基于交通网络和经济网络的中国城市体系空间结构对比研究，本文主要内容关键词为：空间结构论文,网络论文,中国论文,体系论文,交通论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
[中图分类号]F129.9 [文献标识码]A [文章编号]1006—012X(2015)—03—0049(07) 城市体系是一个国家或一个地区各种规模、类型城市空间分布结构的有机整体，是整个国家经济社会发展的重要空间依托。而城市体系的城市之间应该不仅仅由城市等级体系及城市规模分布研究所揭示的那样，存在竞争及等级关系，更重要的是存在合作与相互关联的网络互补关系，城市体系中的每个城市均为经济活动在空间内集聚扩散而形成的网络结点。目前，世界城市体系已走向网络化研究的新趋势，主要通过航空流、互联网骨架、网络生产性服务业等跨国公司的全球扩张与空间重组来研究世界城市体系的组织形式与变化。[1～5]目前国内城市体系网络研究主要分为两种：即具体的基础设施联系网络研究(主要是交通联系网络，包括航空网络、[6～10]铁路网络[11，12]和公路网络，[13，14]由实际的交通路网数据来刻画)和抽象的经济联系网络研究(主要包括城市流、[15～17]城市间空间经济联系，[18，19]由特定的经济模型和指标来刻画)。 从网络分析的角度出发，城市体系的网络空间结构研究主要包括两个方面：一是节点分析，即城市的网络中心性分析，城市在网络结构中的“位置”对城市在整个网络中所扮演的“角色”是至关重要的；二是线路分析，即城市间的相互联系分析，研究城市之间联系的强度，也就是城市流的大小和方向。城市网络体系不仅强调基于网络节点性的城市等级划分，更强调各城市间具有相对紧密的空间联系，即城市间不断进行的物质、人员、信息等的交换，以及经济、社会活动的相互影响，正是这种空间联系将地域上分散的城市整合为一体。 因此，本文拟从城市网络中心性和城市间相互联系的角度，基于航空客流数据分析中国城市交通网络结构，基于城市流强度和引力模型分析中国城市经济网络结构，在将二者进行对比研究的基础上进一步深化中国城市网络体系研究，为中国城市体系规划提供科学依据，从而促进现有城市地域、城市职能、城市基础设施以及城市发展政策的有机整合。 二、城市体系的交通网络分析 交通线网和沿线的城市构成了一个开放的网络系统，城市是交通网络上的节点，交通线路是城市对外联系的重要组成部分。构成区域综合交通运输体系的航空、铁路、公路等各种交通方式，在不同程度上与城市的发展有着内在联系，根据各自的网络特点支撑和引导着城市空间的发展，进而影响着城市体系的形成。从城市交通网络的基本特征出发，笔者将城市体系的交通网络分析分成交通网络中心性分析和城市间交通网络联系分析两部分。由于交通数据主要包括航空、铁路和公路数据，而各城市的铁路流和公路流数据较难获取，且航空网络与城市体系的规模等级高度相关(相关系数为0.867，如图1所示)，故笔者选取了航空流为研究视角，所选的研究对象为通航的地级市。航空港是城市对外网络连接的重要门户，由结点(航空港)和连接线(航线)构成的航空网络清晰反映了城市间的连通程度，城市间航空客流量与城市间的联系强度成正比。
图1 2010年中国地级市市区常住人口数与航空旅客吞吐量的散点图① 数据来源：《中国城市统计年鉴2011》；《全国第六次人口普查数据》。 1.城市交通网络中心性分析 为把握航空流所反映的城市体系的结构特征，首先须评定各城市在我国航空运输网中的地位，划分城市的航空网络中心性等级。本文采用网络分析方法中的特征向量中心性指标(即与城市节点相连的航线数量，并以每条航线的旅客运输量作为权重)，来测度城市中心性：[20]
其中，
表示i城市与航空网中其他城市间联系的密切程度，反映其在国内航空网络中交通地位的相对重要程度，
为i城市与j城市间的航空旅客数量，
为j城市的度中心性。
从表1可以看出，按特征向量中心性可将全国主要城市划分为全国性航空中心城市(北京、上海、广州、深圳、成都、昆明共6市)、12个区域性航空中心及主要航空节点城市(重庆、厦门、西安、杭州、三亚、海口、南京、乌鲁木齐、沈阳、哈尔滨、大连和青岛共12市)、其余24个城市则为省域航空中心及重要航空节点城市(各省省会，还包括部分旅游城市和沿海开放城市)。全国性航空中心城市和区域性航空中心城市(共18个城市)作为中国航空网络体系中的主要城市，几乎全面覆盖了全国各大区域：华东地区——上海、厦门、杭州、南京和青岛，华南地区——广州、深圳、三亚和海口，华北地区——北京，西北地区——西安和乌鲁木齐，西南地区——成都、昆明和重庆，东北地区——沈阳、哈尔滨和大连。按复合航空流量(一个复合流量等于100千克货物或1个客流)[21]排序的结果与按特征向量中心性排序基本一致，表2中所列的全国前42名城市中有40个与表1是一致的，即从另一个侧面证明了按特征向量中心性来划分全国城市网络中心性等级是合理的。
2.城市间交通网络联系分析 由于城市间关系数据较难获取，且分析所有城市之间的相互联系会比较复杂，笔者采取了以下简明易见的处理方法：在分析城市间交通网络联系宏观格局时选取的研究对象是由城市交通网络中心性排序所得的42个主要城市，这些城市基本覆盖了整个中国城市网络体系，具有一定代表性，下文的城市间经济网络联系分析亦同此理。用城市间航空客运量来衡量城市间联系强度，将全国42个主要城市的航空联系反映在图上，可以清楚地看出中国的航空网络基本结构(如图2所示)，中国的城市航空网络基本特征可总结为以下3点。
图2 2012年中国42个主要城市之间的航空网络联系图② 数据来源：《中国交通统计年鉴2013》。 (1)由全国性航空中心城市(北京、上海、广州、深圳、成都和昆明)出发的旅客数量是最多的，且这些中心之间的联系是最紧密的，其次是六大中心与各区域性航空中心城市之间的联系，从而形成全国航空网络最基本的菱形骨架(以北京、上海、广州—深圳、位于成都和昆明之间的重庆作为4个顶点)，菱形骨架的4条边和对角线都是中国最为重要的航线。图2中清晰显示出各个城市的影响范围(航空客运量大于100万人次的航空流)：作为首都，北京的影响范围最广，覆盖了华北、华东和西部地区，上海次之，影响涵盖了整个东部沿海地区，广州—深圳则影响华南和西南地区。此外，位于西部的全国性航空中心——成都和昆明将西部地区和东部地区有效地连接起来。 (2)对于各区域性中心来说，其与全国性中心的联系最紧密，与非邻近的区域性中心联系为次紧密，如重庆和厦门(航空客运量为894137人次)，杭州和乌鲁木齐(855967人次)，西安和厦门(794187人次)。 (3)在42个主要城市中，东部城市所占比例较高，东部城市间的航空流也较密集，因此，总体而言东部城市之间的联系较之中西部城市要更紧密。 三、城市体系的经济网络分析 目前，国内系统性研究城市体系经济网络结构的并不多，此处定义经济网络为各城市间由于空间经济活动产生相互联系而形成的城市网络。本文借鉴其他学者的研究经验，考虑到数据可得性问题，对经济网络中心性分析采用的是城市流强度研究方法，对经济网络联系分析采用的是引力模型和潜力模型研究方法。 1.城市经济网络中心性分析 城市网络体系中各城市的经济网络中心性可用城市流强度来测度。城市流强度是指在各区域城市间的联系中，城市外向功能(集聚与辐射)所产生的影响量。由于城市流是城市在与外界联系中所产生的经济活动，即城市的外向功能，[22]因而，用城市流强度能很好地刻画出城市在经济网络中所起的节点作用，即网络中心性。 城市流强度的计算公式为：F=NE (2) 式(2)中，F为城市流强度；N为城市功能效率，即各城市间单位外向功能量所产生的实际影响；E为城市外向功能量。因此，本文采用计算城市流强度值的方法，定量衡量城市联系强度，作为城市对外服务功能的测度指标，从而根据网络中心性划分城市等级。 考虑到指标的代表性和数据的可得性，选择城市从业人员为城市功能量指标，城市是否具有外向功能量的E值主要取决于其某一部门从业人员区位商的大小，i城市j部门从业人员区位商的计算公式为：
在参考相关研究的基础上，笔者选取15个代表性外向服务部门的城市从业人员指标来分析各地级市城市流强度：制造业，电力、燃气及水的生产和供应业，建筑业，交通运输、仓储和邮政业，信息传输、计算机服务和软件业，批发和零售业，住宿餐饮业，金融业，房地产业，租赁和商业服务业，科学研究、技术服务和地质勘查业，水利、环境和公共设施管理业，教育业，卫生、社会保障和社会福利业，文化、体育和娱乐业。 由表3可看出，全国城市流强度最高的是北京、苏州、上海、天津、深圳、广州，可列为全国性经济中心，绍兴、杭州、无锡、青岛、大连、东莞、济南、唐山、重庆、成都、武汉、徐州这12个城市可作为区域性经济中心，其余24个城市则划分成省域经济中心和地方性经济中心。下文将用表3中的42个主要城市作为代表来分析城市间的经济网络联系，这些城市的城市流强度和GDP都远高于全国的其他城市，且中国的各大区域都至少存在一个代表城市，例如，大连和沈阳代表东北地区，西安代表西北地区。与用复合航空流量来验证城市交通网络中心性测度方法的稳健性同理，用每个城市的GDP来测度其经济实力，得到的前42位城市中有33个城市与表3是一致的，证实了用城市流强度方法测度城市经济网络中心性是较可靠的。
在此基础上来分析各城市的城市流强度结构，即构成城市流强度的影响因素之间的相对数量比例关系。[23]由公式(7)可知，构成城市流强度的因素最终可归结为城市总体实力(GDP)与城市流倾向度(K)，两者之间的相对比例关系影响到城市流强度的大小。总体实力与综合服务能力都较高的城市，才能具有较强的城市流强度。利用“最小—最大标准化”方法来对中国城市体系i城市的
值进行归一化处理，得到其相对值
，从而做出各主要城市城市流强度的结构图(如图3所示)。在这42个城市中，6个全国性经济中心城市普遍
较高，而
相对较低；区域性经济中心城市和省域中心城市虽然
远低于全国经济中心，但
相对较高。因此，全国性中心城市作为全国城市的集聚与辐射中心，总体经济实力较高，而综合服务能力远远不足，从全国城市网络体系的可持续发展着眼，应进一步提高这些城市综合服务能力，从而加强全国各城市间的经济联系；区域性经济中心城市和省域中心城市综合服务能力较高，总体经济实力仍需进一步提高。
图3 2012年中国主要城市城市流强度结构图 数据来源：《中国城市统计年鉴2013》。 2.城市间经济网络联系分析 目前在区域经济联系的定量研究中，空间相互作用理论的引力模型[24]得到了广泛的应用。因此，笔者对城市间经济网络联系分析依据的基础模型是引力模型，研究对象是经济网络中心性排序前42名的主要城市(见表3)。 引力模型是空间相互作用理论的基础模型，根据该模型，城市间相互作用(
)与城市规模(
)成正比，与城市间距离(
)成反比：
式(8)中，K，b为常数，可根据实际情况，用回归的方法求出。引力指数
反映了区域城市间联系的疏密程度，其中城市规模选取各市的GDP和城市常住人口两项指标，经标准化处理后，按等权重加和形成城市规模综合评价值。[25]城市间距离使用各地级市间的地理距离，由ArcGIS软件的点距离工具测算而得，为方便计算，假设距离摩擦系数b和其他常数(K，f)均为1。 由此求得42个城市间引力指数的均值为0.05(如图4所示)。高于平均水平的空间经济联系主要以北京、苏州、上海、天津、深圳、广州这6大城市为中心向外辐射，6大全国中心之间的空间经济联系较强，而且与周边城市的经济联系是最密切的，如广州与佛山之间的联系引力指数高达2.55，上海与苏州为1.80，北京与天津为1.45，苏州和无锡为0.90，广州和深圳为0.86。最显著的空间经济联系出现在三大城市群和成渝城市群的城市之间，京津冀城市群和长三角城市群内部的经济网络联系尤其紧密。
图4 2012年中国42个主要城市之间的经济网络联系图③ 数据来源：《中国城市统计年鉴2013》。 与城市航空网络分析类似，这里用引力指数大于0.1的城市间经济联系来界定一个城市的影响范围。由图4可见，全国经济中心城市的影响范围主要集中于三大城市群内部，最远只往西到达成渝城市群的主要城市。全国城市经济网络也形成了一个基本菱形构架，以北京—天津、上海—苏州、广州—深圳和重庆为4个顶点，武汉则为菱形的中心点。以京津冀(北京和天津)、长三角(上海和苏州)、珠三角(广州和深圳)的核心城市为中心，城市间经济联系强度形成了由中心向外围地区逐层递减的圈层结构特征，空间极化效应明显。此外，地理上邻近的城市，相互经济联系也相对较为紧密；中西部的城市间空间联系紧密程度远不及东部地区。 四、交通网络与经济网络的对比分析 交通网络和经济网络是城市网络体系研究的两个重要方面，前文分别对这两个方面进行了论述，通过对二者的基本特征进行对比分析，可以看出二者的异同之处： 二者的相同点主要表现在以下两个方面：第一，在城市网络中心性方面，按交通网络中心性和经济网络中心性都可将全国主要城市划分为全国性中心、区域性中心和省域中心，其中，全国性中心包括了北京、上海、广州、深圳这4个城市。第二，在城市间网络联系方面，城市交通网络和经济网络都呈现出以北京、上海、广州和重庆为顶点的菱形基本骨架，且存在明显的空间极化和圈层结构特征；北京作为首都在全国的城市空间联系中具有不可撼动的绝对核心地位，全国城市网络体系以京津冀、长三角、珠三角这三大城市群的主要城市为中心向外辐射，城市间联系强度由中心向外围地区逐层递减。 二者的不同点也表现在如下两个方面：第一，在城市网络中心性方面，交通网络和经济网络的42个主要城市中，只有24个城市是相同的；交通网络注重的是交通枢纽在空间分布的均衡性和各城市间交通联系的便利性(42个主要城市中，东、中、西、东北部城市所占比例分别为19∶6∶13∶4)，西部地区由于面积广阔而占有相当比例的交通枢纽城市；而经济网络中经济联系枢纽的产生主要受到经济发展水平和区域政策的影响(东、中、西及东北各区经济中心城市比例为32∶4∶4∶2)，经济联系枢纽多集中在东部沿海地区，中西部城市所占比例较小，42个经济中心城市中有32个均为东部城市；西部城市在交通网络中所起的联结作用远比在经济网络中要重要得多。第二，在城市间网络联系方面，城市交通网络的中心城市影响范围比经济网络要大：城市交通网络中，北京的影响范围为华北、华东和西部地区，上海的影响范围为东部沿海地区，广州和深圳的影响范围为华南和西南地区，成都和昆明则将西部地区和东部地区有效联结在一起；城市经济网络中，六大全国性中心则主要与周围的城市建立经济联系，影响范围局限在京津冀、长三角和珠三角这三大城市群内部；此外，经济网络中的城市间相互联系受到地理邻近性的影响较大——城市间空间距离越近，城市间联系越紧密。 五、总结与展望 本文运用交通(航空)网络和经济网络来研究中国城市体系空间结构，这是研究城市功能体系的方法之一，从独特的视角反映出当前中国城市体系的空间格局，为我国城市体系研究提供了新的思路。研究结果表明：中国目前已形成以北京、上海、广州、重庆为中心的菱形城市网络基本骨架，城市间的空间联系呈现出由中心城市往外依次递减的空间圈层结构，城市间联系强度受城市间距离影响明显；两大城市网络相比，交通网络在一定程度上有助于推进区域均衡发展，关注全国范围内城市的公平交流，经济网络则相对有助于形成经济集聚，侧重城市密集区的效率提升，从而拉动经济增长。事实上，经济集聚与区域平衡之间是并不矛盾的，陈钊、陆铭(2009)[26]就提出了“在集聚中走向平衡”的观点，认为只有通过推动经济活动向沿海地区的集聚，并通过劳动力流动和土地跨地区的再配置使内地充分分享经济发展的成果，才可能从根本上实现区域间平衡发展的目标。因此，将加强中国城市交通网络建设和促进城市经济网络发展结合起来，有利于引导中国城市体系的有序网络化发展，从而促进中国区域经济发展在集聚中走向平衡。 笔者认为，针对本文存在的问题，未来研究可以从以下几方面着手：第一，由于城市间关系数据较难获取，使本文还停留在静态研究的层面，研究的时间跨度不足；未来研究可收集城市间航空流及经济联系的时间序列数据，以深入探讨中国城市网络体系的演化。第二，本文在研究城市间空间联系时，受时间和篇幅限制，只是选取典型的主要城市作为城市网络体系的代表，进行试验性的概括分析，研究的区域跨度并不足以完全精确地反映中国城市体系实际格局；未来研究可在此基础上进一步拓展研究范围，以最大限度地揭示中国城市网络中城市间的相互联系强度及方向。第三，本文只是对城市交通网络和经济网络分别研究的基础上所进行的对比分析，研究环节间的联系不够紧密；未来研究可创造性地搭建交通网络和经济网络之间的桥梁，将二者结合起来开展城市综合网络体系研究。 ①反映城市实际规模的最优指标是市区常住人口数，该数据只有人口普查资料较为权威，故本文采用2010年第六次人口普查数据和对应年份的航空客运量作相关分析。 ②为了保证图片清晰度，图上只标示出航空客运量大于400000人次的航空流。 ③为了保证图片清晰度，图上只标示出引力指数大于0.05的城市间的经济联系。三大城市群用从北到南分布的3个椭圆来表示：分别是以北京和天津为中心的京津冀城市群(共7个城市)、以上海和苏州为中心的长三角城市群(共12个城市)、以广州和深圳为中心的珠三角城市群(共6个城市)。
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基于交通网络和经济网络的中国城市空间结构比较研究_城市经济论文
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