基于中心地理论的中国城市群空间自组织演化解析.docx

基于中心地理论的中国城市群空间自组织演化解析张贞冰 1，2，3，陈银蓉1，赵 亮 2，王婧 4（1.华中农业大学 公共管理学院，中国湖北 武汉 430070；2.湖北大学 中国旅游案例教学与研究中心,中国湖北 武汉430062；3.湖北大学 教务处，中国湖北 武汉 430062；4.湖北大学 知行学院，中国湖北 武汉 430062）摘 要：以克里斯塔勒中心地模型为空间范式，在经济原则、交通原则和行政原则下划分武汉城市圈、长三角、珠三角和京津冀城市群空间单元，与理论模型空间划分进行比较。将现实功能单元划分与理论空间模型之间破碎地块面 积与区域总面积的比值作为评价空间自组织演化的指标，用以对比各自的模型拟合度以客观解析中国城市群空间 自组织演化状态。结果表明：区域经济总量是影响区域空间自组织演化程度的首要因素，武汉城市圈空间自组织演 化尚处于发育阶段，仅相当于长三角城市群的一个空间子系统或二级功能单元，但政府规划建设尤其是交通设施建 设较为有序和科学，待其经济总量持续增长，其空间自组织演化将更趋合理。京津冀都市圈空间组织演化合理程度 更高，珠三角和长三角城市群空间自组织演化最为合理，处于空间自组织演化高级阶段。同时，相对于巨大的经济总 量的差异，处于不同发展阶段的各城市群（都市圈）空间自组织演化水平实际差异并不那么显著，表明空间自组织演 化作为空间成长的内生动力规律性明显。关键词：武汉城市圈；空间自组织演化；中心地模型中图分类号：f291 文献标志码：a 文章编号：1000 - 8462（2014）07 - 0044 - 08the analysis of metropolitan areas spatial self-organization evolution in chinabased on the theory of central placezhang zhen - bing1，2，3，chen yin - rong1，zhao liang2，wang jing4（1. school of public management，huazhong agricutual university，wuhan 430070，hubei，china；2. case study and research centry of tourism，hubei university，wuhan 430062，hubei，china；3. deans office, hubei university，wuhan 430062，hubei，china；4. zhixing college of hubei university，wuhan 430062，hubei，china）abstract: in the principle of economy ,transportation and administration the paper focus on the spatial structure data ofthe metropolitan areas with the theoretical model based on the central place theory proposed by w. christaller.the study analysis its evolutionary status of spatial self-organization. the result indicates that economic aggregate is the the most important factor of the patial self- organization. and wuhan metropolitan area is in still in the primary phase of development ,which is equivalent to a subsystem or a subordinate functional unit. with scientific city planning and development especially the trasportation construction the patial self-organization will be more and more reasonable .key words: wuhan metropolitan area; spatial self-organization; the central place theory城市圈即都市圈（metropolitan areas），指以中心城市为核心，与周边城市保持密切的经济社会联 系、具有一体化趋向的城市密集区，是中心城市功 能服务的最大功能地域与通勤范围1。现代意义的 城市圈发展规划研究始于 1950 年代，城市群体化 现象大规模出现，城市化进程迅速发展的时期。50 多年来城市圈建设与发展的理论与实践研究领域 不断深化、成果不断涌现，研究内容上主要集中于城市圈形成与演变、产业结构与功能分工、空间结构与组织、空间管治与规划政策、发展问题与战略 对策研究等方面2-7。空间自组织效应指在区域空间演化过程中，由 于空间结构自身调节机制所带来的某种程度的守 恒与封闭性，使得结构变化得以被限制在一定的边 界以内，而一旦调节机制失控或受到外部力量的干 预，则有可能导致原有内在的转化规律变更，进而收稿时间：2014 - 02 - 18；修回时间：2014 - 06 - 03基金项目：国家社会科学基金项目（08bjy015） 作者简介：张贞冰（1982），男，湖北武汉人，博士研究生。主要研究方向为土地利用规划与管理、城市空间结构等。e-mail：739561617。通讯作者：陈银蓉（1963），女，湖南长沙人，博士，教授，博士生导师。主要研究方向为土地利用规划与管理等。e-mail：。第 7 期张贞冰，陈银蓉，赵 亮，等：基于中心地理论的中国城市群空间自组织演化解析45改变原有空间结构而形成新的空间系统8。空间自组织效应是前两种效应的空间叠加，是催生都市圈 空间结构演进发展的内生动力，也是都市圈空间成 长遵循空间范式的客观体现。都市圈空间系统在存 于系统内外物质能量交换的前提下，遵循都市圈空 间自组织演化规律，按照特定的空间范式发展，即 都市圈空间自组织效应的作用，这种内因是决定空 间系统发展方向的主导力量。因此，科学客观评价 都市圈空间竞争力，本质就是评价都市圈空间成长 过程中，是否遵循都市圈空间自组织演化规律，其 拟合程度越高，都市圈空间竞争力越强。关于城镇体系的空间范式，众多学者提出过很 多理论模型。关于城镇体系的规模等级分布，马克 杰斐逊在 1939 年对国家城市规模分布规律就提出 过概括，并利用首位度作为衡量城镇规模分布状况 的常用指标。1949 年，捷夫基于位序规模分布，提出 了城市规模分布的一般化模型，用以评价和研究国 家的城市规模等级分布。但从城镇空间体系视角， 经典范式则为克里斯塔勒的中心地模型。尽管后来 存在各种理论模型试图论述城镇体系的空间分布， 但无论是核心边缘理论、增长极理论还是“点 轴网”模型，阐述的更多是中心地与其腹地的关 系以及中心地之间的空间联系，就城镇的空间分布 规律的探究，还以中心地理论为经典模型9-10。研究方法上，随着计算机技术运用于城市地理 学研究，地理信息系统作为新的研究手段，开始分 析矢量化、数据化的地理信息。城镇体系作为一种 数据元，在计算机的辅助分析下，其分布规律和空 间范式有了新的表征。如 voronoi 图的分析方法，王 新生在构建了 voronoi 图新的算法的基础上，将其 用于界定城市空间影响范围11；闫卫阳运用加权 voronoi 图对城市断裂点模型进行扩展12。研究拟通过中心地理论模型作为空间范式评 价现实城镇体系空间自组织演化程度，利用上述思 路和技术路线划定城市的空间影响范围，实现分割 空间，并拟合中心地模型的空间分割，研究都市圈 城市实际空间影响范围与理论的空间影响范围的 变异程度，用以评价都市圈空间发育与空间自组织 演化之间的关系。北省东部，土地总面积、常住人口、地区生产总值（gdp）三项指标分别为占湖北省的 31.23%、52.43% 和 61.73%，快速成长的武汉城市圈是中部崛起的重 要战略支点，是区域性的重要城市圈。长三角城市 群占全国国土面积 2%，集聚了全国 10%的人口，创 造了全国 26%的 gdp，完成了全国 37%的外贸出口 额，吸引了全国 52%的实收外资，成为亚太地区重 要的国际门户、全球重要的现代服务业和先进制造 业中心、具有较强国际竞争力的世界级城市群，是 世界公认的六大城市群之一。珠三角城市群是我国 乃至亚太地区最具活力的经济区之一，它以广东省 30%的人口，创造着全省 77%的 gdp。“大珠三角” 面积 18.1 万 km2，以经济规模论，“大珠三角”城市群 相当于长三角城市群的 1.2 倍。“大珠三角”已成为 世界第三大城市群。京津冀都市圈占全国总面积的 1.9%，占全国总人口的比重为 5.79%该区经济总量 增长速度普遍高于全国平均水平，但落后于长三角 和珠三角城市群，其中北京和天津核心地位显著。选取上述研究对象，既涵盖空间组织演化尚处 于成长和上升阶段的武汉城市圈，也包含空间组织 演化合理、经济社会发展水平高、处于高等级的三 大城市群，尤其是长三角、珠三角城市群已成为世 界级城市群。通过比较研究处于不同规模等级的都 市圈、城市群之间的空间组织演化合理程度，更全 面透彻地解析不同发展阶段中，各城镇体系的空间 自组织演化状态。1.2 研究方法利用现代地理信息系统平台采集研究区域空 间数据并矢量化，绘制市场原则、交通原则以及行 政原则下现实的城镇体系空间系统，以克里斯塔勒 的中心地模型为空间范式，对比研究三大原则下现 实空间系统与中心地理论模型的关系，以模型拟合 度为主要指标评价解析武汉城市圈、长三角、珠三 角城市群以及京津冀都市圈的空间自组织演化水 平和发展阶段。2 中心地模型拟合度克里斯塔勒基于市场原则、交通原则以及行政 原则分别构建了 k=3、k=4 以及 k=7 的六边形模型 系统（图 1），用以阐明基于不同原则下的城镇体系 空间结构。中心地模型不仅说明了区域内城镇体系 的理想位置及等级关系，也划分了区域的空间，同 一等级的中心地之间的边界分割了空间，这种分割 也是各中心地城市之间场的作用范围。1 研究对象与研究方法1.1 研究对象选取研究对象为武汉城市圈、长三角城市群、 珠三角城市群和京津冀都市圈。武汉城市圈位于湖46经济地理第 34 卷图 1 中心地体系的三种组织形式fig.1 three kinds of organization form of centre system正是基于这样的理解，研究采用中心地模型作为理论模型，然后通过对研究区域的现实的空间分 割，比较现实空间分割与理论模型的拟合程度，用 以评价都市圈空间结构的合理性。2.1 市场原则下的中心地模型拟合度市场原则下，采用各区域总产值作为分割空间 的指标。查阅湖北、江苏、浙江、上海、北京、天津、河 北、广东、深圳、香港特别行政区以及澳门特别行政 区统计年鉴，获得各城市总产值数据（表 1）。通过分析总产值数据，确定区域的中心地规模 等级，并在此基础之上做中心地分割空间的理论模 型（图 2）。利用各城市的总产值数值为权重，确定各发生 点在区域内实际的影响范围，并且根据各城市产值 的实际数值确定区域内各中心地的等级。将数值输 入 arcinfor，进行属性编辑，对相同等级的中心 地进行空间划分。由于上述城市群或都市圈区域内表 1 各城市年总产值表/亿元 tab.1 the cities output / 100 million yuan 武汉城市圈长三角城市群珠三角城市群京津冀都市圈城市 产值城市产值城市产值城市产值武汉 3 960.08上海杭州 南通 南京 苏州 无锡 宁波 扬州 泰州 绍兴 嘉兴 常州 镇江 湖州 舟山广州深圳 香港 东莞 佛山 江门 肇庆 惠州 中山 珠海 澳门北京天津 保定 石家庄 唐山 沧州 张家口 廊坊 承德 秦皇岛13 698.154 781.162 510.133 775.006 701.104 419.503 964.051 573.291 397.202 222.951 815.302 202.231 408.141 034.8996.778 215.827 806.5414 447.003 575.744 333.30127.09709.001 085.00140.85992.06145.3010 488.006 354.38391.081 139.011 807.73243.85286.73235.03180.49472.33黄冈孝感 咸宁 黄石 天门 仙桃 鄂州 潜江600.75593.06359.19556.57187.35233.50269.79211.82产值明显高于其他城市的一级中心地只有一个，因此二级中心地实际的空间分割曲线与理论的分割武汉城市圈京津冀都市圈长三角城市群珠三角城市群图 2 市场原则下各都市圈（城市群）中心地理论模型fig.2 the centre system model based on marketing principle第 7 期张贞冰，陈银蓉，赵 亮，等：基于中心地理论的中国城市群空间自组织演化解析47武汉城市圈京津冀都市圈长三角城市群珠三角城市群图 3 市场原则下各都市圈（城市群）空间分割拟合曲线fig.3 the space partition curve based on marketing principle曲线相交（图 3）产生的区域面积大小就用来度量区域空间结构与理论模型的拟合度。同时，各城市群 区域面积不同，为了标准化处理，采用相交区域（破 碎地块）面积与区域总面积的比值表征空间结构与 理论模型的拟合度。计算各都市圈破碎地块面积（图 4）得到各都市 圈（城市群）在市场原则下空间结构与理论中心地 模型的拟合度（表 2）。表 2 市场原则下各都市圈（城市群）空间分割 曲线与理论模型拟合度表tab.2 the space division goodness-of-fit statistics based on marketing principle与理论模型拟合程度比较，长三角城市群的拟合程度最好，空间结构发育最接近理论状态，其次是珠 三角和京津冀地区，武汉城市圈的空间发育程度低 于上述区域。其次，就都市圈（城市群）空间发育的规模等级 而言，长三角区域中心城市上海市的中心地级别高 于其他城市群的一级中心地。因此，长三角城市群 的空间分割实际上只做到了省会城市和副省级城 市这一级别，而这些二级中心地与珠三角城市群和 武汉城市圈的一级中心地为同一级别，长三角城市 群的空间分割曲线的数量事实上少于其他城市群。 这既说明长三角城市群的空间发育水平高于其他 城市群，达到较高级阶段。同时这种划分方式也是 其空间分割曲线与理论模型拟合度高的原因，很容 易理解三个城市分割空间肯定会比八个甚至更多 城市分割空间与理论模型的拟合程度更高。最后，各都市圈（城市群）基于市场原则的空间 分割与中心地模型的拟合程度排序与区域的经济 实力总体排序一致，表明空间结构与经济发展水平 之间的耦合协同作用关系：即经济越发达的区域， 其空间相互作用越强，空间自组织演化越合理，其 空间结构愈接近于理论空间模型；同时，空间结构武汉 城市圈长三角 城市群珠三角 城市群京津冀 都市圈1 1042 126642361392622484 02910 23558 0511 4894 7894 0022 4693102276842 9802 1922 7061 3812 8517 0725 4061795 86411 806破碎地块面积/km2区域总面积/km299 60055 900183 704拟合变异度0.328090.128000.187480.18061 结果解释：首先，从市场原则下空间分割曲线武汉城市圈京津冀都市圈长三角城市群珠三角城市群图 4 各都市圈（城市群）市场原则下空间分割曲线与理论模型拟合度图fig.4 the space division goodness-of-fit statistics based on marketing principle48经济地理第 34 卷越为合理的区域，越有利于区域空间相互作用，强化区域的一体化趋势，优化整合配置调度区域内的 资源，推动区域经济更快更合理的发展。2.2 交通原则下中心地模型的拟合度交通原则下，利用各地的交通地图做为底图， 将高速公路、国道以及省道数据矢量化，分别赋值 1.0、0.8 和 0.6 作缓冲处理，计算各发生点所辖区域 道路 buffer zoom 所占面积，以空间单元内道路面积 值作为权重，分割区域空间，研究空间分割曲线与 k=4 体系下中心地模型（图 5）分割区域空间的拟合 程度。通过对数字化后的道路进行赋值缓冲处理，得 到各都市圈（城市群）的道路分布图（图 6），并以利 用面积计算工具得到各发生点的交通原则下的影 响区权重值（表 3），利用相应的权重值分割空间，叠 加理论模型作空间分割拟合曲线（图 7）。计算破碎地块面积（图 8），比较破碎地块的面 积与区域总面积，得到拟合的变异度（表 4）。结果解释：首先，交通原则下，武汉城市圈空间 分割的曲线与理论模型拟合程度最好，表明武汉城市圈基于交通组织的空间结构合理，发育良好，长三角城市群和珠三角城市群次之，拟合程度较低的 是京津冀都市圈。表 3 缓冲处理后各城市道路面积表/km2tab.3 the area of roads based on the buffer zoom/km2武汉城市圈长三角城市群 珠三角城市群京津冀都市圈城市道路面积 城市 道路面积 城市 道路面积 城市道路面积武汉黄冈 孝感 咸宁 黄石 天门 仙桃 鄂州 潜江上海杭州 南通 南京 苏州 无锡 宁波 扬州 泰州 绍兴 嘉兴 常州 镇江 湖州 舟山广州深圳 香港 东莞 佛山 江门 肇庆 惠州 中山 珠海 澳门北京天津 保定 石家庄 唐山 沧州 张家口 廊坊 承德 秦皇岛613.2313.4256.4413.1314.287.1113.7101.385.3475.3576.7431.1327.5273.1281.3410.3220.4234.6310.6257.3153.4168.3194.585.6613.2217.7112.5423.1157.6210.7513.7313.7160.3234.1100.1713.2510.1401.3400.1210.3213.7412.1180.2397.9203.2其次，基于交通原则组织的空间分割曲线与理论模型的拟合程度，各都市圈（城市群）的数值相当武汉城市圈京津冀都市圈长三角城市群珠三角城市群图 5 交通原则下各都市圈（城市群）中心地理论模型fig.5 the centre system model based on transportation principle武汉城市圈京津冀都市圈长三角城市群珠三角城市群图 6 各都市圈（城市群）各规模等级道路分布图fig.6 the road map of metropolitan area第 7 期张贞冰，陈银蓉，赵 亮，等：基于中心地理论的中国城市群空间自组织演化解析49武汉城市圈京津冀都市圈长三角城市群珠三角城市群图 7 交通原则下各都市圈（城市群）空间分割拟合曲线fig.7 the space partition curve based on transportation principle武汉城市圈京津冀都市圈长三角城市群珠三角城市群图 8 各都市圈（城市群）交通原则下空间分割曲线与理论模型拟合度图the space division goodness-of-fit statistics based on transportation principlefig.8表 4 交通原则下各都市圈（城市群）空间分割曲线与理论模型拟合度表tab.4 the space division goodness-of-fit statistics based on transpotion principle再次，交通原则下各区域空间分割与中心地理论模型的拟合程度排序与区域经济发展水平排序 并不一致。基于道路缓冲区面积的权重计算方法削 弱了很多高等级中心地的职能等级，譬如上海的权 重与苏州、无锡、南京、杭州以及宁波均处于相似的 数量级，而非按照市场原则下上海明显的高一等级 的中心地表现，因此，武汉城市圈城镇等级规模在 该原则下一致性趋势更为明显，排序较为靠前。最后，道路网络建设为政府行为，政府规划影 响明显。交通原则下各区域空间分割与理论模型拟 合程度均较高而且数值较为接近，表明人为的规划 引导避免了单纯的经济作用导致的空间不均衡发 展，人为组织空间的作用一定程度规避了空间发育 过程中单纯依靠市场作用而产生的滞后性，规划空 间向更为合理的方向演进。2.3 行政原则下中心地模型拟合度行政原则下，利用各地的行政区划图做为底 图，将各城市按照行政级别分别赋值，其中首都赋 值 4，直辖市及特区赋值 3，副省级城市赋值 2.5，省 会城市赋值 2，地级市赋值 1，省直管市赋值 0.75 分 割区域空间，研究空间分割曲线与 k=7 体系下中心武汉 城市圈长三角 城市群珠三角 城市群京津冀 都市圈1631 6511 3331 2331 2232 9143 5703 2317 9072756098062 2535801 4171 8531 1102 82855 9000.1940419 86217 29111 8971 8332 3891 007破碎地块面积/km2区域总面积/km2拟合变异度58 0510.1467299 6000.15655183 7040.29547接近，仅有京津冀都市圈略低，而不像基于市场原则下以各区域的总产值作为权重分割空间的变异 度差异那么大。原因在于方法的选择，中心城市道 路等级高，但道路长度有限，而二级中心地尽管道 路等级和路网密度偏低，但区域范围内道路里程较 长，最终的空间分割会较为平均，更接近理论的模 型状态。因此，交通原则下区域空间分割的曲线与 中心地理论模型的拟合程度高于市场原则下的拟 合度，而且各区域拟合程度更为接近和平均。50经济地理第 34 卷地模型（图 9）分割区域空间的拟合程度（图 10）。计算各都市圈（城市群）在行政原则下破碎地块面积（图 11），比较破碎地块的面积与区域总面积，得到 拟合的变异度（表 5）。结果解释：首先，行政原则下，按照各城市行政 级别划分影响的空间范围，分割区域内空间，分割 曲线与理论的模型拟合度武汉城市圈最高，其次是 长三角城市群，珠三角城市群和京津冀都市圈拟合 程度略低。其次，行政原则下各都市圈（城市群）空间分割与理论模型的拟合程度排序与交通原则下的拟合程度排序指向性一致，原因在于行政原则下的各发 生点空间影响范围同样受到人为作用的强烈影响， 表明空间结构在演进过程中是由空间自组织演化 规律和政策引导共同作用的结果。再次，尽管行政原则下各都市圈（城市群）的空 间分割与理论模型拟合程度排序和交通原则下的 排序一致，但从数量表现而言，仍与其表现存在明 显差异。主要表现为交通原则下除京津冀都市圈 外，其余的（都市圈）城市群与理论模型的拟合程度武汉城市圈京津冀都市圈长三角城市群珠三角城市群图 9 行政原则下各都市圈（城市群）中心地理论模型fig.9 the centre system model based on administrative principle武汉城市圈京津冀都市圈长三角城市群珠三角城市群图 10 行政原则下各都市圈（城市群）空间分割拟合曲线fig.10 the space partition curve based on administrative principle武汉城市圈京津冀都市圈长三角城市群珠三角城市群图 11 各都市圈（城市群）市场原则下空间分割曲线与理论模型拟合度图fig.11 the space division goodness-of-fit statistics based on administrative principle第 7 期张贞冰，陈银蓉，赵 亮，等：基于中心地理论的中国城市群空间自组织演化解析51表 5 行政原则下各都市圈（城市群）空间分割曲线与理论模型拟合度表tab.5 the space division goodness-of-fit statistics based on administration principle为合理，但有待进一步发育。京津冀都市圈规模等级和发育程度更好，而珠三角城市群和长三角城市 群则在更大的空间尺度内承载了地区核心增长极 的职能，空间自组织演化也更趋合理。在交通原则 和行政原则下，各研究对象空间结构与中心地模型 的空间范式趋近程度基本无异，处于同一层级，表 明人为规划的交通网络建设以及行政职能的层级 分布与空间表征较为一致，总体规划均较为合理。 比较各都市圈（城市群）空间组织水平，总体排 序为长三角城市群、珠三角城市群、京津冀都市圈 及武汉城市圈，空间组织演化合理度与各区域都市 圈（城市群）区域经济社会实际的发展水平的排序 一致。武汉城市圈空间组织演化合理性略弱于经济 发达地区的都市圈（城市群），但相比较与上述区域 经济社会发展总体水平的巨大差异，武汉城市圈空 间结构合理，空间发育状态良好，组织演化有序。表 明经济社会发展水平处于不同阶段的城镇体系空 间组织演化亦可处于相似的水平，区域空间生长不 仅仅是经济社会发展的产物，空间自组织演化规律是更为重要的内生动力。参考文献：1 coffey w. the evolution of canada s metropolitan economiesm. montreal institute for research on public policy，1994.武汉 城市圈长三角 城市群珠三角 城市群京津冀 都市圈1 0462 7653631 3223 5367 4942 8551 6451 1632 9692 1902451113 1722 2121 33255 9000.2396112 76512 03715 4584082 9236 7511 2761 3662488691 60058 0510.16422破碎地块面积/km2区域总面积/km2拟合变异度99 6000.16920183 7040.27404相差不大，而行政原则下则明显分为两个档次，武汉城市圈与长三角城市群的空间分割与理论模型 拟合程度几乎一致，而珠三角城市群与京津冀都市 圈的空间分割与理论