边境陆路口岸空间可达性演化机理实证研究——以云南省为例

杨 扬，谭诗萍，张一帆

(1.昆明理工大学 交通工程学院， 云南 昆明 650500； 2.苏美达国际技术贸易有限公司， 江苏 南京 210005)

一、引言

随着“一带一路”与“澜湄合作”建设的推进，边疆城市迎来新的发展方向，跨境贸易成为边疆城市进一步提升城市化水平的重要媒介，陆路口岸的发展成为边疆城市经济发展的重要途径。但我国内陆跨境大通道的基础设施并不完善，制约着陆路口岸与边疆城市的联动与协调发展，陆路口岸可达性作为跨境大通道形成的核心因子，决定着陆路口岸物流的空间格局。因此，陆路口岸可达性的研究对提升跨境运输效率和加快交通基础设施建设具有指导性的理论意义。

可达性的概念由Hansen[1]在1959年首次提出，可达性是指在交通网络中各节点相互作用的机会大小。Antonio等对时空可达性评价中的各种指标用不同的实验进行了验证并改进了定义[2]。Miller以地理信息系统为基础，将时空棱柱理论与模型的输入、输出概念结合，将时空可达性模型中的基础理论以及计算方法进行了新界定[3]。Weber等提出计算个人潜在活动区域的GIS算法，结合道路拥堵效应及设施营业时间，通过限定时间增量的方法计算得到个人活动的潜在可达路径[4]。Kwan、 Neutens等分别将个人属性差异因子加入时空可达性模型中进行对比，分析了人群属性因子对可达性评价值的影响程度，并采用人口单元匹配到矢量路网段的形式完成时空可达性直观制图[5-6]。Gabriel 以欧洲公路为目标研究了其可达性对城市区位及空间发展的影响[7]。Jose 等、尚正永等从国家、区域和地方3个维度，分析欧洲高铁建设线路对沿线城市可达性演化趋势的空间影响，定量分析城市功能用地可达性格局特征与演变[8-9]。曹小曙等采用重力模型对丝绸之路经济带沿线城市的空间联系程度进行模拟，运用GIS空间分析技术将其可达性进行可视化，显示丝绸之路经济带沿线城市可达性呈现“走廊”特性[10]。陈建军等运用城市间联系强度、首位度、交通流重心、集中化指数、功能多中心指数等分析方法，借助Arcgis软件平台从不同的角度分析高速铁路网络对长三角空间联系格局演化的影响[11]。肖京格等、周恺均以不同时间节点为时间断面，加权平均旅行时间为指标，分别对重庆市陆路交通网络中节点区县和长江三角洲高速公路网的可达性格局演化规律进行研究，分析路网节点辐射程度以及通达性提升对城镇体系空间结构整体发展的影响[12-13]。方志祥等将时间地理位置的相关时空因子加入到传统的可达性模型中，弥补了传统可达性动态反映不同位置在可利用时间限制下的可达时空表现能力不足的弊端[14]。徐玲玲等运用系统协同理论得出重庆保税区与区域经济协同发展但是作用不强，并提出加强协同发展的建议[15]。罗永华利用回归模型对城镇化与港口物流的协调发展进行了实证分析，并提议发展港口以促进广东省城镇化水平[16]。赵娴等运用区域产出投入分析法研究了京津冀地区流通业之间的协同发展程度，基于企业之间的紧密联系程度构建了京津冀经济带城市流通业“点—线—面—网”的协同发展路径[17]。张扬等通过计算复合系统协和度对京津冀经济带城市的发展有序程度进行了对比[18]。

目前，可达性的计算在运用过程中已经衍生出多种方法，而比较常用的是最小距离法、缓冲区分析法、吸引力指数法和旅行成本法等。但陆路口岸大多在边疆偏远地区，受地形道路等因素影响较大，本文考虑到陆路口岸不同于其他对象的特性，以及路网、城市经济等因素对其产生的影响，基于Arcgis可视化平台，提出陆路口岸综合潜力指数与可达指数模型，对陆路口岸的综合潜力、空间特征与演变情况进行进一步分析。

二、数据来源与研究方法

(一)数据来源与处理

云南省是面向南亚、东南亚的辐射中心，目前全省公路通车总里程已达到24.3万公里，其中，高速公路有4 837.5公里，一级公路395.8公里。本文以云南省为研究区域，并以云南省陆路口岸与地州城市为研究对象，考虑到云南省公路线路环境复杂、道路等级差异较大，故通过访问百度地图查询云南省各地州县域到各个陆路口岸的实际出行时间，此做法与传统GIS获取数据均可以考虑到实际路阻。经济类指标采用2005、2010和2015年的数据，数据来源于2006、2011、2016年的《云南统计年鉴》与《中国口岸统计年鉴》。为了消除数据间的屏蔽效应和量纲差异，本文对各个口岸物流及腹地城市经济评价指标的原始数据进行无量纲处理。

(二)研究方法

1.口岸综合潜力指数

口岸综合潜力模型主要借助口岸可达时间与城市经济状态探讨口岸及城市在发展过程中所产生的潜力，以更好地抓住机遇、合理有序发展，故提出口岸综合潜力指数模型，如式(1)(2)所示。

(1)

(2)

其中：Mij为口岸i与所达城市j之间的联系强度，其值表示口岸与所达城市之间贸易往来的密切程度；αi为口岸的货运量，εj为所达城市的货运量，Dij为口岸与所达城市之间的距离，Pi为口岸综合潜力指数，Tij为i到j地的口岸可达时间。

2.陆路口岸综合可达指数

为充分考虑节点与经济重心、路网密度和口岸综合潜力等影响因子的关系，基于陆路口岸综合潜力指数与已有的陆路口岸可达时间，建立陆路口岸综合可达指数模型如下：

(3)

其中：Ai为口岸i的口岸综合可达指数，数值越小，表明口岸i的可达性越好，数值越大，表明口岸i的可达性越差；Tij为口岸i到边疆城市j所花费的时间，可用地州城市到达陆路口岸可达时间表示；β为路网密度，可用陆路口岸载体城市公路里程数与城市占地面积的商值表示；μ为口岸综合潜力值，将所得结果归一化后表示。

3.改进PSO-FCM模型

粒子多维位置矩阵取决于数据的聚类中心，每个粒子的位置都代表一组聚类中心的取值，即单个粒子位置矩阵的列数为c。当样本数据是多维度d的情况下，单个粒子位置矩阵为c×d。当粒子群寻优的种群规模取e的时候，粒子群矩阵将为w。在此情况下单个粒子群的矩阵可表示为：

x(∶，∶，a)=[p11,p12,…,p1c;p21,p22,…,p2c;…;pd1,pd2,…,pdc]，a=0,1,2,…,e

(4)

其中pij为第a个粒子群中第i个样本维度的第j个聚类中心。

适应度函数是能把粒子群优化与模糊聚类联合在一起的关键部分。FCM算法是将Jm(U,V)取得最小值便是最优的聚类结果。而PSO的算法编程可将学习过程写成适应度函数最小也可写成适应度函数最大，且不妨取PSO算法学习过程为寻优适应度函数最小的情况，即为：

(5)

在PSO算法中，速度更新公式如下：

w=wmin+((iter-i)*wmax-wmin/iter)

(6)

c1=((cmax-cmin)*i)/iter

(7)

c2=c1

(8)

粒子的速度更新取决于群体的寻优结果、自身的寻优结果以及上次的速度。其中，w表示惯性因子，当w越大时，粒子的飞行速度越快，全局算法寻优能力越强；当w越小时，粒子的飞行速度越慢，此时的粒子群偏向于局部精确寻优。

4.粒子群优化的C均值聚类模糊的设计

C均值的聚类模糊算法在学术研究领域中已被广泛应用，由于该算法的训练效果与初始数据关系较大，一直以来都存在初始点选定敏感度较高的弊端。为了解决模糊聚类算法在处理大容量数据时收敛速度慢、对初始聚类点敏感等问题，利用粒子群优化算法的全局寻优能力进行优化；同时对粒子群算法进行进一步优化，通过动态改变惯性因子与学习因子，增加精确度，降低后期震荡现象。在迭代学习过程的初期对少部分粒子的位置更新的算法中加入FCM的位置更新算法，对少部分粒子进行强迫性范围的学习，有效解决由于少部分粒子压迫性局部最优解的情况下的早熟收敛，达到增强聚类精确度与学习速度、降低初始聚类中心敏感度的目的。

三、陆路口岸综合可达指数评价实证分析

(一)陆路口岸与边疆城市可达时间的格局特征分析

云南省发展跨境贸易进程中公路占有较为决定性的作用，基于Arcgis 10.2可视化平台，绘制陆路口岸及主要公路空间分布如图1所示。

由图1可知，昆明与各个口岸相距均较远，云南省国道以昆明为核心向外呈发射状。昆明地处云南省中部，距边境地区较远，昆明离各陆路口岸均较远，与各个口岸的时间距离差异显著。但云南省主要公路以昆明为核心枢纽向外扩散，可以发现与国道沿线较近的口岸所耗费时间与昆明和陆路口岸的直线距离比例较小。公路走向一直扮演比较重要的角色，跨境大通道的形成对口岸物流有着重要的影响和意义。在未来发展中，应结合已有通道和公路，完善云南省出境4条大通道的建设，并以通道上的口岸为核心，向其他口岸扩散，打造立体多样化的道路，编制更为密集的公路网，逐渐促成口岸集聚群的形成并建立口岸物流体系。除道路建设外，对物流园区、保税区和口岸基础设施也应有所应对，扩大口岸规模，加快通关效率，保证仓储便利，以保障进出口货物在各个环节运作顺利。

一类口岸与二类口岸主要是在开放权限上具有差异，为探讨一类口岸和二类口岸与各个城市之间的可达性及差异，基于已获取数据，借助Arcgis 10.2可视化平台将各个地州城市到达一类与二类陆路口岸可达时间可视化，如图2和图3所示。

由图2可知，口岸分布较广，面向缅甸、越南、老挝的一类口岸数量较为均衡。对比图1，一类口岸大多位于云南省主要公路沿线，交通便利，口岸各自距所在地州的可达时间较好，各口岸呈发散趋势朝昆明、楚雄、玉溪等滇中城市为走向，各口岸至迪庆、昭通等北方地州城市相对难以到达，可达时间较长。从图中可看出，一类口岸由滇西、滇南方向的3个口岸集聚群组成，其中滇西口岸集聚群主要有猴桥、瑞丽、畹町和清水河口岸；滇南很明显分为两大口岸集聚群，分别是磨憨、勐康、打洛口岸集聚群和河口、天保、都龙、金水河口岸集聚群。三大口岸集聚群刚好各自面向缅甸、老挝和越南3个不同的国家，分别以瑞丽口岸、磨憨口岸和河口口岸为中心向外扩散分布，并与云南至缅甸、老挝和越南的3条主要公路通道走向相吻合。

由图3可知，云南省二类口岸除了田蓬口岸面向越南外，其他口岸均是面向缅甸，二类口岸分布较为集中，形成与猴桥、瑞丽、畹町和清水河等一类口岸的滇西口岸集聚群。就滇西口岸集聚群中6个面向缅甸的二类口岸而言，其分布相对分散，口岸之间竞争关系相对薄弱，历年来，中缅进出口贸易量相较而言要超于中越与中老，二类口岸的分布更像是对中缅贸易的一类口岸所做出的补充。对比云南省主要公路空间分布，发现二类口岸除章凤口岸外其他口岸皆处在距云南省主要公路较远的位置。二类口岸的升格仍需加快中缅贸易往来、加大中缅合作力度、加强云南省道路建设。

(二)陆路口岸综合潜力指数特征分析

以云南陆路口岸与地州城市为研究对象展开探讨，将数据代入式(2)可获得云南省陆路口岸综合潜力指数，如图4所示。

云南省陆路口岸中，口岸综合潜力排在前三位的分别是瑞丽口岸、河口口岸和猴桥口岸，排在后三位的是打洛口岸、沧源口岸和金水河口岸。其中，口岸综合潜力最高的是瑞丽口岸，为1 333 803，最低的是金水河口岸为20 681。就一类口岸与二类口岸比较而言，一类口岸经济发展潜力更为突出。目前，云南省发展较好的三大口岸分别是磨憨口岸、河口口岸和瑞丽口岸，除了瑞丽口岸外，河口口岸的综合潜力处在前列，磨憨口岸综合潜力处于中等水平。显然，口岸运作现状与口岸发展潜力不完全成正比，口岸经济发展潜力与口岸可达时间排序较为吻合。但可达时间与综合潜力相对较低的磨憨口岸作为云南省最南端口岸，是中老泰经济大通道的核心口岸，是中泰贸易的主要桥梁，这是其发展的重要契机。口岸综合潜力较低的城市可达时间往往较大，运输成本较高。云南省在加快跨境贸易与运输的进程时，可借鉴口岸综合潜力指数，在交通条件、载体城市经济等相近的前提下，对发展潜力较高的口岸加以重视，对于货物进出口、口岸建设可优先考虑，尽快实现口岸物流标准化，对口岸进行科学管理，加快口岸集聚群及互联体系建设，为实施准确的物流活动决策提供支撑，由专人负责监督物流运输相关制度的落实，从而达到有效降低物流成本，实现资源分配合理化、高效化的目的。

(三)陆路口岸综合可达指数特征分析

将数值代入式(3)获得云南省陆路口岸综合可达指数，如表1所示。

表1 云南省陆路口岸综合可达指数

云南省各个陆路口岸综合可达指数受交通基础设施及周边城市经济水平影响差异较大，基于陆路口岸综合可达指数数值，为便于对陆路口岸可达指数有效分析，将各口岸可达指数通过改进PSO-FCM模型分为3类，如表2所示。

表2 陆路口岸可达指数分类

由图5可知，根据改进型PSO-FCM聚类模型将18个口岸的综合可达指数分为三层等级，以此来分析口岸可达程度。第一层级，属于优质型口岸，与城市之间的要素交换较为密切，具有较好的经济发育程度和地理位置，如猴桥口岸、河口口岸和清水河口岸；第二层级，相对第一层级来说，细节特征方面更为分散化，综合可达指数属于中等水平，如瑞丽口岸、磨憨口岸、孟连口岸等；第三层级，具有较大的口岸可达指数提升空间，可达指数水平稍显不足，如都龙口岸、打洛口岸和田蓬口岸。

云南省陆路口岸综合可达指数大多处于良好型，主要集中在23.78～39.87。但也存在优质型可达指数的口岸，其中，口岸综合可达指数在23.78以内的猴桥口岸、清水河口岸和河口口岸均为一类口岸，这3个口岸为面向缅甸与越南的口岸。口岸综合可达指数涉及口岸与所达城市之间的联系强度，距离货运量较好、生产总值较高城市的口岸的综合可达指数更小一些，更易到达，阻抗更小。口岸综合可达指数最小的是河口口岸，河口口岸是所有口岸中与昆明可达时间最小的口岸，昆明社会生产总值约占全省的三分之一，是全省经济重心，河口口岸则更占据优势，因而其综合可达指数最低。陆路口岸综合可达指数较高处于成长型的主要有都龙口岸、打洛口岸和田蓬口岸，其中，都龙口岸和田蓬口岸处在滇东口岸群，打洛口岸则处在滇南口岸群，周边城市主要是西双版纳、普洱、红河州、文山、曲靖等城市，在毗邻的5个城市中，除红河州的货运量最高为9 755万吨之外，其余城市货运量值均处于云南省16个州市之末。这就更加印证了陆路口岸的发展离不开城市进出口贸易的提升，即陆路口岸与内陆城市经济逐渐形成的互联共生格局，与边疆城市经济发展的突破口在于借助其边境优势加快跨境贸易合作。因此，应加快完善陆路口岸基础设施的进度，以便形成口岸与城市之间协同发展的体系，创造共赢。

考虑到云南省近年来交通基础设施建设的加快、城市经济的提升和跨境贸易的发展，笔者计算了云南省各口岸2005、2010、2015年的综合可达指数并进行了可视化分析，探究口岸综合可达性指数动态演变过程，如图6所示。

根据陆路口岸综合可达指数变化情况，发现在一类口岸与二类口岸综合可达指数的演变过程中，所有口岸随着社会的发展均呈转好势态。一类口岸综合可达指数的演变进程较慢，其设施设备本身相对成熟，更多以改善的角度促进发展以求稳步变优。总体而言，二类口岸呈稳步提升状态，且所有二类口岸的综合可达指数的2010与2015年之间的差值相较于2005与2010年之间的差值有所增加，盈江口岸、章凤口岸、南伞口岸和沧源口岸逐渐成为良好型可达指数口岸，但未有达到优质型可达指数的口岸。对比其他口岸，改变最明显的是打洛口岸，打洛口岸的起点较低，其演变跨度在所有口岸中最大，都龙口岸与打洛口岸的发展没有其他城市与口岸成熟，所以可以寻求参考以选择更为明确的发展方向。结合一类口岸与二类口岸综合可达指数的整体变化情况，发现口岸综合可达指数大多在到达良好型的状态之后开始进入瓶颈期，提升缓慢，这类陆路口岸在消除发展瓶颈时应在硬件与软件的创新上多加关注。所以，边疆城市物流主管部门应注重口岸物流基础设施建设与现代科学技术的结合，制定创新方案不断改进口岸运输中亟待解决的政策性、技术性难点，积极打通联通口岸的物流通道，优化物流运作模式，以进一步提升口岸综合可达性指数。

四、结语

考虑到陆路口岸可达性的特殊性，构建了陆路口岸综合潜力指数、陆路口岸综合可达指数和陆路口岸空间联系强度模型，以云南省陆路口岸为研究对象，得到陆路口岸潜力指数及空间格局特征：① 云南省陆路口岸各自距所在地州的可达时间较好，各口岸呈发散趋势朝昆明、楚雄、玉溪等滇中城市为走向；② 一类口岸潜力较之二类口岸更高，其中，瑞丽口岸综合潜力指数最高，为1 333 803，金水河口岸综合潜力指数最低，为20 681，口岸潜力与口岸发展现状不成正比，口岸潜力发展更为依赖口岸到达便捷程度；③ 目前，云南省陆路口岸综合可达指数大多处于良好型，一类口岸较之二类口岸综合可达指数更为集中，在空间距离相近的前提下，国道沿线的口岸更易到达。当口岸综合可达指数达到良好型后开始进入瓶颈期时，口岸的软硬件及口岸现代化创新程度成为该部分研究的主要影响因子。云南省对边疆城市的公路基础设施建设不断加大投资，使陆路口岸综合可达指数的差距不断缩小。在未来发展进程中，需要更加重视公路交通的建设，加大对口岸物流现代化、信息化、标准化发展的投入，加快口岸互联体系建成，以全力提升陆路口岸可达性水平并进一步促进陆路口岸物流与边疆城市协调发展。