河北省高速铁路与区域协调发展时空耦合协调关系研究.pdf
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1、铁道运输与经济RAILW AY TRANSPORT AND ECONOMY第 45 卷 第 09 期河北省高速铁路与区域协调发展时空耦合协调关系研究Spatio-temporal Coupling Coordination Relationship Between High Speed Railway and Regional Coordinated Development in Hebei Province李紫萱,李松,高烨LI Zixuan,LI Song,GAO Ye(河北大学 管理学院,河北 保定 071002)(School of Management,Hebei Universit
2、y,Baoding 071002,China)摘要:高速铁路强化了区域间的合作与交流,对区域协调发展具有重要作用。为提高高速铁路对区域协调发展的支撑作用,研究高速铁路与区域协调发展时空耦合协调关系。首先采用主成分分析和相关分析构建了区域协调发展和高速铁路网络发展水平评价指标体系,采用加速遗传算法优化层次分析法和熵值法对评价指标体系赋权,最后,以河北省为例,利用耦合协调模型测算了高速铁路与区域协调发展水平的耦合协调度。结果表明:河北省高速铁路和区域发展之间相互影响、相互促进,具有长期的均衡关系;早期由于高速铁路滞后于区域发展,导致二者耦合协调度较低,处于濒临失调阶段;当二者处于同步发展阶段时,耦
3、合度逐渐提高,处于良好协调阶段,河北省高速铁路和区域发展的耦合协调度呈现日趋优化的态势。关键词:高速铁路;区域协调发展;耦合协调度;指标体系;相关分析Abstract:High speed railway bolsters inter-regional cooperation and communication,thus playing an important role in coordinated regional development.To improve the supporting effect of high speed railways on regional coordina
4、ted development,the study investigated the spatial-temporal coupling coordination relationship between high speed railway and regional coordinated development.Firstly,the study constructed an evaluation index system for regional coordinated development and the development level of high speed railway
5、 network by employing principal component analysis and correlation analysis.Secondly,an accelerated genetic algorithm(AGA)and entropy evaluation method optimized analytic hierarchy process(AHP)were applied to assign weight for the evaluation index system.Finally,a coupling coordination model was uti
6、lized to calculate the coupling coordination degree between high speed railway and regional coordination development level in Hebei Province.The results show that there is a long-term equilibrium relationship between high speed railway and regional development in Hebei Province.Initially,due to the
7、lag of the high speed railway behind regional development,they had a low coupling coordination degree,nearing dysregulation.When they are in the stage of synchronous development,the coupling degree is gradually improved,representing an increasingly optimized trend in the coupling coordination degree
8、 between high speed railway and regional development in Hebei Province.Keywords:High Speed Railway;Coordinated Regional Development;Coupling and Coordination Degree;Index System;Correlation Analysis文章编号:1003-1421(2023)09-0104-08 中图分类号:U238;F530 文献标识码:ADOI:10.16668/ki.issn.1003-1421.2023.09.15引用格式:李紫
9、萱,李松,高烨.河北省高速铁路与区域协调发展时空耦合协调关系研究J.铁道运输与经济,2023,45(9):104-111.LI Zixuan,LI Song,GAO Ye.Spatio-temporal Coupling Coordination Relationship Between High Speed Railway and Regional Coordinated Development in Hebei ProvinceJ.Railway Transport and Economy,2023,45(9):104-111.-104李紫萱 等 河北省高速铁路与区域协调发展时空耦合协调关
10、系研究0引言高速铁路是实现互联互通,促进国内外统筹发展的重要载体1。高速铁路网络能够改变沿线城市间的相互联系和资源分配形式,有助于实现区域协调发展2。截至2022年底,我国高速铁路运营里程达到4.26万km,稳居世界第一,“八纵八横”高速铁路主通道基本建成。高速铁路在我国区域协调发展过程中扮演着举足轻重的角色,高速铁路的发展带动了相关产业的发展,能够加快生产要素的流通,促进区域经济发展,对区域经济发展具有正外部性和外部溢出效应。作为一种具有典型网络特性的交通基础设施,高速铁路极大地促进了人员、信息等资源要素的快速流动,对沿线城市的集聚经济产生重要影响3。区域协调发展依托交通运输系统,区域发展和
11、高速铁路网络协调发展。高速铁路推动了区域协调发展,但在区域发展与高速铁路网络日益完善的同时,区域发展与高速铁路网络的不均衡问题随之出现。目前省级高速铁路网络与区域发展并不协调,严重阻碍了区域协调发展的进程。因此,研究高速铁路网络与区域协调发展时空耦合关系具有重要意义。关于高速铁路与区域协调发展,已有研究中,多数学者认为高速铁路可促进区域协调发展3-5,李松6提出铁路车站站点设置能够给县域带来显著的经济效应,对区域发展有正向影响。但也有学者认为高速铁路对区域协调发展短期促进效应不显著,但长期有助于促进区域协调发展1,王垚7提出当经济放缓时,由于交通的改善会导致区域内劳动力、资本等要素外流,高速铁
12、路短期无法引领地区经济增长。在铁路与区域协调发展的耦合协调性研究中,潘振兴8从路网投入和路网产出2方面构建了包含12个指标的铁路网子系统;陈小红9提出综合交通优势度与区域经济发展呈现较高的空间耦合度。这些研究成果为系统研究高速铁路网络和区域协调发展时空耦合关系奠定了基础10-12,现有研究存在以下局限性:一是区域协调发展没有形成统一的评价指标体系,虽然已有包含经济、社会、生态、人口等多个系统的综合评价,但在基本公共服务均等化、社会公平化、环境资源等方面研究较少且不够深入;二是区域发展与高速铁路网络协调关系测度方法仍然有待突破和研究,需要构建多样化的方法模型;三是高速铁路对区域发展作用机理尚无定
13、论。在已有研究基础上,为提高评价指标体系的科学性,采用主成分分析和关联性研究对主要评价指标进行量化遴选,并引入加速遗传算法(AGA)改进传统的层次分析法,分别采用改进层次分析法和熵值法确定主客观权重,以保证指标权重的科学准确性,构建区域协调发展水平评价指标体系、高速铁路网络指标体系及综合评价模型,并以河北省为例,利用耦合协调模型对高速铁路与区域协调发展水平进行时序演化和空间差异研究,为高速铁路网络规划和区域协调发展提供合理的参考。1区域协调发展水平评价指标体系构建1.1评价指标筛选方法区域协调发展水平评价指标体系早期主要是以区域经济评价指标为主。但经济不是衡量区域协调发展的唯一标准,因此学者们
14、引进更多评价区域协调发展水平的评价指标,由最初单一的经济指标转向复合型的评价指标体系10-12。虽然现有区域协调发展指标体系的研究较为丰富,但指标建立缺乏定量的科学性,多采取主观选取方法构建评价指标体系。采用主成分分析和相关分析方法对指标进行定量筛选,首先在已有文献的基础上,从经济、社会、生态环境、公共服务多个维度选取指标,与现有指标体系相比增加了对生态环境、公共服务的考虑,避免了单一因素的片面性。其次,采用主成分分析法和相关分析法对指标进行初选,计算每个指标的重要性水平,选出重要性水平最大的指标;进行相关分析的目的是明确各指标之间的相关关系,保证筛选后的指标之间不具有明显的相关性,将重要性水
15、平最大的指标和与之相关的指标剔除。最后,对剩余指标再次进行主成分分析,依据重要性水平和相关性依次进入评价指标体系,既能避免指标之间存在的信息重复和冗余,又能保证指标体系的综合全面性,筛选出既精简又能体现大部分信息的指标。剔除相关系数大的指标主要用相关分析方-105李紫萱 等 河北省高速铁路与区域协调发展时空耦合协调关系研究法,计算公式如下。rij=k=1n()xik-x i()xjk-x jk=1n()xik-x i2k=1n()xjk-x j2式中:rij为第i个指标和第j个指标的相关系数;xik为第k个评价对象第i个指标的值;xjk为第k个评价对象第j个指标的值;x i为第i个指标的均值;
16、x j为第j个指标的均值;k=1,2,n。1.2评价指标的初步筛选对已有区域协调发展指标体系构建的文献进行梳理和分析,初步确定区域协调发展测度的4个一级指标,即经济、社会、生态环境和公共服务,区域协调发展初步筛选指标如表1所示。1.3区域协调发展指标体系构建对初步筛选的所有指标进行初次主成分分析,并依据方差贡献率和荷载系数计算重要性水平。当指标重要性水平接近零时,删除该指标。以IM表示指标重要性水平。IM=|L1|Cont1+|L2|Cont2+|Ln|Contn式中:Li为指标xi的载荷系数,i=1,2,n;Conti为各主成分的方差贡献率,i=1,2,n。以经济子系统指标为例,对指标实证筛
17、选过程进行说明。经济子系统的初步筛选指标包括社会消费品零售总额(X1)、一般公共预算收入(X2)、进出口总额(X3)、一般公共预算支出(X4)、城镇居民人均可支配收入(X5)、农村居民人均可支配收入(X6)、城镇登记失业率(X7)、第三产业增加值占GDP比重(X8)、GDP增长率(X9)共9项指标。1.3.1第一次主成分分析对初步筛选的指标进行主成分分析,由主成分分析得到的方差贡献率和载荷系数绝对值计算重要程度。应用SPSS软件,进行第一次主成分分析,由公式计算指标的重要性水平,主成分分析结果如表2所示。表1区域协调发展初步筛选指标Tab.1Preliminary screening inde
18、x of regional coordinated development一级指标经济社会生态环境公共服务二级指标社会消费品零售总额,亿元;一般公共预算收入,亿元;进出口总额,亿元;一般公共预算支出,亿元;城镇居民人均可支配收入,元;农村居民人均可支配收入,元;城市登记失业率,%;第三产业增加值占GDP比重,%;GDP增长率,%城乡居民收入比,%;城市化率,%;人均财政教育支出,元;职工基本养老保险参保人数,万人;教育经费占GDP比重,%;人口密度,人/km2;大学生数量,万人;人口自然增长率,%;公园绿地面积,m2污水处理厂集中处理率,%;工业氮氧化物排放量,t;森林覆盖率,%;工业二氧化硫
19、排放量,t;水资源总量,亿m3;人均公园绿地面积,m2;生活垃圾无害化处理率,%;建成区绿化覆盖率,%人均城市道路面积,m2;城市用水普及率,%;城市燃气普及率,%;互联网用户数,万户;医院数,个;城镇职工基本医疗保险参保人数,万人;在校大学生数,人;普通中学学校数,所;公共图书馆藏书量,万册;教育支出占地方财政支出比重,%表 2主成分分析结果Tab.2Results of principal component analysis指标方差贡献率X1X2X3X4X5X6X7X8X9Cont10.5260.9320.8860.7500.9470.3160.4940.077-0.0600.161Co
20、nt20.2330.0990.4350.392-0.020.9060.807-0.950.202-0.007Cont30.119 7-0.1650.0780.220-0.0910.193-0.140-0.2620.9760.042Cont40.0780.1900.0460.1850.0660.048-0.0220.0250.0440.986Cont50.025 80.1570.0720.446-0.1820.0950.0710.0020.0300.026Cont60.008 10.1590.0920.033-0.2360.032-0.00500.0030.002Cont70.0050.054-
21、0.0290.0230.022-0.0410.2810.074-0.0120Cont80.004 40.057-0.0160.009-0.0020.168-0.0020.13100.003Cont90.000 4-0.0360.0580.001-0.010-0.001-0.002-0.0060.0020重要性水平0.553 60.583 00.538 40.525 40.407 70.469 50.296 10.199 70.168 6-106李紫萱 等 河北省高速铁路与区域协调发展时空耦合协调关系研究由表2可知,初选指标体系中各指标的重要性水平均不接近于零,因此可全部保留至下一步骤,同时也证
22、明了指标的科学合理性,确保了上述所提到的指标选取的科学合理。1.3.2相关性分析对指标进行相关分析,得到相关系数矩阵。判断指标之间相关性的标准为0.3,以“1”表示指标之间存在相关关系,“0”表示指标之间无相关关系,结果如下。r=111010001111100011011000110010000110110011111000000010000000000000000000结合表2和相关系数矩阵,第三产业增加值占GDP比重(X8)、GDP增长率(X9)与其他指标均不相关,故直接进入最终的指标体系,并对剩余指标再次进行主成分分析。1.3.3第二次主成分分析对剩余7个指标进行主成分分析,可知重要性水
23、平最高的为指标X7。以重要性水平为选择依据,选取重要性水平高的指标进入最终指标体系,并剔除与该指标相关的其他指标,重复此步骤。根据计算结果,城镇登记失业率(X7)进入最终指标体系,删除与之相关的城镇居民人均可支配收入(X5);农村居民人均可支配收入(X6)进入最终指标体系,删除与之相关的社会消费品零售总额(X1)、一般公共预算收入(X2)、进出口总额(X3)、一般公共预算支出(X4)。至此,经济子系统指标最终由农村居民人均可支配收入(X6)、城镇登记失业率(X7)、第三产业增加值占GDP比重(X8)和GDP增长率(X9)构成。其他子系统指标的筛选过程类似。区域协调发展评价指标体系如表3所示。2
24、高速铁路网络评价指标体系构建2.1高速铁路网络评价指标体系目前用于高速铁路发展水平的评价指标较少,张清兰采用高速铁路里程、高速铁路站点数量、最邻近指数、联系强度、流出强度、流入强度和通达性等指标构建了高速铁路优势度评价体系13;金江磊采用路网密度、结合度、成环率、连接率、环路指数、节点线路数、最短运输距离等作为高速铁路通达度指标14;邵海雁则利用ArcGIS成本距离工具生成各节点的可达性分析图,依据栅格成本距离计算得到节点间最短时间15。依据已有相关文献对高速铁路评价指标进行收集和整理,并进行初步筛选和比较,作为指标实证筛选基础。高速铁路系统指标筛选过程与区域经济子系统实证筛选过程一致,高速铁
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