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2016 , Vol. 35 >Issue 9: 1687 - 1700

DOI: https://doi.org/10.11821/dlyj201609008

研究论文

长春市各级交通路线对城市功能用地变化的作用效应关系研究

  • 马佐澎 ,
  • 李诚固 ,
  • 张婧 ,
  • 申庆喜 ,
  • 周国磊 ,
  • 冯铁宇
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  • 东北师范大学地理科学学院,长春 130024
通讯作者：李诚固（1960- ）,男,吉林通化人,博士,教授,博士生导师,主要研究方向为城市地理与城市规划。E-mail:

作者简介：马佐澎（1989- ）,男,山东潍坊人,博士研究生,主要研究方向为城市地理与城市规划。E-mail:

收稿日期: 2016-03-09

  要求修回日期: 2016-07-18

  网络出版日期: 2016-09-10

基金资助

国家自然科学基金项目（41171103）

中央高校基本科研业务费专项资金（2412015KJ022）

收起

The relationship between different types of traffic route and functional urban land use in Changchun

  • MA Zuopeng ,
  • LI Chenggu ,
  • ZHANG Jing ,
  • SHEN Qingxi ,
  • ZHOU Guolei ,
  • FENG Tieyu
Expand
  • School of Geographical Science, Northeast Normal University, Changchun 130024, China

Received date: 2016-03-09

  Request revised date: 2016-07-18

  Online published: 2016-09-10

Copyright

《地理研究》编辑部
Fold

摘要

利用长春市中心城区2003年、2013年土地利用现状图,运用廊道效应原理与ArcGIS空间分析功能,揭示了交通系统“快速化”背景下长春市各级交通路线对城市功能用地演替的作用效应关系。研究发现：轻轨、主干路、快速路对商服用地的吸聚效应依次增强,快速路沿线商服用地主要用于专业化市场建设,轻轨沿线商服用地用作综合性商场开发;快速路对沿线居住用地吸聚强度大于主干路,轻轨对沿线居住用地具有近距离排斥效应;在市中心区,快速路、主干路、轻轨对工业用地的排斥强度依次增强,但随着由中心至外围的过渡,快速路的排斥效应将转化为吸聚效应。各级交通路线对沿线城市功能用地作用效应的差异性,一定程度上推动了长春市城市地域结构的演变。

关键词： 交通路线; 城市功能用地; 变化; 作用效应; 长春

本文引用格式

马佐澎 , 李诚固 , 张婧 , 申庆喜 , 周国磊 , 冯铁宇 . 长春市各级交通路线对城市功能用地变化的作用效应关系研究[J]. 地理研究, 2016 , 35(9) : 1687 -1700 . DOI: 10.11821/dlyj201609008

Abstract

The land status maps covering the years 2003-2013 provide the main data for this article. With the help of corridor effect theory and ArcGIS analysis tools, the paper studies the relationship between different traffic routes and urban land use against a backdrop of a rapidly expanding traffic system. The research revealed the following: light rail, trunk roads and expressways attract commercial land usage along traffic routes, and this, in turn, intensifies and exacerbates that attraction. Commercial land along expressways is mainly used for the construction of specialized markets. Commercial lands along light rail routes are used for the construction of comprehensive shopping malls. Trunk roads going to residential areas have less commercial appeal. Similarly light rail routes to residential areas tend to have a repulsion effect on commercial usage. In city center areas, expressways, trunk roads and light rail exclude industrial lands along traffic routes, and this, in its turn, further intensives the exclusion effect. However, with the transition from the center to the periphery, the current repulsion effect of expressways will be converted to an attraction effect. These differences in the effects of traffic routes on urban land use contribute to the evolution of Changchun city's urban area structure.

Key words： traffic routes; lands for urban functions; change; effects of action; Changchun

1 引言

交通路网是城市功能地域的骨架,城市功能用地是依附在这些骨架上的肌体。交通路网的形成与变化促进城市不同功能用地的空间集聚、扩散,带来城市空间结构形成与演变,随着中国大城市交通系统向“快速化”的转变,轨道交通与城市快速路快速发展,其作用日益凸显,交通路线布局对城市功能用地的作用特征与效应发生新的变化,传统的道路布局与城市功能用地关系被打破,城市功能用地面临新的布局调整,这种调整使城市空间进入内城更新、功能提升的变化过程。因此,探讨交通路网的新变化对城市功能用地演变的作用成为近年来中国城市地理学、城市规划学等学科关注的研究领域。
西方关于交通与城市功能地域关系研究起始于20世纪初古典经济学派的区位论,区位论分析市场、生产与距离之间的关系,强调交通区位优势在生产布局中的作用[1]。20世纪20-40年代,芝加哥学派的土地利用三模式考虑到交通易达性对土地利用布局、居住区分异、城市次中心培育的影响[2]。20世纪50-60年代,西方进入高速公路的快速发展期,学者们围绕高速公路布局与城市更新、立体交叉口与新节点开发、“路边镇”展开城市空间研究[3]。20世纪60-80年代,“数量方法”的兴起和GIS技术的引进,推动了西方交通与土地利用相互关系的理论模型研究[4-8]。20世纪80-90年代,在经历模型研究热潮后,国外学者重新关注非计量领域研究,重点探讨交通与土地利用协调下的规划思想[9]、管理思路[10]及相应措施[11,12]。20世纪90年代后,为遏制城市蔓延问题,西方学者开始关注城市大公共交通,重点分析公交[13,14]、地铁[15]、BRT[16,17]、轻轨[18-20]的发展与沿线土地利用结构及开发强度的关系。
中国关于交通与城市功能地域关系的研究起步较晚,主要研究成果有梳理西方交通与城市功能地域相互作用的模型[22,24]、方法论[21]和理论基础[21-25]。在城市层面上侧重探讨路网与城市空间形态[26,27]、住宅空间扩展[28]、商业网点布局[29]与等级分化[30]、工业区集聚与扩散[31]的关系,可达性分析[32,33]是主要的研究方法。在微观尺度分析轨道交通[34,35]、城市干道[36,37]、公路[38]对沿线不同类型土地的集聚、扩散效应。近年来,随着中国城市轨道交通、快速路的快速发展,中国学者更关注轨道交通对中心市区空间结构升级的作用,快速路与老城区更新的关系。基于当前城市综合交通特征、格局的显著变化,研究各级交通路线对城市功能用地布局的作用效应特征与效应的空间差异性的成果并不丰富,尽管中国一些学者已经注意这一研究的重要性与迫切性。
本文试图从长春市交通路网格局、城市功能用地变化分析入手,利用2003年、2013年各级交通路线数据、城市功能用地数据,运用ArcGIS软件,借助空间计量方法,分析各级交通路线演变与城市功能地域集聚、扩散的时空耦合特征,研究主要城市交通路线对城市功能用地转变的作用效应,探讨各级交通路线对城市功能用地作用强度的分异特征。本文的研究意义在于从中微观尺度探讨城市主要交通路线对城市功能用地的作用机理,以达到丰富与深化中国城市功能空间理论的研究目的,为中国大城市空间各种交通方式的合理配置,促进城市空间更新提供实践指导。

2 数据来源与研究方法

2.1 研究区域的选择

本文的研究区是《长春市城市总体规划（2000-2020）》确定的中心城区,包括南关区、朝阳区、绿园区、宽城区、二道区5个行政区和高新区、经开区、净月区、汽开区4个国家级开发区（图1）,总面积为612.08 km2。选择这一研究范围主要是考虑到该区域涵盖了长春市的全部城市轨道交通、城市快速路的95.00%、城市主干道的80.00%、次干路的75.00%、支路的56.00%。至2013年,长春市中心城区已开发商服用地21.21 km2、居住用地98.09 km2、工业用地75.81 km2,轻轨53.66 km、快速路203.36 km、主干路293.24 km、次干路379.79 km、支路669.69 km。
Fig. 1 Sketch map of Changchun city center

图1 长春市中心城区示意图

2.2 数据来源与处理

本文的研究数据包括两类：一是城市土地利用数据,即2003年和2013年长春市中心城区城市建设用地变化数据,这些数据来源于长春市城市规划年度报告（遥感数据分析与实际调绘结合）。用地数据的处理方法是,运用ArcGIS 10.0软件的矢量化功能,从城市土地利用现状图中,分别获取2003年与2013年商服用地、居住用地和工业用地三类用地数据。二是交通路线数据,获取方法是以土地利用现状图为基准,参考1996年、2010年版城市道路系统规划图,将长春市中心城区道路交通图进行空间配准和分级矢量化所得。

2.3 研究方法

2.3.1 交通路网的线密度分析 交通路网密度是指一定区域内交通路线总长度与该地区区域面积的比值。ArcGIS的线密度分析功能为我们计算交通路网密度提供了行之有效的方法。其操作原理是将以各个栅格像元中心为圆心的圆作为搜索窗口,把落入搜索窗口的线状要素长度与其population字段相乘并求和,计算加权总长度与搜索窗口面积的比值,计算公式为：
Density = L 1 × V 1 + ( L 2 × V 2 ) S （1）
式中：S为搜索窗口的面积;L1和L2为各交通路线落入搜索窗口部分的长度;V1、V2是与之相对应的population字段值,实际操作中,可根据各级交通路线的属性,对其population字段赋予不同的权重[39]。由于本文对路网密度进行分级计算,故没有进行交通路线权重赋值。本文中,线密度分析主要用于刻画城市路网空间格局演变趋势,为进一步分析路网格局与城市功能地域演变的关系提供基础支撑。
2.3.2 核密度分析 本文利用核密度估计法的空间平滑法分析长春市中心城区商服用地、居住用地、工业用地的空间分布密度,旨在揭示城市商业、居住、工业功能地域的空间规模、等级演化以及集聚、扩散特征。核密度估计法能够有效反映地理现象空间扩散的距离衰减规律,距离越近的要素赋予更大的权重[29]。核密度方程为：
F x = 1 n h d ∑ i = 1 n K x - x i h （2）
式中：K(x)表示核密度方程;h为阈值;n为落入搜索窗口内的点数;d为数据的维度。d=2为最常用的核密度公式：
F x = 1 n h 2 π ∑ i = 1 n 1 - （ x - x i ） 2 + ( y - y i ) 2 h 2 （3）
式中：(x-xi)2+(y-yi)2表示点（xi, yi）与（x, y）的离差。
在ArcGIS平台下,获取长春市商服用地、居住用地和工业用地地块的质心,采用空间分析模块中的核密度分析功能,以地块面积作为权重,选择Kernel密度类型,采用Jecks Natural Break分类法,将各类用地分布地域划分为低密度区、较低密度区、中等密度区、较高密度区和高密度区五类。
最后,为分析长春市交通路网格局与城市功能用地演替的空间关联,本文利用ArcGIS空间分析模块中的多元分析—波段集统计（Multivariate-Band collection statistics）,对各级交通路网线密度与城市功能用地核密度进行相关性分析,目的是揭示轻轨、快速路、主干路、次干路和支路分别与哪一类城市功能用地演变的关系较为密切,为后续研究轻轨、快速路和主干路对沿线城市功能用地空间作用效应研究提供现实基础。
2.3.3 廊道效应原理与对数衰减函数 廊道分为人工廊道和自然廊道,人工廊道以交通道路为主,自然廊道则以河流为主。廊道围绕其周边一定范围内存在着影响区,被称为廊道区。廊道效应是指在廊道区内,存在以廊道为轴线的效应梯度场,场强自内而外随距离逐步衰减。理论上,廊道效应的空间作用强度可以用对数衰减函数（式4）进行测算：
D = f e = aln ( a ± （ a 2 - e 2 ） e ) ∓ ( a 2 - e 2 ) （4）
式中：e为廊道效应的梯度场效益;D为距廊道本身的距离;a是常数,表征最大廊道效应强度。其函数图像表现形式如图2所示,当距离廊道的距离由d1扩大到d3时,廊道效应强度则由e1降至e3。同时,廊道等级的高低决定了最大廊道效应a的大小。
Fig. 2 Curve of corridor effect change with distances

图2 廊道效益距离衰减曲线

廊道效应包括流通效应和场效应。已有研究表明[34,38],城市交通路线对沿线城市功能用地的廊道效应主要表现为场效应。场效应是指交通道路建成后,道路对廊道区内城市用地开发的刺激效应（刺激非建设用地转化为建设用地）及促使各类城市功能用地的空间重组效应。本文重点研究交通道路建成后对已有城市功能用地分布的重组效应。交通路线空间重组效应的作用机制是,城市道路的建设提高了沿线土地空间的可达性,可达性水平以交通路线为轴线由内而外逐次递减,使得沿线土地区位条件与市场吸引力发生相应调整,导致各类城市用地按照各自的区位要求与付租能力等特性,在交通道路不同影响区之间进行重新区位选择。此外,城市建设赋予各级道路不同的行车速度、运输职能,致使各级道路改善沿线土地可达性具有明显的差异。这样,各级道路在推动沿线城市功能用地变化方面又呈现出显著的差异性。

3 结果分析

3.1 长春市交通路网和城市功能地域的演变格局

快速路建设大致呈圈层式向四周扩展,但也具有一定的方向选择性,快速路在城市东北、西南向延伸最显著,城市东南部快速路建设明显不足（图3a和图4a）。主干路布局的松散性增强,并且形成以长春大街—西安大路为分界线的“南密北疏”的空间格局（图3b和图4b）。次干路呈“轴带+片区”状向外延伸。2013年次干路沿伊通河、建设街—人民大街形成两条中等密度带,在城市边缘地区形成景阳广场附近、世纪广场东南侧、福祉大路立交桥周边等若干中等密度区（图3c和图4c）。支路建设具有明显的“空间极化”特征。10年间,支路高密度区始终分布在建设街、工农大路、自由大路、人民大街、平泉路—亚泰大街和长白路围合的区域内,并且2013年这一区域新增4处高密度中心（图3d和图4d）。轻轨交通路线由火车站向南部、东南部辐射,其余方向发展薄弱（图3e和图4e）。
Fig. 3 The distribution pattern of line density of all kindsof traffic routes of Changchun in 2003

图3 2003年长春市各级交通路线线密度分布格局

Fig. 4 The distribution pattern of line density of all kinds of traffic routes of Changchun in 2013

图4 2013年长春市各级交通路线线密度分布格局

长春市中心城区商业地域结构由“单中心”向“多核心”演化。2003年,长春市中心城区拥有“一核、两心、三节点”的商业地域结构,“一核”是人民广场—重庆路片区,“两心”是指欧亚卖场片区和净月潭商贸大厦片区,“三节点”分别是南湖宾馆片区、宽城万达片区和正阳广场汽贸城片区（图5a）。2013年,长春市中心城区商业空间演化为“多样化、多核心”的地域结构,三环路沿线新增高力汽贸城、四季青市场、中东瑞家家居市场3个专业化商业服务中心,而中东大市场片区、宽城万达片区升级为高密度区,和人民广场—重庆路片区,构成长春市3个综合性服务中心。欧亚卖场片区、净月潭商贸大厦片区和正阳广场汽贸城片区发生功能扩散,商业规模等级下降（图6a）。
Fig. 5 The regional structure of commerce, residence and industry of Changchun in 2003

图5 2003年长春市商业、居住、工业地域结构

Fig. 6 The regional structure of commerce, residence and industry of Changchun in 2013

图6 2013年长春市商业、居住、工业地域结构

长春市中心城区居住用地分布格局由“大集聚,小分散”向“小集聚,大分散”演变。2003年,长春市居住用地主要分布在自由大路—人民大街—河东路—东三环片区、红旗街与安达街之间的轴带片区两大集中区,并且集中区外围分布有人民大街与卫星路交汇处、临河街与南三环交汇处、东岭街与自由大路交汇处、四季村等若干分散布局的集聚中心（图5b）,整体上呈现“大集聚,小分散”的空间格局。2013年,两大片区在规模继续扩大的同时,片区内部涌现若干集聚中心,而外围零散分布的集聚中心逐步壮大,出现形成新片区的发展态势（图6b）,反映出该时期居住用地“小集聚,大分散”的空间分布特征。
长春市中心城区工业用地由圈层分布转变为东北、西南“两极集聚”的空间格局。2003年,长春市工业用地主要集中在“铁北工业区”、经开南区、高新南区和汽开区,空间上对市中心构成环状围合（图5c）。10年间,随着三环内工业用地逐步被其他功能用地置换,“铁北工业区”、经开南区工业用地集聚规模、集聚强度不断减小。同时,城市外围的汽开区、高新南区工业集聚规模持续扩大,经开北区形成新的工业集聚中心（图6c）。

3.2 长春市交通路网与城市功能用地演变的相关性分析

运用ArcGIS软件对上述研究所得的2013年三类城市功能用地核密度与交通路网线密度进行空间相关性分析,得出不同类型功能用地布局与各级道路线密度空间格局的相关系数,如表1所示。
Tab. 1 The correlation coefficient between road network density and urban land use nuclear density of Changchun in 2013

表1 2013年长春市交通路网密度与城市功能用地核密度相关系数

土地类型 快速路 主干路 次干路 支路 轻轨
商业用地 0.1346 0.3190 0.2866 0.5031 0.0935
居住用地 0.1659 0.2383 0.4749 0.4795 0.2802
工业用地 0.0905 0.1363 0.1022 0.1224 -0.1262
快速路线密度与居住用地核密度相关系数最高,商服用地居中,工业用地最低。从2003-2013年城市功能地域变化来看,东方广场、亚泰大街立交桥、景阳广场立交桥、青冈立交桥等新增居住用地高密度区选取临近快速路出入口布局;瑞家家居批发市场和高力汽贸城等新增专业性批发市场,依托快速路出入口形成商业集聚中心,而人民广场—重庆路、宽城万达片区等综合性商业中心则偏离快速路;汽开区、高新南区以及经开北区等工业用地高密度区主要分布在城市边缘地区快速路出入口附近,如图6所示。
主干路线密度与商服用地核密度相关系数最高,居住用地次之,工业用地偏低。从城市功能地域来看,人民广场—重庆路、中东大市场、欧亚卖场片区等综合性商业区布局在主干道交叉口处,外围新增专业性批发市场中心周边也有主干路经过。居住用地高密度区受商业中心的排挤,往往与主干道保持一定距离,如东部新星宇高密度区距主干路东三环、自由大路约1.5 km左右。经开南区、铁北工业区等扩散型工业中心多集中分布在主干路沿线。
轻轨线密度与居住用地核密度相关系数最高,商服用地偏低,而与工业用地核密度呈负相关。从各类功能中心与轻轨的空间关系可以发现,10年间,轻轨沿线新增中海兰庭、长春明珠、保利罗兰香谷、万科兰桥公寓4个居住用地高密度中心。轻轨沿线的宽城万达、中东大市场由次高密度区升级为高密度区,然而,轻轨沿线没有新的综合性商服中心、专业化市场中心形成。轻轨沿线主要分布着铁北区、经开南区等正由开发区向综合性城区转变的工业集聚区。
次干路和支路配合主干路,发挥集散区域交通流,兼具生活服务功能,因而在空间布局上与居住用地（图4c、图6b）、商服用地（图4d、图6a）具有耦合关系。但两者又存在一定的差异性,次干路线密度与居住用地核密度相关系数最高,商服用地次之,工业用地偏低。支路线密度与商服用地核密度相关系数最高,居住用地居中,工业用地最低。究其原因是,次干路行车速度快于支路,故在满足居民通勤对交通便捷性的需求方面,次干路比支路更具优势。支路行车速度缓慢,更适宜步行,增加了市民面对面接触的机会,有利于商业服务中心的发展。

3.3 长春市各级交通路线对城市功能用地的作用效应

本文选取城市交通路线的原则包括两个方面,一是城市交通路线应与城市中心保持一定距离,这是因为廊道效应作用效果远不如城市中心的辐射作用,如果交通路线至城市中心的距离过近,廊道效应作用效果将被市中心的圈层效应所掩盖[33,37];二是为保证快速路、主干路、轻轨的廊道效应作用强度具有可比性,需要控制各级道路所接受的市中心辐射强度相近,所以选取的快速路、主干路、轻轨路线至城市中心的距离应尽量保持一致。目前,长春市建成的轻轨路线仅有3号线、4号线,而3号线距离城市中心距离较近,并且经过了城市中心—外围的所有圈层,故3号线沿线土地布局是交通廊道效应和单中心城市空间结构圈层效应双重作用的结果,廊道效应效果并不完整独立。因此,轻轨路线选取新近建成通车的轻轨4号线。综合以上因素,本文选取至市中心距离相近、空间上互不干扰、2003-2013年建成的西部快速路、南三环和轻轨4号线三条路线作为本级交通路线的代表进行廊道效应空间作用效果研究。本文利用2003-2013年城市建设用地数据,根据廊道效应原理,以200 m、400 m、600 m、800 m、1000 m做缓冲带,划分出了5个廊道效应场（图7）,以揭示各级交通路线建成后对廊道区内已有城市功能用地的空间重组效应。
Fig. 7 Sketch map of light rail, expresswaysand trunk roads

图7 轻轨、快速路、主干路位置示意图

3.3.1 轨道交通效应 轨道交通对沿线商服用地具有吸聚效应。2003-2013年,轻轨4号线1 km效应场内商服用地由2.52 km2增至4.34 km2,增加72.22%。其中,5个效应场内商服用地依次增长1.49倍、1.13倍、62.20%、53.89%、27.61%,吸聚效应强度呈“以轨道交通为中心由内而外逐次降低”的距离衰减规律。从2013年轻轨沿线用地比例分布状况可发现,0~200 m效应场内商服用地占地比例最大,并呈现由内而外依次降低的分布规律（图8）。
Fig. 8 The spatial distribution of land use along LRT 4 in 2003 and 2013

图8 2003-2013年轻轨4号线沿线土地利用空间分布

轨道交通对沿线工业用地具有排斥效应。2003-2013年,轻轨4号线1 km效应场内工业用地由9.44 km2减少至5.09 km2,减少46.08%。其中,5个效应场内工业用地依次减少52.96%、49.87%、40.59%、42.72%、37.54%,排斥强度最高值分布在200 m以内效应场,排斥效应强度基本符合以轻轨为中心自内而外依次减弱的距离衰减特征。
轨道交通对居住用地具有近距离排斥效应,重塑沿线居住用地分布曲线呈“橄榄型”。2003-2013年,轻轨4号线1 km效应场内居住用地由26.91 km2减少至23.48 km2,减少12.74%。其中,5个效应场内居住用地依次减少53.76%、14.98%、20.28%、22.02%、18.53%,排斥效应强度最高值分布在200 m以内效应场,最低值分布在200~400 m效应场,形成2013年居住用地主要集中于距轻轨沿线200~400 m的布局模式。
3.3.2 快速路效应 快速路对沿线居住用地具有近距离吸聚效应。2003-2013年,西部快速路1 km效应场内居住用地由31.46 km2增至34.92 km2,增长11.00%。5个效应场内居住用地变化幅度依次为9.32%、7.25%、-12.34%、-16.98%、-12.93%,说明快速路对居住用地的廊道效应以400 m为临界点,随距离的增加吸聚效应将转化为排斥效应（图9）。
Fig. 9 The spatial distribution of land use along Expressway West in 2003 and 2013

图9 2003-2013年西部快速路沿线土地利用空间分布

快速路对沿线工业用地具有近距离排斥效应。2003-2013年,西部快速路1 km效应场内工业用地由54.20 km2增至78.68 km2,增长45.17%,其中,5个效应场内工业用地变化幅度依次为-35.33%、-5.39%、97.09%、1.26倍、1.21倍,说明快速路对工业用地的廊道效应以400 m为临界点,随距离的增加排斥效应将转化为吸聚效应,距快速路600 m以外地域成为工业企业的主要集聚空间。
快速路对商服用地具有近距离吸聚效应。2003-2013年,西部快速路1 km效应场内商服用地由2.14 km2增至2.94 km2,增长37.38%。5个效应场内商服用地变化幅度为1.91%、-0.58%、0.11%、0.06%、0.26%,200 m内效应场商服用地增长幅度显著高于其他效应场。
3.3.3 主干路效应 主干路对沿线商服用地具有吸聚效应。2003-2013年,南环城路1 km效应场内商服用地由1.86 km2增至6.15 km2,增长2.31倍。其中,各效应场内商服用地依次增加3.38倍、6.62倍、11.01倍、1.36倍、39.93%,吸聚效应强度最高值分布在400~600 m效应场,最低值分布在800~1000 m效应场,进而形成2013年主干路沿线商服用地占比的距离衰减式布局特征（图10）。
Fig. 10 The spatial distribution of land use along South Ring Road in 2003 and 2013

图10 2003-2013年南环城路沿线土地利用空间分布

主干路对沿线居住用地具有吸聚效应。2003-2013年,南环城路1 km效应场内居住用地由14.54 km2增至34.96 km2,增长2.41倍。其中,各效应场内居住用地分别增长71.45%、91.11%、99.74%、88.01%、1.69倍,吸聚效应强度最高值分布在400~600 m效应场,而800~1000 m效应场居住用地占比的异常增高,是由该效应场与南部快速路的200~400 m效应场相互重合所致。
主干路对沿线工业用地具有排斥效应。2003-2013年,南环城路1 km效应场内工业用地由19.53 km2增至40.56 km2,增长了1.08倍。其中,5个效应场内工业用地增长幅度依次为48.48%、97.45%、1.24倍、1.35倍、1.02倍,反映出越靠近城市主干路,工业用地增长速度越慢。从用地比例看,5个效应场内工业用地占比变化幅度依次为-9.94%、-0.20%、5.32%、3.82%、-5.30%,证实了城市主干路对工业用地具有排斥效应。
3.3.4 长春市各级交通路线对城市功能用地作用效应关系 交通道路的建设,改善了沿线土地的空间可达性,促使土地价格升值,受土地竞租机制的影响,工业用地的竞租能力低于商服、居住用地,因此,在市中心区,交通路线建设的效应是沿线不断吸引商住用地增长,而对工业用地表现出排斥效应。此外,轻轨、快速路、主干路分担着不同城市运输职能,致使它们对城市用地的作用效应有着显著差异。为更好地刻画空间效应的差异性,本文运用对数衰减函数,即式（4）,分别对2013年轻轨、快速路、主干路沿线三类城市功能用地分布曲线进行对数衰减函数拟合（表2）,发现所有曲线拟合优度处于0.3633~0.8133,说明曲线拟合效果较好。根据最大廊道效应强度,对比各级交通路线的空间作用效应,得出：
Tab. 2 The spatial differentiation's curve of land use along urban traffic routes in 2013

表2 2013年城市交通路线沿线土地利用空间分异曲线

道路等级 土地类型 空间分异曲线
轨道交通 工业用地 y =0.053ln(x)+0.1432
居住用地 y =0.164ln(x)+0.2448
商服用地 y =-0.011ln(x)+0.1768
快速路 工业用地 y =0.024ln(x)+0.518
居住用地 y =-0.096ln(x)+0.3827
商服用地 y =-0.019ln(x)+0.0436
主干路 工业用地 y =0.037ln(x)+0.3963
居住用地 y =-0.021ln(x)+0.3615
商服用地 y =-0.014ln(x)+0.0772
在市中心区,快速路、主干路、轻轨对其沿线工业用地的排斥强度依次增强。需要指出的是,快速路对工业用地的空间作用,随着至市中心距离的增加,排斥效应将转化为吸聚效应。在城市郊区,工业用地更加依附快速路网进行地域结构优化、重组。随着长春市“退二进三”城市更新策略的推进,中心城区依托硅谷大街、东风大街、东四环、北四环等城市快速路,改善了西南方位汽开区、高新南区的区位条件,在东北方位新建了高新北区、经开北区等产业园区,使这些边缘地区的开发区成为外迁工业企业的主要承载地域。长春市工业地域结构由“圈层状”逐渐转变为“两极集聚”的格局,如图11所示。
Fig. 11 Sketch map of the relationship between traffic system and urban function areas

图11 长春市交通系统与城市功能地域结构关系示意图

轻轨、主干路、快速路对商服用地的吸聚强度依次增强。然而,快速路、轻轨吸聚的商服用地的用途有着显著差异,快速路沿线商服用地主要用于专业性批发市场建设,轻轨沿线商服用地则用作综合性商贸中心开发。快速路行车速度快、物资周转率高,能够满足批发市场货物集散的发展要求,故城市边缘区的批发市场多依托快速路出入口建设,例如,长春市二环至三环地域的快速路出入口处形成了瑞家家居市场、高力汽贸城等若干专业性批发市场。轨道交通载客量大、流通速度快,站点人流往来频繁,扩大了原有综合服务中心的市场需求,拉动了综合服务中心等级的提升。例如,4号线沿线宽城万达片区、中东大市场片区由次高密度中心升级为高密度中心。因此,各级路网的相互配合,对长春市“多样化、多核心”商业地域的形成起到一定的推动作用。
快速路对居住用地的吸聚强度大于主干路,轻轨对居住用地具有近距离排斥效应。快速路对居住用地开发具有较强的刺激性,快速路沿线地区将快速转变为新型居住地域,而轻轨沿线居住用地受商服用地的排挤选择商服用地的外侧布局。长春市城市空间内部,主干路、次干路与快速路形成了密切的配合,快速路出入口的辐射范围被大幅度放大,从而刺激了快速路出入口附近居住用地集聚规模的不断扩大。例如,位于洋浦大街与吉林大路交汇处、北三环与亚太大街交汇处等快速路出入口的居住中心集聚规模不断壮大,出现连片发展的态势,致使中心城区居住地域呈现“大分散”的发展态势。轻轨交通站点的设置,改善了选址地段的区位条件,吸引房地产商围绕站点投资建设住宅小区,推动了沿线富奥花园、香墅街等原有居住用地集聚中心等级的提升,致使城市居住用地出现局部“小集聚”的地域特征。

4 结论与讨论

4.1 结论

传统理论在解释城市土地利用结构时,将交通路网视为同质交通路线,以“线性易达性”笼统地分析城市功能地域空间分布的方向不规则性,这显然已不再适用于分析当前“多样化”综合交通背景下的城市土地利用结构特征。因此,研究各级交通路线对城市功能用地的空间作用效应关系,对于解释当前城市空间结构的“新变化”具有重要的理论意义。本文通过对长春市中心城区交通路线对城市功能用地变化的空间作用效应研究发现：
（1）在城市中心区,交通道路的修建改善了沿线地区的可达性,促使土地价格升值,受土地竞租机制的影响,商服用地、居住用地具有趋向快速路、主干路、轻轨近距离布局的演变趋势,工业用地受商服、居住用地的排挤逐渐远离快速路、主干路、轻轨。
（2）在城市中心区,快速路、主干路、轻轨对其沿线工业用地的排斥强度依次增强;轻轨、主干路、快速路对沿线商服用地的吸聚强度依次增强;快速路对沿线居住用地的吸聚强度大于主干路,轻轨对居住用地具有近距离排斥效应。
（3）从中心向外围,快速路对工业用地的空间作用,将由排斥效应转化为吸聚效应。长春市依托东北、西南向的城市快速路,在城市边缘地区建设了高新北区、汽开区等开发区,引导工业企业的外围搬迁,形成“两极集聚”的工业地域结构。
（4）快速路与轻轨沿线商服用地的用途有着显著差别,快速路沿线商服用地用于专业性批发市场建设,以发挥快速路对专业批发市场的交通支撑作用。轻轨沿线商服用地用作综合性商场开发,以发挥轻轨交通对商业人流的集聚与扩散作用。
（5）快速路对居住用地开发具有较强的刺激性,快速路沿线地区将快速转化为新型居住地域,而轻轨沿线居住用地受商服用地的排挤选择商服用地的外侧布局。长春市快速路的圈层式扩张以及主次干路的密切配合,一定程度上推动了居住地域“大分散”空间格局的形成;而轻轨站点的建设,提高了原有居住中心的集聚强度,一定程度上促使居住用地出现局部“小集聚”的空间特征。

4.2 讨论

目前中国大城市进入到快速交通发展阶段,地铁、轻轨、快速路在城市道路交通的作用日益增强,长期以来“三级”路网（主干路、次干路、支路）为基础形成的城市功能用地格局被打破,面临着城市功能用地结构必须调整的战略选择。中国大城市新路网格局下城市功能用地布局原则、格局应是受到高度关注的研究领域。日本轨道交通与城市功能用地的有机结合,带来大城市功能用地格局的新变化是中国大城市道路与城市功能用地关系调整的有益借鉴,构建以轨道、快速路为基础的城市功能用地机制与格局是城市空间调整亟待解决的学术问题。未来中国地铁、轻轨捷运系统的快速发展,快速交通对人流的集聚与扩散作用更加突出,快速交通枢纽作用很快转变为城市功能地域的中心。对快速交通枢纽的综合规划,促进枢纽成为地域中心地是中国大城市功能区面临着的重大实践问题。
本文在探讨交通路线与城市功能地域演变关系时,将各级交通道路视为线状要素,研究廊道沿线土地利用结构,缺乏对主要交通道路节点（道路广场、立交桥、轻轨站点等）周边土地利用状况的比较分析,成为文章需要不断深化的研究领域。另外,长春市捷运系统正在不断完善,如地铁、轻轨,这为进行后期持续跟踪性研究增添新的内容。

The authors have declared that no competing interests exist.

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周素红, 闫小培. 西方交通需求与土地利用关系相关模型. 城市交通, 2005, 3(3): 64-68.交通需求与土地利用关系的协调是处理好城市交通体系与空间形态相互关系的重要前提,也是近年来城市研究中的热点内容之一.其中,模型研究又是该领域中的活跃分支.分别从相关模型研究的侧重、模型的研究基础、模型的研究范围和模型建立的理论基础等方面进行概述,认为近年来,随着交叉学科发展与新技术的应用,模型研究向综合化发展,人文主义得到重视,但多数综合模型实证性强,理论性与可移植性尚待加强.

DOI

[Zhou Suhong, Yan Xiaopei.The study of the integrated traffic demand-land use models in Western cities. Urban Transport of China, 2005, 3(3): 64-68.]

[25]
李泳. 城市交通系统与土地利用结构关系研究. 热带地理, 1998, 18(4): 307-310.阐述了城市交通系统与土地利用结构的内涵及其相互之间循环的作用与反馈关系,并指出城市交通规划的重要性及其过程中城市活动系统分析的意义.

DOI

[Li Yong.A study of the relationship between urban transportation systems and urban land use structures. Tropical Geography, 1998, 18(4): 307-310.]

[26]
沈体雁, 冯等田, 李迅, 等. 北京地区交通对城市空间扩展的影响研究. 城市发展研究, 2008, 15(6): 29-32.交通是城市空间扩展的主要内在适应性因素，并直接牵引城市空间扩展方向。论文选择北京市最具 代表性的3个区域（中心城、通州区和密云区），采用多变量逻辑回归模型研究交通对城市空间扩展的影响，发现不同交通道路对北京城市空间形态变化影响力不 同，中心城主要是受环路、高速、地铁和铁路的影响，而郊区则主要受国道和省道的影响。

DOI

[Shen Tiyan, Feng Dengtian, Li Xun, et al.The influence of transportation on urban spatial expansion in Beijing. Urban Development Studies, 2008, 15(6): 29-32.]

[27]
王雪微, 王士君, 宋飏, 等. 交通要素驱动下的长春市土地利用时空变化. 经济地理, 2015, 35(4): 155-161.利用长春市1995、2005 和2009年遥感影像图及相关统计数据,通过GIS空间分析及SPSS统计分析方法,总结14年长春市交通演变规律以及三个时间段内土地利用类型变化特 征,并进一步分析长春市交通与土地利用时空变化关系。研究认为:11995—2009年交通对城市土地扩展具有一定的制约作用,便利的交通条件为生产要素 的外迁以及建设用地的扩张提供良好的基础环境;2沿交通干线建设用地与耕地扩张呈现明显的廊道效应,城市建设用地的扩张和耕地的流失与交通线的距离关系越 来越密切,距交通沿线距离越近,建设用地所占比重逐渐增加,反之建设用地所占比重逐渐减少;3长春市建设用地的扩张主要沿对外交通和城市主干道发展,交通 干线成为建设用地的主要扩展轴。交通要素成为城市土地利用变化的一个重要驱动因子。交通干线不断延伸,造成建设用地盲目扩张,耕地逐渐流失。因此,长春市 未来发展中应适当优化城市交通建设格局,稳定土地利用时空变化速率,以推动城市实现可持续发展。

DOI

[Wang Xuewei, Wang Shijun, Song Yang, et al.Changchun land use: Spatio-temporal variations driven by developments in transportation. Economic Geography, 2015, 35(4): 155-161.]

[28]
张文忠, 孟斌, 吕昕, 等. 交通通道对住宅空间扩展和居民住宅区位选择的作用: 以北京市为例. 地理科学, 2004, 24(1): 7-13.随着我国住房制度的改革,房地产市场逐渐趋于发育,城市内部住宅 空间结构发生了巨大变化.在实地调研、抽样问卷调查基础上,建立了北京住宅区数据库,然后利用GIS分析手段和统计分析方法重点研究了以下3个问题: (1)交通通道与住宅空间分布、扩展趋势;(2)交通通道与住宅价格和居民住宅空间选择;(3)交通条件与居民住宅区位选择行为等.

DOI

[Zhang Wenzhong, Meng Bin, Lv Xin, et al.The influence of traffic routes on the expansion of residential areas and local resident's selection of a housing location: A case study of Beijing. Scientia Geographica Sinica, 2004, 24(1): 7-13.]

[29]
陈晨, 王法辉, 修春亮. 长春市商业网点空间分布与交通网络中心性关系研究. 经济地理, 2013, 33(10): 40-47.首先运用UNA测度长春市中心城区交通网络中心性；然后运用KDE法对交通网络中心性与商业网点进行空间插值，将二者转换为同一空间单位，测算二者相关系数，分析各类商业网点与交通网络中心性的空间相关性及二者关系的统计学特征；最后根据商业网点空间分布与交通网络中心性非协调性提出优化措施。究结果表明：交通网络中心性对商业网点空间分布具有决定性影响；除生产资料市场外，其余商业网点空间分布与交通网络中心性均有较强关联性；邻近度对大型商场和专业店分布影响较大，大型超市和家居建材商店倾向分布于中间性较高的区域，直达性则是影响消费品市场分布较为重要的因素；其中，大型商场、专业店、消费品市场和生产资料市场空间分布与交通网络中心性存在非协调性。

DOI

[Chen Chen, Wang Fahui, Xiu Chunliang.The relationship between the spatial distribution of commercial networks and the centrality of streets in Changchun. Economic Geography, 2013, 33(10): 40-47.]

[30]
杨吾扬. 北京市零售商业与服务业中心和网点的过去、现在和未来. 地理学报, 1994, 49(1): 9-17.

[Yang Wuyang.The past, present and future of retail outlets and service centers in Beijing. Acta Geographica Sinica, 1994, 49(1): 9-17.]

[31]
严勰, 刘毅, 陈吉宁, 等. 道路交通系统对区域工业布局的影响. 经济地理, 2009, 29(5): 746-751.

[Yan Xie, Liu Yi, Chen Jining, et al.The impact of road transportation systems on regional industrial distribution. Economic Geography, 2009, 29(5): 746-751.]

[32]
邓羽, 蔡建明, 杨振山, 等. 北京城区交通时间可达性测度及其空间特征分析. 地理学报, 2012, 67(2): 169-178.道路基础设施建设是城市运营与发展的基本环节,也是实现城乡基础设施一体化的重要途径与内容。北京市长期实行“环状+发射状”的城市路网格局,对城市基础设施建设和时间可达性产生了重要影响。尤其是近些年来,随着城市机动车保有量的快速增加,城市核心区与主要干道的交通设施负载量巨增,严重制约了城市的通勤效率,加重了人民的生活负担。为应对挑战,实现交通设施跨越式发展,北京市自2008 年以来加快了轨道交通建设步伐,以改善城市的通勤能力。本文采用一般道路设施与轨道交通(矢删数据) 结合的方法对北京城区进行了时间可达性的综合度量和其空间特征的分析。通过可达性与道路密度双重指标的运用进行区域综合分区,本文进一步揭示了北京市城区内的空间可达性特征和道路基础设施建设情况以及两者在南北城区内的空间表征差异。在综合分区的基础上,分析2008 年以来各个区域土地利用效益与区位因素的相互关系,甄别土地利用效益区位因素的区域差异性,从而对不同分区的城市建设、城市发展规划与土地资源优化配置提供科学支撑。

DOI

[Deng Yu, Cai Jianming, Yang Zhenshan, et al.Measuring time accessibility with its spatial characteristics in urban areas of Beijing. Acta Geographica Sinica, 2012, 67(2): 169-178.]

[33]
陈少沛, 邱健妮. 广州城市通达性综合评价及空间差异. 地理科学进展, 2014, 33(4): 467-478.广州市在2000 年提出“东进、西联、南拓、北优”的城市空间发展战略，2010 年初步形成“两心四城”城市空间格局，随后在发展战略中加入“中调”，以进一步优化城市发展布局，谋求在2020 年形成多中心、组团式、网络型的城市空间架构。城市空间发展战略调整有赖于城市交通基础设施建设的支撑，同时交通基础设施的完备程度与密度也是进行城市通达性差异研究的重要基础。近年来，广州的城市交通通达性发生了深刻变化，对城市空间结构布局产生了深远影响。在此背景下，借助地理信息系统，运用网格分区法对广州市交通基础设施进行区域划分和密度计算；进一步结合快速轨道交通（地铁）网络的时间通达性度量，对广州市的城区通达性进行综合评价，并分析其空间特征。研究结果表明，广州市城区的通达性呈现同心环状的空间分布格局，区域差异性较大，城市空间布局有待进一步完善和优化。在此基础上，基于地铁网络时间通达性和区域交通基础设施密度值进行区位等级划分，探讨区位因素与交通通达性的相互关系；并结合城市公共、商业服务设施和住宅区的空间特征差异，进一步甄别广州城市通达性空间格局特征和区域差异，从而为城市建设和空间发展提供科学参考。

DOI

[Chen Shaopei, Qiu Jianni.Urban accessibility evaluation and spatial differentiation in Guangzhou. Progress in Geography, 2014, 33(4): 467-478.]

[34]
周俊, 徐建刚. 轨道交通的廊道效应与城市土地利用分析: 以上海市轨道通明珠线(一期)为例. 城市轨道交通研究, 2002, (1): 77-81.城市轨道交通通过廊道效应对沿线的城市土地利用产生影响,不同性质的用地因此出现了不同的空间分异特征.以上海轨道交通明珠线(一期)为例,运用GIS和RS技术,建立上海市中心城区的土地利用、交通等综合数据库,构建了空间分析模型,对轻轨交通沿线的土地利用空间分异情况及其趋势作了分析.

[Zhou Jun, Xv Jiangang.The corridor effects of rail transportation on urban land use: A case study of Shanghai Rail Tongmingzhu line (First Phase). Urban Mass Transit, 2002, (1): 77-81.]

[35]
王锡福, 徐建刚, 李杨帆. 南京城市轨道交通建设潜在影响下的土地利用分异研究. 人文地理, 2005, 20(3): 112-116.选取南京轨道交通沿线土地利用状态作为研究对象,针对南京轨道交通建设的发展背景和特点,通 过GIS和RS技术,建立南京市中心城区的土地利用、交通等综合数据库,运用"廊道效应"方法,研究轨道交通沿线的土地利用分异情况,探讨轨道交通建设对 城市土地利用空间分异的潜在影响.结果表明:居住用地已经表现出明显的廊道效应,从轨道交通线中心圈层向外逐步递减;而公共设施用地和工业用地则表现不明 显.基于以上结果,从空间角度研究轨道交通线路与沿线土地利用的相互关系,提出有利于南京轨道交通建设与高强度土地开发相结合的联合开发模式.

DOI

[Wang Xifu, Xu Jiangang, Li Yangfan.Potential influences of rail transportation construction on land use differentiation in Nanjing. Human Geography, 2005, 20(3): 112-116.]

[36]
毛蒋兴, 阎小培. 高密度开发城市交通系统对土地利用的影响作用研究: 以广州为例. 经济地理, 2005, 25(2): 185-188.在评述国内外城市交通系统对土地利用影响作用研究的基础上,以广州为案例,利用有关政府部门 资料、统计资料和实地调查资料,引入定量分析和GIS、RS空间分析技术,系统全面地研究了我国高密度开发城市交通系统对土地利用的影响作用.首先论述了 城市交通系统发展对城市空间格局演化的引导作用;接着应用GIS和RS技术分析论证了城市交通系统建设对土地利用开发的刺激作用;然后应用GIS技术和多 元统计分析方法探讨了城市交通系统对土地利用价格的影响作用;最后阐明了城市交通系统对广州各类用地布局的影响.

DOI

[Mao Jiangxing, Yan Xiaopei.A study of the impact on urban land use of transport systems in a highly-density developed city: A case study of Guangzhou. Economic Geography, 2005, 25(2): 185-188.]

[37]
毛蒋兴, 闫小培. 城市交通干道对土地利用的廊道效应研究: 以广州大道为例. 地理与地理信息科学, 2004, 20(5): 58-61.

[Mao Jiangxing, Yan Xiaopei.Corridor effects of the urban transport artery on land use: A case study of the Guangzhou Avenue. Geography and Geo-Information Science, 2004, 20(5): 58-61.]

[38]
吕晓芳, 王仰麟, 彭建, 等. 深圳快速城市化地区公路沿线土地利用空间集聚. 地理学报, 2008, 63(8): 845-855.<p>以2005 年深圳市主要公路沿线6 类城市建设用地为研究对象, 基于景观格局指数和空间数据挖掘(SDM) 中的空间关联规则, 研究不同缓冲带内其建设用地单一类型、相邻类型及组合类型的空间聚集特征。结果表明: 主要公路两侧以工业用地为主, &ldquo;三来一补&rdquo;、&ldquo;三 资&rdquo;企业为主体的外向型乡镇企业加快了特区外的农村城市化进程; 城市公共设施、教育和医疗卫生用地缺乏, 一定程度上妨碍了城市经济功能的协调; 单一类型建设用地景观分异特征趋向于距公路越远, 出现频率越小, 且随着逐渐远离公路线出现了若干次级集中区, 距公路500-1000 m 可作为识别该次级中心的特征带; 两类建设用地之间的空间邻近分布特征表 明, 以各类建设用地为中心与其他类建设用地在公路线附近均表现邻近, 沿线附近和较远距离上随工业用地出现峰值, 同时出现其周围住宅用地的聚集, 特区外该类现象尤为明显; 土地利用组合特征表明各类建设用地均呈很强的空间自相关性, 其中以各类建设用地与工业用 地的组合尤为普遍, 体现了研究区尤其是特区外主要工业承载区中经济活动空间以工业区为 中心的集群效应。</p>

[Lv Xiaofang, Wang Yanglin, Peng Jian, et al.Spatial concentration characteristics of urban land use along highways in the rapidly urbanized region of Shenzhen. Acta Geographica Sinica, 2008, 63(8): 845-855.]

[39]
冯志新, 陈颖彪, 千庆兰, 等. 东莞市交通路网格局对城市空间扩张影响研究. 地球信息科学学报, 2014, 16(1): 79-86.城市化进程中，交通路网格局的发展与土地利用变化有着密切关系，交通系统的发展引起城市空间形态、土地利用开发、土地利用价格和用地布局特征的变化，反之，土地利用变化也引起了交通路网格局、路网密度的改变。本文以东莞市为例，对其交通路网密度与新增城市用地变化强度作了定量分析。根据TM遥感影像提取2001、2005和2009年3期的城市用地，采用核密度估算（KDE）新增城市用地变化强度，探讨区域内交通路网格局与新增城市用地变化强度的关系。结果表明，在2001-2005年间，路网格局变化较大，新增道路类型主要为高速路，新增城市用地总量较大、扩张速度快，特别是交通路网密度大的边缘区域。在2005-2009年间，随着路网发育不断成熟，路网密度内部差异减少，新增道路类型主要为县乡道路，新增城市用地速度明显放缓。经相关系数显著性检验后表明：2001-2009年间，在置信度为95%时，东莞市道路网密度、加权密度（<em>x</em>）与新增城市用地核密度（<em>y</em>）的相关系数<em>R</em><sub><em>xy</em></sub>均大于0.1946，证明东莞市道路网密度、加权密度与新增城市用地核密度高度相关。

DOI

[Feng Zhixin, Chen Yingbiao, Qian Qinglan, et al.The relationship between the structure of urban traffic network and urban spatial expansion: A case study of Dongguan city. Journal of Geo-Information Science, 2014, 16(1): 79-86.]

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