京沪高铁对区域中心城市陆路可达性影响
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可达性是目前国内外交通研究的热点问题之一，国外学者借助可达性方法定量地评价 快速交通带来区域可达性空间格局变化，结果显示：接近高速公路或铁路站点的地区获益 最多，快速交通建设有利于提高边缘区的可达性水平[3-4]。加权平均时间、日常可达性与潜 力值经常被应用于高速铁路可达性研究[5-6]。交通可达性被认为与城市体系相互作用，互相 融合[7-8]。在国内高铁被认为会促进产业结构调整，特别是旅游业的发展，增加劳动就业机 会，加强城市职能分工，形成经济增长轴，推动区域均衡发展 ， [9-10] 高铁可达性得到关 注[11]，近年来国内学者对交通可达性研究日趋升温，金凤君、王姣娥分析中国铁路交通网 络发展及可达性空间格局演化，评价铁路提速对中国客运网络演进影响及城市可达性的获 益格局[12-13]。吴威与张莉等分别采用网络和成本栅格方法研究长三角地区陆路交通可达性 格局及其演变规律[14-15]。魏立华等分析城际快速列车对大都市区可达性空间格局的影响机 制[16]。刘海隆与吴威等研究交通可达性对区域经济发展影响[17-18]。综上所述，目前可达性 研究普遍采用 GIS 技术为网络分析与成本加权栅格法，单独使用其中一种方法都存在缺 陷，限于研究技术原因，从可达性角度研究对中国高铁的区域影响效果研究较少。
1290
地理学报
65 卷
跃和最具潜力的地区，也是中国客货运输最繁
忙、增长潜力巨大的交通走廊 (图 1)。京沪高铁
2008 年开工建设，预计 2012 年正式运营，它将环
渤海经济区和长三角经济区更加紧密地联系起
来，为沿线省市经济注入更为长远和持久的推动
力，为人们提供相对低廉快捷的出行方式。
社会经济数据来源于 《2004 年与 2007 年中国
第 65 卷 第 10 期 2010 年 10 月
Biblioteka Baidu
地理学报
ACTA GEOGRAPHICA SINICA
Vol.65, No.10 Oct., 2010
京沪高铁对区域中心城市陆路可达性影响
蒋海兵1, 2, 徐建刚1, 祁 毅1
(1. 南京大学地理与海洋科学学院，南京 210093；2. 盐城师范学院城市与资源环境学院，盐城 224002)
1287-1298 页
1288
地理学报
65 卷
高速铁路作为世界交通技术革新的产物，已成为世界各国铁路普遍发展的趋势，相对 其他交通手段它的优势在于运输时间、输送能力与服务质量。2006 年中国 CRH1A 型和谐 号动车组开通，2008 年京津高铁通车，2009 年武广高速通车，2010 年初郑西高铁通车， 中国铁路正逐步迈入高速时代。预计到 2012 年，将有 1.2 万 km 以上的高铁投入运营，整 体的高铁网络将在 2020 年形成[19]，高铁正积极参与城市群的整合。
收稿日期：2009-12-20; 修订日期：2010-05-12 基金项目：国家自然科学基金项目 (40871261; 40371038);江苏省高校自然科学研究项目(10KJD170003) [Foundation:
National Natural Scince Foundation of China, No.40871261; No.40371038; Natural Scince Foundation of Jiangsu Province, No.10KJD170003] 作者简介：蒋海兵 (1978-), 男, 江苏建湖人, 博士生, 研究方向为城市与区域规划。E-mail: haibingjiang1@163.com 通讯作者：徐建刚 (1960-), 男, 江苏淮安人, 博士生导师, 主要研究方向为数字城市规划。E-mail: xjg129@sina.com
集成法将上述两种方法优点联合，提高可达性计算结果的精度。一方面，充分发挥网 络分析中节点位置精度高的特点，描述跳跃式通行。另一方面，利用栅格法提高面状空间 数据精度。劣势在于计算难度增加，步骤更为复杂。
关键技术：① 假设高铁线上有 N 个站点，完成数据前期准备。调用 ArcGIS 数据模块 将要素栅格化并叠合，生成基础成本栅格图。调用网络分析模块，将线路和站点信息进行 拓扑计算，获取路线和站点空间位置关系，建立逻辑关联信息，构建网络数据集。② 通 过成本加权法，计算源点可达性分析图 MO[A]，并提取源点到 N 个站点之间的最短时间距 离 TOi (i = 1……N)。③ 通过矢量网络分析中的 O-D 分析法，计算得到每个站点到其他 N-1 个站点的最短时间距离 TSij (i, j = 1……N)，并将该时间与 TOi相加，然后比较各站点之间 时间，取最小值，Cmin(j) = TSij + TOi。④ 计算每个站点的成本分析图 Mi[A]，在与网络分析 法得到各站点的最短时间 Cmin(j)进行相加，得到 Mi'[A] = Mi[A] + Cmin(i)。⑤将所有的 Mi'[A] 与 M0[A]镶嵌，取最小值，得到某个城市站点最终可达性成本栅格分析图 F[A][21]。 2.1.2 主成分分析法 借鉴潘竟虎等对中心城市规模定量确定方法[22]，选取以下 5 方面 16 项指标来测度城市综合规模，得到场强模型所需的城市综合规模参数，选取指标涉及到 社会、经济、科技、生态环境等方面。主因子的提取以计算得到的各因子特征值及累积贡 献率为依据,特征值越大,贡献率越大,表明该因子在反映城市综合规模上越重要,只有特征值 大于 1 的因子才能被选为主因子。应用主成分分析方法把以上多个指标线性组合,使原始变 量减少为有代表意义的少数几个新的变量。
规模； Daik 为 i 城市到 k 点的距离；a 为距离摩擦系数，一般取标准值 2.0。 Daik 选择最短时
间距离而非空间距离，以往中心城市腹地研究，多数采用空间距离变量，忽视自然条件与
交通条件，难以客观反映中心城市腹地格局，以空间距离计算腹地存在明显不足，因而本 文的模型 Daik 值采用最短时间距离而非空间距离。综合规模值 Zi是通过主成分分析法得到
2 研究方法与指标选取
2.1 研究技术与方法 2.1.1 网络分析与成本加权栅格集成法 网络分析法是在网络数据集基础上采用 O-D 成 本矩阵分析模块，计算得到网络上不同节点间最短距离的方法，目前广泛应用于交通可达 性研究[5-6, 14, 17-18]。网络分析法在计算网络中线和节点位置上的可达性时精度高，然而仅得 到网络上多点之间的距离，在可达性计算中，仅得到某一个有限的网络上的两点之间可达 性是远远不够。在将此一维空间 (线) 可达性计算推广到二维空间 (面) 时，该工具对面域 经常采用插值法，进行统一化的处理，不考虑实际的土地利用情况，得到结果精度有限。
2.2.3 场强模型 腹地是指中心地 (包括城市、港口、城市公共设施等) 影响力的空间范
围。中心城市作为一定区域的核心,影响力的大小称为 “场强”。城市综合规模 作为评价
城市场强的综合变量, 则区域内任一点都接受来自区域内各城市的辐射，强度计算式为：
Fik
=
Zi Daik
(3)
式中： Fik 为 i 城市在 k 点上的场强，可表示 k 点接受 i 城市辐射的强弱；Zi为 i 城市的综合
摘要：针对目前可达性研究技术的局限，设计网络分析与成本栅格加权集成法，并应用该方 法生成高铁通车后城市等时圈图。利用日常可达性、潜力值与加权平均时间，比较有无京沪 高铁两种情景下京沪地区中心城市可达性空间格局变化，探讨高铁对中心城市可达性的影 响，并采用场强模型计算高铁通车前后中心城市腹地范围。结果显示：高铁将扩展等时圈范 围，实现城市日常可达性整体大幅优化，形成非均衡的时间收敛空间。高铁站点沿线成为时 间收敛的最大受益者，它们的加权平均时间与潜力值变率高。在不同地理尺度下，高铁降低 加权平均时间均衡性，对潜力值均衡性影响不一致。高铁扩大北京与上海的腹地，增强其区 域辐射力。针对区域可达性变化，可达性变率高的城市可适时调整产业类型，变率低的城市 可通过加强快速交通网络与高铁的衔接来提高可达性。 关键词：京沪高铁；集成法；可达性；中国
∑ Pi
=
n Mj j = 1 Daij
(2)
式中：pi表示节点 i 的区位优势潜力值，潜力值越高，区位优势潜力越大； Dij 表示通过某 交通设施和网络从节点 i 到经济中心或活动目的地 j 所花费的时间、费用或是途中距离等； a 为距离摩擦系数,一般取 1。Mj 表示节点 GDP 或者人口，加权时间与区位潜力值模型的
城市统计年鉴》，2007 年 7 省市统计年鉴。空间数
据包括河流水系、铁路、高速公路、国道与省道
Mj = GDPj × POPUj 。
应用上述两个模型算出研究区域到中心城市加权时间与区位优势潜力，高铁通车前权
重 都 采 用 2006 年 建 成 区 非 农 人 口 规 模 与 GDP， 通 车 后 的 2012 年 人 口 与 GDP 根 据
2003-2006 年人口与国民生产总值的年均增长率，并以 2003 年为初始年计算得到。
10 期
蒋海兵 等：京沪高铁对区域中心城市陆路可达性影响
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2.2 研究指标选取
2.2.1 加权平均旅行时间 加权平均旅行时间指标 (下称加权时间) 是评价某个节点到各
经济中心的时间测度。指标得分愈低,表示该节点可达性愈高,与经济中心的联系愈紧密，
反之亦然。该模型广泛应用于交通可达性研究[5-6, 11, 23]。具体公式为：
的综合值。
3 方法实现与结果分析
3.1 研究区域与数据来源 京沪高铁位于中国华北和华东地区，两端连接环渤海和长江三角洲两大经济区，全线
纵贯北京、天津、上海 3 大直辖市和河北、山东、安徽、江苏 4 省。所经区域面积占国土 面积的 6.5%，2006 年人口占全国地 28.07%，城区人口 100 万以上的地级城市 38 个，国内 生产总值占全国的 37.5%，境内有 61 个地级市，345 个县或县级市，是中国经济发展最活
n
∑(Tij × Mj)
Ai = j=1 n
(1)
∑Mj
j=1
式中：Ai表示区域内节点 i 可达性，Tij表示通过某交通设施和网络从节点 i 到达经济中心城
市所花费的最短时间，Mj为评价系统范围内某经济中心和活动目的地的某种社会经济要素
流的流量，即表示该经济中心的经济实力或对周边地区的辐射力或吸引力,可采用 GDP 总
值、人口总量或社会商品销售总额等指标；n 为评价系统内除 i 地以外的节点总数。
2.2.2 区位优势潜力 区位优势潜力值通过潜力模型得到。潜力模型反映各城市在空间
上所受中心城市空间“合力”。分值高低与经济中心的规模成正比，与评价节点到经济中
心的距离、时间或费用成反比，侧重于节点城市与经济重心城市的相互作用。公式为：
在栅格数据上运用最短路径法计算每个网格到某个目的网格 (或网格集)的最短加权距 离，称为“成本加权栅格算法” (以下称栅格法)。该方法关键是将栅格数据抽象成图的结 构加以计算，在可达性研究中得以应用[15, 20-21]。栅格法在计算可达性时，面状空间数据的 精度显著提高。缺陷在于：网格上每个单元都与周围的单元相通，无法描述不通行，或者 跳跃式通行 (比如高铁只能在指定站点停车)，难以较好地模拟高铁与其他交通方式组合， 且精度受到栅格大小制约，在较大空间范围内的计算精度不如矢量网络分析法。
1 引言
交通技术决定空间相互作用的强度与广度，是改变经济活动的重要因素之一，充分把 握交通要素对经济活动的影响，对于理解与认识经济现象的空间布局规律意义重大[1]。可 达性是交通系统的主要产品，它决定了一个地区相对于另一个地区的区位优势，从理论上 说，它与机动性、经济发展、社会福利与环境影响密不可分，到达原料区与市场区可达水 平高的地区比外围地区更具有活力与竞争性[2]。
为客观地评价京沪高铁对区域中心城市陆路交通可达性的影响，采用日常可达性、加 权平均旅行时间与潜力模型等指标，考虑两种情景：2006 年无高铁与 2012 年有高铁，通 车前使用成本加权栅格法计算地区间最短时间，通车后利用网络与栅格集成法 (以下称集 成法)计算最短时间值，并利用该值得到可达性的相关指标值。
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地理学报
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跃和最具潜力的地区，也是中国客货运输最繁
忙、增长潜力巨大的交通走廊 (图 1)。京沪高铁
2008 年开工建设，预计 2012 年正式运营，它将环
渤海经济区和长三角经济区更加紧密地联系起
来，为沿线省市经济注入更为长远和持久的推动
力，为人们提供相对低廉快捷的出行方式。
社会经济数据来源于 《2004 年与 2007 年中国
第 65 卷 第 10 期 2010 年 10 月
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Vol.65, No.10 Oct., 2010
京沪高铁对区域中心城市陆路可达性影响
蒋海兵1, 2, 徐建刚1, 祁 毅1
(1. 南京大学地理与海洋科学学院，南京 210093；2. 盐城师范学院城市与资源环境学院，盐城 224002)
1287-1298 页
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高速铁路作为世界交通技术革新的产物，已成为世界各国铁路普遍发展的趋势，相对 其他交通手段它的优势在于运输时间、输送能力与服务质量。2006 年中国 CRH1A 型和谐 号动车组开通，2008 年京津高铁通车，2009 年武广高速通车，2010 年初郑西高铁通车， 中国铁路正逐步迈入高速时代。预计到 2012 年，将有 1.2 万 km 以上的高铁投入运营，整 体的高铁网络将在 2020 年形成[19]，高铁正积极参与城市群的整合。
收稿日期：2009-12-20; 修订日期：2010-05-12 基金项目：国家自然科学基金项目 (40871261; 40371038);江苏省高校自然科学研究项目(10KJD170003) [Foundation:
National Natural Scince Foundation of China, No.40871261; No.40371038; Natural Scince Foundation of Jiangsu Province, No.10KJD170003] 作者简介：蒋海兵 (1978-), 男, 江苏建湖人, 博士生, 研究方向为城市与区域规划。E-mail: haibingjiang1@163.com 通讯作者：徐建刚 (1960-), 男, 江苏淮安人, 博士生导师, 主要研究方向为数字城市规划。E-mail: xjg129@sina.com
集成法将上述两种方法优点联合，提高可达性计算结果的精度。一方面，充分发挥网 络分析中节点位置精度高的特点，描述跳跃式通行。另一方面，利用栅格法提高面状空间 数据精度。劣势在于计算难度增加，步骤更为复杂。
关键技术：① 假设高铁线上有 N 个站点，完成数据前期准备。调用 ArcGIS 数据模块 将要素栅格化并叠合，生成基础成本栅格图。调用网络分析模块，将线路和站点信息进行 拓扑计算，获取路线和站点空间位置关系，建立逻辑关联信息，构建网络数据集。② 通 过成本加权法，计算源点可达性分析图 MO[A]，并提取源点到 N 个站点之间的最短时间距 离 TOi (i = 1……N)。③ 通过矢量网络分析中的 O-D 分析法，计算得到每个站点到其他 N-1 个站点的最短时间距离 TSij (i, j = 1……N)，并将该时间与 TOi相加，然后比较各站点之间 时间，取最小值，Cmin(j) = TSij + TOi。④ 计算每个站点的成本分析图 Mi[A]，在与网络分析 法得到各站点的最短时间 Cmin(j)进行相加，得到 Mi'[A] = Mi[A] + Cmin(i)。⑤将所有的 Mi'[A] 与 M0[A]镶嵌，取最小值，得到某个城市站点最终可达性成本栅格分析图 F[A][21]。 2.1.2 主成分分析法 借鉴潘竟虎等对中心城市规模定量确定方法[22]，选取以下 5 方面 16 项指标来测度城市综合规模，得到场强模型所需的城市综合规模参数，选取指标涉及到 社会、经济、科技、生态环境等方面。主因子的提取以计算得到的各因子特征值及累积贡 献率为依据,特征值越大,贡献率越大,表明该因子在反映城市综合规模上越重要,只有特征值 大于 1 的因子才能被选为主因子。应用主成分分析方法把以上多个指标线性组合,使原始变 量减少为有代表意义的少数几个新的变量。
规模； Daik 为 i 城市到 k 点的距离；a 为距离摩擦系数，一般取标准值 2.0。 Daik 选择最短时
间距离而非空间距离，以往中心城市腹地研究，多数采用空间距离变量，忽视自然条件与
交通条件，难以客观反映中心城市腹地格局，以空间距离计算腹地存在明显不足，因而本 文的模型 Daik 值采用最短时间距离而非空间距离。综合规模值 Zi是通过主成分分析法得到
2 研究方法与指标选取
2.1 研究技术与方法 2.1.1 网络分析与成本加权栅格集成法 网络分析法是在网络数据集基础上采用 O-D 成 本矩阵分析模块，计算得到网络上不同节点间最短距离的方法，目前广泛应用于交通可达 性研究[5-6, 14, 17-18]。网络分析法在计算网络中线和节点位置上的可达性时精度高，然而仅得 到网络上多点之间的距离，在可达性计算中，仅得到某一个有限的网络上的两点之间可达 性是远远不够。在将此一维空间 (线) 可达性计算推广到二维空间 (面) 时，该工具对面域 经常采用插值法，进行统一化的处理，不考虑实际的土地利用情况，得到结果精度有限。
2.2.3 场强模型 腹地是指中心地 (包括城市、港口、城市公共设施等) 影响力的空间范
围。中心城市作为一定区域的核心,影响力的大小称为 “场强”。城市综合规模 作为评价
城市场强的综合变量, 则区域内任一点都接受来自区域内各城市的辐射，强度计算式为：
Fik
=
Zi Daik
(3)
式中： Fik 为 i 城市在 k 点上的场强，可表示 k 点接受 i 城市辐射的强弱；Zi为 i 城市的综合
摘要：针对目前可达性研究技术的局限，设计网络分析与成本栅格加权集成法，并应用该方 法生成高铁通车后城市等时圈图。利用日常可达性、潜力值与加权平均时间，比较有无京沪 高铁两种情景下京沪地区中心城市可达性空间格局变化，探讨高铁对中心城市可达性的影 响，并采用场强模型计算高铁通车前后中心城市腹地范围。结果显示：高铁将扩展等时圈范 围，实现城市日常可达性整体大幅优化，形成非均衡的时间收敛空间。高铁站点沿线成为时 间收敛的最大受益者，它们的加权平均时间与潜力值变率高。在不同地理尺度下，高铁降低 加权平均时间均衡性，对潜力值均衡性影响不一致。高铁扩大北京与上海的腹地，增强其区 域辐射力。针对区域可达性变化，可达性变率高的城市可适时调整产业类型，变率低的城市 可通过加强快速交通网络与高铁的衔接来提高可达性。 关键词：京沪高铁；集成法；可达性；中国
∑ Pi
=
n Mj j = 1 Daij
(2)
式中：pi表示节点 i 的区位优势潜力值，潜力值越高，区位优势潜力越大； Dij 表示通过某 交通设施和网络从节点 i 到经济中心或活动目的地 j 所花费的时间、费用或是途中距离等； a 为距离摩擦系数,一般取 1。Mj 表示节点 GDP 或者人口，加权时间与区位潜力值模型的
城市统计年鉴》，2007 年 7 省市统计年鉴。空间数
据包括河流水系、铁路、高速公路、国道与省道
Mj = GDPj × POPUj 。
应用上述两个模型算出研究区域到中心城市加权时间与区位优势潜力，高铁通车前权
重 都 采 用 2006 年 建 成 区 非 农 人 口 规 模 与 GDP， 通 车 后 的 2012 年 人 口 与 GDP 根 据
2003-2006 年人口与国民生产总值的年均增长率，并以 2003 年为初始年计算得到。
10 期
蒋海兵 等：京沪高铁对区域中心城市陆路可达性影响
1289
2.2 研究指标选取
2.2.1 加权平均旅行时间 加权平均旅行时间指标 (下称加权时间) 是评价某个节点到各
经济中心的时间测度。指标得分愈低,表示该节点可达性愈高,与经济中心的联系愈紧密，
反之亦然。该模型广泛应用于交通可达性研究[5-6, 11, 23]。具体公式为：
的综合值。
3 方法实现与结果分析
3.1 研究区域与数据来源 京沪高铁位于中国华北和华东地区，两端连接环渤海和长江三角洲两大经济区，全线
纵贯北京、天津、上海 3 大直辖市和河北、山东、安徽、江苏 4 省。所经区域面积占国土 面积的 6.5%，2006 年人口占全国地 28.07%，城区人口 100 万以上的地级城市 38 个，国内 生产总值占全国的 37.5%，境内有 61 个地级市，345 个县或县级市，是中国经济发展最活
n
∑(Tij × Mj)
Ai = j=1 n
(1)
∑Mj
j=1
式中：Ai表示区域内节点 i 可达性，Tij表示通过某交通设施和网络从节点 i 到达经济中心城
市所花费的最短时间，Mj为评价系统范围内某经济中心和活动目的地的某种社会经济要素
流的流量，即表示该经济中心的经济实力或对周边地区的辐射力或吸引力,可采用 GDP 总
值、人口总量或社会商品销售总额等指标；n 为评价系统内除 i 地以外的节点总数。
2.2.2 区位优势潜力 区位优势潜力值通过潜力模型得到。潜力模型反映各城市在空间
上所受中心城市空间“合力”。分值高低与经济中心的规模成正比，与评价节点到经济中
心的距离、时间或费用成反比，侧重于节点城市与经济重心城市的相互作用。公式为：
在栅格数据上运用最短路径法计算每个网格到某个目的网格 (或网格集)的最短加权距 离，称为“成本加权栅格算法” (以下称栅格法)。该方法关键是将栅格数据抽象成图的结 构加以计算，在可达性研究中得以应用[15, 20-21]。栅格法在计算可达性时，面状空间数据的 精度显著提高。缺陷在于：网格上每个单元都与周围的单元相通，无法描述不通行，或者 跳跃式通行 (比如高铁只能在指定站点停车)，难以较好地模拟高铁与其他交通方式组合， 且精度受到栅格大小制约，在较大空间范围内的计算精度不如矢量网络分析法。
1 引言
交通技术决定空间相互作用的强度与广度，是改变经济活动的重要因素之一，充分把 握交通要素对经济活动的影响，对于理解与认识经济现象的空间布局规律意义重大[1]。可 达性是交通系统的主要产品，它决定了一个地区相对于另一个地区的区位优势，从理论上 说，它与机动性、经济发展、社会福利与环境影响密不可分，到达原料区与市场区可达水 平高的地区比外围地区更具有活力与竞争性[2]。
为客观地评价京沪高铁对区域中心城市陆路交通可达性的影响，采用日常可达性、加 权平均旅行时间与潜力模型等指标，考虑两种情景：2006 年无高铁与 2012 年有高铁，通 车前使用成本加权栅格法计算地区间最短时间，通车后利用网络与栅格集成法 (以下称集 成法)计算最短时间值，并利用该值得到可达性的相关指标值。