基于交通可达性的粤港澳大湾区城市腹地划分研究

温惠英 姜莉

(华南理工大学 土木与交通学院，广东 广州 510640)

在经济全球化大背景下，湾区俨然成为拓展发展空间、释放发展潜力的重要载体[1]。粤港澳大湾区城市群由历经40余年改革开放的珠三角区域和香港特别行政区、澳门特别行政区深度融合而成，被认为是全球最具活力的经济区域之一。当前粤港澳大湾区建设和交通强国已上升为国家战略，城市群层面跨区域经济联系与交通需求日益增加，创新大湾区跨市交通供给、推动城市群空间范围识别成为跨区域合作的焦点。

在粤港澳大湾区一体化的框架下，湾区城市和区域“去边界化”不断增强[2]，行政边界日益模糊。作为粤港澳大湾区的核心组成部分，珠三角在《珠江三角洲地区改革发展规划纲要(2008-2020年)》、《大珠三角城镇群协调发展规划》中均强调通过区域规划与政策调整来促进各城市间交通设施的互联互通，推动区域一体化发展。随着粤港澳大湾区城市群经济联系不断增强，交通基础设施条件成为“一小时生活圈”的重要支撑和保障[3- 4]。交通可达性反映了城市间相互影响作用的大小，他与区域经济发展密切相关，同时交通网络演变还影响着中心城市腹地范围的变化。近年来，在省域和京津冀、长三角、珠三角部分城市群尺度开展的交通优势度与城镇经济空间耦合关系[5- 6]、可达性与经济扩散特征[7- 9]、城市空间联系与可达性[10- 11]等研究成为学术界持续关注的热点问题；同时，采用ArcGIS空间技术、场强模型和复杂网络等定量分析方法日益成为进行交通基础设施条件与城市腹地关联研究的普遍选择，研究成果日渐增多[12- 13]。然而，基于跨区域交通与城市群腹地范围识别的研究尚较少涉及；尤其是粤港澳大湾区在“一国、两制、三关税区”的特殊发展背景下，粤、港、澳三方跨区域交通空间联系和范围识别，仍缺乏全面且系统的分析。

鉴于此，本研究以粤港澳大湾区为例，首先尝试分别从县域与市域研究尺度范式出发，借助ArcGIS栅格成本距离空间分析技术测度湾区可达性；然后在其可达性时间距离基础上，运用修正的引力模型测算粤港澳大湾区城市群的经济联系强度；最后再以GIS成本分配工具确定栅格单元在考虑交通条件和可达性因素下的城市归属，提取各尺度城市腹地范围，实现粤港澳大湾区城市群空间范围的有效界定。以期为粤港澳大湾区城市群交通基础设施建设和经济发展提供相应的理论依据和实践参考。

1 数据和方法

1.1 研究区域概况

文中的研究区域为粤港澳大湾区(以下简称“大湾区”)，包括珠三角9市(广州、深圳、珠海、佛山、惠州、东莞、中山、江门、肇庆)以及香港、澳门两个特别行政区，大湾区的区位图如图1所示(该区位图基于国家测绘地理信息局标准地图服务网站下载的审图号为GS(2019)4342号的标准地图制作，底图无修改)，总面积5.6万km2，2019年常驻人口约7 264万人，是我国开放程度最高、经济活力最强的区域之一；在国家发展大局中具有重要战略地位，大湾区道路网如图2所示。

图1 粤港澳大湾区区位图Fig.1 Location of Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area

图2 粤港澳大湾区道路网Fig.2 Road network map of Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area

粤港澳大湾区与世界三大湾区的对比如表1所示。由表1可见，粤港澳大湾区的人口规模、土地面积、经济体量及区域优势均毫不逊色，其经济总量(以GDP计)已超过旧金山湾区、纽约湾区，且总体经济增速依然在7%以上，但在人均GDP、交通优势等方面仍存在不小差距，具备较大的提升空间。其中，粤港澳大湾区人均GDP为2.31万美元，仅相当于纽约湾区的1/3、旧金山湾区的1/5、东京湾区的1/2；城际铁路和市域(郊)铁路的建设远远落后于其他湾区。

粤港澳大湾区城市概况如表2所示，由表2可见，粤港澳大湾区人口占比不足全国5%，但创造的经济总量占全国GDP的13%(表2)。从大湾区各城市经济总量和常驻人口来看，2019年广、深、港、澳GDP合计超过了7.95万亿元，在大湾区经济总量中占比接近70%；珠三角9市常住人口占粤港澳大湾区人口总量的88.74%，香港和澳门两个特别行政区分别占10.32%和0.94%，其中，广州、深圳两个超级大城市的人口分别同比净增40.15万人和41.22万人，占同期珠三角核心区常住人口增量的55.73%。从人口密度来看，澳门、香港人口密度最大，珠三角9市人口密度较小(仅1 177人/km2)。

注：面积、人口、GDP和人均GDP数据为2019年的统计数据，道路网相关数据为2018年的统计数据;2018年平均汇率，1美元=6.611 8元人民币；2019年平均汇率，1美元=6.896 7元人民币。

1.2 数据来源

本研究所使用的数据包括两部分：一是区域交通网络的矢量数据，其中，铁路、公路、国道、省道、县道和农村道的矢量数据均来自OpenStreetMap(http://www.openstreetmap.org)；二是区域基础地理数据。社会经济发展数据来源于《广东省统计年鉴2020》、香港特别行政区政府统计处、香港特别行政区海事处、澳门特别行政区统计暨普查局以及2019年各市国民经济与社会发展统计公报等；研究区域的地图均基于从全国地理信息资源目录服务系统的1∶100万地形数据库下载的标准地图剪裁制作。

1.3 研究方法

1.3.1 可达性加权时间成本距离测度

首先，基于ArcGIS Desktop 10.2操作平台，进行地理图形基础数据的统一墨卡托(Mecator)投影变换，并将道路交通路网数据统一空间引用到墨卡托系统，对数据进行分层矢量化，数据信息存储在地理数据库中[9]。

其次，将成本字段添加到路网属性列表中，并赋给相应的成本值，然后将研究区域公路网矢量数据基于不同的出行速度进行栅格化处理。考虑到研究区域实际道路密度和质量情况，并依据我国《公路工程技术标准》(JTG B01—2014)与《高速铁路设计规范》(TB10621—2014)设置各级道路的最高运行速度[14]，具体见表3。为了尽可能提高计算精度，本研究选取的每个栅格像元大小为1 km×1 km，并将时间成本的影响值设定为平均行走约1 km所需的分钟数，即:

(1)

式中：t为出行花费的时间成本,min；v为不同类型道路的通行速度,km/h。

再次，选取粤港澳大湾区69个县(市、区)的详细位置点，建立点对象层。将目标点所在大湾区图层进行栅格化，在对上述各类道路的时间成本进行重分类的基础上，将道路的时间成本栅格数据与大湾区图层矢量数据通过ArcGIS空间分析模块中的栅格计算器进行空间叠加，获取到粤港澳大湾区的公路栅格时间成本图层。

最后，在ArcMap中执行cost加权和cost分配命令，根据cost layer计算得到大湾区内每个象元至某个源(中心城市)的最短加权时间距离，再运用距离分析工具中的成本分配功能即可得到各城市的可达性情况[15]，计算公式为

(2)

式中：Ci表示第i个像元的耗费时间成本距离；Ci+1表示通行路径上的第i+1个像元的耗费时间成本距离；n表示像元总量。

1.3.2 修正的引力模型

为反映粤港澳大湾区11个城市间经济的空间相互作用，借用物理学中的万有引力公式，通过优化模型中的参数和系数，构造大湾区城市联系强度模型——修正的引力模型，其计算公式为

(3)

式中，Tij表示城市i与城市j之间的相互作用强度；Mi、Mj分别表示城市i和城市j的经济规模，文中用GDP来表示；dij表示从城市i到城市j的距离或时间，为体现经济最优化，文中采用可达性加权时间成本距离代替传统交通距离；b为距离磨擦系数，反映中心城市影响衰减速率，经验取值为2[16]；k为常数，取值为1。

1.3.3 道路网密度测度

城市道路网密度的科学监测和测度，有利于促进“窄马路、密路网”的城市道路布局理念的落实、建设级配合理的道路网系统、提高城市道路网通行效率和承载能力[17]。文中以粤港澳大湾区中心城区建成区内道路总里程l(以km为单位计)与面积S(以km2为单位计)的比值作为湾区城市道路网密度ρ路网。其计算公式为

(4)

2 实例分析

2.1 大湾区不同尺度下的交通可达性

2.1.1 “核心-外围”的市域交通可达性

通过距离分析和栅格计算器单位换算进而得到粤港澳大湾区市域交通可达性分布，采用自然间断法将市级可达性值划分为5类，结果如图3所示。

由图3可见，粤港澳大湾区市域交通可达性呈现“核心-外围”的圈层式递增格局，即越到外围交通可达性越差；广佛、深莞惠位于最佳可达性的核心区域，外围区域的可达性水平较低；随着港珠澳大桥、深中通道等跨区域交通基础设施建设的加快，珠江口西岸的珠海、中山和东岸的香港之间的可达性也已达到较高水平；从可达性较弱的东西两翼来看，东部惠州的可达性优于西部的肇庆和江门。从湾区城市交通小时圈来看，1 h圈可达性空间范围主要以中心城市为源进行扩展，广州、佛山、东莞、中山、珠海、深圳和香港等大部分行政区范围均可1 h可达，表明该类城市交通便捷且拥有相对广阔的腹地范围，交通服务能力较强；而可达性时间≥2.5 h的范围主要分布在东西两翼城市的外围以及粤桂闽省际交界处，包括肇庆的封开县和广宁县、江门的恩平市和惠州的惠东县等。由于外围地区远离其所辖行政区的几何中心并靠近省际边界线，交通设施等级较低，整体交通时间可达性较差，再加上受省界“切变效应”的影响，导致其1 h圈交通可达范围远不能覆盖其所辖行政区域。未来的交通规划与政策调整应从大湾区交通路网建设入手，通过改善跨市交通条件实现湾区内部的互联互通，推动中心城市人口和产业的流通和转移，降低经济活动的出行和土地成本，增强大湾区中心城市对外围城市的经济和技术溢出效应，进而产生消除制度及行政管理障碍的强大内生动力，最终促进其一体化进程。

但总的来讲，粤港澳大湾区各城市整体交通可达性处于较高水平。根据加权时间成本将可达性划分为6个等级，统计得到各等级交通时间可达性所占比例，结果如图4所示。

分析图4所示结果，从交通可达性值的累积频率可以发现，2.07 h可达的区域占整个研究区域的71.54%，其中，0.93 h可达区域占比20.35%、0.93～1.48 h可达区域占比28.36%、1.48 ～2.07 h可达区域占比22.83%；交通可达性大于3.75 h以上的区域仅占整个研究区域的3.75%。

图4 粤港澳大湾区市域各等级交通可达性占比Fig.4 Proportion of traffic accessibility at all levels in Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area

2.1.2 “中间高、两端低”的县域交通可达性

为准确把握粤港澳大湾区不同城市内部交通可达性水平，进一步对县(市、区)行政单元的交通可达性进行测度分析，结果如图5所示。

图5 粤港澳大湾区县(市、区)交通可达性Fig.5 Accessibility grade of cities at the county level in the Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area

由图5可见，大湾区县域交通可达性总体表现为“中间高、两端低”。其中，通达性最好的区域(0.5 h通达区)位于粤港澳大湾区中部城市所辖行政区，包括广州市的天河区、海珠区、越秀区、荔湾区、番禺区、白云区等主城区，深圳市的福田区、罗湖区、南山区、盐田区、宝安区、龙华区等，佛山市的南海区、禅城区和顺德区，肇庆市的端州区和鼎湖区，江门市的蓬江区、江海区，珠海的斗门区、香洲区，香港的葵青、荃湾区；次级交通可达便捷区(0.55～0.98 h，即1 h通达区)位于0.5 h通达区的外围区域，包括广州市的增城区、从化区、南沙区，佛山市的三水区、高明区，深圳市的坪山区、大鹏新区，珠海市的金湾区，惠州市的惠阳区、博罗县，江门市的鹤山市，肇庆市的高要区以及东莞市和中山市远离几何中心的外围城区等；0.99～1.52 h(1.5 h通达区)主要分布在惠州市、肇庆市和江门市内部所辖行政区的交界处，由于行政区域内部相对封闭的管理模式，城区之间存在空间隔离和行政制度障碍，难以实现跨区域交通共建、共享发展。而交通最不便的区域为江门(台山市)、惠州(惠东县)、肇庆(封开县和怀集县的交汇区)等城市外围边界，其整体交通可达性均大于1.53 h。

大湾区县(市、区)交通可达性频数分布与累积频率如图6所示。研究结果表明：小尺度县域交通时间可达性研究结果明显优于中大尺度市域交通可达性；84.63%的研究区域可在1.25 h内可达，1.25～2.40 h可达的区域占研究区域的13.38%，而交通可达性较差的区域(2.40～3.85 h)仅占整个研究区域的1.99%。

图6 粤港澳大湾区县(市、区)各等级交通可达性占比Fig.6 Proportion of traffic accessibility at county(city,district ) scale in Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area

综上，虽然粤港澳大湾区城市群交通可达性整体处于较高水平，但大湾区“9+2”城市间尚未全部实现1 h通达，这与《粤港澳大湾区规划纲要》提出的目标要求尚有一定距离。粤、港、澳三方具有不同的政治、经济体制，在交通基础设施规划与管理时具有强烈的地方特色，各城市间及城市内部的交通联系和协同机制还比较薄弱，尤其是肇庆、江门、惠州所辖区域尚未全部实现2 h通达，省际边界城市和市际行政交界区交通瓶颈问题依然突出。

2.2 大湾区城市群路网密度与经济联系度

2.2.1 城市间道路网密度差异性

2020年粤港澳大湾区城市群(“9+2”城市)道路网密度如图7所示。

由图7可见，粤港澳大湾区城市群道路网密度整体处于较高水平;依据2020年中国主要城市道路网密度监测报告中的相关数据计算得到大湾区城市群的平均道路网密度为7.0 km/km2，其中，香港、深圳、珠海和佛山4市已达到8.0 km/km2的国家发展目标，而肇庆、惠州和澳门相对于研究区域内其他城市道路网密度偏低。

图7 粤港澳大湾区城市群道路网密度Fig.7 Road network density of central cities in Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area

2.2.2 经济联系强度及空间分布格局

粤港澳大湾区城市群经济联系强度及空间分布格局的可视化效果如图8所示;2019年粤港澳大湾区城市间经济联系度排名前10的情况以及粤港澳大湾区各城市GDP排名前10的情况如表4、表5所示。

图8 粤港澳大湾区城市间空间经济联系强度Fig.8 Spatial economic linkage intensity among cities in Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area

表4 粤港澳大湾区城市间经济联系度排名前10情况Table 4 Top 10 cities in the Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area in terms of economic connectivity

表5 粤港澳大湾区各城市GDP排名前10情况Table 4 Top 10 cities in the Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area in terms of GDP

就空间分布而言，经济联系度高值区集中于大湾区的核心地区，如广佛、深莞和香港，低值区则分布于交通可达性较差的边缘和外围地区。尤其是珠江口西岸都市圈(珠海、中山、江门)，三城市在人口和经济总量上势均力敌，缺乏龙头带动和交通道路网络的互联互通，深陷大湾区城市群所带来的强大“虹吸效应”，导致其经济联系度较低。由于交通基础设施的外部性和空间溢出效应，不难发现，经济联系强度空间分布同交通可达性的空间分布具有较强的吻合度。

2.3 基于交通可达性和城市联系度的大湾区城市腹地范围划分

2.3.1 市域尺度腹地划分结果

为了反映交通条件与城市经济联系对大湾区城市腹地演变的双重影响，进行了基于交通可达性和城市联系度的大湾区城市腹地范围划定。大湾区城市行政区范围与腹地范围层叠结果如图9所示。从大湾区“9+2”城市腹地划分与其行政范围层叠分析结果来看：

图9 粤港澳大湾区“9+2”城市行政区与腹地范围层叠Fig.9 Overlapping map of the hinterland and administrative area of the “9+2” city in Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area

(1)考虑交通条件的大湾区各城市腹地范围与对应行政区域契合度差异显著；湾区两翼城市腹地范围逐渐被中部核心城市“蚕食”；由于广佛、深莞和港澳等城市经济发达且交通网络不断优化，导致湾区中部和东西两翼城市腹地两极化，“虹吸效应”明显。

为清晰刻画大湾区城市腹地范围与其行政范围的契合度，文中引入扩伸率来度量大湾区城市在空间竞争中的腹地扩伸情况，根据研究区域实际情况和扩伸率大小划分为3种类型：①扩伸率>1.0的扩张型城市，包括澳门、佛山、深圳、中山、珠海、东莞等6市，该类城市基本上聚集在珠江口东西两侧，这与其区域优势以及不断完善的交通网具有较高的吻合度；②0.9≤扩伸率≤1.0的稳定型城市，包括广州市和香港特别行政区，该类城市自身经济发达，交通骨干网络基本建成呈现出相对均衡的局面，因辐射范围受限，难以实现有效突破；③扩伸率<0.9的收缩型城市，包括惠州和肇庆，该类城市受“行政区边际效应”和相邻城市(广深莞、佛山)“虹吸效应”的不利影响，其交通路网拓展范围较小，导致其腹地范围被挤压缩小。

2.3.2 县域尺度腹地划分结果

粤港澳大湾区城市群县(市、区)行政范围与腹地范围层叠结果如图10所示，从分析结果来看：

图10 粤港澳大湾区县(市、区)行政与腹地范围层叠Fig.10 Overlapping map of the hinterland and administrative area of the counties(city,district ) in Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area

(1)广州、佛山、深圳、香港等中心城市的县级腹地面积较小且相对集中，城市间竞争程度大；肇庆市的怀集县、德庆县，江门的恩平市、台山市，惠州的惠城区和惠阳区等外围县(市、区)尽管竞争力不强，但因远离中心城市的辐射影响，反而能坐拥一方，使其腹地范围大于行政区划范围。

(2)从腹地范围与对应行政区的契合度来看，伸张率≥2.2的县(市、区)包括越秀区、禅城区、荔湾区、海珠区、南山区等；1.5<伸张率<2.2的县(市、区)包括龙华区、荃湾区、天河区、惠阳区、白云区等；0.9<伸张率≤1.5的县(市、区)包括黄浦区、沙田区、番禺区、罗湖区、顺德区等；其余县(市、区)伸张率≤0.9。

综上，促进大湾区城市群内部空间和腹地联系，带动大湾区人口流动和交通流量，打造区域综合立体交通枢纽，是大湾区城市群急需解决的关键问题。同时，未来大湾区城市群的发展不能仅仅局限于广州、深圳等中心城市的带动作用，也需要充分发挥次级中心即重要县(市、区)(如禅城区、惠阳区、顺德区等重要节点)在跨区域合作中的桥梁作用，最终达到超大区域在不受行政约束的情况下进行区域发展的管理和规划，实现可持续和空间均衡发展。

3 结语

本研究在对粤港澳大湾区城市公路交通可达性、道路网密度测算的基础上，结合修正的引力模型分别对大湾区市域和县域尺度的腹地范围进行识别和层叠分析，研究结果表明：

(1)粤港澳大湾区市域尺度下交通可达性呈现“核心-外围”的圈层式递增格局；县域尺度交通可达性总体处于较高水平，约84.63%的研究区域可在1.25 h内可达；然而，台山市、惠东县和封开县等粤桂闽省际边界区城市交通瓶颈问题依然突出。

(2)粤港澳大湾区城市群道路网密度整体处于较高水平；其中，香港、深圳、珠海和佛山四市已达到国家发展目标；大湾区城市间经济联系高值区集中于广佛、深莞和香港等地，低值区则分布于广州、深圳的外围区域。

(3)考虑交通条件和经济规模的大湾区各城市腹地范围与其行政区契合度差异显著；湾区两翼城市腹地范围逐渐被中部核心城市“蚕食”，扩张型城市多数聚集在珠江口东西两侧，稳定型和收缩型城市则受“边际效应”和“虹吸效应”的双重影响腹地范围被进一步挤压。

本研究将修正的引力模型应用到粤港澳大湾区不同尺度的经济联系分析上，借助ArcGIS成本分配工具确定栅格单元在交通可达性下的城市隶属度；以交通经济学视角审视大湾区交通路网协调发展和腹地经济联系的现实问题，拓展了粤港澳区域在交通经济现状及发展规律等问题上的学术工作。

研究中还存在一些不足：文中在交通可达性研究时忽略了对其影响相对较小的道路交通以外的陆地、山体和水域等阻隔因素；此外，基于修正引力模型测度城市间经济联系时仅采用城市间公路交通可达性时间距离，忽略了铁路、航空等复杂交通网络对大湾区经济空间的影响。

大湾区核心区域公路交通严重饱和及区域一体化的双重驱迫，促使跨市轨道交通“公交化”运营成为应对都市圈交通需求的主流趋势。如何利用现有城际轨道提升局部和周边节点通达性；同时，现行TOD模式下如何实现轨道交通与城市空间的协同发展等；都需在后续研究中进一步完善和深化。