河南省交通优势度时空演变及影响因素分析

Spatial-temporal Evolution and Influence Factors of Transport Dominance in He'nan Province

摘要

为客观评价河南省交通优势度发展水平，以全省18个地市为研究对象，通过构建评价指标体系、采用熵权法赋权得到各市交通优势度，利用标准差椭圆、泰尔指数等方法探究时空演变特征，最后运用固定效应模型进行影响因素分析。研究结论表明：一是2014年全省交通优势度受高速铁路线路影响明显，呈现“一横一纵”布局，2021年主要集中在以郑州为中心的东北部；二是2014—2021年全省交通优势度重心整体呈现向东北方向移动；三是泰尔指数呈现逐年降低趋势，由2014年的0.047 5降低到2021年的0.023 2，表明各市交通优势度差异逐渐缩小；四是经济发展和城镇发展对交通优势度的影响显著为正，经济发展或城镇发展每提高1%，分别能带动交通优势度增长0.240 9%和0.696 1%。研究成果可为河南省优化路网布局、实现交通运输高质量发展提供参考。

Abstract

To objectively evaluate the development of transport dominance in He'nan Province, this paper obtained the transport dominance of each city by constructing an evaluation index system and using the entropy weight method, with 18 cities throughout the province as research objects. In addition, the spatial-temporal evolution characteristics were explored by methods including standard deviation ellipse and Theil index. Finally, a fixed effects model was used to analyze the influence factors. The following conclusions are drawn. Firstly, in 2014, the transport dominance of the province was significantly affected by high-speed rail lines, concentrated near the "south-to-north" line and "east-to-west" line. In 2021, it was mainly concentrated in the northeast part with Zhengzhou as the center. Secondly, from 2014 to 2021, the overall focus of the province's transport dominance shifted towards the northeast. Thirdly, the Theil index generally decreased year by year, from 0.047 5 in 2014 to 0.023 2 in 2021, indicating that the differences in transport dominance among cities were gradually narrowing. Fourthly, the influence of economic and urban development on transport dominance was significantly positive. Every 1% increase in economic or urban development can drive an increase of 0.240 9% and 0.696 1% in transport dominance, respectively. The research results can provide a reference for He'nan Province to optimize the layout of the road network and realize the high-quality development of transportation.

Graphical abstract

关键词

交通优势度 / 时空演变 / 固定效应模型 / 影响因素

Key words

Transport Dominance / Spatial-temporal Evolution / Fixed Effects Model / Influence Factor

0　引言

中共中央、国务院分别于2019年和2021年印发《交通强国建设纲要》《国家综合立体交通网规划纲要》，提出要统筹铁路、公路、水运、民航等基础设施规划建设，构建便捷顺畅、经济高效、绿色集约、智能先进、安全可靠的现代化高质量国家综合立体交通网。交通运输是经济发展的先行官，交通水平的高低能有效反映区域发展条件的优劣，对区域发展起到引导、支撑和保障作用^[1]。19世纪初，杜能、韦伯提出交通在农业区位^[2]、工业区位^[3]中的作用，通过可达性来反映区域交通水平的优劣。1959年Hansen首次提出可达性概念^[4]，将可达性定义为交通网络中不同节点间相互作用的难易程度。Vickerman、Cheng等^[5-6]探究了高速铁路可达性；Yi等^[7]分析了公路和铁路可达性对制造业产生的空间效应；Gutierrez^[8]探究了马德里—巴塞罗那—法国边境高速线路对可达性的影响；Ge等^[9]探究了长江中游城市群交通可达性分布特征变化；陈娱、汪德根等^[10-11]分别研究了京津冀地区、长江经济带的陆路交通可达性。考虑到仅采用可达性研究区域交通优劣较为片面，金凤君等^[12]于2008年首次界定了交通优势度的概念，提出交通优势度是评价区域交通优势高低的一个集成性指标，包括“质”“量”和“势”3个角度，由交通网络规模、干线技术等级影响程度和区域通达性集成体现。此后众多学者对交通优势度展开深入研究，Hu等^[13]对前人的交通优势度计算方法进行了修正，并分5个时期探究了中国区域交通优势度的演变；Wang，Meng，Cui等^[14-16]对青藏高原、山东等地区的交通优势度展开了研究；吴威、宋仁波等^[17-18]探究了长三角、长江干流等地区与交通优势度相关的空间格局；黄承峰等^[19]研究了成渝地区双城经济圈人口密度、建成区面积、地区生产总值等因素对交通优势度的影响；孙宏日等^[1]采用OLS模型测算出2016年东北地区人均建设用地对交通优势度的贡献度为0.844；刘芳^[20]利用GWR模型论证了兰西城市群经济要素对交通优势度的影响。综上，对于目前研究成果从时间维度、空间维度及研究深度3个层面展开分析。时间维度上，分析交通优势度演变特征时，多数学者常采用单一年份或者两三年的截面数据来进行分析，少有使用连续年的面板数据，而交通优势度的变化是一个动态连续的过程，截面数据难以反映交通优势度在时间维度的波动情况；空间维度上，目前交通优势度影响因素相关研究多聚焦于我国东、西部地区，以中部地区为研究对象的较少；研究深度上，探究交通优势度影响因素时，多数学者鲜有系统性多维度多指标展开分析，分析范围较为有限。为此，采用连续年面板数据，以中部地区的河南省为研究对象，分析交通优势度动态变化情况，立足高质量发展视角，综合考虑影响交通优势度的相关因素构建评价指标体系，分析各因素作用途径。

河南省地处我国中部，具有连通境内外、辐射东中西、通达南北方的区位优势，是服务和融入新发展格局的重要支点。对河南省18个地市展开研究，从路网密度、交通干线影响力和交通可达性3个维度出发，构建交通优势度综合评价体系，采用熵权法赋权对其进行定量测算，得到各市2014—2021年交通优势度，采用标准椭圆差分析和泰尔指数分析等方法测算椭圆重心、泰尔指数等表征时空演变特征的关键参数，按照相关参数在2014—2021年间的波动变化情况，合理划分阶段全面分析河南省交通优势度时空演变特征，最后采用固定效应模型从经济发展、城镇发展、生态环境、科技创新4个维度选取15项指标进行影响因素分析，并根据研究结果提出对策建议。

1　交通优势度指标体系构建

交通优势度是评价区域交通优势高低的一个集成性指标，综合考虑相关研究成果^[14，21]，从加权路网密度、交通干线影响力、交通可达性3个维度进行指标体系构建。交通优势度评价指标体系如表1所示。

1.1　加权交通路网密度

交通路网密度是衡量一个区域内交通设施密集程度的指标，其与区域内的交通设施建设发展情况呈正相关，由区域内交通线路总里程与土地面积的比值计算得到。考虑到航空、水路运输水平的干扰因素较多，更适合采用机场、港口等站点数据进行测算，因此本部分仅计算陆路交通(铁路和道路)路网密度，并将铁路分为高速铁路与普速铁路，道路分为高速公路、快速路、主干路、次干路和支路。路网数据通过OSM(Open Street Map)网站获取。考虑到不同类型交通路网的重要程度不同，此处采用加权交通路网密度进行研究。

D_{ij}=L_{ij}/G_i⑴

D_i={\displaystyle \sum _{j=\mathrm{1}}^n}{w}_j{D}_{ij}⑵

w_j=\frac{v_j}{{\displaystyle \sum _{j=\mathrm{1}}^n}{v}_j}⑶

式中：D_ij 为i地区j种交通方式的路网密度；D_i 为i地区的交通路网密度；L_ij 为i地区j种交通方式的线路长度；G_i 为i地区的土地面积；w_j 为j种交通方式的权重；v_j 为j种交通方式的速度。

依据《中华人民共和国公路工程技术标准》(JTG B01—2014)^[22]相关规定，结合相关研究^[23]，设置不同类型路网时速，依据时速进行赋权。不同类型路网时速及赋权如表2所示。

1.2　交通干线影响力

交通干线影响力常用来探究区域交通设施节点的区域交通影响程度，主要以铁路车站、机场、港口等站点来表征。研究主要考虑铁路、水路和航空3种运输方式，并参考相关文献^[14，21]对不同等级干线交通设施进行影响程度系数赋值。交通干线设施影响程度系数赋值如表3所示。

交通干线影响力计算公式如下。

E_i={\displaystyle \sum _{j=\mathrm{1}}^n}{w}_j{N}_{ij}⑷

式中：E_i 为i地区的交通干线影响力得分；N_ij 为i地区j类站点的数量；w_j 为j种交通站点的影响程度系数。

1.3　交通可达性

交通可达性反映某一地区到达其他地区的便捷程度，通常用平均最短通达时间来表征，平均最短通达时间越小，表明该区域的交通可达性越好，反之越差^[24]。因研究区域内航空、水运2种运输方式尚未形成网络，本部分可达性仅计算陆路交通，计算公式如下。

T_i={\displaystyle \sum _{j=\mathrm{1}}^n}{T}_{ij}/(n-\mathrm{1})⑸

式中：T_i 为i地区的平均最短通达时间；T_ij 为i地区到j地区的最短通达时间；n为研究区域内地市数量。

2　河南省交通优势度测度

2.1　熵权法

熵权法是一种常用的客观赋权方法，其原理是利用各指标数据的信息熵来判断其离散程度，进而计算各指标权重。对于某项指标而言，信息熵值越小，表明其离散程度越大，该项指标对综合评价指标体系的影响就越大，权重也就越大^[25]。

正向指标为 x_{tij}^{\mathrm{\text{'}}}=\frac{x_{tij}-\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}{x}_j}{\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}{x}_j-\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}{x}_j} ⑹

负向指标为 x_{tij}^{\mathrm{\text{'}}}=\frac{\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}{x}_j-x_{tij}}{\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}{x}_j-\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}{x}_j} ⑺

y_{tij}=\frac{x_{tij}^{\mathrm{\text{'}}}}{{\displaystyle \sum _{t=\mathrm{1}}^k}{\displaystyle \sum _{i=\mathrm{1}}^m}{x}_{tij}^{\mathrm{\text{'}}}}⑻

e_j=-\frac{{\displaystyle \sum _{t=\mathrm{1}}^k}{\displaystyle \sum _{i=\mathrm{1}}^m}{y}_{tij}\mathrm{l}\mathrm{n}{y}_{tij}}{\mathrm{l}\mathrm{n}(km)}⑼

d_j=\mathrm{1}-e_j⑽

w_j=\frac{d_j}{{\displaystyle \sum _{j=\mathrm{1}}^n}{d}_j}⑾

f_{ti}(x)={\displaystyle \sum _{j=\mathrm{1}}^n}{w}_j{x}_{tij}^{\mathrm{\text{'}}}⑿

式中：x_tij 为t年i城市j指标的原始值；\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}{x}_j为j指标中的最大值；\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}{x}_j为j指标中的最小值；x_{tij}^{\mathrm{\text{'}}}为x_tij 的标准化值；y_tij 为t年i城市j项指标的占比；m为城市总个数；k为年数；e_j 为j指标的信息熵；d_j 为j指标的信息效用值；w_j 为j指标的权重；n为指标总数；f_ti (x)为t年i城市n项指标的综合值。

2.2　测度结果分析

2.2.1　时空演变分析

依据公式⑹至公式⑿，采用熵权法求得权重后，计算出河南省各地市交通优势度。河南省各市交通优势度如图1所示。

由图1可知，2014年河南省交通优势度排名前三的城市分别为郑州(0.601 0)、洛阳(0.374 8)和许昌(0.351 9)，排名后三的城市分别为济源(0.069 8)、濮阳(0.108 5)和商丘(0.131 4)；2017年排名前三的城市分别为郑州(0.796 1)、开封(0.442 0)和洛阳(0.437 4)，排名后三的城市分别为濮阳(0.159 8)、济源(0.161 8)和南阳(0.172 1)；2021年排名前三的城市分别为郑州(1.000 0)、许昌(0.603 6)和焦作(0.565 0)，排名后三的城市为济源(0.220 7)、濮阳(0.230 7)和驻马店(0.369 6)。2014—2021年河南省交通优势度最高的城市均为郑州，郑州市的中心性明显。

2014年，河南省交通优势度形成“一横一纵”布局，“一横”为三门峡—郑州，“一纵”为安阳—信阳，这与2014年全省高速铁路线路走向一致，说明高速铁路对2014年全省交通优势度布局影响较大；2017年交通优势度高的城市逐渐往东北方向转移，2021年主要集中在以郑州为中心的东北部城市，主要原因是近年来全省东北部城市交通基础设施建设不断加强，商登高速公路、徐兰高速铁路(徐州东—兰州西)相继通车，铁路网、道路网密度不断加强，对全省交通优势度演变的影响较大。

2.2.2　标准差椭圆分析

标准差椭圆分析是常用来探究空间分布的方法，主要参数有椭圆重心位置、轴长、椭圆面积、方位角度数等，可通过分析椭圆的覆盖区域变化情况、方向变化趋势和重心移动距离等来探究数据的时空演变特征^[21]。标准差椭圆基础参数统计表如表4所示。

由表4可知，2014—2021年河南省交通优势度重心整体呈现向东北方向移动，主要分为3个阶段：①2014—2015年向西北方向移动，主要考虑济源、焦作、三门峡等城市的城镇化进程加快，高速公路、城市道路不断建设，增强了西北部城市的交通优势度；②2015—2017年向东北方向移动，至2017年移动至最北部，主要考虑商丘、开封、濮阳等地交通优势度增长的作用；③2017—2021年向西南方向回拉，主要考虑南阳、平顶山高速铁路建成通车的影响。

全省交通优势度标准差椭圆面积2014—2021年的空间变化率为-1.58%，呈现出空间收缩，主要原因为郑州市的交通优势越来越明显，导致长轴的缩短，椭圆逐渐变圆。重心移动距离为6.05 km，主要迁移方向为东北向，主要考虑的原因是全省西南部城市多为山区，东北部城市多为平原，受地形因素限制，河南省东北部城市交通基础设施建设速度远高于西南部城市，拉动了交通优势度重心向东北方向迁移。

2.2.3　区域差异分析

泰尔指数常用于分析不同地区间的相对差异，其数值范围为0~1，值越小表明差异越小，反之差异越大，计算公式如下。

T=\frac{\mathrm{1}}{n}\frac{T{D}_i}{\overline{TD}}\mathrm{l}\mathrm{o}\mathrm{g}\left(\frac{T{D}_i}{\overline{TD}}\right)⒀

式中：T为泰尔指数；TD_i 为i城市的交通优势度；\overline{TD}为各城市交通优势度均值。

利用式⒀计算出2014—2021年河南省交通优势度的泰尔指数，泰尔指数变化趋势图如图2所示。由图2可知，2014—2021年，河南省交通优势度泰尔指数的均值为0.033 1，数值偏小，表明各城市交通优势度差异不大。泰尔指数总体呈现逐年降低趋势，由2014年的0.047 5降低到2021年的0.023 2，表明河南省各城市间的交通优势度差异逐渐缩小。差异缩小过程可分为3个阶段：①2014—2016年为快速缩小差异阶段，此期间开封市、商丘市、济源市交通基础设施网络不断建设完善，与其他城市交通优势度的差距逐渐缩小；②2016—2018年为平稳缩小差异阶段，该期间河南省交通优势度整体增幅较缓；③2018—2021年再次步入快速缩小差异阶段，主要原因为此期间郑渝高速铁路(郑州东—重庆北)河南段、郑合高速铁路(郑州东—合肥)郑州—阜阳段相继通车，周口市、平顶山市、南阳市开始步入高速铁路时代，逐渐缩小与其他城市的交通优势度差距。

3　交通优势度影响因素分析

3.1　影响因素选取

传统的交通优势度影响因素分析常用地区生产总值、人口密度、建成区面积等指标来进行分析，较为单一。考虑到城市经济发展、城镇化进程会对交通建设产生影响，以及我国对中部地区高质量发展提出的绿色、创新等要求，从经济发展、城镇发展、生态环境、科技创新4方面选取15项指标构建指标体系进行影响因素分析，相关数据来源于省、市统计年鉴、统计公报和环境状态公报等。采用熵权法确定权重，将二级指标合并成一级指标，影响因素权重如表5所示。

3.2　影响因素分析

3.2.1　固定效应模型

固定效应模型是一种面板数据分析方法，通过引入固定效应控制变量，来防止遗漏变量带来的内生性问题，使解释变量的估计系数更准确，常用于影响因素分析，公式如下。

Y_{it}={\lambda }_i+{\gamma }_t+{\displaystyle \sum _{k=\mathrm{2}}^K}{\beta }_k{X}_{kit}+{\epsilon }_{it}⒁

式中：Y_{it}为被解释变量；X_{kit}为解释变量；{\lambda }_i为个体固定效应；{\gamma }_t为时间固定效应；{\beta }_k为各解释变量的估计系数；{\epsilon }_{it}为扰动项。

传统意义讲，经济发展和城镇化等影响因素对交通发展有一定的促进作用，但各影响因素对交通发展产生的关联带动效应难以量化，且难以确定最突出的影响因素。基于此，利用固定效应模型量化经济发展、城镇发展、生态环境、科技创新对交通优势度的影响，确定影响力最大的影响因素。变量类型及符号如表6所示。

3.2.2　影响因素分析

（1）数据检验。

①单位根检验。为缓解异方差带来的影响，在数据检验和模型计算前对表6中的TD，X₁，X₂，X₃，X₄进行对数变换处理，变换后的变量符号为lnTD，lnX₁，lnX₂，lnX₃，lnX₄。为避免伪回归出现，需进行单位根检验来判断数据是否平稳，选用LLC检验对各变量进行单位根检验，LLC检验结果如表7所示。P值是用于判定假设检验结果的参数，各变量的P值均小于0.001，显著拒绝原假设，说明不存在单位根。

②协整检验。通过协整检验可判断变量间是否存在长期稳定的均衡关系，选用Pedroni检验对各变量进行协整检验，Pedroni检验结果如表8所示。在3种检验标准下，P值均为0.000 0，显著拒绝“不存在协整关系”的原假设，说明变量间存在长期稳定均衡关系，可进行回归分析。

（2）结果分析。

采用固定效应模型对各影响因素的作用进行分析，将数据带入stata15.1软件进行计算，结果显示F统计量的概率为0.000 0，检验结果表明固定效应模型优于混合OLS模型，采用此模型可行。固定效应模型下各变量相关参数如表9所示。表9中，ρ表示个体效应方差占扰动项方差的比重，ρ值为0.859 7，表明扰动项方差主要来自个体效应的变动；R²表示拟合优度系数，其值为0.725 1，表明模型有较好的拟合度。lnX₁，lnX₂的估计系数分别为0.236 8，0.692 0，均在0.01水平上显著，表明经济发展、城镇发展对交通优势度的影响显著为正，可能的原因是交通与经济发展、城镇发展的关系密切，经济发展是交通建设的基础，通常只有经济实力强的地区才能在交通发展中投入更多的人力、物力和财力，且随城镇化进程加快，中心城区不断扩张，城市交通建设进程也将随之加快，促使交通优势度增长。从计算结果来看，经济发展、城镇发展每提高1%，分别能带动交通优势度增长0.240 9%，0.696 1%，城镇发展对交通优势度的影响相对更大；lnX₃，lnX₄的估计系数不显著，表明生态环境、科技创新对交通优势度的影响不明显，可能的原因是现阶段河南省交通运输与生态、科技等方面的融合不足。

4　研究结论及建议

4.1 研究结论

基于2014—2021年高速铁路、普速铁路、高速公路、快速路、机场、港口等基础设施数据，对河南省18个地市展开分析，从加权交通路网密度、交通干线影响力和交通可达性3个维度构建交通优势度评价指标体系，运用熵权法赋权得到全省各地市交通优势度，通过对比分析2014—2021年标准差椭圆及重心、泰尔指数的变化，分析河南省交通优势度时空演变特征，最后采用固定效应模型进行影响因素分析，结论如下。

（1）河南省交通优势度在2014年呈现为“一横一纵”布局，“一横”为三门峡—郑州，“一纵”为安阳—信阳，受高速铁路线路影响明显；2021年交通优势度高的城市主要集中在以郑州为中心的东北部，主要考虑是商登高速公路、徐兰高速铁路等基础设施建设的影响。

（2）2014—2021年全省交通优势度重心整体呈现向东北方向迁移，具体可分为西北方向移动(2014—2015年)—东北方向移动(2015—2017年)—西南方向回拉(2017—2021年)3个阶段。

（3）泰尔指数总体呈现逐年降低趋势，由2014年的0.047 5降低到2021年的0.023 2，河南省各城市间的交通优势度差异逐渐缩小，具体可分为快速缩小差异(2015—2016年)—平稳缩小差异(2016—2018年)—再次快速缩小差异(2018—2021年)3个阶段。

（4）经济发展、城镇发展对交通优势度的影响显著为正，经济发展、城镇发展每提高1%，分别能带动交通优势度增长0.240 9%，0.696 1%，城镇发展对交通优势度的影响相对更大；生态环境、科技创新对交通优势度的影响不显著。

4.2 建议

根据研究结论，提出河南省交通运输发展对策建议如下。

（1）推进各种运输方式统筹融合发展，着力补短板、重衔接、优网络、提效能，完善公路网络布局，提升铁路发展水平，并重发展民航、水运等其他交通方式，构建多通道、多方式、多路径综合立体交通网。

（2）促进区域交通运输协调发展，加速以郑州为中心的东北部城市优化升级，提高交通承载力，增强运输服务能力；加快推进南阳等西南部城市交通基础设施建设，缩小城市间交通优势度差距，解决交通运输发展不平衡问题。

（3）加强交通运输与生态、科技等方面融合，促进交通基础设施与生态空间协调，构建生态化交通网络，提升交通运输科技创新能力，推进大数据、人工智能等新技术在交通领域应用，推动河南省交通运输高质量发展。

研究从加权交通路网密度、交通干线影响力和交通可达性3个维度构建交通优势度评价指标体系。受数据可得性限制，可达性这一维度仅用平均最短通达时间这一指标表征，比较单一，未来将考虑里程、成本等因素进行可达性的深入研究。

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基金资助

河南省软科学研究计划项目(222400410448)