交通运输是国民经济的基础产业,与区域经济社会发展具有密切的联系。高速公路作为现代交通设施,它的出现和快速发展缩短了时空距离,适应了人类对于速度和效率的追求,对人们的生产和生活方式产生巨大改变,也引发国内外学者对高速公路影响的关注^[1]。

众多国外学者进行了早期研究,形成了一系列相关理论,如区位论、交通运输通道理论等。他们在研究高速公路对区域社会经济影响的同时开始关注高速公路的环境外部性问题^[2~4]。一些国内学者对交通系统与区域发展做了深入的研究,成果丰硕^[5~9]。牛树海分析了高速公路网的时空收敛效应^[10];更多的学者则侧重研究高速公路对沿线社会经济的影响 ^[11~17]。

在理论研究不断深入的同时,国内对于高速公路影响的研究方法也在不断改进、实证研究不断增多,DEA方法、协调分析方法、投入–产出模型、经济适应度评价法、系统动力学模型等方法已经被应用于高速公路经济社会效益的评价工作中^[18~21]。然而目前研究多是宏观态势评价分析,较少涉及差异性,本研究在前人基础上从经济社会环境角度建立高速公路对区域发展影响综合评价指标体系,构建DAEF评价模型,尝试将态势评价与差异评价相结合应用于山东省实证。

1 评价体系构建

1.1 高速公路对区域发展影响评价模型构建

目前常用的评价方法主要有德尔菲法、数理统计方法、层次分析法、数据包络分析法、灰色关联分析法、模糊综合评判法、人工神经网络法、数理统计方法等等,同时随着知识的积累、科技的进步,近年出现许多新方法与趋势^[22]。

研究采用的评价算法集成了德尔菲法（Delphi）、层次分析法（AHP）、信息熵（Entropy）、模糊综合评判法（FCE）的成功之处,简称DAEF算法,将实践经验和科学理论相结合、从定性到定量的数学方法,体现了这四种算法各自的优势：① 采用德尔菲法优化待评价对象的指标,构建评价指标体系;② 建立评价指标的递阶层次结构,计算指标体系底层元素的组合权重;③ 运用信息熵理论修正用AHP方法求得的评价指标的权重;④ 依据模糊数学理论,进行模糊运算。

1.2 指标体系构建

结合高速公路对区域发展影响的宏观性、间接性、长效性特点与指标选取的基本原则,综合相关领域专家意见及前人研究成果,运用德尔菲法（Delphi）构建高速公路对区域发展影响评价的指标体系,包括经济影响、社会影响、环境影响3个一级指标、7个二级指标、26个三级指标（表1）。

1.3 指标权重的确定与修正

利用AHP方法通过层次单排序获得相对权重,通过层次总排序获得各级指标的组合权重,以此表征各指标对总目标的重要性^[23]。

由于AHP评价过程有主观臆断性的缺陷,利用信息熵（Entropy）对不同指标的相对重要性进行比较,提供一个相对重要度的测度,并引入评价者主观判断权值,合成一个实用权值（表1）,最终可以排除人为因素、风险因素等的干扰。

用信息熵对其修正的步骤如下^[24]：设评价指标集U=[u₁,u₂,…,u_n],AHP法权重W=[w₁,w₂,…,w_n],其判断矩阵为B=(b_gh)_q×q。

① B进行归一化处理b^′_gh=b_gh/∑g=1qbgh(g,h=1,2,…,q);

② 定义指标U_h(h=1,2,…,q)的输出熵E_h=-(lnq)-1( ∑g=1qb'ghlnb'gh);

③ 求指标U_h的偏差度d_h=1-E_h;

④ 确定指标U_h的信息权重 μ=d_h/ ∑h=1qdh;

⑤ 将权数分配集合W=[w₁,w₂,…,w_n]修正为W^′=[w₁^′,w₂^′,…,w^′_n],计算公式w^′_h=μ_hw_h/ ∑h=1q(μhwh)。

1.4 高速公路对区域发展影响的模糊综合评判

1） 构建隶属度矩阵

具体的评价指标P建立在二级指标体系C上的即P→C的评价模型。假定,评价区域内共有m个单位,二级评价指标集合C中某一指标P_i（i=1,2,n;n=3,4,5）在第s个区域单元上的实测值为p_i^(s)。

若评价指标P_i是越大越优型的,令a_i^(s)=[p_i^(s)-min(p_i)]/[max(p_i)-min(p_i)];若评价指标P_i是越小越优型的,令a_i^(s)=[max(p_i)-p_i^(s)]/[max(p_i)-min(p_i)],显然a_i^(s)就是第s个区域单元在指标P_i上从属于总目标的隶属度。这样就可以得到如下的隶属矩阵（A_CP）：

ACP=a11a12⋯a1ma21a21⋯a2m⋯⋯⋯⋯an1an1⋯anm

2） 模糊计算

在二级评价指标C中,如果各指标的权重W_CP已经确定,评价结果V_CP可用W_CP·A_CP求得,V_CP=[V⁽¹⁾_CP,V⁽²⁾_CP,…,V^(m)_CP]=W_CP·A_CP,其中V^(s)_CP为第s个区域单元在指标C上从属于总目标的隶属度。同理可得第s个区域单元在指标A上从属于总目标的隶属度^[23]。

2 高速公路对山东区域发展影响

为检验评价指标体系和评价方法的科学性与实用性,结合“山东省十二五规划纲要”提出在“一群一圈一带”布局基础上“加快打造山东半岛蓝色经济区、加快建设黄河三角洲高效生态经济区、加快建设省会城市群经济圈、加快建设鲁南经济带”的发展格局和山东省高速公路的发展历程与“十二五”建设目标,研究从态势、差异两个角度分析高速公路对山东省区域发展的影响。

2.1 研究区范围界定

空间相互作用与交通流自身属性有关,具有随距离延伸而不断衰减的特征,距离衰减是交通流的基本空间属性^[25],正确划定交通流是定量分析和科学评价其影响效益的前提,研究联合运用“轴线–轴心法”和“过境行政区法”确定研究区范围。

根据山东省高速公路图等图件,在ERDAS、ArcGIS辅助下获得境内干线（高速公路）与支线（国道、省道）到达目的地的里程数;通过实地调研获得其他所需数据,包括省内干线、支线的平均速度与平均运输成本等。将数据代入运费–时间模型^[26,27],计算山东省高速公路影响范围,建立“轴线–轴心”缓冲区,将这一带状区囊括的县级行政单元作为高速公路的影响范围（图1）,据此将山东省划分成现状影响区与潜在影响区。

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图1   山东省高速公路分布与研究范围

Fig.1   The study area and expressway network of Shandong Province

2.2 高速公路对区域发展影响态势评价

山东省第一条高速公路——济（南）青（岛）高速公路1993年底建成实现全线通车,选取1994~2009年为研究时段,以山东省多年社会经济统计数据和环境折算数据^[28]为数据来源,进行高速公路对山东省区域发展影响态势的评价。研究认为评价指标P_i（i=1,2,…,23）是越大越优型的,P_i（i=24,25,26）是越小越优型的,根据上述操作步骤构建高速公路对山东省区域发展影响隶属度（表2）,利用隶属度与信息熵修正后的权重,进行模糊计算,计算结果见表3。

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图2   高速公路对区域发展影响贡献率

Fig. 2   The contribution rate of expressway’s impact on regional development

总体来看,高速公路对区域发展的影响越来越大,除1994~1997年呈现波动上升趋势,整体一直保持上升的趋势。

1） 高速公路对区域经济、社会发展呈正向影响,对区域环境变化呈现负向影响,为反映影响程度引入贡献率。从影响贡献率大小看,同一年份的这3方面的影响中,1997年以前经济影响贡献率最大,社会影响贡献率与环境影响贡献率次之;1997年以后,社会影响贡献率一直最大,环境影响贡献率与经济影响贡献率排名先后有变动。同时可以发现,社会影响贡献率与环境影响贡献率发展趋势大致沿坐标轴呈对称式变化（图2）,这说明高速公路经济、社会影响与环境影响存在一定的关联,经过灰色关联法验证^[29,30],高速公路社会影响与环境影响相关度为0.861;高速公路经济影响与环境影响相关度为0.784。

2） 各种影响评价结果的变化速率,反映了区域发展对高速公路响应的灵敏程度。2005年以前,高速公路的社会影响变化速率最大,经济影响的变化速率与环境影响的变化速率较慢且位次有年际变化;2005年后高速公路的社会影响与环境影响的变化速率较大、位次有年际变化,经济影响的变化速率最小。

经济指标中,区域经济发展速度对高速公路的灵敏度处于波动下降中,而区域产业结构、区域经济效益对高速公路的灵敏度却在稳步上升;社会指标对高速公路灵敏度逐渐上升,其中区域现代化进程最高,区域外向联系次之,区域教育医疗卫生最低;高速公路环境负外部性增强。

2.3 高速公路对区域发展影响差异评价

鉴于山东省内多数地级市将市辖区作为一个整体进行数据统计,加之部分统计数据难以获得等限制,差异性研究仅限于山东省91个县（市）。

2.3.1 高速公路对山东省区域经济影响差异

高速公路对现状区的影响总体上要强于其对潜在区的影响,而且就中西部地区而言,对北侧区域经济影响力要强于南侧（图3a）。高速公路对潜在区的经济发展速度影响要高于现状区,区内也存在着明显的差异。在潜在区内部的这一指标评价结果中,德州、东营等西北地区要高于菏泽等西南地区,东部地区最低;在现状区内部则规律性不强,影响较大的县（市）主要是集中在潜在区附近,整体上西部强于中部和东部地区（图3b）。高速公路对现状区经济发展效益的影响要明显高于潜在区。两区内部差异分布规律类似：胶东地区最高,德州、东营等西北部地区次之,菏泽、聊城等西南部地区、临沂等东南部地区大致相当,影响最弱（图3c）。高速公路对现状区经济结构的影响略高于潜在区。在两区内部,高速公路对各县（市）影响大致相当,差异分布规律性不强（图3d）。

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图3   高速公路对山东省区域经济影响差异

Fig. 3   The different impact of expressway on regional economy

2.3.2 高速公路对区域社会影响差异

无论是从总体还是具体指标看,高速公路对现状区的社会影响大于潜在区,从图4也能得出上述结论,而且区内差异都十分明显,分布规律也类似：影响最大的集中分布在青岛、烟台、威海地区,在中部地区也有零星分布;其他地区差异不大,影响力较为均衡;同时在山东省的中部地区内,北侧区域要好于南侧区域。

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图4   高速公路对山东省区域社会影响差异

Fig. 4   The different impact of expressway on regional society

2.3.3 高速公路对区域环境影响差异

高速公路对现状区、潜在区环境发展影响差异不显著,评价结果无明显规律,在部分地区甚至出现了高速公路对现状影响区环境影响要弱于潜在影响区的情况,这反映出高速公路生态溢出效益与负外部效益的经济价值大致相等,甚至正向经济价值超过了其产生的损失（图5）。

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图5   高速公路对山东省区域环境影响差异

Fig.5   The different impact of expressway on regional environment

3 结论与讨论

高速公路是现代社会重要的交通设施,也是区域交通运输网络的动脉。为充分研究高速公路对区域发展影响的态势与差异性,本研究设计了“指标遴选–权重确定与修正–评价运算”的评价体系流程,从经济社会环境角度建立指标体系,构建集德尔菲法（Delphi）、层次分析法（AHP）、信息熵（Entropy）、模糊综合评判法（FCE）于一体的DAEF评价模型,并应用于山东省加以检验。

1） 评价体系能够准确反映高速公路对区域发展影响的态势。高速公路对山东省区域经济、社会发展呈正向影响、对区域环境变化呈负向影响,影响力逐渐增强;各种指标对高速公路反应灵敏度随时间推移呈现一定规律：经济指标中,区域经济发展速度灵敏度波动下降,区域产业结构、区域经济效益的灵敏度在稳步上升;社会指标中区域现代化进程灵敏度最高,区域外向联系次之,区域教育医疗卫生最低;高速公路环境负外部性增强。

2） 评价体系能够准确反映高速公路对区域经济、社会影响的空间差异。高速公路对山东省现状区的影响强于潜在区,影响力在各区具有自东向西递减的趋势,在中部又有北侧高于南侧的现象,即对“山东半岛蓝色经济区”、“济南都市圈”部分影响最大,“黄河三角洲高效生态经济区”部分次之,“鲁南经济带”部分最低,分指标评价结果差异性明显。

3） 评价体系对高速公路环境影响差异评价不够理想,究其原因在于高速公路环境外部性的货币化难以实现。实证数据是以行政区统计数据多次变换运算得出,而非根据O-D量等高速公路数据独立计算,这也是本评价体系未来改进所在。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献

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