基于空間引力模型的湘江綜合交通優勢度分析

范維琦, 李 峰, 譚華東

(湖南省交通規劃勘察設計院有限公司，湖南 長沙 410200)

0 引言

湘江是湖南省最大的河流，流經永州、衡陽、株洲、湘潭、長沙、岳陽等6個地級市，沿線承載著湖南省30.7%左右的人口、49.8%以上的生產總值，是湖南省經濟社會發展的核心地區和黃金地帶。謀劃建設湘江綜合交通立體走廊，有助于科學構建湘江流域現代交通運輸體系，形成綜合交通主動脈的交通大格局，加速湖南省綜合立體交通網的構建，支撐和積極引導湘江流域經濟社會科學發展，推進湖南省全域旅游發展，促進湖南省加快融入長江經濟帶，具有重要的戰略意義和現實意義。因此，有必要對湘江流域的區域交通條件進行評價。

空間相互作用是城市規劃和交通領域的一個經典議題，而引力模型在空間經濟、人文社科類研究中有著廣泛的應用。本文采用的空間引力模型是在經典引力模型的基礎上，根據旅游、物流的不同特性構建所得，國內已有充分的研究與應用。李山等[1]對旅游空間相互作用的引力模型進行了詳細論述，并分別驗證了牛頓型和威爾遜型的引力模型；陳佳媛[2]以廣東省的物流網絡為基礎，開展了基于空間引力模型的廣東省區域物流網絡結構研究；王玉勤[3]構建了貴州省三大物流圈的輻軸式物流網絡；謝聰等[4]對福建省各城市的物流質量進行評價，構建了福建省區域物流網絡；崔保健等[5]研究了環渤海以及長三角城市群的旅游空間結構；馬紅[6]以遼西走廊為基礎，開展了旅游空間結構的演化研究，利用空間引力模型構建了遼西走廊的旅游經濟聯系網絡；欒喬林等[7]利用空間引力模型對浙江省義烏市的城鎮空間關聯程度進行了分析；顏華實等[8]基于空間引力模型對揚州市的跨江融合發展開展了研究；江小國等[9]基于空間引力模型研究了皖江城市帶和長三角地區的產業聯動性?？臻g引力模型已在區域經濟、物流、旅游等方面得到充分運用，但在已有的研究中，對湘江流域的空間引力結構研究較少，因此本文構建了湘江流域的空間引力模型，在哈夫模型[10]的基礎上，從旅游和物流兩個角度構建模型以分析城市間的引力強度。

綜合交通優勢度的相關研究中，周博等[11]以廣東省為例，從交通優勢度和經濟發展的耦合協調關系進行分析研究；周健等[12]對四川省的區域交通優勢度進行評價。田小琴等[13]在2013年對湘江流域的綜合交通優勢度進行了分析。近10 a湘江流域交通運輸水平發展迅速，且新時代對湘江流域的綜合交通運輸體系提出了更高的要求，因此本文從湘江流域各地級市的綜合交通優勢度出發，通過對交通的路網密度、交通設施鄰近度和區位優勢3個維度，綜合評價湘江流域的交通綜合發展程度，并結合空間引力模型分析結果來研究湘江流域綜合交通優勢水平與城市引力的契合程度，最后從構建湘江綜合交通運輸體系方面進行分析與評價。

1 研究區域概況及基礎數據

1.1 研究區域概況

研究區域為湘江干流流域范圍，以市級行政區劃為基本單元，包括長沙、湘潭、株洲、衡陽、永州、岳陽等6個地級市，面積8.06萬km2。

湘江流域依托京廣鐵路、湘桂鐵路、京港澳高速、二廣高速、泉南高速和湘江航道等重要交通干線構建南北方向沿湘江的主軸線，向北由湘江經洞庭湖入長江，西連成渝都市圈，東至長三角城市群，同時對接京津冀、環渤海經濟帶，輻射中蒙俄經濟走廊、第二亞歐大陸橋經濟走廊；向南對接廣西北部灣經濟區、東盟經開區、粵港澳大灣區，是一條貫通湖南的關鍵戰略廊道，也是未來湖南省不斷優化國內布局，謀劃推進全球布局的重要支撐之一。

1.2 基礎數據

基礎數據主要來源于湖南省2021年發布的各地級市統計年鑒(公報)等相關資料，并結合湖南省公路、鐵路、水運、航空等交通節點及線網GIS數據進行分析。

2 評價方法及評價模型

2.1 空間引力模型

為了從宏觀上分析6個地級市在湘江流域的旅游、物流地位，本文從統計年鑒中獲取了各城市的旅游經濟資料和物流基礎資料，包括接待旅客總人數、旅游總收入、貨運量、城市人口規模、城市距離?？紤]到目前湘江流域各城市之間的交通聯系以公路為主，因此采取公路貨運量為基礎數據，城市之間的距離采用公路距離，主要通過百度地圖查詢獲得。

空間引力模型分兩個角度構建，從旅游角度來說[1]，空間引力模型的計算公式如式(1)所示：

(1)

式中：Rij為城市i和城市j之間的旅游經濟影響力；ri為城市i的旅游總收入，億元；ti為城市i和接待游客總人次，萬人次；dij為城市i和城市j之間的公路距離，km；得出結果后進行歸一化。

從物流角度來說，空間引力模型的計算公式如式(2)所示：

(2)

式中：Lij為城市i和城市j之間的物流聯系強度；hi分別為城市i的貨運量，萬t；pi為城市i的常住人口，萬人；得出結果后進行歸一化。

同時，本文利用GIS軟件將兩個空間引力網絡進行了可視化，如圖1所示。

圖1 湘江流域旅游空間引力和物流空間引力網絡圖

2.2 綜合交通優勢度

綜合交通優勢度由區域公路網密度、交通設施鄰近度和區位優勢3個維度組成，將3個維度結果綜合后，即可得到各城市的交通優勢度。

2.2.1公路網密度

公路網密度是指某區域內公路(高速公路與一級、二級、三級、四級公路)總長度與該區域總面積的比值，公路網密度越大，表示該區域的交通基礎設施建設情況越好。本文根據不同等級公路的對應權重，計算得出該區域的公路網密度，計算公式如式(3)所示：

(3)

式中：Di為城市i的公路網密度；αi為i類型公路對應的權重；Li為i類型公路的長度；Si為城市i的國土面積。

2.2.2交通設施鄰近度

交通設施鄰近度可體現研究節點與區域內重要的交通基礎設施(高速公路出入口、干線公路、鐵路站點、港口、機場等)之間的距離。通過GIS軟件對各城市行政中心與各交通基礎設施之間的距離進行計算，按距離遠近打分，最后對總得分進行歸一化處理，得出各研究節點的交通設施鄰近度，計算公式如式(4)所示：

(4)

式中：Ti為城市的交通設施鄰近度；Pim為i區域m種交通基礎設施的鄰近度，參照交通基礎設施影響度賦值表進行打分，見表1。

表1 交通基礎設施影響度賦值類型子類型標準權重賦值有鐵路樞紐站1.5樞紐站Lr≤30 km1鐵路30 km60 km0一般站有一般車站1Lr≤30 km0.5有高速公路出入口1.5高速Lc≤30 km0.5公路Lc>30 km0國道有國道1其他0有港口1.5港口港口Lp≤30 km130 km60 km0有樞紐機場2樞紐機場La≤30 km130 km60 km0有一般小機場1一般小機場Lc≤30 km0.5Lc>30 km0 注: Lr、Lc、Lp、La分別為區域行政中心與最近鐵路站、高速公路出入口、港口和機場的公路交通距離。

2.2.3區位優勢

區位優勢是表示區域內其他城市至核心城市的距離，距離越小表示其他城市受核心城市的輻射作用越強，區位優勢越大。根據湖南省“強省會”戰略和“長株潭都市圈”發展規劃，本研究以長沙為湘江流域及湖南省的核心城市。計算公式如式(5)所示：

(5)

式中：Si為區域i的區位優勢；Sik為區域i與核心城市(長沙)之間的距離。

本研究根據不同城市與核心城市的交通距離進行分級，確定各級距離的不同權重賦值(見表2)。

表2 區位優勢權重賦值0～80 km80～160 km160～250 km250～350 km>350 km2.521.510

2.2.4交通綜合優勢度

將研究所得的3個維度指標數據歸一化處理，并乘以對應的權重，得到各個區域的交通優勢度。計算公式如式(6)所示：

Ti=αi×Di+βi×Ti+γi×Si

(6)

式中：αi、βi、γi分別為公路網密度、交通設施鄰近度、區域優勢歸一化后的權重系數，αi+βi+γi=1。

得出湘江流域3個不同維度的交通優勢度及交通綜合優勢度的空間格局，如圖2～3所示。

圖2 湘江流域公路網密度和交通基礎設施鄰近度的空間格局

圖3 湘江流域區位優勢和交通綜合優勢度的空間格局

3 評價結果與分析

根據以上模型計算成果和可視化圖，對湘江流域的空間引力強度以及交通設施建設情況進行分析與評價。

3.1 空間引力強度

從空間引力網絡圖可以看出，長株潭3市之間的引力強度最大，這也契合了湖南省大力發展“長株潭都市圈”的戰略規劃。在旅游角度，岳陽與長沙之間也有較強的引力強度；而從物流角度來看，較強的空間引力集中在長株潭都市圈。

其他城市之間的空間引力均較小，這體現了湘江流域的旅游和貨運開發程度不均勻，主要原因在于區域經濟發展水平不均衡，而構建湘江流域的綜合交通運輸體系，是促進各地市旅游、運輸發展，增強經濟活力的重要舉措，湘江流域綜合交通的重點應放在進一步擴大長株潭都市圈的空間引力，增強長株潭都市圈的輻射范圍上。

3.2 綜合交通優勢度

1)公路網密度分析。從湘江流域公路網密度的空間格局可以看到，各地級市發展均較優，歸一化后平均值為0.88，最小值為0.67(永州市)。同時湘江流域的整體公路網密度處于較高程度，發展較為均衡；但永州市因地形條件、經濟發展水平等因素限制，公路網密度處于中等水平。

2)交通基礎設施鄰近度分析。從湘江流域交通基礎設施鄰近度的空間格局可以看到，長沙市、岳陽市、株洲市、衡陽市的交通基礎設施較為完善。湘潭市因距機場和鐵路樞紐站較遠，交通基礎設施發展水平略低；永州市因港口發展滯后，暫無鐵路樞紐站等原因，交通基礎設施發展水平為湘江流域最低。

3)區位優勢分析。從湘江流域區位優勢的空間格局可以看到，長株潭都市圈的區位優勢最強，岳陽交通區位優勢處于中等水平，衡陽市和永州市因距離核心城市長沙市距離較遠，區位優勢較小。

4)交通綜合優勢度分析。從湘江流域交通綜合優勢度的空間格局可以看出，長沙市、株洲市的交通綜合優勢最強。長沙市作為湖南省的核心城市，在湖南省“強省會”戰略背景下，具備最強的交通綜合優勢是合理的，有利于增強長沙市的吸引與輻射能力。株洲市作為湖南省鐵路樞紐之一，且屬于長株潭都市圈，具備較強的交通綜合優勢。岳陽市和衡陽市屬于湖南省“3+5城市群”，具備政策優勢，交通發展水平及綜合優勢都較高。永州市距離核心城市長沙市空間距離較遠，且受經濟發展水平、地形條件等因素制約，交通的綜合優勢度不強。

4 結論與展望

本文以湘江流域的6個地級市為研究單元，首先構建了各城市的空間引力模型，對城市之間的旅游、物流引力強度進行了分析，然后從公路網密度、交通基礎設施鄰近度、區位優勢3個維度，集成了綜合交通優勢度，通過對交通優勢的分析，結合城市的引力強度，得出以下結論：

1)目前湘江流域的城市引力強度基本與各城市的交通優勢呈正相關關系，長株潭3市的城市引力在旅游、物流角度來看均為湘江流域最強，而長株潭3市的交通綜合優勢度在整個湘江流域也具備一定優勢，尤其是長沙和株洲，現狀的交通發展可以較好地匹配城市經濟的發展水平，并可輻射帶動周邊區域經濟發展。

2)湘江流域的核心發展區為長株潭都市圈，而衡陽市作為地理上的中心點，無論是空間引力強度還是交通綜合優勢度，都未體現作為湖南省重要交通樞紐的作用，在湘江流域綜合交通運輸體系構建中，應強調衡陽市作為國家級中部地區重點城市的空間基礎，增強衡陽市銜接長株潭地區與周邊區域的能力，打造中南地區區域性的物流中心、交通中心。

3)岳陽市是湘江流域以及湖南省對接長江經濟帶的門戶，也是湖南省唯一的國際貿易口岸城市。但岳陽市對于湘江流域的空間引力有限，綜合交通優勢度較長沙、株洲偏弱，在湘江流域綜合交通運輸體系構建中，應結合湘江新區北拓發展戰略等湖南省重大戰略，進一步加強岳陽市與長沙市的交通運輸聯系，加強岳陽市的交通優勢，更好地將湘江流域的綜合交通運輸體系與長江經濟帶聯系起來，通過長江、京港澳大通道等交通要線，對接成渝都市圈、長三角城市群、京津冀和環渤海經濟帶等。

4)永州市相較于湘江流域的其他城市，與長株潭都市圈空間距離較遠，而且由于地方經濟發展水平有限，空間引力和交通優勢度均較差。在湘江流域的綜合交通運輸體系構建中，不僅要加強永州市與長株潭都市圈的交通聯系，打破永州市交通基礎設施發展水平相對滯后的困局，也應加強對外聯系，將其作為湖南省對接北部灣經濟區和粵港澳大灣區的重要門戶。增強永州市的對外交通發展水平也是有效提升湘江流域綜合交通運輸發展水平，打造湘江“黃金水道”的必然要求。

(5)從整個湘江流域來看，目前湘江流域各區域的發展水平，從旅游、物流角度可看出發展并不均衡，網絡結構過分依賴于長株潭都市圈，整個湘江流域的交通運輸系統及交通網絡的安全可靠性需進一步加強。湘江流域的交通基礎設施發展水平總體上較好，但交通優勢地區主要集中在長株潭都市圈，沒有依托湘江形成“點-軸”的綜合交通運輸體系，應加強湘江流域的交通走廊構建，形成湖南主動融入長江經濟帶、“一帶一路”的交通廊道，有效發揮湖南省作為全國“一帶一部”交通樞紐的優勢。