交通类论文发表基于交通可达性的京津冀城市网络

　　集中性及空间结构研究

　　刘 辉 1，2，申玉铭※1，孟 丹 1，薛 晋 1

　　(1.首都师范大学 资源环境与旅游学院，中国 北京 100048;2.中国城市科学规划设计研究院，中国 北京 100037)

　　摘 要：伴随高速公路和高速铁路基础设施建设和运营，城市间“时间距离”缩短，引起城市区位和城市关系网络发 生变化。研究将 GIS 网络分析和社会网络分析结合起来，利用 O-D 矩阵和引力场模型，分析京津冀都市圈在公路、铁 路、高速公路和高速铁路 4 种不同交通模式下，可达性的差异性及都市圈城市经济相互作用的外向和内向集中程度 等。结果发现：①交通可达性对都市圈内层极化作用高于外层作用，交通按照公路→铁路→高速公路→高速铁路顺 序大大提高城市间可达性。②交通可达性具有两面性。一方面提高城市经济辐射能力和城市间联系度，另一方面拉 大城市间差异程度，且北京、天津以辐射功能为主，其它城市以集聚为主。③可达性在 1h 以内，城市对外影响力较明 显，变化幅度最大的是廊坊(0.25h)，在 1h 以上，城市经济影响力变化较弱，在 2h 以上影响渐渐消失。④公路、铁路、 高速公路和高速铁路 4 种交通模式中，天津交通区位优越于北京，但在可达性和经济影响力综合作用下，北京外向 集中程度(Out Degree)地位明显优越于天津，而内向集中程度(In Degree)天津高于北京。⑤可达性拓展了都市圈内 层的空间范围，并引起空间结构由“多中心”结构向连续的“带状”结构演变。

　　关键词：交通类论文发表,城市网络,引力模型,京津冀都市圈

　　The City Network Centrality and Spatial Structure in the Beijing-Tianjin-Hebei Metropolitan Region

　　LIU Hui1，2，SHEN Yu - ming1，MENG Dan1，XUE Jin1

　　(1. College of Resources Environment and Tourism，Capital Normal University，Beijing 100048，China;

　　2. Chinese Institue of Urban Planning and Design，Beijing 100048，China)

　　Abstract: With the expressway and high- speed railway infrastructure construction, city’s“Temporal Distance”is shortened, which cause city location and network relationship changing. On the basis of the study on GIS network analysis and social network analysis, and using O-D matrix and gravity field model, the paper analysis the accessibility, OutDegree and InDegree for different traffic mode of highway, railway, expressway and high- speed railway in the

　　Beijing-Tianjin-Hebei Metropolitan Area. The results show that:①Inner polarization effect of accessibility is higher than

　　the outer layer of metropolitan, according to the highway, railway, highway traffic, high- speed railway order, the city accessibility is improved more and more.②The traffic accessibility has two sides. On the one hand, it improves economic

　　radiant ability and connection degree between city, on the other hand, it enhances the big different degree, besides, Beijing, Tianjin with radiant function, other city to agglomeration.③According to the“Temporal distance”in 1 hour, the

　　city's external influence becomes obviously, the biggest changing is Langfang (0.25 hours). 1 hour over, the economic influence becomes gradually weaker, which disappear in 2 hour over. ④ Tianjin traffic is advantageously more than

　　Beijing, in the highway, railway, expressway and high-speed railway 4 traffic modes. But then, under the comprehensive effect of accessibility and economic influence, Beijing’s Outdegree is higher than Tianjin, InDegree Tianjin than Beijing.

　　⑤ Accessibility enlarges the space scope of metropolitan, besides it causes the spatial structure from“Poly- centricity Spatial Structure”to“Zonal Spatial Structure”

　　Key words: city network; gravity model; accessibility; Beijing-Tianjin-Hebei metropolitan region

　　收稿时间：2013 - 01 - 10;修回时间：2013 - 05 - 05

　　基金项目：国家自然科学基金项目(40871069) 作者简介：刘辉(1978—)，男，山东单县人，博士，讲师。主要研究方向为城市与区域发展。E-mail：urban-hui@163.com。

　　※通讯作者：申玉铭(1968—)，男，河南浚县人，教授，博士生导师。主要研究方向为产业地理与区域发展。E-mail：shenyuming@263.net。

　　38 经 济 地 理 第 33 卷

　　交通可达性指利用交通系统从某一给定区位 到达活动地点的便利程度，反映两地间相互作用机 会的潜能和克服空间分割的愿望和能力。Hansen 首 次提出了 Accessibility 的概念，将其定义为交通网 络中各节点相互作用的机会的大小[1]，并利用重力 方法研究了可达性与城市土地利用之间的关系。之 后国内外学者对可达性及其利用在以下三个方面 进行研究：①可达性研究，包括可达性评价、可达性 的空间格局及其演化[2-3]，实质是交通网络自身的特 征[4]、结构[5]、等级[6]、演化及交通网络演化机制等方 面的研究[7];②可达性对城市职住空间分离[8]、公共

　　阵，往往受构建矩阵人对成员关系的认识程度、调 查对象的阅历高低、数据的代表性大小等影响，对 两两关系作用大小判断具有主观性。而采用的交通 客流量、子母公司隶属关系、产业链条下的业务流 量关系等属性，却往往忽略了地理空间距离损耗对 网络的影响，特别是对网络中心性、凝聚性的影响。 因此社会网络分析能较好地考虑网络内不同结节 点之间关系的前后和左右联系性，但对网络的空间 属性反映具有局限性。基于以上分析，研究将社会 网 的 分 析 方 法 与 ArcGIS 技 术 支 撑 下 的 网 络 分 析

　　(Network Analyst)结合起来进行京津冀城市空间网

　　服务设施[9(]

　　消防、医院、商场)布局、土地利用[10] 等

　　络研究，既可以发挥社会网分析的优势，又能弥补

　　城市内部的生产和生活的影响，反映城市内部交通 网络的效率以及交通网络对城市内部空间结构的

　　影响;③可达性与区域经济联系和发展[11]，城市间

　　相互作用关系[12]、空间重构等方面的作用和影响，

　　反映城市间交通网络是产业、经济、人口等流动的 载体，交通网络与城市网络之间的内在联系和作用

　　机制[13]。

　　伴随城市间交通可达性提高，以及产业分工多 元化、合作密切化、人员流动频繁化、贸易公平化、 资源共享化，各种流将区域内的城市紧密联系在一

　　起，形成了城市网络。M.Castells 在他的著作《网络

　　社会的崛起》中指出世界城市应该被抽象成网络中

　　的“流动空间”，是城市网络中的关键节点而不是具 体的场所(place)[14]。城市作为网络中一个节点的价 值，在于他和其他节点之间相互作用关系，这种作 用关系决定了城市的地位[15]。国内外针对城市网络 研究主要借助复杂网络(Complex Network)、社会网

　　(Social Network Analysis)分析方法，通过城市之间

　　的信息流和交通流的某一种经济联系，计算联系网

　　络的中心度、集聚系数、社团等指标，测度城市网络 特征。其中武文杰[16]、金凤君[17]、周一星[18]、王发辉[19]、 赵渺希[20]、夏辉[21]等分别对中国金融网络、航空网络 及其作用下中国城市网络格局的变化进行了研究。

　　对空间属性反映的局限。

　　1 研究方法

　　按照国家发改委界定，京津冀都市圈范围涵盖 北京市、天津市和河北省的石家庄、唐山、保定、秦 皇岛、廊坊、沧州、承德、张家口 8 个地市及其所属 的通州新城、顺义新城、滨海新区和唐山曹妃甸工 业新区，面积有 18.84 万 km2。2010 年末，都市圈生产 总值 39 598.6 亿元，总人口 7 404.9 万人。

　　1.1 城市间经济联系强度

　　城市间相互作用关系网络是城市内部不同企 事业单位和企业主体之间关系以及与其它相关产 业之间联系形成的网络，事业单位和企业主体是城 市网络参与的主体。由不同城市之间企事业单位业 务联系、技术合作、商品流通等关系，将各个城市有 机连接在一起。其中经济活动集聚的城市作为网络 的节点，城市间通过一定基础设施联系起来的人 流、物流、资金和信息流作为网络中节点之间的连 线。各城市因经济规模、基础设施、对外服务输出等 差异形成不同的能量等级关系。如何测度城市之间 经济联系和影响力关系，研究利用常用的牛顿力学 引力模型来分析，即：

　　PkGk Pj Gj

　　据现有研究发现城市网络研究一方面集中在交通

　　Fkj = 2

　　D

　　kj

　　(1)

　　流、生产性服务业、主体产业机构之间的研究，而从 整体经济流的研究相对较少，另外以航空网络研究 较多，而从不同交通网络对比研究较少，特别是不 同交通模式引起可达性变化对城市网络的影响较 少。从研究方法上来看多采用复杂社会网络方法从 网络的联系性、网络结节性、凝聚性等方面研究，能 较好反映网络结节点(城市)在交通流网络中的影 响程度和地位。但是，在网络分析构建成员关系矩

　　式中：Fkj 表示 k 市、j 市的经济联系量;Pk、Pj、Gk、Gj 分 别表示 k 市、j 市的人口和 GDP;Dkj 为 k 市和 j 市间的 空间距离。

　　这种简单的引力模型认为，城市 k 对城市 j 以及 城市 j 对城市 k 的影响力相等，实际上因城市经济规 模的不同，作用力是不同的。为充分反映城市间作 用力的方向以及交通模式的变化对城市间相互作 用力的影响程度，研究需要考虑两城市之间可达性

　　第 8 期 刘 辉，申玉铭，孟 丹，等：基于交通可达性的京津冀城市网络集中性及空间结构研究 39

　　程度——“时间距离”。基于这些对该模型进行调 整。

　　Sij = fsi Tij (2)

　　i 1 2 n

　　fs = n a a ⋯a

　　(3)

　　式(2)和式(3)中：Sij 表示 i 城市对 j 城市经济影响力 的大小;fsi 为 i 城市经济发展水平指数;Tij 为 i 城市和

　　j 城市之间可达时间;an 表示城市经济实力的单个指 标(经过无量纲化)，这里主要采用中国城市统计年 鉴(2011 年)及河北省、北京和天津三省市 2011 年 相应统计年鉴数据，统计具体指标为京津冀都市圈 内各城市(全市范围内，不单纯指城市建成区)的经 济、交通和产业发展等指标：①经济总量指标：非农 业人口数、GDP、工业总产值、固定资产投资、限额 以上批发零售贸易销售总额、社会消费品零售总 额、当年实际使用外资金额、一般预算内收入、年末 金融机构存款余额、年末金融机构贷款余额;②基 础设施水平指标：客运总量、货运总量、年末邮政局 数、邮政业务总量、电信业务总量、本地电话年末用 户数、移动电话年末用户数、国际互联网用户数、年 末实有道路面积、年末实有公共车辆数、全年公共 汽(电)车客运总量、年末实有出租汽车数;③产业 发展状况指标：科学研究、技术服务和地质勘查业， 水利、环境和公共设施管理业，居民服务和其他服 务业，信息传输、计算机服务和软件业，批发和零售业，住宿、餐饮业，制造业。

　　1.2 城市间“时间距离”计算

　　针对京津冀都市圈内两两城市之间可达时间， 研究先通过 ArcGIS 将国家高速公路网布局方案 7 条首都放射线、9 条纵线、18 条横线，国家高速铁路

　　5 条纵线、6 条横线、7 条连接线分别矢量画，在中国

　　1∶400 万的中国行政区图中进行 ArcGIS 配准、提取

　　京津冀都市圈范围内的公路、铁路、高速公路和高

　　速铁路① 。借助 ArcGIS10.0 的 Calculate Geometry 和 Field Calculator 分别计算出不同城市间交通距离和 交通时间。其中行车速度参照《公路工程技术标准》

　　(JTG B01—2003)的规定和国家铁路规定和建议相 关文件，每小时公路 80km，铁路 100km，高速公路 110km，高 速 铁 路 220km。最 后 利 用 ArcGIS10.0 的 Network Analyst 分 析 ，计 算 出 两 两 城 市 之 间 O- D

　　Cost Matrix 统计表。

　　图 1 京津冀都市圈交通网

　　Fig.1 City’s transport network in Beijing-Tianjin-Hebei

　　metropolitan region

　　网络节点的选择，以京津冀都市圈范围内为基本研 究区域，北京、天津和石家庄等 10 个城市看作经济

　　网络节点;其次，确定 10 个城市之间的社会组织网

　　络关系，利用公式(2)计算的 i 城市在 j 城市经济影

　　响力作为社会组织网络关系，网络结构的边用来代

　　表节点(城市)间发生的联系。具体包括：城市之间人 流、物流、信息、资本流的联系等，其中边的粗细反 映联系程度大小;再次，数据处理，通过公式(2)以 及两两城市间 O-D Cost Matrix 表，构建京津冀都市 圈内 10 个主要城市节点 10×10 网络数据矩阵;最 后，采用 UCINET 6 软件，分别计算基于公路、铁路、 高速公路和高速铁路 4 中不同交通模式下的城市 间的经济网络节点作用力大小、作用网络密度等。

　　节点中心度(Degree Centrality)是测量城市经 济网络单个节点城市在网络结构中的指标。其值大 小反映城市在网络中地位高低，即影响能力大小。 如果某城市的企事业和公司等经济体与其他城市 都有经济信息、业务和技术往来，则该节点与其它

　　所有节点都直接相连，具有较高的节点中心度。计 算公式为：

　　n

　　C (n ) = R

　　1.3 城市网络测度指标选取

　　D i ∑

　　j = 1

　　ij (4)

　　选用社会网分析方法，首先，确定网络范围和

　　式中：CD (ni) 为节点中心度;Rij 为节点间的联系强度。

　　① 高速公路和高速铁路：这里参与空间统计分析和计算的指规划期末所有的高速公路和高速铁路。

　　40 经 济 地 理 第 33 卷

　　网络集中度(Network Centralization)是衡量城 市经济整体网络结构集中程度的指标。其计算公式 为：

　　n é n ù

　　→铁路→高速公路→高速铁路顺序大大缩短，其中 北京到秦皇岛由 3.5h 缩短到 1.2h，北京到石家庄由 3.4h 缩短到 1.1h，大大促进了北京与周边城市之间

　　旅游、科技贸易、信息技术等现代服务业的发展和

　　C =∑(Cmax - Ci )/ maxê∑(Cmax - Ci )ú

　　i = 1

　　2

　　Cmax =(n

　　- 3n + 2)/2

　　ëi = 1

　　û (5)

　　联系，提高了城市的外向服务功能。②周边城市间

　　可达性变化程度与核心城市和周边城市之间变化

　　式中：C 为城市经济网络集中度(节点中心势);Cmax 是网络结构中最大点度中心度的值;Ci 是其他节点 的中心度。

　　网络密度(Network Density)指的是城市经济网 络中各个经济主体机构之间联系的紧密程度，是通 过网络中实际存在的关系数量与理论上可能存在

　　的关系数量相比得到。其计算公式为：

　　相比较明显。通过公路到高速铁路、铁路到高速铁 路可达性对比来看，京津冀都市圈内核——北京到

　　周边城市之间可达性变化最大值 2.31h(北京—石 家庄)、1.63h(北京—廊坊)，变化最小值分别为 1.2h

　　(北京—保定)、0.83h(北京—保定)。而京津冀都市

　　周边城市之间，公路到高速铁路可达性最大缩短时

　　间是 4.73h(秦皇岛—石家庄)，沧州—石家庄缩短

　　k k 4.21h;另外铁路到高速铁路最大缩短时间是 3.35h

　　D =∑∑d(ni,nj )/k(k - 1) (6)

　　i = 1 j = 1

　　式中：D 为网络密度;k 为城市经济网络节点数量。 D 值越大，节点之间的联系就越多。当 D =1，说明 网络节点之间都有联系;当 D =0 时，则节点之间 都没有联系。

　　2 可达性与城市网络结构

　　交通技术变革大大缩短了城市间的时间距离， 引起产业在区域和城市之间转移，城市空间结构发 生重构。京津冀都市圈内北京到天津时间由 2.8h 缩 短到 0.5h(表 2)，可达性对城市间相互作用关系如 何演化?研究首先假设各城市是均质的，即各城市 经济发展实力和作用均是一样的，城市间联系强弱 仅与空间距离和时间距离有关。然后再分析各城市 在经济、人口、科技创新作用力下，城市间作用关系 的变化情况。

　　2.1 城市间可达性的变化

　　通过 GIS 技术计算出京津冀两两城市间公路、 铁路、高速公路和高速铁路的 O-D Cost Matrix 表。 经对比分析发现：①城市间可达性随着交通技术变 革变化明显。北京到周边各城市间通达时间按公路

　　(秦皇岛—石家庄)，沧州—石家庄缩短 3.22h。

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