城市群城际铁路网络演化机制研究

王艳艳，王武斌

(1. 西安铁路职业技术学院，陕西 西安 710014；2. 西南交通大学土木工程学院，四川 成都 610031)

·新能源汽车与低碳运输·

城市群城际铁路网络演化机制研究

王艳艳1，王武斌2

(1. 西安铁路职业技术学院，陕西 西安 710014；2. 西南交通大学土木工程学院，四川 成都 610031)

针对城市群内部客运需求持续增长的问题，从点的增长机制、线路的增长机制两个方面入手，以人均GDP和客运需求量作为主要影响因素来研究城市群城际铁路网络的演化机制，并以关中城市群城际铁路网络的演化作为实例，说明了目前城市群城际铁路网规划方法的合理性。

城市群；城际铁路网络；演化机制；关中城市群

随着我国城市群规划和发展的速度不断加快，给城市群内部各主要城市之间的城际客运交通也带来了极大的发展，而传统客货混跑的运输模式极大地制约着城际间的旅客运输能力。目前，国内外正在发展一种新的客运模式——城际轨道客运模式，该种客运模式具有能力大、密度高、小编组以及公交化等特点，正好满足城市群内部的各主要城市之间的客流需求。

Blum等指出高速铁路把区域内多个城市和地区连接在了一起，提高了区域内城市和地区间的可达性[1]。Kiyoshi 等提出了一个利用高速铁路系统来连接区域内多个城市组成的系统模型，来分析区域内各线路的连接情况[2]。Gutierrez等研究了欧洲高速铁路对路网通达性的潜在影响, 研究结果证实了高速铁路可以改善区域内节点城市之间的通达性，为区域轨道交通的建设提供理论支持[3]。王成金分析了我国高速公路网络在空间的演化过程，并在深入考察高速公路发展区域效应的基础上分析了高速公路交通流格局的演化影响[4]。王正武等利用复杂网络理论构建了高速公路的路网演化模型，并且提出了一种上层模型为加权出行需求网络、下层模型为高速公路网络的双层复杂交通网络模型[5]。赵召胜等利用节点度、特征路径长度、网络回路程度和树状程度、节点邻近度等评价指标，将上海市的轨道交通网络及演化阶段划分为单条线路阶段、多条线路阶段、初步成网阶段以及网络延伸与扩展阶段[6]。陈卓以宁夏回族自治区的城际铁路规划方案研究为例，分析了主要节点的空间分布特征和城市群结构，提出了宁夏城际铁路网近、远期规划方案[7]。对于城市群城际轨道交通路网的演化机制，国内外有学者在交通网络的基础上对其做了一些研究，但是还没有专门系统的理论研究体系，通常也只能通过借鉴城市轨道交通、高速公路路网规划等理论。

城市群城际铁路网的演化过程一般有节点的出现、节点间边的连接、重联边的连接几个部分。本文以城市群经济发展和客运需求量为基础，从点的增长机制、边的增长机制出发来研究城市群城际铁路网络演化机制。

1 节点的增长机制

利用综合指标m来作为城市群区域内各个节点的重要度度量指标，其计算方法如下：

m=αk1y1+αk2y2+...+αknyn。

式中:αkn为第n个指标的权重值，可以利用层次分析法、模糊评价法或是灰色关联度评价方法计算出权重值；yi为在评价过程中的第i个评价指标的值。

假设不同规模的城市群在判断节点出现时机的过程中存在一个阀值，利用该阀值来判断节点的出现时机。

式中θk取值为1时代表节点k即将出现在城际轨道交通线网中，并与其他节点相连接，即该节点已经成为了城际铁路网中的新增节点。

2 线路的增长机制

2.1 新边的增长机制

当网络发展到一定的规模时，通常会有新增节点的出现，这样就必然会导致有新的线路(网络上的新边)出现，即会有首连边的出现。边的首连指的是新增节点与新增节点或是新增节点与既有节点间出现连边的关系。

轨道交通线网建设有很多需要考虑的因素，本文采取以下连接原则：

qij=dj·lij。

式中：qij为新增节点i与既有节点j之间的点强度大小；dj为既有节点j的点度大小，用与j连接的边的数量来表示；lij为节点i与节点j之间的连接强度，本文用两节点之间的运输需求量大小表示。

2.2 重连边的增长机制

由于在区域轨道交通路网中，旅客运输需求不断增长，在原有的路网之间会有流量发生变化的情况。若在某条既有线路上的旅客运输需求在不断地增加，但是整个路网的规模却保持不变，就会造成该线路或是路网满足不了逐渐增长的旅客运输需求。当某条线路上的流量(旅客运输需求量)增长达到一定的阀值时，则需要对该线路进行扩建或扩能，使得该线路的权重会发生变化，对于该区域轨道交通路网而言，这条边(线路)就发生了重连关系。

通过上述描述可将重连边的增长机制通过边权重的增长机制来呈现，可以将其定义为：满溢增长机制，即当某一边的流量达到一定阀值时会引导该边进行扩建，使得重连边出现。具体的规则可以描述为：若某条边(线路)增加的旅客运输需求量使得该线路达到或超过所设计的能力，即达到或超过该线路所能承受的旅客运输需求量的阀值时，该线路的权重值将会发生转变，表示的是该线路一个新的运输需求量。

2.3 边的修正约束

假设某节点(新增节点或者既有节点)将要与之连接的节点之间还有其他节点，则在考虑它们之间的线路连接情况时，可以遵循如下规则：如果节点B与节点C之间已经有线路连接，按模型算法得来的节点A本来应与节点B相连接，但如果A、C之间的连线与B、C之间的连线夹角大于120°时，则可以考虑将A与C之间先相连，如图1所示。

3 重要参数

3.1 阀值f

阀值f是在分析网络节点增长机制过程中一个综合比较值，是指综合考虑人均GDP、运输需求量等影响因素的影响程度而确定的一个阀值，综合指标根据大量的关于区域轨道交通路网(珠江三角洲城际铁路网规划、长株潭城际铁路网规划等)的数据统计分析可以得到

m=(0.2y1+0.8y2)/10 000。

式中：y1为区域内某个节点的区域经济发展水平(可以用人均GDP的多少来表示，单位：元)；y2为该节点的运输需求量(单位：万人/α)。通过统计和分析全国各个城市群的资料和数据，可得到节点出现的阀值f是综合指标m=2.7，即在本文的分析过程中当某个地方的综合指标m≥2.7时，就可以认定该地方是区域轨道交通路网发展中的一个新的节点。

3.2 点强度

点强度q是复杂网络中的一个很重要的分析指标，它可以看成是点度d和点与点之间连接的强度l的乘积，即q=d·l。本文利用点强度这个概念来对区域路网中各个节点连接的可能性进行分析，通过某一个节点与其他各个节点之间的点强度的大小来确定城际铁路网的演化机制。

4 实例分析

表1 关中城市群各地区各阶段人均GDP预测值 万元

城市群内部各主要节点之间各规划阶段的OD需求如表2、表3、表4所示。

根据以上表格中的数据可以计算评判关中城市群内部节点出现的综合指标m，利用公式m=(0.2y1+0.8y2)/10 000来计算各个城市的综合评判指标，其结果如表5所示。

根据新增节点的出现时机，利用点强度的计算得到各个阶段线路的连接情况如表6、表7、表8所示。

根据计算结果可得到关中城市群城际铁路网演化机制，如图2所示。

由图可以看出，仿真出来路网演化结果与实际规划的路网相似程度较高，比较符合实际的规划，证明了研究方法的合理性和实用性。同时，也从一定程度说明了关中城市群城际铁路网规划是比较适合关中城市群的经济发展状况，也基本能够满足该城市群内部各城市之间的城际客流需求。

5 结论

区域轨道交通是城市群内部基础设施建设很重要的一部分，和大部分基础设施建设一样受到很多因素的影响和制约。本文以人均GDP和运输需求量作为影响区域轨道交通路网演化机制的核心因素来进行分析，得到城市群城际轨道交通路网的点、线路增长机制，从而反映路网的演化机制，并通过关中城市群城际铁路网规划为例验证了研究方法的合理性与实用性；但本文在研究路网演化机制的过程中没有考虑城市群内部各节点的地理因素，这也是未来值得继续深入研究的方向。

[1]Blum U, Havnes K E, Karlsson C. Introduction to the Special Issue, The Regional and Urban Effects of High-speed Trains[J].The Annals of Regional Science,1997, 31(1):1-20.

[2]Kiyoshi Kobayashi, Makoto Okmnura. The Growth of City System switch High-speed Railway Systems [J].The Annals of Regional Science, 1997,31(1)：39-56.

[3]Gutierrez J, Gonzalez R, G6mez G. The European High-speed Train Network: Predicted Effects on Accessibility Pattern [J].Journal of Transport Geography, 1996(4):227-238.

[4]王成金.中国高速公路网的发展演化及区域效应研究[J].地理科学进展, 2006, 25(6): 126-137.

[5]王正武, 何永清, 谭振霞.出行需求驱动的高速公路路网演化模型[J].交通科学与工程, 2009, 25(4): 86-90.

[6]赵召胜, 王燚.上海市轨道交通网络演化特征分析[J]. 城市道桥与防洪, 2012 (9): 1-5.

[7]陈卓.城际铁路规划方案研究[J].铁道运输与经济,2013,35(3):35-39.

(编校：夏书林)

Evolution Mechanism of Urban Agglomeration Inter-city Railway Network

WANG Yan-yan1,WANG Wu-bin2

(1.Xi’anRailwayVocational&TechnicalInstitute,Xi’an710014China;2.SchoolofCivilEngineering,SouthwestJiaotongUniversity,Chengdu610031China)

Demand of passenger transportation within inter-city of urban agglomeration is increasing. We discussed the evolution mechanism of urban agglomeration inter-city railway network based on the evolution mechanism of points and lines, and taken advantage of per capita GDP and passenger transportation demand as the main influence factors. Then the practicability of the research methods was elaborated with evolution of the inter- city railway of Guanzhong region.

urban agglomeration; inter-city railway network; evolution mechanism; urban agglomeration of guanzhong region

2015-01-14

王艳艳(1978—)，女，讲师，硕士，主要研究方向为交通运输规划与管理。

U294.1

A

1673-159X(2015)05-0108-05

10.3969/j.issn.1673-159X.2015.05.020