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中国城市影响腹地的定量划界
Jinghu Pan1 and Weisheng Liu2
摘要:具有城市影响力的腹地反映了城市中心及其周边地区之间的关系。然而,由于缺乏机动性,现有的城市影响力腹地界线模型不足以解释和分析中国城市系统的复杂性。本文提出了一种优化的场模型方法来研究1991年和2010年中国所有主要城市的城市影响腹地。该方法通过综合的城市影响指数和一种新的区域可及性指标,更好地描绘了城市腹地。基于对城市影响腹地的改进描述,对城市腹地区域的等级变化和空间格局的动态演变进行了详细的分析,包括不同城市腹地格局对城市规模的影响以及城市之间的关系。中心及其周边城市,使用地理信息系统(GIS)技术。腹地地区与行政区划之间的异同也通过将这些地区与省界重叠起来进行研究,从而为调整行政区划和城市经济区划界提供科学依据。在这项研究中,按照城市经济区域的核心区域及其在不同层次上的影响腹地,按等级划分等级。与以往的研究相比,本文提出的方法可以揭示各种城市群的空间组成和结构,从而为研究城市群提供了新的视角。 DOI:10.1061 /(ASCE)UP.1943-5444.0000233。 copy;2014美国土木工程师学会。
作者关键字:城市有影响的腹地; 城市经济区; 现场模型; 中国。
引言
“城市有影响力的腹地”一词是指由于城市的吸引力和辐射对其周围环境的影响,在城市中心与周边地区之间的社会和经济联系中起主导作用的区域。 与非中心地区相比,该中心承担着更为复杂的经济职能,并提供了更多的经济活动(Arlinghaus和Arlinghaus 1989; Antrop 2000)。 区域发展取决于中心城市及其腹地,后者为城市经济活动提供资源。 因此,合理的腹地划界和空间格局分析不仅可以为研究城市经济区提供一种方法,而且可以为区域决策提供依据(Liu et al.2010)。 有影响力的腹地具有重要的现实意义,与城市的综合竞争力,城市等级制度和配套政策密切相关。
不可否认,西方国家对城市有影响的腹地的研究正在减少。城市有影响的腹地理论起源于19世纪。 该领域的著名理论贡献是中央场所理论(Christaller 1933),该理论的扩展(Losch 1954)以及后来对中央场所理论的修改(Isard 1956)。
1西北师范大学地理与环境科学学院副教授,兰州730070(通讯作者)。电子邮件:panjh_nwnu@nwnu.edu.cn; panjh-nwnu@163.com
2M.S. 兰州大学地球与环境科学学院,学生,甘肃兰州730000 邮箱:lzugis@163.com
笔记。 该手稿于2014年1月13日提交; 2014年5月22日批准; 在线讨论于2014年7月21日发布。讨论期开放至2014年12月21日; 必须为单独的论文提交单独的讨论。 本文是《城市规划与发展杂志》的一部分,copy;ASCE,ISSN 0733-9488 / 04014033(12)/ $ 25.00。
最近,对经典理论进行了验证和概念上的完善。在《手册》中《商业地理学》(Chisholm,1904年)引入了德语“腹地”一词,意指港口周围的物质分布区域。 1902年,Howard(1902)提出了“花园城市”模型。20世纪初,内陆经济中心城市的周边地区吸引了许多经济学家和地理学家的注意力。 Unwin(1909)将Howard的“花园城市”模型进一步发展为“卫星城市理论”,从而加强了腹地和中心城市之间的相互依存关系。Reilly(1931)在牛顿的万有引力理论的基础上,提出了“零售引力模型”,并承诺从商业角度研究城市周边地区,这标志着城市有影响的腹地理论的发展的开始。Christaller(1933)在他的著作《德国南部的中央地方》中提出了著名的“中央地方理论”,他对城市有影响的腹地的分类提出了自己的看法。Converse(1949)基于Reilly的零售引力模型,提出了断点理论,并假设城市对周边地区的影响程度与城市规模成正比,而与市中心的距离成反比。20世纪中叶以后,关注中心城市及其周边地区关系的主要理论是增长极理论和核心边际理论。Haggett等人(1977)从以下六个角度研究了物质,财务和信息流之间的传递关系:(1)相互作用,(2)网络,(3)节点,(4)等级,(5)表面,(6)程度。 1990年代后,经济全球化和信息技术的科学革命对城市有影响的腹地研究施加了巨大压力,这些研究趋向于网络化和分区化。相关研究主要集中在中心场所理论的扩展应用,城市与其影响圈之间的关系的定义以及城市影响圈的合理规划上。如今,大多数西方国家已经进入了经济和社会高度发达的后工业化阶段,结果,“节点-腹地”模式被“节点-节点”模式所取代(Wang等人,2014)。但是,发展中国家仍处于工业化进程中,“节点腹地”模式仍然占主导地位。在中国,对城市有影响的腹地的研究直到最近才开始兴起,并在学术界变得越来越重要(Wu and Chen 2007; Pan et al。2008; Liang 2009)。
与抽象辐射理论相比,越来越多的研究者将注意力集中在城市有影响的腹地研究上(Landis 1994; Ghelfi and Parker 2004; Wu et al。2013)。通常,用于检验城市有影响的腹地的研究方法可分为三类:(1)实证方法;(2)建模方法;(3)空间分析方法(Green1955; Taaffe 1962; Berry和Lamb)1974; Wang2011a)。经验方法通过区域间的流态分析来定义城市有影响的腹地的范围(Nystuen和Dacey 1961; Brown和Holmes 1971)。可以使用通勤数据以各种形式,区域特征和专家意见(例如,上班路程的距离)来测量城市中心及其关联的城市节点之间的交互作用。经验方法是最准确和现实的。但是,它通常用作测试并以补充方式使用。建模方法已成为界定城市有影响的腹地的有效工具。这主要是由于经验数据的可用性有限以及该主题的复杂性,因为与过去相比,城市中心与各个城市的外围城市节点之间的连通性已得到了显着改善(Liang 2009; 2009)。 Liu et al.2010)。引力模型(Reilly,1931年)被认为是对城市有影响的腹地进行建模的最有效工具(Huff 1973; Fotheringham 1989;Huff and Lutz 1995;Liang 2009)。与经验方法相比,基于空间相互作用理论的引力模型可以更有效地以与实际情况高度一致的方式反映所研究的空间对象的属性和空间方面的信息(Wang et al。等人(2014)。基于引力理论的断点模型正在被广泛使用(Chen 1987; Wang et al.2006)。Voronoi图是描述同一级别城市互动模式的另一个有用工具(Gold 1992; Edwards 1993; Okabe等2000)。通过对产生结果的模型中引入许多加权方案(例如乘法加权Voronoi图和加法加权Voronoi图)进行了最近的修改,以克服它们的局限性(Gahegan和Lee,2000; Wang等,2003; Mu,2004)。但是,建模方法有其不足之处:由于缺乏全面的衡量标准,因此它们通常将人口作为衡量城市影响力的标准指标。引力模型依赖于城市分类,其过程是主观的。Voronoi图的计算很复杂,结果的解释也比较困难;此外,在理想空间中评估了场模型的扩散效应,而忽略了真实空间的各向异性(Wang等人,2011a)。第三种方法是基于地理信息系统(GIS)二次开发的空间分析(Geertman和Van Eck 1995; Wang和Xiang 2006; Zhang和Lu 2007)。建模方法和空间分析法在理论上没有严格的技术差异。
中国正处于快速城市化时期,城市群已成为区域经济和城市两极分化的重点。因此,城市有影响的腹地的定量划定为进一步研究集聚区奠定了基础(Liu等,2010;Liang,2011)。但是,由于“地级市治县”制度的结果,行政区域城市组织体系和行政管理成员的模式存在一系列矛盾和问题(Zhou 1995)。省级和县级地区通常与自然和社会经济地区相同,但不能排除不一致的地方,特别是在地级市(Wang和Xian,2006)。没有为县的合理范围制定具体标准;当计划中的城市腹地与中心城市的实际吸引力范围之间存在较大差距时,如果将整个区域视为用于计划目的的完整系统,则结果的科学价值值得怀疑。为了合理配置当地资源,应根据经济发展水平建立行政区划,以利用集约化发展模式,以建立具有独特功能和合理布局的区域发展模式。因此,有必要确定地级市的城市腹地,并找到最合理的集约发展模式。
基于这些考虑,本研究基于综合指标的构建和区域可及性的度量,为城市有影响的腹地开发了一种定量定界方法。结果显示了连续性和总体覆盖范围的特征,并且比实际情况更好地符合了实际情况。此外,以前的研究主要集中在对单个年份的分析上,从而导致缺乏长时间跨度的动态分析。本文选择了1991年和2010年这两个研究年,涵盖了将近20年的时间。本文的独特贡献是使用先进的GIS技术来确认城市有影响的腹地的理论形状并显示中国城市有影响力系统的详细镶嵌图案。这种方法与城市有影响的腹地和经济区的早期定义不同,因为它使用基于无偏论和数据的基于计算机的方法,而不是基于个人经验的人工分析。它也与最近划定城市影响腹地和经济区的努力不同,因为它是基于理论的全国性系统研究,而不是有限的区域规模的理论研究。
材料和方法
数据与程序
改革开放以来,特别是1990年代以来,中国经历了快速发展时期。为了了解全国范围内城市影响腹地的空间格局和特征变化,本研究选择了中国所有主要城市(地级及以上)作为1991年和2010年的研究对象。本文使用的空间数据比例为1:1,000,000,由中国国家地理信息中心以基于Albers投影的地图的形式提供。然后,使用ArcGIS的网格模块生成1 kmtimes;1 km的网格(1 km等于大约32英寸)。转型后,中国行政边界被用来切割网格网。交通数据来自1992年和2011年的《中国交通地图集》;城市的属性数据来自1991年和2010年的《中国城市统计年鉴》,或基于此数据的间接计算放。这项研究以中国283个地级以上的城市为研究对象。但是,由于西藏自治区拉萨市缺乏统计数据,并且香港,澳门和台湾等地区存在特殊的地理和社会障碍,并且使用的统计程序不一致,因此本研究未将这些城市包括在内。每个城市的市政府所在地被选为城市中心。
研究方法
改进的现场模型
牛顿的物理学万有引力定律描述了质量产生的两个物体之间的吸引力。由于其用途广泛,因此选择了引力模型来确定地点之间的相互作用,并指定距离值为2以与常规做法保持一致(Taaffe1962; Huff1973)。以及与邻近区域的辐射(扩散)相互作用。从物理学中借用一个概念,城市系统将被称为城市场(Okabe等人2000; Wang and Chen2004; Wang等人2011a)。城市场的形成与中心之间的势能差是分不开的以各种“流体”为载体,相互作用的最远边缘定义了城市的影响范围。相互作用随着距中心距离的增加而逐渐衰减,直到场效应消失为止(Gu and Pang 2008)。模型可以描述如下(Wang and Guo2003; Wang et al.2011a):
(1)
其中=在点i处城市k的场强; =城市k的综合城市强度; =从城市k到点i的距离;a=距离分数系数,根据常规做法为2(Liu和Chen,2000)。
城市综合实力由传统数据域模型中的人口或GDP等单一指标表示(Wu等,2013)。现有研究表明,人口或GDP变量没有明显影响(Wang等人2006; Wu等人2013),并且单一指标不能全面反映城市强度。这些缺陷通常会影响城市有影响的腹地的准确划分,从而降低了人们对城市发展趋势和城际关系趋势的认识程度(Wang et al.2011a)。基于这些考虑,本研究试图从两个方面改进传统的田间模型:(1)使用城市的“节点性”(相对重要性)代替“中心性”(绝对重要性),并使用综合指标体系构建城市节点指数,以及(2)测量区域可及性。综合节点指数是城市影响力的完整表达,有利于最大程度地减少由统计误差和指标波动引起的数据偏差。基于现实世界中道路系统的区域可访问性度量可以度量区位优势和从一个地方到另一个地方的难易程度,这可以更好地反映出城市田间空间效应的程度。为了描绘城市有影响的腹地,最好的方法似乎是使用场模型来获取地图研究区域中每个给定的等级城市与每组点坐标(单元)之间的交互值。然后,在每个层次结构中,将与一个点(单元)有关的所有值进行比较,并且最高的交互值确定该点(单元)所属的城市有影响的腹地。
城市节点性指数的建设
与单一指标相比,节点指数可以充分反映城市经济实力水平,这是中心城市与其腹地之间的关键“潜在能源差异”(Preston 1970)。考虑到影响城市腹地的主要因素和数据的可获得性,在此提出,结节指数具有五个方面:(1)城市经济发展,(2)社会发展,(3)科学和教育,(4)资源和基础设施,以及(5)环境条件。最初,每年选择20个指标并进行标准化以消除单位的影响,如表1所示。为压缩数据,进行了相关分析,并筛选了指标。最终,选择了16个指标来测量水平城市的点点滴滴。由于原始指标之间的高度相关性,大量数据以及确定指标权重的困难,因此使用因子分析来计算每年各个城市的节点值,并降低系统的维数。
使用SPSS 16统计软件进行因子分析。收集的数据作为变量输入SPSS。使用主成分分析(
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