基于网络分析的城市影响区和城市群空间范围识别

作 者:

作者简介:
潘竟虎,西北师范大学地理与环境科学学院博士,教授,研究方向为空间经济分析,E-mail:panjh_nwnu@nwnu.edu.cn;戴维丽,西北师范大学地理与环境科学学院。兰州 730070

原文出处:
地理科学进展

内容提要:

以不打破行政界线为前提,利用Huff模型,基于矢量数据,采用最短交通路网距离和城市综合规模值来综合测算腹地与中心城市之间的势能,根据势能确定腹地县域的归属,对全国地级及以上城市的空间影响范围进行识别,并和基于改进场强模型的城市影响腹地范围界定结果进行对比。以全国发育较成熟的15个城市群为对象,综合测定城市群的影响范围,并与城市群规划中的空间范围进行对比,提出城市群空间范围调整建议。并以长株潭城市群为例,通过社会网络分析方法,综合分析测定城市群的空间影响范围。研究结果可为城市(群)规划提供科学依据和方法参考。


期刊代号:K9
分类名称:地理
复印期号:2017 年 06 期

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      1 引言

      中国正在经历着世界上最为迅速的人口城镇化历程,从2002年到2014年,中国城镇化率平均每年上升1.35个百分点,城镇人口每年平均增长2096万人。健全的城市规划体系对于确保“大中小城市和小城镇的协调发展”具有不可替代的功能,城市影响范围(腹地)的划分则是城市规划中最基本的问题。合理的城市影响范围界定对于区域经济协调发展起着至关重要的作用。研究城市影响范围的界定,一方面可为城市争取较为合理的腹地空间提供有力支持,也可为制定城市未来发展战略,实现城市与腹地间的协同发展提供科学支持(牛方曲等,2015);另一方面,以大城市为核心并与周边城市存在紧密交互作用的城市群已经成为中国城镇化的主要空间载体,国家新型城镇化规划已将城市群作为推动中国新型城镇化的主体空间形态,在这种背景下,城市群的识别界定标准引发了学者们的激烈讨论。与城市影响范围揭示中心城市对周边区域的各种作用和联系的明确界定相比,城市群空间范围的概念和内涵至今尚未定论。在当前的学术讨论中,由于研究者对城市群的内涵与标准的不一致,影响了研究结果的可比性和学术争论自身的价值(李凯等,2015)。由于城市群的空间形态具有动态变化性和边界模糊性等特征,目前对城市群空间范围定量识别的相关研究仍处于探索阶段。本文根据空间相互作用理论,按照不同层次的中心与外围的要素(通勤时间和经济联系)聚散,确定城市群中核心城市的空间影响范围,继而基于县域单元识别城市群的各圈层。

      国外对于城市(群)影响腹地及其界定研究大致分为三个阶段(戴维丽等,2015):从19世纪末到20世纪40年代初期,为城市影响腹地及其界定研究的萌芽时期,相关研究主要集中在腹地与其相关概念的定义和理论模型体系的构建上。从20世纪40年代末至90年代初期为形成时期,将空间相互作用和影响的思想和方法广泛地引入城市影响腹地研究中,进一步丰富了“中心地”理论。从20世纪90年代末至今为发展时期,进一步向网络化和区域化的方向发展。中心地理论、增长极理论、经济辐射理论、中心-外围理论等分别从等级结构体系、聚扩散效应、吸引辐射方式、不平等发展关系等方面对城市与腹地展开探讨,构成了城市影响腹地研究的基石。国内对于城市(群)影响腹地的界定研究始于20世纪80年代,从界定方法可归纳为经验法和理论法两种。经验法主要是通过选定中心城市与周边区域间的流量指标(人流、客流、物流、技术流、信息流、金融流、资本流等)(彭建等,2016),进行实地的调查研究或综合分析等加以确定。如学者周一星等(1995)、姚士谋等(2006)、倪鹏飞(2008)、方创琳(2009)、宁越敏(2016)等均提出了中国城市群的界定标准和相关指标体系。理论法则是引入相关数学模型,通过统计值来计算城市影响腹地。学者们分别利用点-轴系统分析(高晓路等,2015)、断裂点(闫卫阳等,2004)、引力模型(Wang et al,2014)及改进引力模型(邓羽等,2013)、场强模型(王德等,2003)及改进场强模型(潘竟虎等,2008)、重力模型(顾朝林等,2008)、Huff模型(王法辉,2009)、加权voronoi图(王新生等,2003)、水文模型(潘竟虎,戴维丽,2014)等识别城市影响腹地或城市群影响范围。如何最大程度地发挥中心城市的功能,提升中心城市的综合竞争力和影响范围,以实现区域经济的快速协调发展,已经成为社会各界和学者所关注的热点问题。城市影响腹地范围的界定也是城市、城市经济区和城市群规划的一项基础性工作,而目前的各级各类规划中,关于这部分工作或以行政区代替,或语焉不详,或定性描述;已有定量探索研究往往也各执一词,莫衷一是,尚未有系统性的界定方法比较研究。此外,已有研究对象以区域为主,全国性的研究不多见。城市群由于其边界的模糊性、城市辐射范围的阶段性和模糊性等(黄金川等,2014),其影响区的界定识别研究更是薄弱环节。

      潘竟虎等(潘竟虎等,2008;潘竟虎,戴维丽,2014)曾运用改进的场强模型对中国地级及以上城市的影响腹地进行划分,并将其用于城市群影响范围的界定(潘竟虎,刘伟圣,2014)。基于改进场强模型的城市影响腹地划分,其可达性的计算采用累计耗费距离来测度,以格网为基本操作单元,打破行政区界线,划分结果可落到每一个点(格网)上,可视化效果好,结果较为客观。但在实际规划操作中往往要以行政区(如县区)为基本分析单元,可便于相关政策的落实。基于此,本文以GIS交通网络分析和社会网络分析为手段,以县域为单元,利用Huff模型对全国地级及以上城市的影响腹地进行空间界定,并且和基于改进的场强模型的城市影响腹地结果作比较,分析两者的优缺点,对全国发育较成熟的15个城市群的空间影响范围进行识别,以期找到较为合理、简便易行的影响腹地界定方法,为城市规划和城市群划分等提供科学依据。

      2 研究方法和数据

      2.1 研究方法

      2.1.1 网络分析

      文中分别用到了空间网络分析和社会网络分析,空间网络分析主要用于实现基于交通网络数据集的网络分析功能。将研究中应用的统一投影的城市矢量点数据、交通路网线状等要素类数据创建一个网络数据集,通过ArcGIS软件的Network Analyst模块来构建OD(Origin-Destination)成本矩阵,计算多个城市节点之间的最优路径和最短时间距离。

      社会网络分析则从“关系”的角度出发研究社会现象和社会结构(Wasserman et al,1994),本文中涉及的主要概念有:网络密度,用于反映网络中各个城市节点间的经济联系紧密程度。网络中心性,用于描述城市节点在经济网络中是否处于中心位置,分为度中心性、接近中心性和中间中心性。度中心性是指网络中某城市节点自身的综合能力,接近中心度是用距离来计算某一城市节点的中心程度。核心—边缘(Core-Periphery)结构,用于反映某城市节点在网络中所处的位置,分析网络中哪些城市节点处于核心区,哪些城市节点处于边缘区。因篇幅所限,具体的指标涵义及计算式详见参考文献(王圣云等,2016)。

      2.1.2 加权平均旅行时间

      评价某个中心城市到其他各中心城市的时间测度,其值越小,表示该中心城市的可达性越高,与其他城市的联系也就越紧密,反之亦然。计算式为(何丹等,2013):

      

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