深度数据可视分析：高铁与飞机相比，哪个出行更方便？

背景

民航总局（CAAC）宣布，到2030年，中国将新建至少50个商业机场。在2016年出台的《中长期铁路网规划》中，高铁网络将进一步扩展为“八纵八横”结构。到2030年，高铁网络总长度将超过38,000公里。

高铁车站和机场在实现平衡高效的城际交通过程中是不可或缺的。然而，尽管高铁与民航的基础设施进行了大规模扩张，从乘客的角度来看，这两者还没有被清晰地分析和比较。

针对这个问题，在Journal of air transport management（航空经济、管理、政策领域的国际一流期刊）2021年5月刊中接收的论文《Comparative accessibility of Chinese airports and high-speed railway stations: A high-resolution, yet scalable framework based on open data》中，来自北航的研究人员分析了这个问题。研究发现，中国的高铁网络与机场相比，乘客的乘坐便利度更高：50％的人口可以在1小时内到达高铁站，而只有33％的人口可以在1小时内到达机场。

研究方法

为了衡量到达机场/高铁站的难易程度，本文引入可达性（accessiblity）指标，也就是从某个位置驾车或乘坐公共交通到达机场/高铁站的最短时间，如下图所示：

机场和高铁站的可达性

为了研究中国人口在不同区域的可达性，还使用了公开的世界网格人口（GPW）数据库，将中国陆地面积划分为网格单元。中国的人口密度（人口数量/平方公里）、机场位置和高铁线路在下图展示。可以清楚地看到，当前中国高铁网络重点集中在人口稠密的东南地区，特别是在分布在大都市群；而中国西部地区的高铁网络较为稀疏，机场也相对较少。

中国的人口密度、高铁线路以及机场（2016年底数据）

实验结果

高铁站服务区域计算示意图，其中取值从浅色到深色依次递增。

上图：a) 北京-天津区域地图；b) GPW数据提取的每个网格对应的人口数量。可以看出在北京和天津市区人口较为密集；c) 网格区域到达北京南站的路程时间；d) 网格区域到达武清站的路程时间；e) 网格区域到达天津站的路程时间；f) 网格区域到达高铁站的最近路程时间

可达性分为4个级别，具体取决于在给定时间内可以到达的机场数量（0,1,2,>2）。在下图中，我们可以看到大多数的区域都无法在1小时内到达至少1个机场。当时间放宽到1.5小时之内，出现了可以到达至少1个机场的区域。放宽到2小时之内，出现了一些可以到达多个机场的区域（MAR）。这些MAR在很大程度上与中国的大型都市圈相吻合，即北京/天津/石家庄、上海/苏州/杭州、广州/深圳、成都/重庆等。在这些区域，旅客对机场的选择不仅取决于到机场的距离，还取决于许多不同的因素，包括飞行服务、飞行频率、飞行时刻等。

机场30、60、90、120分钟交通圈。

上图中黑点代表机场。对于地图上的任意区域，在给定时间内可以到达的机场数量从低到高由黄色到红色表示。从图中可以看到，大多数红色区域都集中在东部沿海区域。

接下来，相比机场，我们可以看到乘客对高铁站有更多的选择。在人口稠密的中国大部分东南地区，乘客可以在2小时内到达3个及以上的高铁站。这与中国持续扩展高铁网络的举措是分不开的。此外，高铁站的服务区域并不与人口稠密的大都市区完全重合，但是新型都市群正在迅速向高铁站趋近。

高铁站30、60、90、120分钟交通圈。

上图黑色曲线代表铁路线路。对于地图上的任意区域，在给定时间内可以到达的高铁站数量从低到高由黄色到红色表示。从图中可以看到，大多数红色区域都集中在东南区域。

下方的图片比较了高铁站与机场的服务区域。可以看到大部分区域到高铁站的距离更近。仅在人口稀少的地区，机场在可达性方面显示出优势。这个结果证明了航空在中国欠发达的内陆地区比高铁更具竞争力。

到达高铁站更快的区域（红色区域）和到达机场更快的区域（绿色区域）

下图为机场可达性曲线，涵盖2016年旅客人数排名前16位的机场。曲线的斜率越陡峭，表明随着到达机场的行程时间的增加，机场的潜在服务人口数量增长越快。我们可以看到一些机场，例如北京首都、上海浦东、广州、上海虹桥、深圳和杭州机场的潜在乘客的数量正以惊人的速度增长，大约在5000-7000万量级；其他机场，例如昆明和乌鲁木齐机场（位于中国西南/西北），人口增长的速度大概在1000万量级 。

16个中国最繁忙机场的可达性曲线。

上图黑色曲线代表在给定时间内可以到达该机场的人口数量；红色水平虚线代表2小时内可到达该机场的最大人口数量。

下图为高铁站可达性曲线，陡峭坡度表明高铁可到达人口的增长随着旅行时间阈值的增加而增加。我们可以观察到郑州东、上海虹桥、广州南、南京南、杭州东等高铁站的潜在乘客数量不断增加，大约在5000-7000万量级; 其他高铁站的潜在乘客增长速度较小，大约1000万量级。

16个中国规模最大高铁站的可达性曲线。

上图黑色曲线代表在给定时间内可以到达该高铁站的人口数量；红色水平虚线代表2小时内可到达该高铁站的最大人口数量。

增强可达性的策略通常侧重于在人口稠密的地区修建机场或高铁站，因为建筑成本平摊在每个潜在乘客头上会低很多。接下来分析网格区域到达机场/高铁站的路程时间和人口密度之间的相关性。我们发现，人口稠密的区域确实比人口较少的区域具有更好的连通性，且到达机场/高铁站，特别是高铁站的路程时间平均要短得多。我们得出结论，未来规划应该针对中国人口较少的地区，并增加运输基础设施的建设。

网格中人口密度对应到最近机场（左）/高铁站（右）路途时间的六边形图。

上图六边形的颜色从浅到深表示网格的数量依次增加。从图中可以看出，人口密度大的网格区域所对应的路程时间更短，而且方差较小。图表结果证明了中国首先增加高密度人口区域的连通性是一项成功的举措。

接下来，还研究了通过高铁/飞机到达邻近城市的行程时间和距离的相关性。从图中看出，它们之间大致呈线性相关，且高铁的相关性更强。

网格中到下一个城市的距离对应到最近机场（左）/高铁站（右）路途时间的六边形图

最后，拓宽到国内行程的规模，得到人口数量对应路程时间的S型曲线。观察图片可看出，当路程时间为5-20分钟时曲线很平缓，且中国的高铁车站比机场更靠近人口稠密区域。大约有66%的人口可以在1个小时之内到达高铁站，而只有不到50％的人口可以在1小时内到达机场。将两者合并，大约90％的中国人口可以在1小时内到达高铁站或机场。

在给定时间内能到达至少一个机场（左）/高铁站（右）的中国人口数

本文内容原创翻译并整理自journal of air transport management 2021年6月刊的研究论文：

Sun, X., Wandelt, S., & Zhang, A. (2021). Comparative accessibility of Chinese airports and high-speed railway stations: A high-resolution, yet scalable framework based on open data. Journal of Air Transport Management, 92, 102014