通用机场体系地理空间结构形态

覃 睿, 王 颖

(中国民航大学通航学院， 天津 300300)

通用机场作为交通网络中的主要基础性和功能性节点，与其配套的交通轴线共同作用于城市的域面，形成一定的空间结构并对城市产生作用，通用机场的点轴演化与城市的发展是一个相互作用、相互关联的过程。美国的通用机场建设始于20世纪30年代，历经近一个世纪的演化变迁，形成了较完善的通用机场体系。而中国通用机场的建设尚在起步阶段，目前有大量通用机场在规划建设中，各省力求在较短时间实现通用航空的快速发展，形成功能分明、层次清晰的通用机场体系。

机场体系空间格局逐渐成为航空地理学的重要领域。中外学者大多从机场系统空间网络结构[1-2]、服务能力[3-6]、交通可达性[7-12]、人口覆盖率[13-14]等方面对运输机场的空间格局展开研究，考虑机场数量、航线数量、客货吞吐量和机场间的距离作为机场空间分布的决定因素，对运输机场的整合优化作出极大的参考价值。但是相关研究未考虑通用机场，更没有将通用机场体系单独研究。这就提出了一个问题：在地区范围环境中，衡量运输机场体系空间格局的因子是否也同样适用于通用机场，成熟的通用机场体系存在什么形态的空间格局？

通用机场因其服务对象、服务功能与运输机场不尽相同，故通用机场体系格局的研究不能与运输机场的研究理论与方法如出一辙。威尔逊模型作为典型的空间相互作用模型，多应用于金融辐射力研究[15-16]、物流园区辐射范围划分[17-18]，近年来也引入到机场腹地范围测算[19-20]，对通用机场体系空间结构的研究具有十分重要的借鉴意义。对于小型社区来说，能够评估通用机场的潜在相对优势是很重要的，这既包括机场本身的能力，也包括当地社区的通用航空资源强度[7]。现以威尔逊模型为基础，从通用航空资源强度和通用机场综合能力两方面分析测算机场吸引力，借助ArcGIS空间分析功能图论描述，研究美国西南地区通用机场地理空间结构特征，以期得出对中国通用机场规划布局具有重要指导价值的结论。

1 研究区概况与数据来源

1.1 研究区概况

美国联邦航空管理局(Federal Aviation Administration，FAA)划分的美国西南地区包括阿肯色州、路易斯安那州、新墨西哥州、俄克拉荷马州和德克萨斯州。这些州总共支持了3 400多个公共和私人商业机场、通用机场、直升机场、滑翔机场、水上飞机、短距起降机场和其他航空设施。重点研究纳入美国国家综合机场系统规划[NationalPlanofIntegratedAirportSystemsReport(2019—2023)，NPIAS]的379个公用的被分类的通用机场(包括疏解机场)。虽然这五个州都毗邻德克萨斯州，但在土地面积、人口密度、城市化、产业结构和航空需求等方面存在巨大差异，都拥有独特的地理、文化和经济特点，表1所示为2017年美国各州一些社会经济统计数字的比较。

1.2 数据来源

社会经济数据来源于美国经济分析局 (the U.S. Bureau of Economic Analysis，BEA)网站和美国区域经济分析项目 (United State Regional Economic Analysis Project，US-REAP)网站；森林农田数据来源于美国农业部国家农业统计服务 (United States Department of Agriculture National Agricultural Statistics Service，USDA)网站和美国森林清查与分析规划(Forest Inventory and Analysis National Program)网站(https://www.fia.fs.fed.us/program-features/rpa/)；机场能力数据来源于FAA机场数据和信息门户-存储库搜索(FAA Airport Data and Information Portal-Repository Search)(https://adip.faa.gov/agis/public/#/airportSearch)、AIRNAV(https://www.airnav.com/airports/)、Sky Vector Aeronautical Charts(https://skyvector.com/airports)和AOPA Airport Directory(https://www.aopa.org/destinations/)等查询工具获取；航空活动数据来源于Glossaryforthe2018TerminalAreaForecast2017年数据。所有矢量数据均来源于美国各州地理信息系统(geographic information system，GIS)数据网站。

2 研究方法

2.1 区域通用航空资源强度测算

通用机场的服务类别分为公务服务类、经济建设类和航空消费类[21]。其功能和规模受机场市场区域通用航空资源强度的推动，该资源强度指标由一组反映社会经济活动的指标组成，这些指标可能会产生特定的通用航空需求，其测算公式及参数详细介绍如下：

表1 美国西南地区各州社会经济统计Table 1 Socio-economic statistics of states in the southwestern United States

注：括号内的数据为占西南地区的比例。

Qjk=f(P,C,U)=PCU

(1)

P为距通用机场32 km内的人口密度。一方面，人口密度较低的地方使用公共地面交通基础设施和商业航空服务的机会相对较少。在这些地方，通用机场是个人长途旅行的重要方式。换句话说，这些地方的人们可能更依赖于通用航空。另一方面，人口密度较高的地方往往会产生更多的商业机会，从而吸引更多的通用航空活动用于商业目的[22]。

C为距通用机场32 km内的人均收入。通常认为，交通活动与经济条件成正相关[22]，据FAA《2017年通用航空和135部活动调查》，除通用航空私人活动外，商务运输占比最大，人均收入高的地方产生更多的通用航空商务运输业务，人均收入对通用航空活动产生积极的影响。

DMSP/OLS夜间灯光影像具备反映人类社会活动的独特能力，广泛用于人类活动分析及相关社会经济指标的估算[23-24]。现以各县统计数据为基础，利用夜间灯光数据并辅助统计数据，以机场32 km内的灯光强度总和反映机场市场区域社会经济指标[5,10]。

U为通用机场32 km内的农林覆盖率。农林覆盖率是指农林面积占地域总面积的比率，通用航空应用于农林业的方方面面，如飞机播种、空中施肥、防治害虫、航空护林等，根据美国航空协会2019年的一项调查，通用飞机每年要处理7.71亿亩(1亩=0.067 ha)的农田，采用飞机作业的耕地面积占全国耕地面积的45%。

机场市场区域是指以机场为中心32 km半径所在区域，32 km相当于30 min的地面车程，98%的美国人居住在距离NPIAS机场32 km以内的地方，在GeneralAviationAirports:ANationalAsset(May 2012)中，一个机场被认为主要服务于32 km内的社区。没有选择县作为研究区域单元的主要原因是，一个机场可能位于两县或三县交界处，在城市与机场之间建立明确的对应关系是不现实的，因此在此基础上进行分析研究是不合适的。

2.2 通用机场综合能力测算

通用机场综合能力指标体系分为两个部分：机场能力(airport capability,AC)，是指根据机场的特点以及相关的基础设施，所支持的操作的易用性和多样性；航空活动(aviation activity,AA)，是指在机场内及其周围进行的不同性质、数量和类型的活动，这些活动在某种程度上依赖于机场[25]。如表2所示，建立通用机场综合能力指标体系，选取这两项指标的综合值测算通用机场的综合能力，其测算公式为

(2)

式(2)中：ak为一级指标权重；bk为二级指标权重；k为实际值标准化处理后的结果；相应权重用变异系数法确定。将无量纲化之后的k乘以相应级别的权重并加总，便可得到各个通用机场的综合能力指数。由于部分通用机场内未设固定基地运营商(fixed base operator，FBO)，故该类通用机场的燃油价格用机场周围80 km内其他通用机场Jet-A的平均价格衡量。

表2 通用机场综合能力指标体系

2.3 基于威尔逊模型的通用机场吸引力测算

威尔逊模型又称存贮理论，多用于金融物流园区辐射能力及辐射范围的研究、设施区位的分析，是典型的空间相互作用模型，近年又成为研究机场规模及机场吸引力与腹地范围的新方法，借鉴威尔逊模型测算通用机场吸引力指数，公式为

Tjk=KOjkDkexp(-βγjk)

(3)

依据式(3)计算三个方面指标数值，利用ArcGIS软件将数值按自然间断点分级法由低到高分为5类，通过数据可视化处理，得到三个方面通用机场空间等级布局图，讨论分析通用机场空间结构形态。

3 结果分析

3.1 通用航空资源空间分布特征

美国西南地区通用机场32 km半径范围内通用航空资源州际分布差异明显，如图1所示，呈现东高西低、整体分散、局部集中的分布特征，尤其是在大都市区和东南沿墨西哥湾地区资源强度更为突出，这与人口密度、经济活动、农林覆盖和自然资源分布相一致。西南地区东部森林农田覆盖率高，矿产石油天然气储量大，制造业和零售业发达，休斯敦和路易斯安那州沿墨西哥湾港口周围形成了一个繁荣的工业区，主要以石化工业为基础，通用航空活动需求量高，而地区西部新墨西哥州、德州东北部为高原山地，气候干旱，地广人稀，不利于通用航空活动，通用航空资源强度较低。

图1 通用机场32 km半径内通用航空资源强度等级分布Fig.1 General aviation resource intensity rating distribution within a 32 km radius of a general airport

图2 通用机场综合能力空间等级分布Fig.2 Spatial hierarchy distribution of general airport comprehensive capacity

3.2 通用机场综合能力空间格局

综合能力高的通用机场大多位于达拉斯-沃思堡、休斯敦和新奥尔良等大都市区，如图2所示，核心-边缘状分布格局较为明显，呈现俱乐部趋同现象。大都市区是县域城市发展到一定成熟阶段的高级空间组合形式，区域交通路网发达，人口流动量大，经济产业健全，商务航空需求量高，这些区域的通用机场都有较完善的基础设施，以大都市区作为腹地，显示出非常高的航空活动水平，存在持续的通用航空需求。

3.3 通用机场体系空间结构形态

如图3所示，通用机场吸引力呈集聚分布，且集中分布程度极高，空间分布不均衡，以各大都市区为主呈多中心团块集聚区以及沿海集聚轴带态势，集聚具有较大的区域差异性，达拉斯-沃斯堡大都会区吸引力最高且集中度最强，新奥尔良大都市区次之，德州西北部及新墨西哥州通用机场吸引力最小。美国西南地区通用机场布局复杂，机场体系完善，发展较成熟，高吸引力通用机场群与大都市区、城市密集区及大都市连绵区相伴存在，低吸引力通用机场位于人口稀少、通用航空资源匮乏的区域，造成通用机场整体发展空间受限。

图3 通用机场吸引力空间等级分布Fig.3 Spatial grade distribution of general airport attraction

4 结论

通用机场布局除受到市场经济导向需求外，还受到民生、国防、应急救灾等社会公共服务的需要。一方面，从人口分布，经济发展、资源优势、人文地貌等几个方面综合分析区域通用航空资源强度布局；另一方面，从通用机场配备的基础设施、航空活动量分析通用机场综合能力的地区空间分布特征，最后得出通用机场吸引力值，总结通用机场体系的地理空间布局形态。

(1)地区人口情况、经济发展及产业结构是通用机场布局的基础。明确通用机场在地区航空系统中的地位，协调通用机场与周边社区的互利关系，保持通用航空需求与地区经济发展需求之间的平衡，同时机场的建设应该是灵活的、可扩展的，能够满足不断增加的需求和容纳新的飞机类型。

(2)通用航空业务需求是通用机场布局的关键，与社会经济诸要素有着密切的联系。地区资源禀赋，在煤矿石油产区、农林业生产基地、旅游资源富集区等区域，通用航空资源强度大，通用机场发展潜能大，在通用航空市场需求旺盛的同时，通用机场的服务紧跟经济产业的转型，适应经济发展趋势。

(3)明确机场功能定位，依据机场功能层次布局是通用机场长期协调合作发展的重要举措，这与地区城市体系发展结构相辅相成。在大都市区、郊区、农矿产区，通用机场服务类别各异。通用机场功能的多样性决定了其服务对象的不同，从而影响了机场在地理空间上的分布。注重通用机场空间布局的协调优化，因地制宜，突出通用机场各具特色的服务功能，发挥通用机场作为社区关键节点所需的作用。

合理完善通用机场的空间布局有助于推进地区工业基地全面和全方位振兴、农林业现代化建设、旅游经济发展以及民生服务改善，促进大都会区经济高质量发展。美国各大地区情况各异，通用机场布局也不尽相同，仅研究西南地区的通用机场体系布局，未跨地区考虑其他影响要素，显然还不能全面解释通用机场的布局形态，尤其是在城市空间结构变化的形势下，机场的空间格局也需要逐渐调整，优化其等级结构和服务能力，进一步满足未来地区发展的需要。未来研究中可从通用机场地理空间结构形态的出现、形成和发展的影响因素进行系统研究，深入探讨不同经济地理要素对通用机场体系布局的影响。