“一带一路”节点城市群轨道交通空间布局分析
——以兰州—西宁城市群为例

高玉祥，韩 峰，段晓峰

(1.兰州交通大学土木工程学院，甘肃 兰州 730070; 2.兰州交通大学测绘与地理信息学院，甘肃 兰州 730070)

铁路作为城市间最为重要的交通运输方式，其便捷程度提升对于改善城市的经济、文化联系有重要的作用。随着社会的进一步发展，区域经济与交通运输的关系越来越紧密，已成为影响人员流动和物资沟通的重要方式。杨丽华从交通的建设度、运输度、通行度及关联度等方面构建交通网络建设水平的评价指标体系，运用交通度模型定量分析了京津冀各城市之间的交通网络[1]。马娟将层次分析法和功能层次分析法结合，提出了宁夏沿黄城市带的城际轨道交通线网规划方案[2]。郑毛祥根据江苏省铁路运输需求结合区域铁路网布局理论，提出了江苏省中长期铁路网规划方案[3]。王超深提出了基于节点重要度的城市群可达性计算方法，研究了不同阶段城市群内部之间的联系程度[4]。蒋晓威以加权平均旅行时间为指标，探讨了3个时间断面的安徽省公路网中节点城镇可达性布局[5]。孟德友将各省会城市抽象为铁路网络中的节点，对我国省际铁路客运的可达性进行研究[6]。张野以路网密度、人口密度和人均GDP进行相关性分析，拟合出相应公式后对2020年路网密度进行了适应性分析[7]。目前学者们的研究多侧重于宏观尺度上城市群之间的空间联系，且多集中在“珠三角”“长三角”等大规模城市群区域，对中西部欠发达地区的研究则较少[8-10]。

兰州—西宁城市群区位优势明显，是中国—中亚—西亚经济走廊的重要支撑，在“一带一路”的建设中，兰西城市群已经成为向西开放的重要枢纽和载体。本文从轨道交通与区域经济的视角出发，对兰州—西宁城市群的轨道交通建设及驱动因素进行分析，针对性提出未来一段时期该区域铁路建设的对策，使其更好地服务于兰州—西宁城市群的建设和“一带一路”战略。

1 研究区概况

1.1 地理位置

兰州—西宁城市群以甘肃省会兰州市、青海省会西宁市为中心，规划范围包括兰州市、西宁市、海东市全部，白银市、定西市、临夏州、海北州，海南州、黄南州部分区域。区域总面积9.75万km2，2017年地区生产总值5200亿元左右，常住人口约1190万，地理位置如图1所示。

图1 兰州—西宁城市群空间格局

国家发改委、住建部在2018年3月20日印发了《国务院关于兰州—西宁城市群发展规划的批复》，指出要着眼国家安全、立足西北内陆、面向中亚西亚，把兰州—西宁城市群培育发展成为支撑国土安全和生态安全格局、维护西北地区繁荣稳定的重要城市群。

1.2 经济发展

兰州市、西宁市分别作为甘肃省、青海省的省会，以其为中心的城市群相较其他地区社会经济发展较好，2017年兰西城市群GDP占甘肃省、青海省总量的比重如图2所示。

2010—2017年间，兰州—西宁城市群的整体经济都保持较高的速度稳定增长，中心城市GDP变化如图3所示。

图2 兰州—西宁城市群GDP比重

图3 中心城市GDP增长

1.3 轨道交通现状

兰州、西宁是西北地区重要的铁路枢纽，是连接新疆、西藏、宁夏和中亚、西亚的重要节点。兰州片区内铁路网纵横交错，主要有兰渝线、陇海线、兰新线、宝兰高铁、兰新高铁，副中心城市与兰州之间有铁路连通。西宁片区的铁路线有兰青线、青藏线、兰新高铁，区域内轨道交通发展较为缓慢，北部和西部没有铁路通达，路网构成较为单一。

截止到2017年底，兰州—西宁城市群范围内的铁路运营里程约为1700 km，仅占甘肃省、青海省运营总里程的不足1/4。与其占两省经济总量1/2相比较，轨道交通还有较大的发展空间，空间分布如图4所示。

图4 2017年兰州—西宁城市群轨道交通

2 研究方法

2.1 路网密度

计算路网密度时线路长度用里程值表示，区域内的线路长度除以该区域的面积即得到路网密度，计算公式如下

(1)

式中，D为研究地区内铁路网的密度(km/km2)；Li为区域内第i段的线路长度；Ai为研究地区的面积；i=1,2,3,…,n。

2.2 反距离权重插值法

反距离权重插值法(IDW)是基于地理学第一定律提出的简单插值方法[11]，其原理是通过线性加权方法利用采样点的已知数据来预测周围未测量栅格点的数据值，通过线性加权后得到的数值与采样点到输出栅格的距离呈反比关系，采样点与栅格点越近，则受到的影响越大，计算公式为[12]

(2)

式中，Zo为o点的估计值；Zi为i点的Z值；di为i点与o点之间的欧氏距离；n为公式中用到的控制点的数目；r为指定的幂数，本文设r=2。

2.3 轨道交通可达性

可达性指标选用最短通行时间的平均值，以区域内县级单元的行政中心到其他县级单元行政中心花费时间的平均值表示，计算公式如下[13-14]

(2)

式中，Ai为县域i的平均通行时间；i、j为城市群内的各县级单元；Tij为县域单元i通过交通网到达县域单元j的最短通行时间；n为县级单元数目。

根据铁路、公路相关技术规定及已有研究成果[15-16]，对高铁、普速铁路、高速公路、省道、乡道的行车速度分别定为200、120、100、60、30 km/h。

通过ArcGIS的网络分析工具，由最新的路网数据建立兰州—西宁城市群的路网矢量图层，将以上不同道路与铁路的时间进行赋值，多个图层叠加得到成本栅格图层。利用城市节点和路网的空间关系，得到不同地区之间通行花费的时间成本。

3 轨道交通空间格局分析

3.1 空间分布与趋势分析

将兰州—西宁城市群行政区数据与路网矢量数据叠置，根据式(1)，利用ArcGIS的空间分析功能计算出各县级单元的路网密度。为更好地研究路网在空间上的特征及分布规律，利用Spatial Analyst模块的IDW法把路网密度空间化，如图5所示。

图5 2017年路网密度

由图5可看出研究区内路网空间分布主要以兰州为中心呈放射状向周围扩散，兰州作为国家重要铁路枢纽的地位突出明显。兰州片区路网布局已初步形成，各副中心城市与兰州之间都有轨道交通。西宁片区南部路网发展较好，主要是因为南部有青藏线、兰新线和兰新高铁，而北部有大片区域未通达铁路，这些地区的路网密度为0。

空间趋势主要反映地理要素在研究区范围内的空间分布和变化趋势，忽略局部的不一致性。趋势面分析能够通过抽样得到的研究区数据来拟合数学曲面反映研究对象在空间的分布规律。

在进行趋势分析时，如果散点数据能够拟合出一条最佳拟合线且该线段不是水平直线，就说明数据在特定方向上存在趋势。X轴、Y轴分别与地图上的东西方向和南北方向对应，Z表示实际的测量值，对各县(区)的路网密度作空间分布趋势分析，结果如图6所示。

图6 路网密度空间分布规律

从南到北、从东到西路网密度都呈现中间高、两头低的规律，表明路网建设以兰州、西宁为中心向外发展，多条铁路线在中心城市交汇，中心城市的枢纽作用明显。

3.2 轨道交通空间分布的影响因素

以各县(区)为单元，根据区域内各市州2017年社会发展统计公报的数据计算出2017年各地区的人口密度，将其与县级单元的行政数据作链接，利用IDW法对人口密度空间插值，结果如图7所示。

图7 人口密度空间分布

为研究人口在研究区范围内的分布趋势，同样对各县(区)的人口分布作趋势分析，结果如图8所示。

图8 人口空间分布规律

由图7、8可发现，人口主要以兰州、西宁为中心分布，从东到西曲线数值逐渐增大，说明兰州片区的人口密度要明显大于西宁片区，西宁片区北部人数较少。

将得到的2017年研究区内各县(区)的GDP密度空间化，如图9所示。

图9 GDP密度空间分布

对研究区县级单元的GDP分布作空间趋势分析，如图10所示。

从图9可知兰州市、西宁市的GDP较高，二者作为省会，经济发展优势明显，兰州片区的经济发展整体好于西宁片区，西宁片区经济较发达的地方主要分布在西宁周围，发展不平衡现象比较明显，总体上城市群北部的发展落后于南部。

图10 GDP分布趋势分析

综合分析图6、图8和图10可知，研究区人口从东到西逐渐增加，南北方向变化不大，对于GDP和路网密度，在东西方向、南北方向都呈现中间高、两边低的规律，表明经济发展较好的地方轨道交通发展较好，轨道交通对经济带动作用明显。反之，良好的经济发展也需要轨道交通作为工具来进行人员物资的空间转移。

3.3 可达性

为更好地研究区域内各县级单元的轨道交通可达性的空间分布规律，将可达性计算结果利用ArcGIS进行空间插值模拟，可达性空间分布如图11所示。

图11 2017路网可达时间

中心城市兰州、西宁被兰青线、兰新高铁连通，且二者作为重要枢纽与其他城市的联系较好，都具有良好的可达性。兰州周围的地方由于被放射状的路网所辐射，也具有良好的可达性。西宁片区北部的贵南县、同仁县、尖扎县和循化县等没有铁路通达，且这些地区经济发展缓慢、人口密度较低，可达性差于其他地区，社会文化交流和人员货物沟通无法得到轨道交通运输的支持。

3.4 轨道交通发展建议

兰州—西宁城市群中心城市间有普速铁路和客运专线连接，高铁运行时间为1 h，普铁运行时间为2 h，人员货物都可以得到很好的空间转移。

兰州片区内中心城市与副中心城市白银、定西间有铁路线连接且宝兰高铁串联了兰州和定西，各节点城市与中心城市之间基本都有铁路连接，轨道交通运输网已构成。临夏州与兰州市之间没有铁路，轨道交通发展较为缓慢，且临夏州为兰州片区内唯一的少数民族区域，经济发展相对落后、社会文化交流不足。区域内没有发达的工业，经济增长主要靠旅游业支撑，轨道交通建设不足限制了丰富旅游资源带动产业发展的作用。白银作为兰白国家自主创新示范区的重要城市，应该加快建设在兰州与白银间的客运专线，促进科技人才沟通交流。

兰州片区轨道交通网已经形成，但主要是客货共线的形式，接下来应以中心城市与副中心城市之间有客运专线，节点城市与中心城市、副中心城市间有普速铁路的目标进行路网建设。

西宁片区内西宁市与副中心城市海东市、海北州之间有线路连接，与黄南州和海南州之间还未通铁路，特别是西宁片区北部由于人口、环境的原因，轨道交通一直没有发展，限制了这些地区与其他地区的沟通交流，轨道交通还有很大的发展空间。

首先应建设黄南州、海南州与西宁的连接铁路，构建成初步的轨道交通路网。然后逐步修建各节点城市与副中心城市、中心城市之间的线路。考虑轨道交通与经济的相互促进性作用，且可通过适度超前的轨道交通建设来带动经济社会发展，轨道交通在未来仍然有一个很大的建设量，对兰州—西宁城市群轨道交通建设的规划如图12所示。

图12 轨道交通建设规划

这些线路通车运营以后，中心城市与副中心城市、副中心城市与节点城市之间都有铁路线，城市群内轨道交通已基本建设成为客货分线、布局合理的运输网络，能够为新时期城市群的协同建设提供运输支持。

4 结 论

(1) 研究区内兰州市、西宁市经济优势明显，路网密度以兰州、西宁为中心逐渐向外降低，总体表现为“中间高、两头低”的现象，兰州片区的轨道交通发展优于西宁片区，路网布局建设较为均衡。

(2) 通过路网、人口和GDP的空间分布趋势分析，轨道交通发展与GDP有较大的相关性，GDP高的地方轨道交通发展往往较好，轨道交通对经济有一定的推动作用。

(3) 对城市区未来轨道交通建设进行方案规划，形成布局合理、功能完善的轨道交通网来加强城市之间的联系沟通，支持兰州—西宁城市群建设，服务于“一带一路”国家战略的推进。