（系统工程专业论文）基于微观主体的京津冀空间结构演化研究.pdf

学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 提供阅览服务，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以 同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：灸侄 签字日期：z o l o 年6 月f ) 日 导师签名： 签字日期：。切口年多月j 乙e l 中图分类号： u d c ： 学校代码：1 0 0 0 4 密级：公开 北京交通大学 硕士学位论文 基于微观主体的京津冀空间结构演化研究 r e s e a r c ho ns p a t i a ls t r u c t u r ei nm i c r o a g e n to f t h e - - b e i ji n g - t i a n j i n h e b e i 作者姓名：赵佳 导师姓名：姜秀山 学位类别：工学 学号：0 8 1 2 1 2 5 3 职称：副教授 学位级别：硕士 学科专业：系统工程研究方向：管理系统工程 北京交通大学 2 0 1 0 年6 月 致谢 本研究及学位论文是在我的导师姜秀山副教授的亲切关怀和悉心指导下完成 的。她严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和 激励着我。从论文的选题到论文的最终完成，姜老师都始终给予我细心的指导和 不懈的支持。两年来，姜老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生 活上给我以无微不至的关怀，在此谨向姜老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 在此，我还要感谢在一起愉快的度过研究生生活的好朋友、同学们，正是由 于她们的帮助和支持，我才能克服一个又一个的困难；感谢她们在生活上对我的 关心和支持。 感谢我的父母，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。 最后对参加本论文评阅和答辩的各位专家、教授表示衷心的感谢。 中文摘要 摘要：区域空间结构是由大量微观主体非线性相互作用在宏观地域上表现的结果， 是一定历史环境条件下区域经济发展和人口集聚的产物。随着我国市场机制的不 断完善与城市化步伐的不断加快，微观主体在城市和区域空间结构形成演化中的 作用日益突出，从微观角度分析区域空间结构演化，对建立科学合理的区域空间 结构以及以科学调控城市化和区域化的发展，都具有重要的意义和作用。因此， 基于微观主体的空间结构演化研究具有重要的理论价值和现实意义。 论文从“理论模型模拟”的角度研究了整个区域空间结构的演化过程。首先， 在对国内外研究成果述评的基础上，提出了论文的研究内容和框架；其次，综述 了国内外相关理论，为论文的研究提供了理论基础；第三，在已有模型研究的基 础上，构建了基于微观主体的区域空间结构演化模型；第四，利用已构建的区域 空间结构演化模型，开发了n e t l o g o 模拟平台，通过模拟京津冀空间结构的演化过 程，对京津冀地区进行实证研究，得出了有价值的结论。 关键词：微观主体；区域空间结构演化模型；实证研究； 分类号： 3 a bs t r a c t a b s t r a c t f r o mt h ep e r s p e c t i v eo f r e 西o n a lm i c r o ，r e g i o n a ls p a t i a lc o n s t r u c tb ya 1 a r g en u m b e ro fm i c r o l i n e a ri n t e r a c t i o n so ft h em a i ng e o g r a p h i c a lp e r f o r m a n c ea tt h e m a c r or e s u l t i ti sh a p p e nb yac e r t a i nh i s t o r i c a le n v i r o n m e n t a lc o n d i t i o n sw i t hr e g i o n a l e c o n o m i cd e v e l o p m e n ta n dp o p u l a t i o nc o n c e n t r a t i o n a c c o m p a n i e db yt h eg r a d u a l c o m p l e m e n to fo u rm a r k e ts y s t e ma n dq u i c ks t e p st o w a r d su r b a n i z a t i o n , m i c r oa g e n t p l a y sac r u c i a lr o l ei nt h eg r a d u a ld e v e l o p m e n to fu r b a na n dr e g i o n a ls p a t i a ls t r u c t u r e ， m o r e o v e r , t h ee s t a b l i s h m e n to fr e g i o n a ls c i e n t i f i ca n dr a t i o n a ls t r u c t u r e ，s c i e n t i f i c r e g u l a t i o no fu r b a n i z a t i o na n dr e g i o n a ld e v e l o p m e n t , i ti sf u t u r er e s e a r c hd i r e c t i o no f r e g i o n a ls p a t i a ls t r u c t u r e t h e r e f o r e ，r e s e a r c h e s ，b a s e do nv a r i a t i o no fs p a t i a ls t r u c t u r e o fm i c r oa g e n th a v ei m p o r t a n tt h e o r e t i c a lv a l u ea n dp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e t h i sp a p e ri n v e s t i g a t e st h e c h a n g eo fe n t i r er e g i o n a ls p a c es t r u c t u r ef r o mt h e t h e o r y m o d e l s i m u l a t e d ”o fv i e w f i r s to fa l l ，t h i sp a p e ri n t r o d u c e si t sr e s e a r c h c o n t e n ta n df r a m e w o r ki nt h er e s u l to f d o m e s t i ca n do v e r s e a sr e v i e wr e s e a r c h m a t m o r e ，i ts u m m a r i e st h ed o m e s t i ca n do v e r s e ar e l a t i v et h e o r i e s ，w h i c hh a sp r o v i d e s t h e o r e t i c a lb a s i sf o rp a p e r sr e s e a r c h i na d d i t i o n , u n d e rt h ee x i s t i n gm o d e lo fr e g i o n a l s p a c es t r u c t u r e ，i tc o n s t r u c t st h ee v o l u t i o n a r ym o d e lt h r o u g hr e g i o n a ls p a t i a ls t r u c t u r e o ft h em i c r oa g e n t m o r e o v e r , u t i l i z i n gt h ee x i s t i n ge v o l u t i o n a r ym o d e lo fr e g i o n a l s p a c es t r u c t u r e ，i td e v e l o p sn e t l o g os i m u l a t i o np l a t f o r m a n d ，i tg e t sv a l u a b l er e s u l t s b ys i m u l a t i n ge v o l u t i o no fs p a t i a ls t r u c t u r eo fb e i j i n g ，t i a n j i na n dh e b e ir e g i o n k e y w o r d s ：m i c r o - a g e n t ；r e g i o n a ls p a t i a ls t r u c t u r ee v o l u t i o nm o d e l ；e m p i r i c a l r e s e a r c h ；p r e d i c t i o n c l a s s n o ： 目录 中文摘要i i i a b s l r a c t i v 1 绪论1 1 1 研究背景一1 1 2 国内外综述2 1 2 1 国外研究现状2 1 2 2 国内研究现状4 1 2 3 国内外研究评述5 1 3研究框架及内容：6 1 4主要创新点7 2区域空间结构演化理论8 2 1区域空间结构描述：8 2 2 复杂适应性系统理论8 2 3多主体系统理论1o 2 4基于复杂空间系统的研究方法1 1 2 5聚集区域空间结构演化模型1 3 2 6本章小结。1 4 3基于微观主体的区域空间演化整体模型的构建1 5 3 1已有模型1 5 3 1 1 元胞自动机模型。15 3 1 2 扩散限制集聚模型1 6 3 1 3 分隔模型1 6 3 1 4 城市多主体模型1 7 3 1 5 对已有模型的评价。18 3 2区域空间系统的微观动力分析1 8 3 3基于微观主体的区域空间演化模型的构建2 0 3 3 1 模型框架。2 0 3 3 2 分布模型2 2 3 3 3 居民收入支出模型2 3 3 3 4 企业收入支出模型。2 4 3 3 5 政府收入支出模型2 4 3 3 6 购物模型2 5 3 3 7 区位选择模型2 5 3 3 8 空间影响和环境负效应影响模型2 6 3 3 9 土地价值和环境价值模型2 7 3 4本章小结2 8 4京津冀空间结构演化的实证研究2 9 4 1研究区域分析2 9 4 1 1 社会经济分析2 9 4 1 2 地理空间分析31 4 1 3 未来发展规划一3 3 4 2模型设置3 4 4 2 1 模型调整3 4 4 2 2 运行规则3 4 4 2 3 参数选取。3 5 4 2 4 几类重要参数值的设定3 8 4 3构建模拟平台4 5 4 3 1 n e t l o g o 软件实现过程4 5 4 3 2 数据选取4 6 4 3 3 技术路线4 7 4 4模拟结果与分析4 8 4 4 1 结果显示与分析一4 8 4 5本章小结51 5结论与展望5 2 5 1结论5 2 5 2展望5 2 参考文献5 4 附录a 。5 6 附录b 一5 7 附录c 5 8 附录d 一5 9 附录e 。6 0 附录f 。6 1 附录g 一6 2 附录h 一6 3 附录i 一6 4 附录j 6 5 附录k - 6 6 附录l 6 7 附录m 6 8 作者简历6 9 独创性声明7 0 学位论文数据集7 1 1 绪论 1 t研究背景 我国的新世纪将是城市化世纪，城市化将对我国的现代化进程产生了积极的 影响和作用，但是区域空间结构问题已逐步上升为限制城市化和区域发展的主要 问题之一。因此，认真研究区域空间结构、空间结构的演化过程、规律以及影响 因素，对建立科学合理的区域城镇空间结构，以及以科学调控城市化和区域的发 展，具有重要的现实意义。 随着目前市场机制的不断完善与城市化步伐的不断加快，微观主体在城市和 区域空间结构形成演化中的作用日益突出。目前在我国，区域规划的目标与区域 空间演化的结果往往出现较大的偏离，如沿路经济、城市增长突破规划边界、城 市规模无限度扩张等现象不断出现。此外，都市区域空间结构发展预测和限制的 屡次失败，提示我们必须重视区域与城市发展的微观研究，提高规划与调控的有 效性与可操作性。 区域微观主体主要包括企业、居民和政府等。从区域微观角度来讲，区域空 间结构是大量异质性主体间非线性相互作用在宏观地域上表现的结果，是一定历 史环境条件下区域经济发展和人口集聚的产物。截止到目前，城市和区域的空间 结构演化研究大多集中在宏观尺度上。一方面，经济地理学及相关学科，多采用 宏观指标作为区域空间结构分析的依据，比如人口、产业、g d p 、人均g d p 等。 另一方面，区域经济学大都注重从区域问题到区域问题的对策式分析。虽然以往 的研究方式对于认清区域空间发展模式、了解区域问题是有益的，但没有确立出 完整的理论以及方法来分析区域的宏微观现象与规律，不能把对城市和区域的研 究充分应用于实践，也不能使政府行为与学科研究相结合。 区域与城市研究不应局限于对区域和城市性质、形态、结构与功能的把握， 还必须引申到对区域与城市发展的微观机制的认识，从而更好地实现区域与城市 演化过程的模拟、预测与调控。因此，本文从区域空间结构的微观主体入手，在 分析微观主体的利益追求、行为动机和行为规律的基础上，建立区域空间结构演 化的微观主体模型，并通过实证分析，对区域空间规划的利益分配效果做出更准 确真实的评价，并对该区域未来一定时间断面上的演化状态做出较为准确的预测 和有效的调控。 1 2 国内外综述 关于区域空间结构研究的成果十分丰富，从最早的区位理论，到中期的区域 科学，再到后期的经济地理学、空间经济学和新经济地理学等，都包含了大量区 域空间结构研究的内容，本文依据区域空间结构的相关研究进展，从两个方面来 回顾区域空间结构的研究成果。 1 2 1 国外研究现状 1 ) 区域空间结构内涵的拓展 空间结构研究始于2 0 世纪三四十年代的德国。2 0 世纪5 0 年代之后，区域空 间结构研究在美国、瑞士、日本和德国得到了进一步发展，在区位论的基础上产 生了区域经济空间结构理论。 2 0 世纪5 0 年代，原联邦德国学者奥托论巴( e o t r e z b a ) 和美国学者达恩 ( e s d u n n ) ，先后提出了经济空间结构的概念。奥托论巴认为，经济形态投影于 地球表面，必然产生农业经济与空间结构的统一体。达恩将杜能圈的原理进一步 深化，将地租概念引入到经济空间结构模型推导中，提出土地经营的纯收益是空 间结构形成演变的主要动力【l 】。 原联邦德国学者博芬特尔( e v b o v e n t e r ) 对空间结构进行了系统的理论分析 和模型推导。他将区位论与发展理论相结合，分析论证了社会经济各阶段空间结 构的一般特征。他详细分析了决定经济空间结构及其差异的几大主要因素一集聚、 运费和经济对当地生产要素的依赖性，认为运费是生产要素空间流动的决定因素。 他还进一步推导了各个区位点的生产规模、消费规模如何取决于各种产品的生产 和需求机制，从土地最佳利用和合理集聚的角度论证了工农业企业规模及城镇规 模结构 2 1 。 贝利( b j b e r r y ) 、加里森( w l g a r r i s o n ) 等人在克里斯泰的模型基础上，对 中心地理论的发展和应用进行了完善和补充。贝利和加里森通过对美国华盛顿州 的一个郡的中心地研究后认为，在一个比较小的空间范围内，中心地的配置存在 明显的等级结构，在一个国家或一个大的地域内，由于地域差异明显，同一等级 的中心地在地域上也存在明显差异，中心地的模型不适用。贝利还认为，落后的 交通条件会增加距离的摩擦性作用，从而促进各个级别中心地的发展；相反，便 捷的交通将降低低级中心地的重要性，有利于较高级别的中心地的发展【3 1 。沃纳松 巴特( w e m e rs o m b a r t ) 提出了生长轴理论，该理论成为“点轴 空间结构的理论 前提。 2 1 9 6 6 年美国的城市和区域规划学家约翰弗里德曼( j f f i e d m a n n ) 提出了核 心- 夕f 、围理论，该理论阐述了区域空间演变的模式，认为任何区域都是由一个或若 干个核心区与边缘区所组成的【4 j o 2 0 世纪5 0 年代末至6 0 年代初，艾萨德( w i s a r d ) 和他的区域研究小组团队， 根据区域经济及社会综合发展的客观要求，将研究的重点由部门的区位理论转向 区位综合研究与分析，建立区域模型，引用大量的计量经济学方法进行区域综合 分析【5 j 。他建立了一般意义上的区域科学，构建了包括生产企业、商业流通、运输、 社会政策、环境生态等要素的区域经济空间结构模型【6 】。 1 9 5 5 年法国经济学家弗朗索瓦佩鲁提出了“增长极 这一概念r 丌。“增长极” 本身是一种经济活动空间分异现象的表述，和外围地区共同构成了一种类似于区 域经济空间的结构。 2 ) 区域空间结构研究的主流化尝试 克鲁格曼( r k r u g m a n ) 以规模报酬递增、不完全竞争的市场结构为前提，在 垄断竞争模型的基础上，建立了一个两区域模型，认为区域空间分异的出现是由 企业的规模报酬递增、运输成本和生产要素移动通过市场传导的相互作用而产生 的【8 】。同时，克鲁格曼还建立了一个动态的多区域模型来解释当空间结构均衡时， 动态的力量确实趋于形成沿地形大概等距离分布的城市体系。此外，克鲁格曼运 用复杂性理论来研究区域问题和空间格局，将最初的区域经济空间分异于一种历 史的偶然，认为初始的优势因“路径依赖”而被放大，从而产生“锁定 效应， 区域经济空间现象的产生都具有“历史依赖性”。 阿瑟( w b a r t h e r ) 应用内生经济增长模型来介绍资本及劳动力的转移如何通 过各地的报酬递增使一些地方的经济活动在损害其他地方的基础上逐渐集聚与增 长闭。马丁( r l m a r t i n ) 应用有关内生技术进步的模型来解释地方上的研究与开 发如何产生一个空间集聚过程i l u j 。 藤田( m f u j i m ) 通过研究多制造业经济体系中的运费与规模经济差异，引入 了人口增长变量，构建了基础模型进行预测分析，认为经济体系会自动发展为一 个变形中心地体系，随着人口增加会引起新城市在一定时期内一个长而狭窄的经 济体系产生，并沿着一条轴线逐渐向外扩展，形成“点轴”型多城市空间结构【1 1 1 。 斯科特( a j s e o t t ) 在微观经济学产业组织理论，特别是在其中的交易与分工 学说基础上创立了工业城市区位论。他认为纵向一体化是企业集群出现的原因， 而企业的纵向分散及由此产生的联系网络是城市体系空间结构出现的原斟1 2 1 。 维纳布尔斯( a v e n a b l e s ) 指出，一定地区经济空间结构的形成和演变，特别 是产业集聚区经济空间结构的形成一定程度上是取决于促进企业集中化生产的集 聚力，以及与运输相关促进企业分散化生产的分散力两者之间的平衡关系。他认 3 为，在生产者大量集中的地区，需求比较大，很容易形成大的市场空间，同时也 易于形成原材料和消费产品的供给地，一旦产业集聚区经济空间结构形成之后， 将会有持续发展的趋判1 3 1 。 1 2 2国内研究现状 1 ) 区域空间结构内涵的拓展 我国关于区域空间结构的研究开始于2 0 世纪8 0 年代，这个时期，由于区域 经济现象和区域经济问题的吸引和推动，国内学者从不同角度对区域空间结构进 行了探讨。 陆大道根据克里斯泰勒的中心地理论和德国巴伐利亚区域规划中提出的发展 轴设想，提出了“点轴系统理论以及中国国土开发和经济发展的“t ”字型 结构，今后几十年内以沿海地带和长江地带作为我国第一级发展轴线的空间发展 战略【1 4 1 。 杨吾杨通过对华北平原的分析，认为华北平原的自然条件和交通状况比较适 合克里斯泰勒的理论假设，把城市分为四个等级，除了历史原因导致京津两个特 大城市相距过近之外，其空间分布基本上符合中心地理论的地域结构1 1 5 1 。 陈才指出区域经济地域结构是经济地域的主要物质内容在地域空间上的相互 ，关系和组合形式。同时他还总结了各种区域经济空间结构的类型和特征【1 6 】。 李小建总结了经济空间结构的基本要素：点、线、面、网络及其空间结构的 演变规律和形成机制，并在此基础上形成了关于经济空间结构的理论体系【1 7 】。 郝寿义在传统二元经济结构的基础上提出了一种新的区域经济空间结构的理 论一区域经济空间的三元结构理论【l 引。他指出了区域经济空间结构的三种构成要 素：城市经济、城乡边缘区经济、乡村经济，并强调了城市、城市边缘区、乡村 之间不可分割的整体性和联系性，从而形成了一种新的区域经济空间结构。 曾菊新在空间经济：系统与结构中对区域经济空间结构做了比较系统的 论述，从三个方面界定了区域经济空间结构的要素构成。一方面是空间经济的几 何要素；另一方面是区位组合要素的组合实体或类型；还有就是生产力要素的空 间流。他在试论经济空间结构中指出了区域经济空间结构的基本特征，表现 为系统性、区域性和动态性。他在论基于空间结构的宏观经济政策中对最佳 区域经济空间结构和相应的政策进行了初步的研究i 顾朝林、甄峰、陈修颖对区域经济空间结构的研究包括：从经济空间分异 的角度，认为区域经济空间结构主要包括社会经济空间组织的构架或脉络以及区 域社会经济发展的空间均衡与不均衡【l 川；通过分析区域经济结构重组的途径， 4 认为空间结构重组主要包括要素重组和状态重组两部分；对很多地区的经济空 间结构做了实证研究，认为区域经济空间结构的发展状况对区域成长有重要影响， 空间结构的合理与否直接影响到区域社会经济整体发展水平 2 0 l 。 2 ) 区域空间结构研究的主流化尝试 陆玉麒通过对区域可达性测算方法的研究，构架了一种关于区域可达性测算 的新模型，利用该模型中参数的改变，在均质平原背景的假设条件下推导出了区 域经济“双核”结构模式的形成机制。他认为，形成什么样的区域经济空间结构 主要取决于区域中的区域可达性，而与其他因素无关【2 l 】。 谭遂等在自组织理论与新经济地理学最新成果的基础上，从微观主体的居民 和生产企业出发，建立了一个自组织空间经济学理论模型，并利用它来验证空间 格局演变的部分规律圈。 罗静和曾菊新对中国城市体系的分布进行研究后，认为在均质和没有地理条 件差异的地球表层，城市应按一定的自组织方式规则分布。但受地理条件差异和 一些偶然性历史事件的影响，城市体系的区位分布便会出现复杂的变化，并对以 后的城市体系区位分布产生路径依赖效应田】。 郑国等运用分形理论进行研究，认为城市体系具有自相似性，是一个分形体， 城市体系分形生长能力根源于自然界生态空间的随机性、奇异性和复杂性，其动 力来自于城市与城市、城市与区域的相互作用。同时，他利用城市市区非农业人 口、市区国内生产总值作为城市的规模指标和柯尔莫哥诺夫容量维对西北地区城 市体系人口和经济两方面的分维数进行了测算，分析了西北地区城市体系的演化 态势 2 4 1 。 朱英明和姚士谋在城市群空间结构形成机制的研究中，论证了城市体系的分 形特征。刘继生和陈彦光运用分形理论，指出了在一定的经济发展阶段，区域经 济现象能够自组织地演化出区域经济的“点一轴”空间结构【2 5 】。 苏串雪在研究产业集群和城市群的发展关系中指出产业转移和企业分工导致 的企业集聚和扩散会促进产业集群空间结构的形成，而产业集群空间结构的进一 步发展是城市群空间结构形成的基本动力【2 6 j 。 李小建等人在产业集群研究过程中指出，企业联系，尤其是产业内企业间的 联系，对企业集聚起着重要作用，而产业集聚和企业联系网络的形成是城市群空 间结构形成的微观机$ ! j 1 2 n 。 1 2 3 国内外研究评述 从研究视角来说，近代的各国学者集中于区域经济空间结构描述以及区域经 5 济空间的组织模式分析，对空间结构演化的微观研究较少，使得区域空间仅仅作 为调控对象空间而存在，忽略了区域内部大量的具有各类动机、行为与利益的微 观主体的存在。 从研究方式上来说，学者们注重抽象的理论模式分析，结合具体案例进行实 证研究较少；对区域空间结构的定性分析较多，定量研究较少。城市作为区域的 一部分，有其发展的特殊性，一些学者开始运用一些新理论、手段和计量模型等 对城市的空间结构演化进行研究，但是这些手段和方法还没有应用于区域或者国 家的空间结构演化模拟和预测。 虽然目前的相关研究在理论上和实证上都取得了许多有价值的成果，但是总 体来说，微观机制研究不足，并且没有确立出完整的理论和方法来分析区域的宏 微观现象与规律。因此本文从区域空间的微观主体行为及其规律分析出发，探讨 区域空间结构演化的微观动力，并构建基于微观主体的区域空间结构演化模型， 最后结合京津冀地区的具体情况进行实证模拟和预测。 1 3 研究框架及内容 在研究和综述了国内外研究成果的基础上，便引申出了本文所要研究的问题： 通过对复杂性系统理论和多主体理论研究方法的探讨，在分析区域空间结构演化 的微观动力基础上，建立研究区域空间结构演化的整体模型，并运用整体模型对 京津冀区域空间进行实证研究。论文的研究内容和思路框架如图1 1 。 第1 章绪论 第2 章区域空间结构演化理论 第3 章基于微观主体的区域空间结 构演化模型的构建 区域空间结构演化的区域空间结构演化 微观动力分析模型的构建 f 第4 章实证分析 第5 章结论和展望 图1 1 思想技术路线图 t h e t h o u g h tt e c h n o l o g yr o a d m a p 6 一 一 厂，l 第1 章，绪论。综述国内外研究状况，在分析研究成果存在问题的基础上， 提出本文的研究框架及内容。 第2 章，区域空间结构演化理论。描述区域空间结构，回顾复杂性系统理论 和多主体理，分析基于复杂空间系统的研究方法，为微观动力研究和模型的构建 提供理论基础。 第3 章，基于微观主体的区域空间结构演化模型的构建。综述了四种已有模 型及其构建方法，在深入探讨区域空间结构演化微观机理的基础上，构建基于微 观主体的区域空间结构演化的模型，为第四章的实证分析奠定模型基础。 第4 章，实证分析。以京津冀区域空间为实证对象，利用第三章的模型，构 建n e t l o g o 模拟平台，模拟和预测京津冀地区的空间结构演化过程，并分析其空间 结构的影响因素和演化规律。 第5 章，结论和展望。总结论文的研究成果，并对未来研究提出展望。 1 4 主要创新点 论文的主要创新点体现在： 1 ) 从主体驱动、土地驱动、环境驱动以及政府的宏微观调控方面，分析了区 域空间结构演化的微观动力，完善了关于区域空间结构演化的微观研究。 2 ) 细化主体，描述和分析各类不同微观主体及其在空间结构演化中的作用， 探讨主体对空间结构形成的影响。其中把居民主体分为城镇居民主体和农村居民 主体，把企业主体分为商业企业主体和工业企业主体。同时深入探讨政府主体的 宏微观调控作用对区域结构演化所产生的影响。 3 ) 构建基于微观主体的区域空间结构演化模型。通过对该模型的构建完整地 描述了区域空间结构演化的整个过程，把对各类主体及其行为的定性描述转化为 模型关系，进而为区域空间结构演化模拟研究提供了模型依据。 4 ) 构建区域空间结构演化的n e t l o g o 软件模拟平台。在区域空间结构演化整 体模型的基础上，通过编写程序，把各类主体的行为量化，通过模拟平台直观地 表现出空间结构的演化过程。 7 2 区域空间结构演化理论 本章主要描述区域空间结构、复杂适应性系统理论、多主体理论、基于复杂 空间系统的研究方法以及聚集一区域空间结构演化模型，分别为模型构建和实证 分析提供理论基础、方法依据和模型依据。 ，。 2 1区域空间结构描述 区域空间结构是各种经济活动以及各个城镇在城市区域内的空间分布状态和 空间组合形式，是在特定的经济社会发展水平下，区域内的各个城镇相互作用和 相互联系所形成的城镇空间分布形式、集聚规模和集聚形态，是一种具有一定空 间结构和空间功能的社会经济系统和空间组织形式，它也是在长期经济发展以及 要素流动过程中人类活动和区位选择的结果【2 引。 区域空间结构由点、线、网络和域面四个基本要素所组成。( 1 ) 点，指某些 经济活动在地理空间上集聚而形成的点状分布形态。一般工业、商业、服务业等 部门在空间上因有集聚的要求往往呈现出点状，于是就形成了相应的工业网点、 商业网点、服务网点等。( 2 ) 线，指某些经济活动在地理空间上所呈现出的线状 分布形态。线包括了交通线( 由铁路、公路、水运、航空等组成) ，通讯线( 由各 种通讯设施组成) ，能源供给线( 由各种能源设施组成) ，给排水线( 由各种水利 设施组成) ，还有由一定数量的城镇线状分布所形成的线。( 3 ) 网络，是由相关的 点和线相互连接所形成的。网络是连接空间结构中点与线的载体，网络可以分为 单一性网络和综合性网络。前者是由单一性质的点与线组成，如交通网络、通讯 网络、能源供给网络等。后者是由不同性质的点与线组成。( 4 ) 域面，是由区域 内某些经济活动在地理空间上所表现出的面状分布状态。最常见的有农业空间分 布所呈现的域面，各种市场所形成的域面，城市经济辐射力所形成的域面。 对点、线、域面之间的组合方式进行研究，得出了7 种组合模式。“点一点 构成节点系统，表现为条状城镇带和块状城镇群。“点一线”构成交通、工业等经 济枢纽系统。“点一面构成城市一区域系统，表现为城镇聚集区，城市经济区。 “线线”构成交通、通讯、电力、供排水等网络设施系统。“线一面 组成产业 区域系统。“面一面”组成宏观经济地域系统，如经济区、经济地带。“点一线一 面 就构成了空间经济一体化系统。 2 2 复杂适应性系统理论 8 1 ) 复杂性适应性系统理论 复杂适应性系统( c o m p l e xa d a p t i v es y s t e m ，简称c a s ) 是一种一般性规律控 制系统。该理论认为事物的复杂性是由简单性发展而来的，并在适宜的环境中不 断演化，形成一定的行为和演化规律。复杂适应系统( c a s ) 理论将系统中的成员称 为具有适应性的主体( a d a p t i v ea g e n t ) ，简称主体 2 9 1 。 c a s 理论在自组织和协同论等理论的基础上，将系统的成员看作是具有自身 目与主动性的、积极的“活的”主体，是复杂系统研究在观念上的一大进步，这 种进步更多的考虑了元素间的相互作用对系统演化的重要贡献。 根据c a s 基本理论，可以认为，复杂性产生的根本原因，本质上可以归结为 系统组成要素内部相互作用结果的外在、整体表现。要素与系统环境之间的适应 淘汰机制长期的作用会导致要素具有进化性和适应性的特征，要素的多样性 和适应性会使系统的复杂性急剧增加。所谓具有适应性，就是指它能够与环境及 其他主体进行交互作用，主体在这种持续不断的交互作用的过程中，不断地“学 习”或“积累经验 ，并且根据学到的经验改变自身的结构和行为方式。 2 ) 复杂适应性理论的核心思想 c a s 理论的核心思想“适应性造就复杂性 ，具有十分重要的认识论意义。这 里从四个方面进行解释： 第一，强调主体是主动的、活的实体。这一特点是复杂适应性系统能够有效 应用于经济、社会、生态等复杂系统研究的保障。这里，主体可以也理解为角色 的意思。对城市与区域研究而言，把居民、企业、政府等作为主体进行研究，就 将区域系统的研究推向了宏微观结合的水平。 第二，该理论认为个体与环境、个体与其他个体之间的相互作用，是系统演 变和进化的主要动力。区域系统内部各个微观主体之间存在复杂的相互作用关系， 正是微观水平上的竞争与关联导致了宏观水平上涌现的集聚与扩散，从而塑造出 区域空间复杂的结构演化过程。 第三，把宏观和微观有机的联系起来，通过主体的相互作用，使得微观主体 变化成为整个系统宏观变化的基础。宏观系统的某些属性可以理解为微观个体的 某些属性的统计量。然而，个体是活的，有主动性和适应性，从前的经历会固化 到它的内部，他的运动和变化就不再是一般的统计方法所能描述的。 第四，考虑到随机因素的作用，具有更强的描述与表达能力。随机因素并不 是复杂适应性系统理论的独有特征，它不仅影响主体与系统状态，而且还使主体 接受教训、总结经验，并以某种方式把“经历记住，使之固化在以后的行为方 式中。 目前对复杂适应性系统的研究，多数采用的是多主体系统理论与方法，即把 9 区域社会经济系统看成一个由多主体交互协作组成的复杂适应系统，从而可以运 用多主体系统理论与方法对其进行研究。 2 3多主体系统理论 1 ) 主体 主体，又译为智能体、角色等。f r a n k l i n t 和g r a e s s e 对自治主体下了正式定义， 即存在于系统内，是环境的一个组成部分，能感知环境，并行动于环境，按照自 己的目标行事，并影响它未来的感知。自治主体可以是人、动物、全自动机器人、 人工生命或软件主体 3 0 1 。主体具有以下特征： 第一，自主能力。主体可以在没有其他主体直接干预的情况下运作，而且对 自己的行为和内部状态有某种控制能力。 第二，社交能力。主体和其他主体可以通过某种主体语言进行交互。 第三，反应能力。主体观察其环境，并在一定时间内做出反应，以改变环境。 第四，预动能力。主体不仅能简单地对环境做出反应，而且能够通过接受某 些启示信息，体现出面向目标的行为。按照感觉和行动的范围和理性划分，主体 可分类为反映主体和知觉主体，前者为低级主体，后者为高级主体。 2 ) 多主体系统 多主体系统是由多个主体组成的集合，主体们一般都有一个或多个特征值， 并能够修改自身的特征值；主体之间能够交互，通过与其它主体的交互作用，使 得系统整体演进、涌现出宏观的现象、结构与规律。这种自下而上的系统被称为 多主体系统。其中主体应具有自主能力、社交能力、反应能力和预动能力的特征， 自主能力是指主体可以在没有其他主体直接干预的情况下运作，而且对自己的行 为和内部状态有某种控制能力；社交能力指，主体和其他主体通过某种主体语言 进行交互：反应能力是主体观察其环境，并在一定时间内做出反应，以改变环境； 预动能力是指主体不仅能简单地对环境做出反应，而且能够通过接受某些启示信 息，体现出面向目标的行为。 3 ) 多主体系统的结构 多主体系统的结构根据模拟系统的结构而确定。常见的多主体系统是由四类 要素所构成：主体、客体、环境和交流。其中，主体是所有模拟个体；客体是所 有不能对刺激发生反应的被动事物；环境是指拓朴空间，主体和客体在其中定位、 移动和行动。信号则在其中传播( 气味、声音等) ；交流是所有交流项目的总和， 如声音、书写材料和信号等。行为因主体与主体、主体与客体、主体与环境交流 产生。如图2 1 所示。 1 0 砰疆 。生体跫最 蹙蹴 0 圭体 图2 1 多主体系统结构示意图 s c h e m a t i cd i a g r a mo fm u l t i - a g e n ts y s t e m s 区域系统的多主体与上述结构基本对应。主体层是城市的居民、企业、开发 商和政府。但是政府可以从主体层中分离出来，因其具有调控作用。环境层是具 有不同地表形态与区位特征的自然空间。客体层是主体层在环境层上建设的建筑 物、构筑物，包括基础设施与房屋等。主体之间相互交流，存在着关联合作与竞 争关系。其交流过程主要通过其空间区位及房地产市场的动态过程加以体现。 2 4基于复杂空间系统的研究方法 复杂性研究作为现代系统科学的最新进展，对我国影响较大的一个是以开放 复杂巨系统理论为旗帜的钱学森学派，另一个就是美国以复杂适应系统为核心的 圣塔菲学派。 1 ) “生成论” 2 0 世纪8 0 年代初，著名科学家钱学森与合作者王寿云提出了将科学理论、经 验和专家判断相结合的半理论、半经验的方法。在此基础上，钱学森等人于9 0 年 代先后提出了开放的复杂巨系统及其方法论，即从定性到定量的综合集成法【3 l 】。 继综合集成法之后，钱学森又进一步提出从定性到定量的综合集成研讨厅的构想。 其实质是将专家体系、统计数据和信息资料、计算机技术这三者结合起来，构成 一个高度智能化的人机结合系统，这是综合集成法运用的实践形式和组织形式【3 2 1 。 从定性到定量、综合集成、研讨是解决复杂性问题的三个关键。从定性到定量把 专家的定性知识同模型的定量描述有机地结合起来，实现定性变量和定量变量之 间的互相转化。对于复杂系统问题，需要对各种分析方法、工具、模型、信息、 经验和知识进行综合集成，构造出适于问题决策的支持环境，以利于解决复杂问 题。 2 ) “集成论 对于“生成论 的研究方法，研究者多采用网格自动机( 元胞自动机、布尔 网络、人工神经网络、l 一系统) 、遗传算法、组合优化方法、博弈论以及多主体 模型等，强调局部规则导致系统宏观全局的变化。“生成论 方法建立在逻辑归纳 之上，其模型通过计算机来模拟系统宏观整体行为自下而上的突现过程，研究者 能够从直接的观察中发现和总结系统演化的规律，从而建立理论。 3 ) “生成论 与“集成论相结合 “集成论 是系统研究方法的总概括，可以用于具体的复杂空间系统的问题， 这就为诸如城市规划、区域发展等实践提供了强有力的解决方案。而“生成论 的研究方法更强调纯理论的研究，在探察复杂空间系统的内在规律方面配备了多 种基本的分析工具。因此，把“生成论 与“集成论”相结合对于复杂空间系统 的研究具有重大的突。主要表现在三个方面： ( 1 ) 定性分析与定量模拟相结合。空间复杂性在研究深度上应该不限于传统 地理学的那种对客观事物的描述，而是更着重于揭示复杂空间系统的内在机制和 演化历程，并且力图尽可能准确地预测其未来的发展和变化，这就需要从定性分 析到定量模拟，再从定量结果到定性认识。 ( 2 ) 微观分析与宏观综合相结合。复杂空间系统无疑具有宏观和微观