基于交通等时线的城市商圈识别及交通要素研究——以长沙五一广场商圈为例

吴忠才，唐红涛

(1.湖南理工学院 经济与管理学院，湖南 岳阳 414006；2.湖南商学院 经济与贸易学院，湖南 长沙 410205)

商圈是城市经济发展到一定阶段出现的社会经济现象，也是较早被经济学、地理学等学科领域学者广泛关注的问题之一。但学术界对城市商圈的科学内涵还没有达成一致认识，特别是如何识别城市商圈的边界，还鲜有研究。本文以长沙市五一广场商圈为例，以高德地图在线导航路径规划API为技术手段，旨在探索城市商圈识别技术及交通要素特征，为城市商圈规划和城市建设提供理论支撑。

一、城市商圈的科学内涵

商圈理论从思想渊源来看，最早可以追溯到新古典学派的创始人英国经济学家马歇尔(Marshall,Alfred,1890)，他利用经济外部性理论解释了企业在同一区域集中的现象[1]。现代商圈理论的理论基础主要是中心地理论和零售引力法则。中心地理论是德国城市地理学家克里斯塔勒(W.Christaller,1933)提出，他界定中心地为向居住在它周围地域的居民提供各种货物和服务的地方。本文借鉴这一思想，将长沙市五一广场设定为研究区域的中心地。克里斯塔勒的中心地理论有四个假设条件，即向地域内任意方向的交通可达性相等、研究地域内的人口密度均匀分布、生产者和消费者分别按追求利润最大和费用最省为目标的经济原则行事、消费者就近购物等四个假设[2]。显然由于这四个假设条件的存在，理论与现实存在的一些差距使得该理论不能很好的解释。特别是其中的第一个假设，将理论建立在一个理想的地表之上，研究区域具有统一的交通系统，同等规模的所有城市，交通便利程度一致，且任意一点都具有通达一个中心地的同等机会，交通费与距离成正比，通达性只与距离成反比。后来中心地理论经过克里斯塔勒本人和勒施[3](August Lö sch,1940)、加里森(W.L.Garrison,1958)和贝里[4](B.J.L.Berry,1967)等人进一步修正和完善。藤田昌久(Masahisa Fujita,1999)和克鲁格曼(Paul Krugman,1999)等解释了地理空间中经济活动的集聚现象，发展了集聚经济理论[5]。

国内学者从经济学、地理学、消费者行为学等角度对商圈现象展开了颇具成效的研究。陆立军等(2007)采用一个拓展的新兴古典经济学分工模型，结合空间经济学的基础—乘数模型，在规模报酬递增前提下，分析了跨区域分工协作网络“义乌商圈”的有效路径和多方获益的内在机理[6]。柳思维，吴忠才(2009)从城市能源系统、城市通讯系统、城市文教系统、城市交通系统等四个角度测度了影响城市商圈的变量，结果表明基础设施对城市商圈的发展影响显著，影响最大的为城市文教系统和城市交通系统[7]。杨丽君等(2003)利用ESRI公司的MapObjects 2.1组件，运用VB系统开发环境开发了一个商圈分析模型，包括饱和度分析、商圈划分、需求估计等，其中的商圈划定主要是用经验法则或雷利模型来划分现有商店的商圈范围，需求估计模型是基于路径距离估算商店的需求量[8]。王新生等(2008)分别采用了基于欧氏距离的普通Voronoi图方法和基于网络距离的网络Voronoi图方法来确定商业零售网点的市场域，结果表明市场域大小与城市路网密度呈现一定的负相关关系，即路网密度越高，则市场域呈现越小的趋势，路网密度越低，则市场域呈现越大的趋势[9]。商硕，蒋海兵(2012)采用行进成本分析法分析了卖场的可达性与基于可达性的商圈[10]。钟普平(2015)运用空间插值法和核密度法对南昌市京东商圈进行了空间测定[11]。这些从经济学和地理学等角度展开的商圈研究成果，为本文的研究提供了重要的借鉴和启发。

目前尽管学术界对商圈开展了一些研究，但对于商圈的科学内涵是什么仍然是比较模糊的，还没有达成一致认识。目前学术界对商圈的研究，大致有从微观、中观和宏观角度出发的认识。从微观层面出发的学者认为商圈就是单个企业对顾客形成的吸引力范围，这种认识比较接近克里斯塔勒的中心地理论和赖利的零售引力法则，这种认识过于偏重微观单个企业。宏观层面出发的学者认为商圈可以用城市的社会消费品零售额来代替做量化研究，这相当于把一个城市当作了一个商圈，这种认识过于宏观抽象，反应不出城市商圈内部规律。

因此，本文从中观层面出发，认为城市商圈是城市一定地域内的商业企业集聚后共同形成的对顾客的吸引力范围。从这种中观层面出发，城市商圈的中心是多个商业企业的集聚，它们在整体上形成了对一定空间范围内顾客的潜在吸引。中观层面出发的城市商圈理论，认为一个城市内可以存在多个城市商圈，如市级商圈、区级商圈和社区级商圈，即商圈的辐射范围主要是全市消费者、市辖区级消费者和社区级消费者。

图1 研究区域

总体来说，与商圈相关的研究取得了较多的理论研究成果，而对于商圈的识别技术与方法问题鲜有涉及，尽管有涉及到商圈可达性的少量文献，但也没有基于不同交通方式对商圈的可达性进行深入研究，因为不同交通方式的可达性范围显然是存在很大差异的。因此要考虑不同交通方式城市商圈的辐射范围差异。无论是生活中还是研究中，人们对于商圈的认识更多的是感性认识的层面，往往仅局限于讨论宏观层面的抽象的商圈理论，但进一步的关于商圈的边界到底在哪里？或者商圈的势力范围究竟有多大？商圈的边界是否受到城市交通条件因素的影响？消费者的出行行为是怎样影响商圈边界的？等等这样的一系列问题，还没有得到解决。本文正是从这些问题出发，重点考虑城市交通路网通达性的差异对城市商圈范围的影响，与居民出行方式的选择对城市商圈边界的影响等问题，以长沙为例研究城市商圈的识别技术与方法及其基本特征。

二、研究区概况与数据来源

长沙市地处湖南省东部偏北，是长江中游地区的重要中心城市，是中部崛起战略的重要中心城市，是湖南省的政治、经济和文化中心。研究区选取长沙市辖区县内的一个边长为35千米的正方形区域，如图1中的阴影部分所示。具体来说研究区域包括长沙市的岳麓区、芙蓉区、雨花区、天心区的全部，开福区的大部分，望城区、长沙县的一部分。

文章以长沙市五一广场商圈为研究中心，选取小汽车、公交、自行车、步行等四种交通方式，解析从区域内各方向和地点出发到达五一广场商圈的等时线，作为城市商圈的识别途径。小汽车、公交、自行车与步行的速度分别按高德地图导航数据计算。如果是驾车，距离按照高德导航地图(路线规划)路网距离计算，高架桥的出入口等复杂路况都会考虑在内。如果是步行，则会综合考虑人行道、过街天桥、地下通道等复杂情形。如果是公交，则会综合考虑公交路线、站点、发车时间间距等因素。

三、研究方法

本文基于高德地图API(Application Programming Interface，应用程序编程接口)，采用等时线方法来研究长沙五一广场商圈的识别及商圈边界，研究方法具有鲜明的特色和创新。主要使用交通等时线方法，以高德地图为底图，以高德路网数据为基础，以长沙市五一广场为研究中心点，选取边长为35公里的一个正方形区域，借助高德路径规划的 API，计算正方形区域内路网上其他点到中心点之间的交通时耗[12]，然后在 ArcGIS10.5 内把交通时耗生成等时线，使研究结果在城市商圈领域具有前沿性和良好的实践应用前景。

获取交通等时线的具体技术方法和步骤为：第一，根据研究需要指定具体的研究目标点，即等时线的中心点，可以直接输入目标点名称或者经纬度，本文直接指定长沙五一广场为研究目标点。第二，以目标点为中心，以边长为35千米的正方形为研究空间区域，生成指定空间范围内的点阵。第三，根据研究需要选取具体的交通方式，本文分别选取小汽车、公共交通、自行车和步行四种交通方式，为依次达到指定的五一广场中心点的交通方式。第四，将生成的点阵导入到ArcMap，依次以小汽车、公共交通、自行车和步行四种交通方式确定高德导航系统的交通速度，以各点到五一广场中心点的路网距离为路程，基于点阵数据空间插值得到交通时耗栅格，依据选定的等时线间距生成等时线交通圈。

等时线的时间间距首次均选择10分钟，但考虑到步行方式间距10分钟生成的等时线过于密集，因此对步行方式到五一广场的等时线间距依次还选择了20分钟和30分钟的间距，以此对各种交通方式形成的五一广场商圈等时线进行比较分析。

四、城市商圈结果识别与空间结构分析

(一)小汽车等时线

小汽车已是如今人们出行的重要交通方式之一，因其便捷性强和灵活性强，因此是中小城市内中短距离出行的首选方式，而在大城市和超大城市的中长距离出行则可能出现地铁为首选方式。因湘江基本呈南北方向贯穿研究区域，因此对东西走向的车流具有一定的阻抗作用。研究区域内横跨湘江的桥梁和隧道橘子洲大桥(原名“湘江一桥”或者“长沙湘江大桥”)、营盘路隧道、银盆岭大桥(又名“湘江二桥”)、福元路大桥、三汊矶大桥、月亮岛大桥(长沙绕城高速)、南湖路隧道、猴子石大桥(又名“湘江三桥”)、湘府路大桥、黑石铺大桥，这些桥梁和隧道起到了连接东西方向城区的作用。湘江的隔断和桥梁隧道的连接，使得长沙五一广场商圈的小汽车等时线在空间分布上特殊的结构(图2)。

图2 小汽车等时线

图2所示为长沙五一广场小汽车间距10分钟的等时线空间分布图，等时线的空间结构具有如下几个特征：

(1)从整体上看，研究区域内通过小汽车的方式，到达五一广场的时间范围基本在40分钟以内，尤其是30分钟等时线形成了三个封闭的等时圈。40分钟等时线在外围呈非封闭状，在四至方向因为存在往西方向的岳麓大道与长张高速、三环线连接，往东方向的三一大道与三环线、长浏高速长永高速连接，因此在东西方向上呈开口状，没有封闭。40分钟等时线因为存在贯穿南北的京港澳高速，也出现没有封闭的形状。在四至方向没有封闭，可以理解为在40分钟内到达五一广场的区域范围沿着这几条主要交通要道可以覆盖更远的区域。因此可以识别为五一广场小汽车40分钟商圈范围基本覆盖研究区域。

(2)30分钟等时线覆盖面广。图2小汽车等时线很清晰的反应出30分钟等时线基本覆盖了长沙城区，西向、北向和南向都已经覆盖绕城高速，东向已经覆盖京港澳高速，意味着小汽车从东西南北四个方向的高速路进入五一广场中心点均可在30分钟内达到，因此识别为小汽车30分钟商圈的交通可达性好。

(3)轴向扩张明显。以五一广场为中心，向外依次呈现10分钟、20分钟、30分钟，三个完整的封闭等时线，以此识别为五一广场小汽车10分钟、20分钟、30分钟商圈，等时线商圈范围都具备沿着主要交通干道向外扩张的明显特征。10分钟等时线商圈以五一广场为中心，呈现一个不规则的三角形等时线，三个向外扩张的角分别为西向沿五一大道向西经橘子洲大桥跨过湘江延伸至枫林一路，南北向沿黄兴路、蔡锷路向南北方向扩展。五一大道因为交通堵塞车速较慢，没有呈现向东凸出的拓展状。以界定商圈为向四周吸引顾客的范围为前提，那么小汽车10分钟等时线可以识别为五一广场商圈的核心层，西方至西湖文化园，东向至迎宾路口，南向至南门口和天心阁，北向至开福寺。小汽车20分钟等时线商圈，向东沿五一大道和远大路扩张跨过浏阳河，向西沿枫林二路扩张至罗马商业广场，向北沿芙蓉北路扩张至秀峰山公园，向南沿芙蓉南路扩张至友谊路，沿城市快速路和主干街道轴向拓展明显。

(二)自行车等时线

自行车是一种绿色环保的交通方式，随着私家车的普及和道路拥堵程度的增加，自行车出行时一种很好的选择。自行车本身既不消耗任何能源，也不产生污染，还可以强身健体。因此近年城市公共自行车，或者称之为共享单车，已成为城市重要的交通基础配套设施，也受到了广大市民的欢迎。据统计截至2017年6月，已经有摩拜、ofo、永安行、酷骑、Hellobike 5家主要企业在长沙投放共享单车33万辆。

图3 自等车等时线

图4 自等车等时线

图3和图4所示，以五一广场为中心，分别以10分钟和20分钟为时间间距，生成等时线，以此识别为自行车等时线商圈。在左图中有8个完整的间距为10分钟的等时线商圈，对应在右图中有4个间距为20分钟的封闭等时线商圈。自行车无论是间距10分钟，还是间距20分钟的等时线，空间结构除在东西南北四个垂直方向上沿城市快速路稍有向外拓展以外，整体上比较规则，4个间距20分钟的等时线商圈基本覆盖了长沙城区，说明选择自行车骑行方式，80分钟内基本都可以到达五一广场。

对比自行车等时线和小汽车等时线，从中心向外围计算，可以发现自行车20分钟间距的第4条等时线的和小汽车10分钟间距的第3条等时线，四至范围和覆盖的区域大致相同，说明长沙市以五一广场为中心的自行车80分钟等时线与小汽车30分钟等时线大致处于相同位置。换句话说，从相同位置出发，驾驶小汽车需要30分钟到达五一广场，而选择自行车方式则需要80分钟。

(三)公共交通等时线

五一广场是长沙市公共交通的重要枢纽，是连接东西方向和南北方向的重要节点，地理位置非常优越。图5为固定边长为35千米的正方形区域内时间间距10分钟的公交等时线，图6为不限定等时线空间边界，而是限定等时线最大时间范围，设定的时间范围是30分钟。图5和图6两者的区别一是时间和空间范围不同，二是比例尺不同，相同之处是等时线的时间间距都是10分钟。公交等时线因公交线路复杂，而且研究区域内公交线路没有全覆盖，因此导致公交等时线具有特殊的空间结构特征。

(1)空间结构整体零乱、不规则。图5整体上看非常零乱、甚至无序，主要原因是设定的研究区域内除中心城区公交线路覆盖比较密集外，其他四至边界和正方形对角区域等位置公交线路没有覆盖或者不完整。从图5中可以找到以五一广场为中心点间距10分钟的5条封闭的公交等时线。第6条等时线在西向沿枫林二路向外闯开，在南向沿芙蓉南路和107国道向外闯开，在东向和北向都呈闭合状态，而且在东向已经超出星沙汽车站，北向已经超出新港镇，说明长沙市西向和南向的公共交通条件更好，能够在60分钟等时线内达到更远的区域。

(2)轴向拓展明显。从图5的5条闭合状态的公交等时线可以看到，依然呈现明显的沿长沙城市的东西方向的枫林路、远大路等主干道和南北方向的芙蓉路等主干道向外延伸扩展的特征。50分钟公交等时线商圈西向已经抵达雷锋纪念馆，东向抵达星沙汽车站，南向抵达友阿奥特莱斯，北向抵达新港镇，表明从这四个最远方向的消费者可以乘坐公交在50分钟到达五一广场。

图5 公交等时线

图6 公交等时线

(3)图6是限定在30分钟内的公交等时线，有3条完整的闭合状态时间间距为10分钟的公交等时线。以五一广场为中心向外第1条等时线，或者说公交10分钟等时线，识别为五一广场公交10分钟商圈范围，主要沿五一大道、黄兴路和湘江中路拓展，大致呈不规则四边形。公交20分钟等时线，识别为五一广场公交20分钟商圈范围，该层商圈沿东西向的五一大道和南北向的黄兴路、湘江中路呈轴对称向外扩张非常明显，西向抵达荣湾镇，东向抵达芙蓉广场，南向抵达杜甫江阁，北向抵达文昌阁，大致呈空心十字形分别。公交30分钟等时线，识别为五一广场公交30分钟商圈范围，该层商圈覆盖范围较广，沿城市快速路和主干道呈树枝状向外延伸拓展。公交30分钟商圈东向到达望城坡，接近罗马商业广场，包含湖南商学院、西湖文化园、望月公园、荣湾镇和湖南师范大学等区域。东向沿五一大道扩展到了万家丽广场和芙蓉区政府，包含袁家岭、长沙火车站、阿波罗商业广场、锦泰广场、万家丽广场等区域。南向沿湘江中路和芙蓉路向南扩张到涂家冲，包含长沙理工大学金盆岭校区、黄土岭、侯家塘、南门口等区域。北向沿湘江中路和芙蓉北路向北延伸到浏阳河湘江入口处，包含北辰三角洲、开福寺、中南大学湘雅医院、华创国际广场、烈士公园等区域。由此可以得到长沙五一广场公交30分钟商圈势力范围还是比较大的，等时线在空间形态上类似章鱼触角沿主干道向外延伸拓展，同时也说明五一广场公交30分钟等时圈的可达性比较好，涵盖了文化教育、休闲公园、医疗服务、商业广场、火车站等主要居民服务和生活小区，对这些区域内的消费者具有较大的吸引力。

(四)步行等时线

发展步行和自行车等慢型绿色交通系统，是缓解城市交通拥堵、降低能源消耗、减少大气污染的重要途径，是城市立体综合交通系统不可或缺的重要组成部分。2012年国家住房和城乡建设部、国家发展改革委和财政部等三部委联合发布的《关于加强城市步行和自行车交通系统建设的指导意见》明确指出，为“促进城市交通领域节能减排，加快城市交通发展模式转变，预防和缓解城市交通拥堵，促进城市交通资源合理配置，倡导绿色出行”，“大城市、特大城市发展步行和自行车交通，重点是解决中短距离出行和与公共交通的接驳换乘；中小城市要将步行和自行车交通作为主要交通方式予以重点发展。”

以五一广场为中心点，以边长为35千米的正方形区域为研究范围，分别以10分钟、20分钟、30分钟和40分钟为间距生成步行等时线(图7,图8,图9,图10)，以此识别为不同时间间距的步行等时线商圈，其空间形态和空间结构特征如下：

(1)空间结构均匀。无论是间距10分钟，20分钟，30分钟还是40分钟的步行等时线，在空间形态上除个别位置出现小的皱褶凸起外，基本都呈现近似同心圆的形态，空间结构上分布均匀对称。步行等时线与自行车等时线的空间形态比较接近，与小汽车等时线空间形态有一点差距，与公共交通等时线空间形态差距最大。

图7 步行等时线

图8 步行等时线

图9 步行等时线

图10 步行等时线

小汽车、公共交通、自行车和步行这四类交通方式等时线的空间形态揭示一个基本规律，即步行和自行车慢型交通等时线最均匀接近类似同心圆，小汽车和公共交通等对道路和路线依赖大的交通方式，等时线在空间形态上越向城市快速路或主干道凸起延伸，呈现不规则形态，进一步总结为空间形态与交通速度呈反向关系，与道路依赖性呈反向关系。也就是速度越慢的交通方式，空间形态越规则均匀，越呈同心圆形态，反之速度越快的交通方式，空间形态越不规则均匀，越呈空心触角形态。对道路和路线依赖性越弱的交通方式，空间形态越规则均匀，越呈同心圆形态，反之对道路和路线依赖性越强的交通方式，空间形态越不规则均匀，越呈空心触角形态。

(2)出行时耗较长。图7分布着26条间距10分钟的闭合等时线，图8分布着13条间距20分钟的闭合等时线，图9分布着8条间距30分钟的闭合等时线，图10分布着6条间距40分钟的闭合等时线。从最外围的间距10分钟的闭合等时线来看，从研究区域最远距离到五一广场需要耗时260分钟(4小时20分钟)，处于最中心的第1条10分钟间距等时线仅只能围绕五一广场周围。间距20分钟的步行内部第1条等时线表明，只能刚好处于橘子洲上，位于湘江一桥中间位置，第2条20分钟间距等时线可以覆盖到枫林宾馆，即40分钟可以从枫林宾馆步行到五一广场。间距30分钟的步行内部第1条等时线显示，30分钟内西至荣湾镇，东到迎宾路口，南到南门口，北至文昌阁，第2条30分钟间距等时线可以覆盖到西湖公园、保利国际广场、长沙火车站、开福寺，即60分钟可以从这四个方向地标步行到五一广场，第3条30分钟间距等时线可以覆盖到湖南商学院、长沙市政府、湖南大学、长沙理工大学、万家丽广场、北辰三角洲，即从这几个方向地标步行到五一广场需要90分钟，步行交通方式表现出时耗长、路线灵活、通达性高、资源占用小、适合近距离出行等典型特征。

五、研究结论与对策

利用空间地理方法对长沙市的城市商圈进行实证分析可以发现：

第一，借助高德路径规划API，能够实现以高德在线地图路网数据为基础，运用等时线方法指定目标点为中心，生成指定空间范围内的点阵，利用空间插值能够获得不同交通方式的时耗栅格，生成不同时间间距的等时线，以等时线为依据识别不同交通方式的城市商圈势力范围，在技术层面能够实现商圈识别。

第二，小汽车、公共交通、自行车和步行等时线，时耗差异显著。小汽车30分钟等时线商圈覆盖的最远距离，公共交通需要50分钟，自行车需要80分钟，步行需要260分钟，即小汽车30分钟商圈范围，相当于公共交通50分钟商圈范围，自行车80分钟商圈范围，步行260分钟商圈范围。

第三，小汽车、公共交通、自行车和步行等时线商圈，具有不同的空间形态和空间结构特征，基本规律是步行和自行车慢型交通等时线最均匀接近类似同心圆，小汽车和公共交通等对道路和路线依赖大的交通方式，等时线在空间形态上越向城市快速路或主干道凸起延伸，呈现不规则形态。发现空间形态与交通速度、道路依赖性两者都呈反向关系，即速度越慢的交通方式，空间形态越规则均匀，越呈同心圆形态，反之速度越快的交通方式，空间形态越不规则均匀，越呈空心触角形态。对道路和路线依赖性越弱的交通方式，空间形态越规则均匀，越呈同心圆形态，反之对道路和路线依赖性越强的交通方式，空间形态越不规则均匀，越呈空心触角形态。

第四，从加强快慢综合立体交通规划、优化商圈布局的空间结构两个层面提出了相关对策建议，为居民出行提供良好的交通条件和设施，扩大城市商圈势力范围，增强城市商圈竞争力。

从城市商圈发展演化的内生规律看，综合立体交通规划布局以及城市商圈内部空间结构会对其产生深远影响，因此可以从两方面着手促进城市商圈健康发展。

(一)快慢综合立体交通规划

快速交通规划的主要内容是城市地铁、城市轻轨、城市快速公交等路网和密度的规划，发展快速交通能够缩短居民出行时间，延伸城市商圈覆盖范围，增强城市商圈竞争力和服务能力。慢型交通规划主要是针对步行和自行车交通的规划体系，重点是慢型交通网络规划、慢型交通接口规划、慢型交通空间设计等内容，借鉴国外发达国家步行和自行车交通规划的先进经验[13]，切实提高步行和自行车出行者的便利程度和舒适程度，创造绿色出行、生态环保、强身健体的新型出行方式。

(二)优化商圈布局空间结构

小汽车、公共交通、自行车和步行等时线揭示了五一广场商圈在各种不同交通方式下的势力范围，等时线空间形态各异。五一广场商圈属于长沙城市商圈中的市级商圈，需要综合考虑与其他市级商圈、区级商圈、社区商圈之间的空间结构关系，在进行城市商圈布局规划时需要充分考虑进一步优化城市商圈空间结构，使之更好为消费者服务。