敬娟,金凤君.高速铁路对中国城市空间相互作用强度的影响J.地理学报,2014,69(12):1833-1846.2孙娜,张梅青.基于高铁流的中国城市网络结构特征演变研究J.地理科学进展,2020,39(05):727-737.3杨莎莎,邓闻静.高铁网络下的中国十大城市群旅游交通格局及其经济联系的比较研究J.统计与信息论坛,2017,32(04):102-110.4阮杰儿,陈颖彪,千庆兰,等.高铁影响下的珠江三角洲城市群经济空间格局的多维度分析J.地球信息科学学报,2020,22(05):1023-1032.5刘书舟,韩增林,郭建科.高速铁路对东北城市网络结构的空间影响J.地理科学,2020,40(02):270-279.6倪维秋,廖茂林.高速铁路对中国省会城市旅游经济联系的空间影响J.中国人口 资源与环境,2018,28(03):160-168.7韩燕,张苑,陈宇红.甘肃省高速铁路对城市可达性及经济联系格局影响研究J.铁道运输与经济,2020,42(01):31-37+95.8Kasu B B,Chi G.Intercity passenger rails:Facilitating the spatial spillover effects of population and employment growth in theUnited States,2000-2010J.Journal of Urban Planning and 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第 6 期侯文星,等:高速铁路对中原经济区经济联系强度影响的时空变化分析