1、基于基于GIS的東北地區鐵路運輸空的東北地區鐵路運輸空間極化動力機制分析間極化動力機制分析 國家自然科學基金項目：東北地區城鎮系統的空間極化及其動力機制研究一、背景知識：o 1.什么是空間極化？o 極化是群體中個體差別擴大的結果，是一個或兩個“極”形成的過程。極化可以有三方面的含義：o (1)要素的集中化，即主要發展指標在個體間的不均衡分布；o (2)兩極分化，即處于發展水平兩端的個體數量膨脹，而中等水平個體的數量減少；o (3)高端個體的統治性增加，即對資源的支配能力和對低層個體的控制力得以強化。 o參考文獻：1990年以來東北地區鐵路運輸的空間極化（修老師-地理學報）o 2.我們得到了哪些

2、數據？o 數據來源是沈陽鐵路局和哈爾濱鐵路局1990年、1994年、1999年、2000年和2005年的年度統計資料。o 數據的基本單元是運輸區段運輸區段，原始數據包括區段客流密度、區段貨流密度、區段長度。o【交通線路上一定距離的貨流量,稱為貨流密度（又稱貨運密度），單位為噸公里/公里 】o 3.GIS中的矢量數據n GIS中矢量數據包括點、線、面三種形式，借助這三種形式可以模擬所有的地理實體，是GIS空間分析的思想基礎。二、文章結構框架o 1. 引言引言o 2. 研究區域和數據獲取研究區域和數據獲取n2.1研究區域 n2.2數據來源與處理o 3. 東北鐵路運輸空間極化格局的可視化分析東北鐵路

3、運輸空間極化格局的可視化分析o 3.1 數據處理方法o 3.2 結果分析n3.2.1貨流空間極化格局n3.2.2客流空間極化格局o4.極化動力機制的空間分析極化動力機制的空間分析o4.1 單年的空間相關分析（以1999年為例）n4.1.1分析過程n4.1.2貨流相關性結果分析n4.1.3客流相關性結果分析n4.1.4分析小結o4.2 空間相關性的時序分析n4.2.1時序分析數據n4.2.2相關性變化分析n4.2.3同極化系數變化的對比分析o5其他影響因素分析其他影響因素分析n5.1鐵路提速對客運極化的影響n5.2振興東北老工業基地政策的影響o6. 結論與展望結論與展望n6.1 結論n6.2未盡

4、之處三、主要內容o 1.空間極化格局的可視化o 2.空間極化的動力機制鐵路運輸與經濟的關系o （1）單年的空間相關分析（1999年） o （2）空間相關性的時序分析n相關性變化分析 n與各極化系數的變化對比o （3）其他影響因素o 3.重要結論o 4.未盡之處o 1.東北鐵路運輸空間極化格局的可視化分析東北鐵路運輸空間極化格局的可視化分析 o 數據：帶有1990-2005年區段貨流密度、客流密度的線狀矢量數據o 方法：由線向點的轉化（feature to point）空間插值(Kriging interpolation 克里金插值) o 目的：實現了東北鐵路客貨運輸由線到面的可視化表達。面狀的

5、空間格局，更能突出客運段之間的連續變化，更能反映出區域整體的變化趨勢，方便于直觀了解東北鐵路客貨運輸的空間格局。o結果:o(1)貨運格局o從圖1可以看出，1990年東北地區的鐵路貨流分布空間集聚性不明顯，空間關系不清晰、無序。2005年在哈長地區和遼中南地區分別形成了貨流密度的“兩極”。1990-2005年貨流分布從串珠狀、島狀分布，逐漸演變為聚集特征，與同期東北區域經濟極化格局具有一定的契合性。o1990年以來東北地區鐵路貨運整體上處于增長狀態，其中，哈大線、沈山線、濱綏線增長最為迅速，并且始終處于第一集團的位置，至2005年，哈大線、沈山線、濱綏線的領先優勢仍舊十分明顯，不過以濱洲線和平齊

6、線等線路形成的第二集團也發展起來，層次性更加豐富。o (2)客運格局o 鐵路客流密度的分布特征與貨流相比，空間格局比較簡單明晰。1990-2005年間，哈大線一直占據著客運的統治地位。客運的總量不斷地提高，特別是哈大線及其臨近支線的客流量上升特別突出，形成了貫穿東北地區的客流高值區，且高值區域不斷擴展。整體上，東北鐵路客運逐漸形成了以哈大線-沈山線為主軸的屋脊狀格局。o 2. 極化動力機制的空間分析極化動力機制的空間分析o （1）單年的空間相關分析o 數據：帶有1999年區段貨流密度、客流密度的線狀矢量數據；帶有1999年東北各地級市市域人口、GDP、二產、工業數據的點狀矢量數據o 方法：由線

7、向點的轉化（feature to point）空間查詢（near）GIS統計計算（summary）相關分析（SPSS）引力模型（重力模型）o 目的：考察鐵路客貨流密度與城市經濟人口的相關性。復雜的GIS操作步驟的目的實際上是要解決城市與區段之間空間上的不重合以及相互影響的距離衰減問題。o 空間相關分析需要基于兩種空間度量指標。o 一是空間距離D，即某一城市到客、貨運輸區段質心的距離，用來揭示一個城市對某一客、貨運輸區段的綜合作用；o 二是影響系數E，根據潛力模型改進而來，一個地級市對一個客、貨區段的影響系數，為該地級市某一經濟指標(人口、GDP、第二產業產值、工業產值)與距該運輸區段空問距離的

8、r次冪的比值。即o式中，F 為地級市i的某一經濟指標；D 為地級市i與運輸區段J的空間距離；r為距離衰減彈性系數，取常數值1。o利用影響系數E，就可以將地級市的人口和經濟發展對運輸區段的影響考慮進來。進而，可以通過求和得到多個地級市對某一運輸區段的影響系數，即o本文約定，當F 為GDP時，影響系數E就稱為GDP系數，以此類推，有二產系數、工業系數、人口系數。o 處理流程：o 貨流和客流的處理方式相同o 結果：注意：應用pearson相關系數進行相關分析，其前提是數據服從正態分布，因而對客貨流密度數據進行了對數轉換，使之服從正態分布，而后進行相關分析。 o從總體上看，鐵路客貨流受東北城市經濟和人

9、口的影響作用明顯，但作用機制有所不同。o結合之前的插值結果，1990-2005年，貨流受所有地級市的影響較大，逐漸形成了以哈爾濱和沈陽為中心的“兩極”格局，表現為一定的整體性與層次性；而客流受最近四大城市的影響較大，形成了以哈大線-沈山線為主軸的屋脊狀格局，表現為一定的軸線特征。o之前李秀偉等的研究認為，四大城市是東北區域的高“極化點”，由于沿哈大交通帶呈軸向排列，四城市作為高“極化點”也自然使得哈大線一定程度上具備了“極化軸”的功能。通過本文分析可知，“極化軸”的功能，主要體現在客流方面，在貨流方面作用不明顯。o （2）空間相關性的時序分析o 相關性變化分析n 數據：帶有1990-2005年

10、區段貨流密度、客流密度的線狀矢量數據；地級市點狀矢量數據n 方法：如單年相關分析的方法，這里只考察區段客貨流密度與區段到城市的距離之間的關系。主要觀察曲線變化n 目的：觀察相關性變化的趨勢，即城市發展與鐵路運輸之間的緊密程度變化n 結果：貨流變化客流變化o A.1990-1995年鐵路客流密度與各空間距離的相關性是上升的，同時，東北鐵路貨物運輸也處于發展的上升期，說明這一時期的鐵路運輸適于經濟發展要求。1995年之后相關性下降，可以認為，東北地區在城市空間組織體系方面，各級別城市之間的聯系還不夠緊密，缺少層次性與足夠的交流。而在鐵路運輸方面，客流與貨流并沒有與已形成或正在形成的城市群較好地配合

11、，還沒有完全發揮其應有的作用，存在一定的問題，空間配置方面仍需要改進，需要提高基礎設施水平和提高運轉效率。2005年鐵道部的撤銷分局政策印證了這一點，據此判斷，鐵路客貨流與城市的相關性將有所提高，這需要新的數據加以驗證。o B.當然，也不能排除其他運輸方式，特別是公路運輸的影響。客運方面，1990年以來，公路客運一直占總運輸量的60%以上，而且比重不斷上升，2005年已經達到了80%以上；而鐵路客運則相反，呈下降趨勢，且下降幅度明顯，從40%下降到20%以下。貨運方面，1990-2005年間公路和鐵路的比例基本上處于穩定狀態，公路約占70%，鐵路約占20%左右，鐵路略有下降趨勢。鐵路運輸市場份

12、額的減少，對經濟發展的指示性減弱，顯然是客貨流與城市發展的相關性減小的原因之一，相信公路運輸方面，和東北各城市之間的聯系會更加緊密。不過由于數據獲取方面的限制，這里暫不進行討論。oC.對1990-2005年貨別的貨運周轉量數據分析，煤、糧食、木材、鋼鐵和石油一直位于貨物周轉量的前幾位，這五種貨物占總周轉量的比例總體上在逐年上升，1990-1994年上升較快，1994-2000年基本平穩，而2000-2005年又進入上升階段。這五種貨物的共同特點是都屬于工業原料，是鐵路運輸的傳統貨物，是維持鐵路貨運“剛性”結構特點的主要原因。這五種貨物周轉量比例的上升，意味著其他貨物所占比例的減少，而減少的這些

13、貨物種類繁多，涵蓋的經濟意義和社會意義更加豐富，其中許多貨物如集裝箱運輸等，都反映了市場經濟主導下的新的物流理念，對城市之間的聯系更具有指示意義。這種以原料為主體的運輸結構，說明鐵路貨運還沒有深入到廣泛的運輸市場競爭中。因此相關性的減弱是易于理解的。o 同極化系數變化的對比分析 n 數據：帶有1990-2005年區段貨流密度、客流密度的線狀矢量數據；地級市點狀矢量數據n 方法：相關性的曲線變化與空間極化系數的曲線變化相對比。（極化系數如基尼系數等，是衡量極化水平的指標，具體參見修老師學報文章）n 目的：研究城市與鐵路運輸的相關作用關系的變化對鐵路運輸空間極化的影響。通過變化的一致性來尋找關聯。

14、o各相關性以及各極化系數雖然在數量上有所差異，但是變化趨勢是相關聯的。o1990-2005年貨流密度與空間距離的相關性的變化趨勢和貨流各極化系數的變化趨勢基本相同，而客流密度與空間距離的相關性的變化趨勢和客流各極化系數的變化趨勢相反， o貨流相關性越高，極化系數越高，說明東北城市空間組織的發展，促進了東北鐵路貨運的空間極化；客流相關性越低，極化系數越高，說明了東北各城市的發展對東北鐵路客運的空間極化具有削弱作用。據此可以預計，隨著東北城市空間組織體系的完善，區域內鐵路貨運的極化現象將更加明顯，而客運的極化特征將減弱。 o （3）其他影響因素n 東北城市發展、經濟和人口增長是1990-2005年

15、的東北鐵路運輸空間極化的主要動力，這些要素的作用具有柔性和滯后性的特點。除此之外，技術革新、政策實施等一些剛性因素的影響也不容忽視，這些因素時效性較強，作用于不同的階段，但并不影響主要動力引導下的總體趨勢。o鐵路提速對客運極化的影響o1995-2000年鐵路運輸經歷了1997、1998年兩次大提速，特別是1997年的第一次提速，對鐵路運輸影響深遠，不僅包括客貨運輸速度的提高，還包括線路基礎設施的改善、客貨運組織的優化等，大幅地提升鐵路運輸競爭力。 o但是鐵路提速等一系列改良措施都實施在干線上，而支線的發展卻更加受到了限制，出現了強者愈強，弱者愈弱的局面。同時，客流與城市相關性也正處于減小幅度較

16、大的過程。城市對客流的作用式微，鐵路提速對客流空間格局也有所作用，兩者共同締造了1995-2000東北鐵路客運明顯的空間極化過程。o相較于1997年，2000年以后（包括2000年）的提速，僅僅是量上的積累，很難得到質的變化，對鐵路客運的空間極化格局的影響逐漸減小，城市發展、經濟和人口增長的主導作用更為明顯，使得東北鐵路客運空間極化減緩。o2003年振興東北老工業基地政策的實施，給東北的發展帶來了嶄新的契機，包括鐵路建設在內的基礎設施建設也獲益頗多。振興東北老工業基地政策也影響了東北鐵路運輸的空間極化，作用過程體現在兩個方面：o第一，促進了城市和區域經濟的發展，特別是四大城市的發展，改革開放以

17、來被拉開的發展差距逐年縮小。根據上文得到的結論，東北經濟的快速發展，進一步促進了鐵路貨運的空間極化，而削弱了鐵路客運的空間極化，由此造成了2005年貨流極化指數的回升和客流極化指數的下降。o第二，加大了對鐵路建設的投入，使得東北鐵路運輸水平有較高的提升，同時也作用于了鐵路客貨運輸與城市之間的聯系。但對鐵路客運和貨運的影響效果不同，鐵路客運與城市的相關性有所提高，而鐵路貨運則繼續走低，這與鐵路貨運反應的滯后性有關，另外，也說明了鐵路貨運存在著一些必須解決的問題。o3.結論n1）客貨流的空間插值結果顯示，1990-2005年，東北鐵路貨運正在形成以哈爾濱和沈陽為中心的兩極格局，哈大線、沈山線、濱綏

18、線的領先優勢十分明顯，濱洲線和平齊線等線路形成的第二集團也發展起來，層次性更加豐富。鐵路客運逐漸形成以哈大線-沈山線為主軸的屋脊狀格局，客運高值區也不斷擴大。n2）單年的空間分析結果反映，東北鐵路客貨流空間格局的形成，離不開東北城市空間組織體系的影響。城市發展、經濟、人口等因素與客貨流之間具有密切的聯系，是鐵路運輸空間極化的主要動力。但客貨流空間極化的動力機制不同，貨流受區域所有地級市的影響較為明顯，客流受四大城市的影響較強。n3）在空間相關性的時序分析中發現，客貨流與區段至城市間距離的相關性減弱，反映了東北鐵路運輸與城市發展之間關系的弱化，筆者認為一方面是由于東北城市空間組織體系的層次和組織結構還有待完善，一方面是由于鐵路運輸自身的競爭力不夠。n4）相關性的變化與極化指數的對比，說明了東北城市發展促進鐵路貨流的東北極化，并抑制客流的空間極化，可以預計，隨著東北城市空間組織體系的完善，區域內鐵路貨運的極化現象將更加明顯，而客運的極化特征將有所減弱。n5）文章對鐵路提速、振興東北老工業基地政策等剛性因素對鐵路客貨運輸的影響也進行了討論，這些因素往往作用于某一特定階段，時效性強，但并不影響東北城市發展、經濟和人口增長為主導力量的總體趨勢。o4.未盡之處：o在空間分析過程中，我們對客貨流密度進行了對數轉換，對數轉換后各項相關