句法视角下山东省三大经济圈交通网络格局及优化
2023-02-07樊文平，张静，王建华，单宝艳
樊 文 平，张 静，王 建 华，单 宝 艳
(山东建筑大学测绘地理信息学院，山东 济南 250101)
0 引言
交通路网是区域发展不可或缺的重要组成部分，是城市群及区域内相互联系的重要载体，在区域经济发展中发挥重要作用[1]。现有交通路网研究内容主要集中在交通路网对区域经济的影响[2-5]、区域内交通路网的可达性[6-9]、交通路网演化[10-13]等方面，较少结合人的实际出行特征进行分析。空间句法考虑到人的运动规律，将交通网络特征与人出行的运动流相结合[14],通过量化人居住空间结构描述研究空间组织与人类社会之间的关系[15]，被广泛应用于城市形态分析[16,17]、旅游空间规划[18]、建筑设计[19]、城市交通网络[20]和城市犯罪[21]等领域。现有研究运用空间句法分析交通网络时，主要通过句法参数评估路网的可达性[22,23]、空间结构[24]以及交通流[25]。例如：Zhang等利用空间句法对我国36个城市的可达性进行测度[26]；王钺等基于空间网络和多尺度地理加权回归探究成都市路网形态对住宅价格的驱动效应[27]；古恒宇等利用传统句法模型DepthMap从多尺度角度对长江中游城市群的公路交通网络特征进行分析[14]。
综上，现有研究多采用传统空间句法分析软件和句法参数，而sDNA(spatial Design Network Analysis)模型旨在改进空间句法对大尺度区域的建模分析能力，与GIS相关软件兼容性好，除具有传统空间句法参数外，还加入多个空间形态参数，能更好地分析城市空间[28]。因此，本文利用sDNA模型，结合GIS空间自相关方法，从全局和局部两个尺度对山东省三大经济圈的交通网络格局进行分析，并对经济圈内公路交通网络提出优化建议，以期为促进山东省三大经济圈协调一体化发展提供科学依据。
1 数据与研究方法
1.1 研究区域和数据
2020年山东省人民政府发布《关于加快省会经济圈一体化发展的指导意见》[29]、《关于加快鲁南经济圈一体化发展的指导意见》[30]以及《关于加快胶东经济圈一体化发展的指导意见》[31]，提出构建省会、胶东、鲁南三大经济圈(图1)，包括山东省16个地级市，面积共15.58 km2。三大经济圈南接长三角经济圈，西邻中原经济区，北接京津冀经济圈，是“一带一路”倡议中重要的海陆交汇点，同时与日韩隔海相望，是对外贸易的重要桥梁。近年来，经济圈内客货运输与出行需求量增加，对路网承载力及通达性的要求提高，同时部分路网存在区域发展不平衡，与港口、机场、铁路衔接较弱问题，制约区域协调发展。因此，研究山东省三大经济圈的公路交通网络有助于山东省提升城市群综合竞争力，融入国家核心发展战略，同时有利于政府更科学、合理地规划经济圈的空间结构，提高路网规划效率，促进省会、胶东、鲁南三大经济圈高质量协调一体化发展，也可为同类型经济圈的交通规划提供借鉴。
图1 研究区域Fig.1 Overview of the study area
2021年山东省道路矢量数据来自OpenStreetMap 官网，共计27种类别，本研究利用ArcGIS 10.2筛选出高速公路、国道和省道，组成山东省三大经济圈公路交通网络，路网线段共计34 342条。
1.2 研究方法
1.2.1 空间句法 1)搜索半径(R)：不同的搜索半径表示不同的研究尺度，参考文献[14,32]，结合山东省三大经济圈各城市之间的欧氏距离以及出行方式和时间成本，同时考虑到不同类型公路可承载的交通流速度不同，本文选择机动车30 min的出行距离50 km作为局部尺度的搜索半径，选择机动车3 h的出行距离300 km为全局尺度的搜索半径。2)接近度：表示路网到搜索半径内其他路网的难易程度[28]，接近度高的路网中心性和可达性高，对交通流的吸引力较大，计算公式见式(1)。3)穿行度：表征路网在搜索半径内交通流通过的概率，穿行度越高，说明路网承载车流的能力越强。本文采用双阶段穿行度进行分析，可消除路网节点对计算结果的影响[33]，计算公式见式(2)、式(3)。4)协同度：描述整体与局部相关性的参数，协同度越高，表示局部与整体的相关性越紧密，空间发展更协同，一般由局部接近度与全局接近度线性回归的拟合优度表示。
(1)
式中：p(y)为在节点x搜索半径Rx内节点y的权重，取值0～1；d(x,y)为节点x到y的最短拓扑距离。
(2)
(3)
式中：p(z)为节点z的权重；Links(y)为在节点y搜索半径Ry内的节点总数；OD(y,z,x)为搜索半径内通过节点x的节点y与z之间的最短拓扑路径。
1.2.2 空间自相关 空间自相关分为全局自相关和局部自相关，前者可判断所有单元在空间上的关系，后者用于分析某空间单元与周围单元的关系。本研究使用全局莫兰指数和局部莫兰指数分析公路路网句法参数的空间聚类特征。
2 结果分析
2.1 公路交通网络空间格局
为精确分析山东省三大经济圈的公路交通网络格局，以市域为研究尺度，利用ArcGIS 10.2的几何间隔法将句法参数的计算结果分为极高、较高、中等、较低、极低5个等级(图2)。1)全局尺度上(300 km)，接近度呈现“一轴多核心”的分布特征，穿行度呈“网状廊道”分布特征。其中，“一轴”指“一”字形的全局接近度高值轴线，主要对应济青高速，由西向东穿过济南、淄博、潍坊和青岛；“多核心”指在济南、淄博、潍坊、青岛以及临沂等地形成的全局接近度高值核心。“一轴多核心”路网的中心性和可达性较高，对全局路网的吸引力更强。“网状廊道”指高值全局穿行度呈网状分布，该类路网对车流的承载和疏导能力强。山东省跨省高速公路(如京沪高速、青银高速、德上高速、京台高速等)较多，承载着远距离交通流，有较高的交通流承载能力。2)在局部尺度上(50 km)，接近度以济南和临沂为核心，在潍坊、青岛以及淄博形成次核心，对应路网具有较高的中心性和可达性，对周围交通流的吸引力较强；高值穿行度呈网状分布，其中，济南、临沂和青岛形成更密集的高值路网，日照及烟台等地处于研究区边缘，高值路网数量稀少。济南位于多条国家综合运输大通道交汇处，被京沪、济广、京台、东吕、青银高速环绕，青岛是黄河流域最大、最便捷的出海口岸，临沂位于京沪和日东高速交会处，均具有重要的区位优势，因此这些区域内公路交通网络发达，兼具高中心性和强承载能力。
图2 公路交通网络句法参数分布Fig.2 Distribution of syntactic parameters of road network
2.2 公路交通网络空间聚类特征
2.2.1 总体公路交通网络空间聚类特征 表1显示，全局尺度上接近度和穿行度的P值均小于0.01，莫兰指数均大于0，说明路网的接近度和穿行度呈集聚特征，且接近度比穿行度的莫兰指数高，说明具有高中心性和吸引力的路网空间联系更紧密，承载能力强的路网相对分散。局部尺度上，路网接近度和穿行度的莫兰指数均大于0，具有显著的空间集聚特征(P<0.05)。经对比发现，两种尺度下穿行度均比接近度的莫兰指数小，且局部尺度下两参数分别比全局尺度小，说明全局尺度上接近度与穿行度的集聚特征更明显。从空间分布上看，全局穿行度(图3a)在齐河、长清、曲阜、邹平等地形成“H-H”集聚区，说明这些地区交通承载和疏导能力比周边地区强；全局接近度(图3b)在以济南、淄博为核心的鲁中地区形成较大范围的“H-H”集聚区，该区域路网中心性强，对周围车流的吸引力大，在菏泽、威海、烟台及其周围地区形成“L-L”集聚区，路网的吸引力和中心性较差。局部尺度上，以青岛、济南和临沂为核心的部分区域形成穿行度与接近度的“H-H”集聚区(图3c、图3d)，潍坊为接近度的“H-H”集聚区，说明青岛、济南、临沂等地及周边县市的公路交通网络有较高的中心性和吸引力以及较强的交通承载能力，且通达性和吸引力强的路网集聚距离较近。
图3 山东省句法参数LISA图Fig.3 LISA diagram of syntactic parameters of Shandong Province
表1 Moran′s I计算结果Table 1 Results of Moran′s I
2.2.2 各经济圈公路交通网络空间聚类特征 由表1可知，在全局和局部尺度上省会经济圈路网的接近度和穿行度莫兰指数均大小0，P值均小于0.05，且全局尺度数值均比局部尺度数值大，说明省会经济圈的公路交通网络呈集聚状态，且全局尺度路网集聚程度比局部强，具有高中心性和吸引力的路网空间集聚效应更显著。鲁南经济圈的局部穿行度未通过5%水平的显著性检验，说明其路网的交通流承载能力在局部尺度上的集聚状态不显著，但局部接近度及全局接近度和穿行度呈集聚状态，且强中心性的路网在全局尺度上集聚状态更显著。胶东经济圈局部穿行度集聚不显著(P>0.05)，但其全局接近度的莫兰指数(0.9)最高，表明全局尺度下胶东经济圈高中心性的路网集聚状态显著。图4显示，省会经济圈在济南、泰安、济阳、齐河等中部地区形成局部的高中心性和强承载力的路网集聚区；全局尺度上，穿行度在齐河、长清、邹平和恒台形成“H-H”集聚区，接近度在邹平、济南、淄博、泰安等中东部形成“H-H”集聚区。鲁南经济圈局部穿行度和接近度高值集聚区均位于经济圈的东部，其他地区并未形成明显的低值集聚区；全局尺度下，拥有低吸引力和通达性的路网在菏泽形成较大面积集聚区，曲阜、泗水、平邑形成穿行度的“H-H”集聚区，在临沂市的费县、沂南县形成高中心性和吸引力路网的集聚区。胶东经济圈在青岛形成局部接近度和穿行度的高值集聚区，说明青岛的公路交通路网具有较好的中心性、通达性以及车流疏导能力，局部接近度在潍坊也形成“H-H”集聚区，说明局部尺度上潍坊路网中心性也较高；胶州和诸城是全局穿行度的高值集聚区，威海处于山东省边缘，与中心城市联系较弱，故为全局接近度的低值集聚区，此外，全局接近度在胶东经济圈东部的烟台和威海部分区域形成低值集聚，在西部的潍坊形成“H-H”集聚区。
图4 三大经济圈句法参数LISA图Fig.4 LISA diagram of syntactic parameters of the three economic circles in Shandong Province
2.3 公路交通网络协同度
以县域为单元统计区域内路网的全局接近度及局部接近度的平均值，将二者线性回归的拟合优度R2作为协同度，得到山东省三大经济圈总体的协同度为0.34，三大经济圈的协同度分别为0.5(省会)、0.28(鲁南)和0.25(胶东)。比尔·希列尔将协同度分为极低(R2<0.2)、一般(0.2
3 结论
本研究利用sDNA模型和空间自相关工具从多尺度分析山东省三大经济圈的公路交通网络格局，结果表明：1)在全局尺度上，山东省公路交通网络接近度呈现“一轴多核心”的分布特征，穿行度呈“网状廊道”分布特征，济南、淄博、潍坊、青岛以及临沂等地路网中心性和可达性高，发展前景较好，全局尺度上路网的吸引力更强；局部尺度上，山东省路网接近度高值以济南和临沂为核心，以潍坊、青岛以及淄博为次核心，穿行度高值则呈网状分布特征。2)山东省公路交通网络的接近度和穿行度在空间上呈集聚状态，全局尺度上路网的穿行度和接近度比局部尺度上集聚状态显著，且高中心性和吸引力的公路网络在空间上的集聚性更强，联系更密切；鲁南和胶东经济圈路网的承载能力在局部尺度上集聚特征不显著，但三大经济圈的其他参数均呈现显著集聚特征。三大经济圈的路网中心性存在显著差异，省会经济圈已在济南及周边区域形成较大面积的高中心性和可达性路网，而胶东和鲁南经济圈高值路网集聚区域面积较小；局部尺度上三大经济圈没有形成显著的低值集聚，全局尺度上“L-L”集聚区多分布在菏泽、威海等边缘城市。3)山东省三大经济圈总体以及胶东和鲁南经济圈的公路路网空间协同度一般，而省会经济圈路网的协同度较高。济南、青岛及临沂等地的路网发展较成熟，其全局和局部接近度均较高，故协同度整体较高，但经济圈内大部分区域的协同度较低。
结合《山东省高速公路网中长期规划(2014-2030年)调整方案》和《山东省“十四五”综合交通运输发展规划》，提出如下优化建议：1)增强省会、胶东和鲁南三大经济圈之间公路交通联系，强化经济圈之间功能互补，促进三大经济圈协同发展。完善济南—潍坊—青岛、临沂—潍坊—烟台、济南—泰安—菏泽的交通联系，打造青岛和济南成为国际性交通枢纽城市，烟台、临沂、菏泽与潍坊为全国性交通枢纽城市，加强南北向路网联系强度，改善南北路网发展的不平衡，促进共同发展。2)发挥济南省会城市的优势，加强济南与周围城市之间的联系，推动省会经济圈发展。加强济南—德州、济南—聊城、济南—泰安、济南—淄博、济南—滨州—东营高速路网的建设，推进淄博和泰安内核圈层同城化，带动聊城、德州、滨州、东营协同发展。3)以青岛为中心城市，完善青岛与周边城市以及日照—威海—潍坊—烟台的交通连接，发挥青岛综合交通枢纽城市的功能，提高烟台、威海等边缘城市路网的中心性，打造胶东1 h交通圈。4)强化临沂—枣庄—济宁—菏泽交通网络，加强与济广高速、德上高速、京台高速、京沪高速之间的联系，带动临沂和菏泽成为连接三大经济圈与中原城市群、长三角地区的交通枢纽城市，促进鲁南经济圈成为发展的新高地。
本文仍存在不足之处：仅将公路网络作为研究对象，未对铁路、航空等交通网络进行分析；仅研究某时点的公路网络，缺乏从时序角度纵向研究经济圈的路网格局演化特征；提出的优化建议未考虑地形、政策等实际因素。后续研究可在此基础上进一步深化，更科学地评价山东省三大经济圈的交通格局，以促进山东省三大经济圈协调、高质量发展。
