交通运输与经济发展水平的耦合协调度分析

李明星，赵金宝，徐月娟，刘文静，姜嘉伟

(山东理工大学 交通与车辆工程学院，山东 淄博 255049)

随着我国高速铁路与高速公路的建设与发展，山东省的高铁网与公路网布局愈发密集。在经济发展一体化中，交通运输一体化是首要因素，同时也是影响区域经济协同发展的基本条件。研究经济发展与交通可达性的耦合协调关系，有助于改善城市发展不平衡问题。经济与交通的关系历来是各学界研究的热点之一，常运用模糊数学评价[1]、灰色关联[2]、阈值回归[3]、引力模型、熵权法[4]等模型与方法探究交通与经济的关系。就研究对象而言，部分学者主要集中于研究交通运输与经济发展的空间差异性规律，分别从国家、城市群[5-7]、省域[8-10]、单一城市[11-12]等层次研究两者的相互关系。在交通可达性方面，国外学者Hansen[13]首次提出可达性是评价交通网络的一项综合性指标。就研究方法而言，大体可分为两种，一种是基于空间视角，借助大数据平台，结合各城市节点的最短旅行时间等构建交通可达性模型。徐凤等[5]和姚一民[14]利用权重法，建立加权平均旅行时间模型；程钰等[15]针对济南都市圈路网问题以县域为视角，提出将加权平均旅行时间指标与路线系数结合，构建交通可达性模型。另一种是利用权重法对交通设施赋值评分以及量化各交通指标建立交通可达性体系。于尚坤等[10]选取高速公路里程、公路密度、客货运量等5项指标构建可达性评价指标体系；李健霆等[11]通过研究站点可达性、网络可达性及可达性变化率构建湖南省长沙市的可达性评价体系；刘传明等[16]通过校核可达性测算和投入产出比分析区域交通可达性。

总结现有成果，多以单一模型为主，综合考虑两种交通可达性方法的研究较少；经济和交通指标系数多采用熵值法、AHP层次分析法等确定，其权重值仅考虑数据大小，不能反映数据间的相互关系；关于实证分析的研究缺乏综合系统的评价方法和规划建议。

本文以山东省16个地市为例，以地区生产总值、第三产业增加值、人均可支配收入、人均消费支出、卫生机构基数、高校基数等6项经济指标构建经济规模指数模型，利用主成分分析法确定各经济指标权重。基于公路、铁路、航空、水路4种运输方式，综合考虑市域内通达性和省际间通达性，结合加权平均旅行时间建立市域内交通可达性模型；选取交通基础设施等级、公路相对评分值、运输能力等5项指标构建省际间交通可达性模型，通过客观赋权法确定各交通指标系数。利用交通与经济的耦合协调模型，研究交通可达性与区域经济间的相互作用关系，并根据研究结果提出合理性规划建议。

1 研究方法及数据来源

1.1 研究区域概况

山东省地处黄河下游,东临渤海、黄海,西北与辽东半岛隔海相望，自北向南依次与河北、河南、安徽、江苏四省接壤。根据数据显示,2021年山东省的GDP总量为83 095.9 亿元,首次突破8 万亿大关,位居全国第三，全省居民人均可支配收入35 705元。山东省铁路营运里程6 881 km,居全国第5位；公路通车总里程达28.68 万km,居全国第2位；全省共有29座在建高铁车站，四通八达的综合交通运输网络正在加快构建。

1.2 数据来源及处理

本文数据来源于山东省、广东省、江苏省三省的《统计年鉴2021》及各地市的统计年鉴、三省的《交通年鉴2021》、12306网站、各机场官网等关于交通及经济的数据。利用ArcGIS 10.2软件进行数字化和拓扑处理；公路、铁路旅行时间来源于百度地图和高德地图；原始经济和交通数据经过量化处理后，分别利用主成分分析法、客观赋权法，得到各指标评分系数。

2 模型建立

2.1 区域经济发展水平模型

为充分反映地区经济的整体水平，本文考虑到地区医疗条件、教学条件等能较好地反映地区经济水平，选取GDP、人均消费支出、卫生机构基数、高校基数等6项经济指标，作为经济规模指数f(xi)的测度指标，计算公式为

(1)

式中：f(xi)为i市的经济规模指数；Xij为i市第j项的经济指标；n为城市个数，n=16；m为经济指标个数，m=6；aj为在经济规模指数中的权重，其值由主成分分析法确定。

2.2 交通可达性模型

交通可达性是指在交通网络中从某一节点到达其他节点的便捷程度，市域内的通达性反映聚集程度，有助于加强核心城区的辐射作用，影响物流集疏的时效性，省际间的通达性反映对外贸易、经济交流的便捷性，因此综合交通可达性可以分为市域内可达性与省际间可达性。

2.2.1 市域内交通可达性模型

山东省内的交通方式主要依赖公路和铁路，故针对这两种交通方式的最短旅行时间，以经济规模指数f(xi)为权重构建市域内可达性模型。计算公式为

(2)

式中：Mi为城市i的最短加权旅行时间；Ti为城市i到达其他节点的最短旅行时间(h)，如表1所示。

表1 山东省各地市最短旅行时间 单位：h

(3)

2.2.2 省际间交通可达性模型

山东沿海港口泊位数有597个，总运输能力达8.6亿t，民航机场12座，飞国内、国际航线共670余条，水路、航空的交通便捷性不容忽视。故结合公路、铁路、水路、航空4种交通方式，采用交通基础设施等级、公路相对评分值、运输能力等5项指标综合评价省际间的可达性。交通基础设施包括机场、火车站、港口；公路相对评分值由公路、高速公路总里程决定；运输能力由含公路、铁路、航空和水路等4种交通方式的客货运量决定。参考文献[17]并根据客货运量和技术作业量等，分别对机场、火车站、港口划分等级并计算其相对评分值(见表2)。

表2 交通设施等级划分及赋值

(4)

表3 对外通达性指标评分系数

注：提取方法为客观赋权法。

2.2.3 综合交通可达性模型

综合交通可达性结合了市域内可达性和省际间可达性，能反映城市的整体交通水平，其计算公式为

(5)

式中：g(yi)为城市i的综合可达性指数，其值越大表明整体交通水平越高，反之越低；b1、b2分别为市域内可达性和省际间可达性在综合可达性中的系数，由层次分析法确定，取b1=b2=0.5。

2.3 耦合模型

耦合反映两个及以上的模块之间相互依赖的程度[18]。参照相关研究[19]，利用耦合度分析交通可达性与经济规模指数的相互关系，构建耦合度模型，其计算公式为

(6)

式中，Ci为城市i的交通可达性与经济规模指数的耦合度，Ci越大说明f(xi)和g(yi)交互关系越紧密。作为补充，引入耦合协调度模型，可进一步反映交互作用水平的程度，其计算公式为

(7)

式中：w1和w2分别为f(xi)和g(yi)的系数，在此认为，两者的重要程度相当，取w1=w2=0.5；Di为城市i的耦合协调指数，其值越大，说明经济发展水平与交通运输的交互作用越好。

3 结果分析

3.1 区域经济规模指数f(xi)

将山东省16个地市6项经济规模指标量化处理，指标权重由主成分分析确定，得出经济规模系数矩阵如表4所示。KMO和巴特利特检验结果大于0.8，表示各指标之间具有较强的相关性。

表4 经济规模指标评分系数

注：提取方法为主成分分析法。

将上述经济指标的权重值代入经济规模指数模型计算，得出山东省各地市经济发展水平关系图(见图1)。

图1 山东省各地市经济发展水平关系图

由图1可知，山东各地区经济发展水平落差较大，形成了鲁东沿海经济圈以青岛为中心、鲁中地区以济南为中心向四周辐射的状态，排名前五的地市为青岛、济南、烟台、潍坊、东营，聊城、枣庄、日照排名后三。日照是交通制约经济发展的典型城市，相比于具有相同市域面积、地理优势的威海，两者的经济规模指数差距明显。主要原因是日照城区之间缺乏足够的扩展空间，仅有的东港区与岚山区无法连片发展，城市核心区域的主干道较短，且日照作为国内吞吐量前十的煤炭和铁矿石大港，缺少足够可用的港口腹地，因而加强交通基础设施的建设是促进城市经济发展的必要条件。淄博、济宁、临沂等地经济发展仍有足够的提升空间。

3.2 交通可达性指数g(yi)

表5 山东省各地市交通可达性计算结果

图2中交通可达性系数大于1的城市有青岛、烟台、济南等地，同时三地的经济发展规模也位居山东省前列。可见，经济发展与交通可达性呈正相关。山东省各地市的整体可达性水平参差不齐，存在个别错位现象。交通基础建设滞后城市如淄博、东营，交通建设严重影响经济发展；交通基础建设超前城市菏泽，经济发展滞后于交通基础建设。

图2 山东省各地市交通可达性关系图

3.3 耦合协调度

山东省16个地市交通可达性与经济规模指数的耦合度Ci和耦合协调度Di计算结果如表6所示，f(xi)、g(yi)、Ci三者的关系如图3所示。

表6 山东省各地市交通可达性与经济规模指数耦合协调度计算结果

由图3可知，山东省16个地市的交通可达性指数与经济规模指数的耦合度趋于1，说明两者具有较强的相互关系。但两者的耦合协调度相差较大，根据数据特点，得出山东省交通与经济耦合协调度关系(见图4)。

图3 综合交通可达性与经济发展水平耦合关系图

图4 山东省交通与经济耦合协调度关系图

由图4可知，山东省各地区交通与经济的耦合协调度多集中在0.6～0.8，处于高水平耦合的城市较少，东西部发展相对失衡。

3.4 发展建议

对标GDP位居全国前两名的广东省、江苏省，山东省GDP位居全国第三名，但与南方经济发达地区明显不同，山东远离中国的经济中心，与长三角、珠三角等超级城市群的交通可达性低[20]，且环渤海城市群分散，像济南、青岛等核心城市对周边城市的虹吸作用小，不能抱团发展。现将3个省份的耦合协调度发展阶段划分为5个阶段(见表7—表9)。

表7 山东省各地市耦合协调度划分结果

表8 广东省各地市耦合协调度划分结果

表9 江苏省各地市耦合协调度划分结果

由表7可以看出，现阶段，山东省7个城市仍处于拮抗阶段，整体水平不高，差异性显著。对标广东省和江苏省，两省的耦合协调度集中分布在磨合阶段和高水平耦合协调阶段，分析两省的主要优势为国家级综合交通枢纽城市多，交通网络建设以多支点城市为源，呈现出“核心-外围”的圈层式辐射分布格局，城市间联系紧密。

相较于粤苏两省，山东省在高铁建设方面仍存在较大差距。截至2020年底，山东、广东、江苏3个省份中已通高铁的城市在省内城市总数中的占比分别为81.3%、95.2%、100%，江苏省、广东省的高铁通车率远超山东省，可见山东省交通基础建设滞后于经济发展水平[21]。基于此，山东省要加快高速铁路建设、完善高速公路网络布局，实现基础设施品质化，同时借鉴粤苏两省对于自身特点需求、发展机遇关键点和未来趋势的把握能力，在建设交通强省的进程中保证基础设施高质高效，领先发展。

山东省可将青岛作为轨道上的新支点，以点带面辐射全省，加快东营、菏泽以及聊城三市的高铁建设。加快打造综合交通客运网，实现省会、胶东、鲁南三大经济圈内1小时通达、省内各地2小时通达、与全国主要城市3小时通达。

基于交通可达性计算结果，重点建设淄博、日照、东营三地的综合交通基础设施，着力完善临沂、聊城、泰安等地对内交通发展不平衡问题。

根据耦合协调度结果分析，突出建设低水平耦合阶段和拮抗阶段城市。对于交通滞后城市，如淄博、东营等地，应改善城市公共交通、加快铁路网建设、强化与核心城市的交通联系。对于处在磨合阶段的城市应完善相关交通政策，尽快进入高水平耦合阶段。

4 结束语

本文以山东省16个地市研究对象，结合公路、铁路、航空、水路运输方式，利用主成分分析法和客观赋权法分别确定经济规模和交通可达性指标系数，综合考虑不同数据间的相关性。针对各市的耦合协调度结果，分别对处于不同阶段的地区提出合理的规划建议，促进山东省综合交通与经济发展一体化的进程。但本文仅在空间尺度上分析了山东省各地市的经济发展规模和交通可达性的相关性，下一步可以基于时空角度综合分析，为山东省的全面发展提出合理化建议。