巫山县乡村地区公路网通达性空间格局研究

徐州，林孝松，朱荣，罗军华

（重庆交通大学建筑与城市规划学院，重庆400074）

乡村公路网络是乡镇节点之间重要的联系通道，是支撑乡村地区经济社会发展的基础。合理规划公路网络并与交通运输需求相适应，是乡镇快速发展的关键，也是缩小城乡差距的有效措施之一[1-2]。通达性是指交通网络中各节点相互作用的机会，代表从出发地前往目的地的方便程度[3]。对乡村公路网络建设水平和质量进行评价，研究县域公路网络通达性具有重要意义。国外对乡村地区通达性问题认识较早，相关学者认为乡镇乘客运输水平与农村经济、政策、社会等问题息息相关[4]。西欧、北美等人口密度偏低的发达国家和地区，乡村公路建设较完善，且私人汽车拥有率较高，相关研究多集中于医院、学校和火车站等公共基础设施点的交通可达性问题[5-6]。对于发展中国家，居民出行的主要方式是公共交通，因

此,研究多侧重于当地居民与交通服务设施的有效连接上[7]。目前，对全国[8]、区域[9]、城市[10]层面或经济发达地区[11]的公路网络通达性研究较为成熟，对乡村地区的通达性研究相对薄弱，且大多侧重于对点状要素和线状要素不同空间组合的研究，分析评价点要素的空间扩散和空间吸引范围[12-13]；评价指标体系涵盖时间[14]、距离[15]、经济[16]、人口[17]等。随着GIS技术的快速发展，研究范围逐渐从大尺度向小尺度过渡。

我国乡村公路网建设与城乡统筹发展的要求仍存在差距，影响我国乡村振兴战略的实施。本文借鉴相关研究[18-19]，以巫山县为研究对象，充分利用GIS技术，以乡镇点和行政村为节点单元，将公路网密度、乡镇间直达性指数、乡镇内直达性指数、乡镇间节点可达性指数、乡镇内节点可达性指数、居民点道路临近性、干线衔接距离、地形位指数8项指标综合集成，采用熵权-TOPSIS模型进行总体评价，综合分析巫山县乡村公路网通达性及其空间分布格局。研究成果能更客观地评价乡村公路网的交通通达性，揭示巫山县公路网通达性的空间格局和差异，为巫山县乡村公路网的规划与建设提供参考依据。

1 研究区域与数据

1.1 研究区概况

巫山县位于重庆市东北部，在109°33′E～110°11′E，30°45′N～23°28′N，辖区面积 2 958 km2，辖 24个乡镇、2个街道，307个行政村、33个居委会，截至2016年末，常住人口46.23万，其中乡村人口28.08万；地貌类型以中低山为主，山地面积约占总面积的97%；境内省道105、103和G42（沪蓉高速）横贯东西，截至2015年底，巫山县公路通车总里程4 821 km，每万人拥有公路里程104 km；目前，巫山县境内无国道，乡、镇、村间以省、县和乡道为主（见图1）。

图1 巫山县行政区划与公路网示意图Fig.1 Administrative divisions and highway network in Wushan county

1.2 数据来源

研究数据来源：（1）巫山县民政局的巫山县行政区划图，从中提取乡镇行政边界、村级行政边界及26个乡镇（街道）节点、340个村（居委会）节点，信息更新至2016年底；（2）巫山县交通局的2016年巫山县公路地图，通过信息矢量化得到巫山县公路网数据；（3）巫山县房屋管理局的 2015年 1：10 000巫山县土地更新调查数据，从中提取巫山县农村居民点斑块42 768个。

2 研究方法

2.1 评价指标及数据获取

2.1.1 公路网密度

乡村地区公路等级偏低，规模较小，公路网密度是衡量农村公路设施是否满足社会发展需求的关键指标[20]，用研究区单位面积所拥有的公路标准量化里程表示，计算公式为

式中：Ri为研究区域i公路网密度；n为区域i内公路类型数目；j为公路等级；kj为第j类公路标准量化系数；lij为区域 i内第 j类公路总里程；ai为区域 i面积；省道、县道和乡道为线状基础设施，高速公路服务则基于出入口站点，因此针对省道、县道、乡道，按60,50,40 km·h-1交通时速，k值分别取为1.5,1.25,1，计算巫山县各乡镇公路网密度，并利用自然断点法对密度值进行分级，得到各乡镇公路网络密度分布图（见图2）。图中颜色越深、Ri越大，表示单位面积公路标准量化里程越多，对区域交通发展的支撑能力越强。

图2 巫山县各乡镇公路网密度分布图Fig.2 Density distribution of towns highway network in Wushan county

2.1.2 直达性指数

在农村地区尤其是边远山区，地形变化大，道路蜿蜒曲折，选取直达性指数反映研究区各乡镇节点及乡镇内各村节点间最短路径与直线路线的偏离程度，从整体上体现公路网布局是否合理高效[21-22]，计算公式为

式中：Ci为节点i与区域内其他所有节点间的平均直达性指数；n为该区域内节点总数；dij为节点i通过公路网到节点j的最短路径距离；lij为节点i到节点j的直线距离。分别选取乡镇政府、村委会作为乡镇、行政村的区域节点，利用百度地图和ArcGIS点距离工具分别获取节点间最短路径距离和直线距离矩阵，进一步计算得到节点间直达性指数。通过ArcGIS自然断点法将乡镇间、乡镇内各村间直达性指数分为5级（见图3），图中颜色越深表示Ci值越小，公路网布局越高效合理，直达性越好；反之，直达性越差。

图3 巫山县公路网直达性指数分布图Fig.3 Distribution of direct index of highway network in Wushan county

2.1.3 节点可达性指数

乡村地区交通工具选择面狭窄，出行距离的远近对通达性起至关重要的作用，因此，选取各乡镇节点及乡镇内各村节点间最短路径距离的平均值，分别表示县域各乡镇及镇域各村的节点可达性，计算公式为[19]

式中：Bi为i节点与该区域其他所有节点之间最短路径距离的平均值；n为区域内节点个数；dij为节点i经过公路线到达节点j的最短路径距离；通过查询百度地图得到各节点间最短路径距离矩阵，进一步计算得到巫山县各乡镇和乡镇内各村的节点可达性指数，并通过ArcGIS自然断点法将节点可达性指数分为5级（见图4）。图中颜色越深表示该地区Bi值越小，即出行的平均最短路径距离越短，节点间联系越便利，可达性越好；反之，可达性越差。

2.1.4 居民点道路临近性

图4 巫山县公路网节点可达性指数分布图Fig.4 Distribution of node accessibility index of highway net⁃work in Wushan County

公路交通是农村居民出行的主要媒介，选取居民点道路临近性反映农村居民点距离公路的远近，居民点离公路越近，生活生产越便利，通达性越好[23]；巫峡镇为巫山县政府驻地，城镇化水平较高，城镇居民占比大，而高唐街道与龙门街道辖区内无农村居民点，因此这3个乡镇（街道）不参与居民点道路临近性计算；城市居民的适宜步行距离为787 m[24]，相比城市，乡村地区聚落布局分散，交通设施落后，农村居民的适宜步行距离较长；因此将道路服务距离的最大深度定为1 000 m，以研究区内高速公路出入口为点状基准，以省道、县道、乡道为线状基准，利用 ArcGIS做 200，400，600，800，1 000 m缓冲区，测算缓冲区内各乡镇农村居民点面积比重，绘制折线图（见图5）。对200，400，600，800，1 000 m缓冲区内农村居民点比重分别赋予100，90，80，70，60的相应分值，最终相加得到各乡镇居民点道路临近性总得分（见表1）。

图5 巫山县各道路临近距离内农村居民点面积比例图Fig.5 The proportion of rural residential areas within different highways distances in Wushan county

表1 巫山县各乡镇居民点道路临近性总得分Table 1 Total score of towns residential area proximity in Wushan county

2.1.5 干线衔接距离

交通干线承担着乡村地区对外联系的重要功能[25]，用各乡镇节点到达各条干线最近衔接距离的平均值表示干线衔接距离，反映乡镇公路网络与干线路网是否有效衔接，公式为

式中：Pi为区域i内乡镇节点到达各干线衔接距离的平均值；n为干线数目；Pij为区域i中乡镇节点到达j干线的衔接距离；巫山县公路干线包括高速公路和省道，通过百度地图查询得到各乡镇节点到达最近高速出入口、S103、S301和S105的最短路径距离，进一步计算得到各乡镇干线的衔接距离，并通过ArcGIS自然断点法将干线衔接距离分为5级（见图6）。图中颜色越深表示Pi值越小，与外界的联系越密切，集散功能越好；反之，集散功能越差。

2.1.6 地形位指数

高程和坡度对路段及居民点到达公路有一定的阻隔作用，地形位指数综合反映研究区内地形的阻抗效应，计算公式为

式中：Ti为i乡镇的地形位指数；Ei为i乡镇的平均高程（m）；Si为 i乡镇的平均坡度（°）为全县平均高程（m）为全县平均坡度（°）。基于巫山县DEM数据，利用ArcGIS软件计算得各乡镇的地形位指数，并通过自然断点法将地形位指数分为5级（见图7）。图7中颜色越深表示Ti越小，对通达性的阻抗作用越弱；反之，对通达性的摩擦阻抗作用越强。

图6 巫山县各乡镇与干线衔接距离分布图Fig.6 Distribution of trunk link distance between highway network and towns in Wushan county

图7 巫山县各乡镇地形位指数分布图Fig.7 Distribution of topographic location index of towns in Wushan county

2.2 评价方法

熵值法可通过缜密的逻辑计算得到指标权重值，较主观赋权法更具可靠度。通过TOPSIS（逼近理想解排序法）得到各评价对象与最优解和最劣解的相对接近程度，并以此对评价对象进行排序，具有操作方便、结果科学合理等优点[26]。将熵值法和TOPSIS方法组合，对巫山县公路网络通达性进行综合评价，计算步骤如下：

（1）原始评价矩阵构建。设vij为i乡镇第j个通达性评价指标原始值，构建m个评价对象n个评价指标矩阵为

（2）采用极差标准化方法得到标准化评价矩阵

式中：R为标准化评价矩阵，rij为第i个乡镇第j个评价指标标准值。

（3）指标权重确定

式中：wj为指标权重，hj为熵值，pij为指标特征比重。

（4）构建规范化熵权矩阵

（5）求最优解Zj+和最劣解Zj－

（6）计算贴近度

式中：di+、di-分别为i乡镇与最优、最劣解间的欧式距离；Ci为贴近度，其值越大，说明i乡镇与最优解重合度越高，通达性越好；反之则与最劣解重合度越高，通达性越差。

3 结果与分析

3.1 通达性指标权重优劣排序

公路网密度和居民点道路临近性按正向指标处理，直达性指数、节点可达性指数、干线衔接距离、地形位指数按负向指标处理，采用极差标准化方法消除各项指标量纲差异影响。由于巫峡、高唐、龙门未列入居民点道路临近性计算，因此，这3个乡镇（街道）不参与指标体系矩阵构建。在标准化基础上，采用式（8）～（10），依次计算各项指标的熵值、权重、最优值、最劣值，具体结果见表2。

表2 巫山县各指标的熵值、权重、最优值、最劣值表Table 2 Entropy，weight，optimal value and worst value of each index in Wushan county

由表2可知，根据各项熵值指标求得的熵权存在一定差异，熵值越小，表明其指标值的变异程度越大，提供的信息量越多，在通达性评价中该指标所起作用越大，其权重越大，反之，权重越小；公路网密度权重最高，表明公路建设规模是影响巫山县各乡镇通达性水平的主要因素，地形位指数权重次之，乡镇间直达性指数权重最低。各项指标对巫山县公路网络通达性的影响程度从高到低为：公路网密度>地形位指数>干线衔接距离>居民点临近性>乡镇内直达性指数>乡镇间节点可达性指数>乡镇内节点可达性指数>乡镇间直达性指数。

3.2 综合通达性优劣排序

在权重计算基础上，采用熵权-TOPSIS模型对巫山县公路网络进行评价，得到各乡镇贴近度及排序，结果如表3所示。

距离最优值测度和最劣值测度分别表示乡镇综合通达性与最优值和最劣值的接近程度，贴近度代表每个乡镇综合通达度距离最优值远近的综合值，贴近度值越大，乡镇综合通达性水平越高。由表3可知，贴近度为0.170 0～0.831 9，通达性水平存在显著的区域差异。贴近度位于前列的为铜鼓、建平、三溪（>0.72），排在末尾的为当阳、平河、邓家（＜0.26）；铜鼓贴近度排在23个乡镇首位，当阳排在末位，说明铜鼓公路网络通达性最好，当阳公路网络通达性最差；铜鼓各指标极差标准化值均在各乡镇前列，与最优值距离最小（0.009 6），与最劣值距离最大（0.047 3）；当阳各指标极差标准化值整体较低，尤其是地形位指数、公路网密度、居民点临近性和干线衔接距离，均排在23个乡镇末端，与最优值距离最大（0.046 9），与最劣值距离最小（0.009 6）。未来要加强该乡公路网络设施建设，科学指导山区移民搬迁工程，使农村居民向公路附近集聚并发挥公路网络的服务价值。

3.3 综合通达性空间格局

按最大相似原则，利用ArcGIS自然断点分级方法，将巫山县各乡镇公路网络贴近度分为5个等级，即将23个乡镇的通达性分为：Ⅰ级（好）、Ⅱ级（较好）、Ⅲ级（中等）、Ⅳ级（较差）、Ⅴ级（差）5级（见图8）。

图8 巫山县各乡镇贴近度分布图Fig.8 Distribution of town closeness in Wushan county

23个乡镇的通达性在5个等级中分别占3(好)，6(较 好)，8(中 等)，3(较 差)，3(差)个 ，占 比 依 次 为13.04%，26.09%，34.78%，13.04%，13.04%，除中心城区外，巫山县通达性以中等、较好2个等级为主；通达性总体表现为以铜鼓、建平、三溪为核向外围扩散，这与各乡镇的区位因素和经济发展状况密切相关；巫山县西南部的铜鼓有S105贯穿全镇，作为巫山县通往恩施、湖南的重要驿站，公路建设基础好，相比其他乡镇，公路密度和质量均较高，通达性最好。建平与中心城区隔江相望，得益于其近郊的区位优势，经济发展迅猛，公路基础设施完善，但地形变化较大，贴近度小于铜鼓；在铜鼓、建平及中心城区的辐射带动作用下，巫山县西南部通达区较好，曲尺、大溪、庙宇、官渡，以铜鼓为核呈“C”形分布，仅红椿通达性较差；大溪、曲尺道路等级偏低，但在铜鼓和中心城区的辐射带动下，工农业率先发展，加上地势平缓，农村公路铺设率高，通达性较好；庙宇作为巫山、奉节、建始三县的陆上交汇中心，S105贯穿全镇，对外交通优势突出，且镇内实现了“村村通”，但由于地处巫山西南，位置较偏，与巫山县其他乡镇间的节点可达性较铜鼓差，通达性并非最好；官渡为巫山县城市副中心，经济活动强度大，但由于全镇面积大且镇南山区公路建设力度不足，公路密度不及铜鼓、建平，通达性仅为较好；红椿为少数民族聚居区，山势陡峭，公路建设难度大，村道硬化度低，农村路网铺设率不高，通达性较差。

表3 巫山县23个乡镇各指标极差标准化、距离最优、最劣值测度与综合通达性统计表Table.3 Standardization，measure of optimal distance and worst distance，and comprehensive accessibility of each index of 23 towns in Wushan county

巫山县西北部的龙溪、福田、双龙、大昌、官阳，通达性均呈中等水平。龙溪、福田、大昌、双龙地势平坦，坡度低缓，公路建设条件好，且拥有小三峡等黄金旅游景区，是巫山县北部旅游观光走廊，通达性本应排在23个乡镇前列，但在三峡库区蓄水后，这些乡镇部分公路被淹，出现断头路，村与村之间无论直达性还是节点可达性都受到影响，尤其是大昌，镇内节点可达性排巫山县末尾。另外，三峡移民工程导致农村居民大量迁移，龙溪、福田、大昌、双龙的居民点道路临近性变差，旅游业辐射带动作用锐减，通达性一般；官阳地处大巴山南麓，与神农架保护区相连，为经济欠发达地区，虽然镇内001县道是巫山东北部前往巫溪、安康的重要通道，但由于位置较偏，远离干线交通，到达巫山县东南、西南乡镇的出行距离远，属巫山县较边缘化地区，通达性中等。

巫山县东部以三溪为极，通达性由东部向南北边缘地带递减，说明巫山县东部乡镇通达性受区位因素影响较大。三溪无干线过境，较好的通达性得益于近年来的精准扶贫政策，特色农业发展增加了农民的收入和政府对乡、村道建设的投资力度，促使农民向公路沿线聚拢，居民点道路临近性变好，公路网密集程度增强，通达性较好；两坪、骡坪公路等级高，与干线衔接距离小，但干线仅经过乡镇行政中心，且境内丘陵广布，乡级公路蜿蜒曲折，通达性受到影响。尤其是两坪，中部高山阻隔，镇内南北村落绕行距离远，通达性一般；东北部的当阳、平河、竹贤、金坪和东南部的笃坪、邓家均属巫山县高寒贫困乡，贴近度≤0.35，地形位指数≥0.66，经济发展基础差，是东北、东南边陲交通条件最差的乡镇集聚区；其中当阳地处巫山县最北部，三面环山，无对外连通的公路，仅靠乡道与南部乡镇单向连通，是巫山县通达性最差的乡镇；在山区扶贫移民搬迁工程下，竹贤居民点道路临近性好，但通达性一般；三溪“政策”模式的辐射带动作用强度远不及中心城区和铜鼓“驿站”模式，且巫山县东部地形起伏较大，对通达性阻抗作用较强，因此除三溪、培石、骡坪通达性较好外，东部其余乡镇通达性均处于差、较差等级。

受区位、地形、经济政策、节点布局、乡镇面积等因素的影响，巫山县乡村公路网络通达性总体与干线交通骨架吻合度较好，呈现“三核、一环、一域”的分布格局，三核即铜鼓、建平、三溪的最好通达“核”，一环即西南部曲尺—大溪—庙宇—官渡的较好通达“环”，一域即西北部龙溪—福田—双龙—大昌—官阳的中等通达“域”。

4 结论与讨论

4.1 从乡村地区公路网通达性内涵理解出发，尝试抓住乡村地区特征，选取了公路网密度、乡镇间直达性指数、乡镇内直达性指数、居民点道路临近性、乡镇间节点可达性指数、乡镇内节点可达性指数、干线衔接距离、地形位指数8项指标，运用熵权-TOPSIS模型对研究区公路网通达性进行综合评价。

4.2 各项指标对巫山县乡村公路网通达性的影响程度由高到低分别为：公路网密度>地形位指数>干线衔接距离>居民点临近性>乡镇内直达性指数>乡镇间节点可达性指数>乡镇内节点可达性指数>乡镇间直达性指数。公路网密度仍是体现山区乡村通达性水平最直观的指标，复杂的地形则是制约通达性的重要因素。研究区位于我国西南喀斯特土石山区，地形条件复杂，村镇节点布局松散，修建公路需耗费大量资金和人力，单纯依靠增加公路网密度来提高地区通达性显然不可取。因此，在进行路网规划时，除考虑上述8项指标外，建议因地制宜科学制定交通建设规划，以提高各区域公路网通达性。

4.3 巫山县乡村公路网通达性整体上以中等、较好等级为主，通达性以铜鼓、建平、三溪为核往外围扩散分布，与交通干线骨架吻合度较好，呈现“三核、一环、一域”的空间格局；分区域看，西南部铜鼓、庙宇等地势较平缓的乡镇，作为巫山通往恩施、湖南的重要通道，通达性整体较好，该区域有较强的干线路网，今后可利用其集散功能优势发展农村物流；西北部大昌、双龙等重点旅游区通达性中等，针对该区域特点，今后应大力建设公共交通综合服务系统，确保游客顺畅进出，推动国家全域旅游示范区建设，利用旅游业的带动作用提高当地居民出行的便利程度；东北部的当阳、平河与东南部的邓家等边远山区通达性最差，作为研究区路网密度最低的欠发达地区，今后应从提高村道硬化工作入手，增加路网密度，同时需要进行合理的高山生态移民与搬迁，缩短农村居民与交通服务设施间的距离。

本研究存在以下不足：乡镇内通达性往往存在区域差异，以乡镇为单元进行综合评价仍不精准，未来可将综合评价尺度细化至村级；由于数据获取困难，公路网密度计算中未考虑村道；忽略了巫山县与区外的联系。今后可结合周边区县公路网络状况，将区域视为开放性系统，进一步深化探索。