全少莉，王素娜，吳殿廷，郭　謙

(1.平頂山教育學(xué)院旅游與酒店管理部，河南平頂山　467001；2.平頂山教育學(xué)院旅游與規(guī)劃學(xué)院，河南平頂山　467001；3.北京師范大學(xué)地理學(xué)與遙感科學(xué)學(xué)院，北京　100875)

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中原經(jīng)濟(jì)區(qū)城市中心性及其空間影響力分析

全少莉1，王素娜2，吳殿廷3*，郭謙3

(1.平頂山教育學(xué)院旅游與酒店管理部，河南平頂山467001；2.平頂山教育學(xué)院旅游與規(guī)劃學(xué)院，河南平頂山467001；3.北京師范大學(xué)地理學(xué)與遙感科學(xué)學(xué)院，北京100875)

以中原經(jīng)濟(jì)區(qū)為研究區(qū)域，在對(duì)城市中心性相關(guān)理論梳理的基礎(chǔ)上，建立了城市中心性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并運(yùn)用主成分分析法、加權(quán)Voronoi圖分別對(duì)中原經(jīng)濟(jì)區(qū)城市進(jìn)行中心性評(píng)價(jià)、城市空間影響力分析.結(jié)果表明，中心性強(qiáng)度高的城市集中在京廣線及其以西地區(qū)，且中心性等級(jí)類型齊全；京廣線以東地區(qū)城市中心性等級(jí)普遍較低，主要分布有第Ⅲ級(jí)、第Ⅴ級(jí)類型；在城市空間影響力上，中原經(jīng)濟(jì)區(qū)和次區(qū)域的中心性強(qiáng)度呈現(xiàn)由中心城市向外圍城市遞減的特征.據(jù)此，并考慮區(qū)位條件、交通中介、空間關(guān)系等因素，將中原經(jīng)濟(jì)區(qū)劃分為1個(gè)Ⅰ級(jí)城市經(jīng)濟(jì)區(qū)、3個(gè)Ⅱ級(jí)城市經(jīng)濟(jì)區(qū)和4個(gè)Ⅲ級(jí)城市經(jīng)濟(jì)區(qū).

城市經(jīng)濟(jì)區(qū)；中心性強(qiáng)度；主成分分析；加權(quán)Voronoi圖；中原經(jīng)濟(jì)區(qū)

經(jīng)濟(jì)區(qū)是一種區(qū)域經(jīng)濟(jì)的空間組織形式，通常是指在一定地域空間范圍內(nèi)，以中心城市或城市密集區(qū)為依托的經(jīng)濟(jì)地域單元[1].而城市經(jīng)濟(jì)區(qū)是經(jīng)濟(jì)區(qū)的一種重要類型，強(qiáng)調(diào)中心城市對(duì)周邊地區(qū)的引領(lǐng)、帶動(dòng)和支配作用[2].因此，加快中心城市發(fā)展和培育城市經(jīng)濟(jì)區(qū)是實(shí)現(xiàn)區(qū)域再增長的一種重要手段.中原經(jīng)濟(jì)區(qū)是國家級(jí)綜合性經(jīng)濟(jì)區(qū),其范圍以河南省為主體，包括山東、安徽、河北、山西4省部分地區(qū)，共涉及5省30市3縣區(qū)，總面積為28.9萬km2.

甄選中心城市和構(gòu)建城市經(jīng)濟(jì)區(qū)的關(guān)鍵在于測度中心城市對(duì)周邊地區(qū)的影響程度，即城市中心性.該概念最早由克里斯泰勒提出，他選用電話指數(shù)作為度量指標(biāo)，運(yùn)用區(qū)位商進(jìn)行城市中心性測度[3].國內(nèi)學(xué)者在選取城市中心性測度評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)，結(jié)合研究區(qū)域的實(shí)際情況，有所區(qū)別.周一星等構(gòu)建了勞動(dòng)力指標(biāo)、流量指標(biāo)和開放指標(biāo)3大類14個(gè)要素指標(biāo)體系，運(yùn)用最小需求量法和主成分分析法對(duì)我國城市的中心性等級(jí)體系進(jìn)行了實(shí)證研究[4]；寧越敏等選取非農(nóng)業(yè)人口、工業(yè)總產(chǎn)值、郵電業(yè)務(wù)總量3個(gè)指標(biāo)，通過指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理疊加的方法測度了城市中心性，分析了我國中心城市的不平衡發(fā)展性和空間擴(kuò)散效應(yīng)[5]；鄒晶等從生產(chǎn)、商貿(mào)、信息、交通和科教中心性等5個(gè)方面選取15個(gè)指標(biāo)，運(yùn)用熵值法對(duì)淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)的城市中心性進(jìn)行了測度[6]；程玉鴻等從高消費(fèi)文化層面選取了31個(gè)奢侈品牌城市分布數(shù)據(jù)，運(yùn)用社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析方法分析了我國城市中心性[7].

城市經(jīng)濟(jì)區(qū)的劃分方法亦有多種，傳統(tǒng)的劃分方法采用經(jīng)濟(jì)地理勘查法和運(yùn)費(fèi)比較算法，但后來又引進(jìn)先進(jìn)的數(shù)學(xué)方法，并逐漸成為一種趨勢,如楊吾揚(yáng)等引用圖論中的最短路徑算法[8],顧朝林基于圖論理論構(gòu)建的d△系和dR鏈方法等[9].隨著空間相互作用理論的應(yīng)用研究進(jìn)展，依據(jù)空間相互作用的引力模型和斷裂點(diǎn)理論成為城市經(jīng)濟(jì)區(qū)劃分的主要理論方法[10-13].與此同時(shí),數(shù)學(xué)算法與GIS空間分析技術(shù)也得到較快發(fā)展，并逐漸應(yīng)用于城市與區(qū)域系統(tǒng)研究中,其中加權(quán)Voronoi圖分析方法在城市空間影響力分析和城市經(jīng)濟(jì)區(qū)劃中得到了廣泛應(yīng)用[14-16].

基于以上分析，本研究構(gòu)建了城市中心性多指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，應(yīng)用主成分分析法、加權(quán)Voronoi圖法對(duì)中原經(jīng)濟(jì)區(qū)進(jìn)行城市中心性測度、城市空間影響力分析，提出城市經(jīng)濟(jì)區(qū)區(qū)劃方案，為城市與區(qū)域規(guī)劃以及城市經(jīng)濟(jì)區(qū)建設(shè)提供決策參考.

1　評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建與數(shù)據(jù)來源

1.1中心性強(qiáng)度指標(biāo)體系的構(gòu)建

城市中心性是指中心地為其以外地區(qū)服務(wù)的相關(guān)重要性，是結(jié)節(jié)區(qū)的一部分[17].它既可以用來描述城市體系空間交互作用的結(jié)構(gòu)，也可以用來確定城市的直接吸引范圍[18].從中心性的概念可以看出，城市中心性應(yīng)是一個(gè)反映交互作用的綜合性指標(biāo)，而非單一指標(biāo).因此，本研究從部門就業(yè)基本部分、交互流量、開放指標(biāo)3個(gè)方面構(gòu)建了中心性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(表1).

表1　中原經(jīng)濟(jì)區(qū)城市中心性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.2數(shù)據(jù)來源及處理

本研究采用2013年的相關(guān)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源于《中國城市統(tǒng)計(jì)年鑒》和5省的統(tǒng)計(jì)年鑒或經(jīng)濟(jì)年鑒，其中就業(yè)指標(biāo)數(shù)據(jù)的基本部分和社會(huì)零售業(yè)總額的基本部分運(yùn)用最小需求量法經(jīng)過計(jì)算獲得[19](限于篇幅，計(jì)算過程與結(jié)果數(shù)據(jù)略)，而其他指標(biāo)具有明顯的對(duì)外服務(wù)性質(zhì)，可直接參與計(jì)算.

另外，中原經(jīng)濟(jì)區(qū)范圍中的濟(jì)源市、淮南市的潘集區(qū)、鳳臺(tái)縣和泰安市的東平縣的數(shù)據(jù)暫未能獲取，故本研究選取了其余29個(gè)地級(jí)市的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析.

2　城市中心性強(qiáng)度測算與層級(jí)劃分

2.1評(píng)價(jià)方法的選取與中心性強(qiáng)度的測算

運(yùn)用SPSS統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)29個(gè)城市20個(gè)指標(biāo)的580個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，選取特征根大于1，累積貢獻(xiàn)率等于84%的2個(gè)主成分，再由2個(gè)主成分得分與各主成分權(quán)重系數(shù)相乘，最終得到29個(gè)城市的綜合得分(表2).

表2　中原經(jīng)濟(jì)區(qū)城市主成分得分和中心性強(qiáng)度

城市中心性強(qiáng)度值具有非負(fù)性，也即城市中心性強(qiáng)度應(yīng)是大于或等于零的值.但從表2可以看出，部分城市的主成分綜合得分出現(xiàn)負(fù)值，不宜直接作為城市中心性強(qiáng)度值，需要經(jīng)過技術(shù)處理和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后方可作為中心性強(qiáng)度值.為此，本研究選用最小-最大標(biāo)準(zhǔn)化法，即將原數(shù)據(jù)列線性變化，映射到一個(gè)新的數(shù)據(jù)區(qū)間上，形成新的數(shù)據(jù)列.其計(jì)算公式為[20]75

(1)

其中，v′為規(guī)范化處理后的數(shù)據(jù)；v為原始數(shù)據(jù)；maxA和minA分別為原始數(shù)據(jù)的極大值和極小值；new_minA和new_maxA分別為映射區(qū)間的極大值和極小值.

按照最小-最大標(biāo)準(zhǔn)化法對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使新數(shù)據(jù)列映射在區(qū)間[1，4.38]，最終得到29個(gè)城市的中心性強(qiáng)度和排序(表2)，其中城市中心性強(qiáng)度最大的是鄭州市為4.38，最小的是淮北市為1.00.

2.2中原經(jīng)濟(jì)區(qū)城市中心性等級(jí)特征

為了便于進(jìn)一步認(rèn)識(shí)中原經(jīng)濟(jì)區(qū)城市中心性的等級(jí)結(jié)構(gòu)特征，將城市中心性強(qiáng)度分為5個(gè)層級(jí)(圖1、表2).

第Ⅰ級(jí)中原經(jīng)濟(jì)區(qū)僅有鄭州市，中心性強(qiáng)度為4.38；

第Ⅱ級(jí)包括洛陽、南陽、邯鄲3個(gè)城市；

第Ⅲ級(jí)包括阜陽、菏澤、商丘、安陽、開封、駐馬店、聊城、蚌埠、周口、平頂山等10個(gè)城市；

第Ⅳ級(jí)包括信陽、邢臺(tái)、長治、新鄉(xiāng)、焦作、許昌、漯河、晉城等8個(gè)城市；

第Ⅴ級(jí)包括運(yùn)城、濮陽、三門峽、亳州、宿州、鶴壁、淮北等7個(gè)城市.

從城市中心性等級(jí)空間分布看(圖1)，城市中心性等級(jí)的空間分布具有顯著的非均衡性特征，主要表現(xiàn)為：第Ⅰ級(jí)和第Ⅱ級(jí)的中心性城市全部分布在京廣鐵路線及其以西地區(qū)，且等級(jí)類型分布比較齊全；而京廣線以東地區(qū)城市中心性等級(jí)普遍較低，且只有2種等級(jí)類型，即第Ⅲ級(jí)和第Ⅴ級(jí).

圖1　中原經(jīng)濟(jì)區(qū)城市中心性等級(jí)空間分布Fig 1　Urban hierarchical distribution of centrality in Central Plains economic region

3　城市空間影響力與城市經(jīng)濟(jì)區(qū)劃分

3.1城市空間影響力分析

在ArcGIS Ⅹ環(huán)境中利用加權(quán)Voronoi圖實(shí)現(xiàn)城市空間影響力分析[21].中原經(jīng)濟(jì)區(qū)城市加權(quán)Voronoi圖為以每個(gè)城市點(diǎn)中心性強(qiáng)度值的大小為拓展速度，在一定區(qū)域內(nèi)向四周拓展到平衡時(shí)所形成的圖形.該圖形刻畫了每個(gè)城市與周邊城市的中心性強(qiáng)度在空間上的分布和占有特征，從而反映了城市位能，即城市中心性在空間上的影響范圍.

加權(quán)Voronoi圖在刻畫城市空間影響范圍時(shí)具有以下特征：① 區(qū)域內(nèi)以城市點(diǎn)為中心向周邊拓展，形成弧形閉合區(qū)域，這就是城市中心性影響力范圍，且每個(gè)城市的影響邊界都是唯一確定的.② 城市中心性強(qiáng)度值越大不一定影響的范圍就越大，如洛陽市(1.91)、南陽市(1.89)與阜陽市(1.52)等.城市中心性影響力的范圍取決于自身與周邊城市點(diǎn)中心性強(qiáng)度值的大小對(duì)比以及城市點(diǎn)之間的空間距離.③ 雖然城市空間影響邊界與行政區(qū)邊界表現(xiàn)出非一致性，但卻能夠刻畫出城市之間影響的空間特征.Voronoi圖的以上特征可作為城市經(jīng)濟(jì)區(qū)劃的主要依據(jù).

通過城市影響Voronoi圖可以看出(圖2)，中原經(jīng)濟(jì)區(qū)城市影響空間格局具有以下特征：① 中原經(jīng)濟(jì)區(qū)各地區(qū)受地級(jí)城市中心性影響不平衡，表現(xiàn)為中原經(jīng)濟(jì)區(qū)和次區(qū)域的中心性強(qiáng)度呈現(xiàn)由中心城市向外圍遞減的特征，特別是中原經(jīng)濟(jì)區(qū)邊地區(qū)受城市中心性影響較弱，如中原經(jīng)濟(jì)區(qū)的西部邊緣區(qū)、東南邊緣區(qū)、北部邊緣區(qū)等；② 中部地區(qū)形成了以鄭州為中心的城市經(jīng)濟(jì)區(qū)，其影響范圍較大，涉及到開封、許昌、新鄉(xiāng)、平頂山、濟(jì)源、焦作、安陽、商丘、周口、長治、晉城等周邊鄰近城市的部分地區(qū)；③ 從城市中心性影響范圍看，中心性影響范圍大的城市主要分布在中原經(jīng)濟(jì)區(qū)周邊次區(qū)域，如洛陽、南陽、阜陽、邯鄲、商丘等為中心城市的次區(qū)域，可作為確定次區(qū)域中心城市的依據(jù).

圖2　中原經(jīng)濟(jì)區(qū)城市中心性影響范圍Fig 2　Spheres of urban centrality influence in Central Plains economic region

3.2城市經(jīng)濟(jì)區(qū)劃分

城市經(jīng)濟(jì)區(qū)是以區(qū)域中心城市為依托，包括若干中小城市、眾多城鎮(zhèn)和大片農(nóng)村的經(jīng)濟(jì)聯(lián)系比較緊密的經(jīng)濟(jì)區(qū)域.其形成是經(jīng)濟(jì)力作用的結(jié)果，而城市經(jīng)濟(jì)力主要來源于自然社會(huì)經(jīng)濟(jì)諸要素的綜合作用，是一種城市位能.城市經(jīng)濟(jì)區(qū)的劃分，不僅有利于城市與區(qū)域間的社會(huì)經(jīng)濟(jì)聯(lián)系，而且更能有效發(fā)揮中心城市的帶動(dòng)、示范和牽引作用.

根據(jù)中原經(jīng)濟(jì)區(qū)城市Voronoi圖影響范圍的現(xiàn)狀和發(fā)展預(yù)期，綜合考慮區(qū)位條件、空間聯(lián)系、交通中介等因素，按照中心城市輻射范圍最大化、行政區(qū)完整性和周邊城市就近歸并的原則，可將中原經(jīng)濟(jì)區(qū)劃分為以下3個(gè)層級(jí)的城市經(jīng)濟(jì)區(qū).

鄭州Ⅰ級(jí)經(jīng)濟(jì)區(qū).以鄭州為中心，城市中心性影響范圍已經(jīng)超越了鄭州市域本身.從Voronoi分析圖可以看出，影響范圍甚至已經(jīng)到達(dá)山西的晉城和長治、河北的邯鄲等地部分地區(qū).但從構(gòu)建城市經(jīng)濟(jì)區(qū)的角度，城市經(jīng)濟(jì)區(qū)范圍應(yīng)適度，同時(shí)考慮到經(jīng)濟(jì)聯(lián)系緊密度、地理臨近性、經(jīng)濟(jì)區(qū)不重疊等因素，鄭州經(jīng)濟(jì)區(qū)范圍建議包括開封、新鄉(xiāng)、焦作、平頂山、許昌和漯河5市.

洛陽Ⅱ級(jí)經(jīng)濟(jì)區(qū).洛陽中心性影響范圍涉及到洛陽、濟(jì)源兩市，以及運(yùn)城和南陽部分地區(qū).可構(gòu)建以洛陽為中心，范圍包括洛陽市域和濟(jì)源市域的Ⅱ級(jí)城市經(jīng)濟(jì)區(qū).

南陽Ⅱ級(jí)經(jīng)濟(jì)區(qū).南陽城市中心性影響范圍涉及南陽、駐馬店的部分地區(qū).考慮到南陽市域范圍較大，與駐馬店所在的其他經(jīng)濟(jì)區(qū)避免重疊，可構(gòu)建以南陽為中心，范圍包括南陽市域的Ⅱ級(jí)城市經(jīng)濟(jì)區(qū).

邯鄲Ⅱ級(jí)經(jīng)濟(jì)區(qū).該城市中心性影響范圍涉及邯鄲、邢臺(tái)兩市.可構(gòu)建以邯鄲市為中心，范圍包括邯鄲、邢臺(tái)的Ⅱ級(jí)城市經(jīng)濟(jì)區(qū).

阜陽Ⅲ級(jí)經(jīng)濟(jì)區(qū).該城市中心性影響范圍包括阜陽市域、淮南市的潘集區(qū)和鳳臺(tái)縣、亳州市的利辛縣、蒙城縣和渦陽縣，以及信陽市的淮濱縣、固始縣、商城縣、潢川縣等.可構(gòu)建以阜陽市為中心，范圍包括阜陽市域、淮南市的潘集區(qū)和鳳臺(tái)縣、亳州市域，以及信陽市的淮濱縣、固始縣、商城縣、潢川縣的Ⅲ級(jí)城市經(jīng)濟(jì)區(qū).

安陽Ⅲ級(jí)經(jīng)濟(jì)區(qū).安陽城市輻射范圍涉及到安陽市域、鶴壁市市轄區(qū).從地理臨接性和經(jīng)濟(jì)聯(lián)系看，濮陽市有融入以安陽市為中心的城市經(jīng)濟(jì)區(qū)范圍的現(xiàn)實(shí)條件.因此，可構(gòu)建以安陽市為中心，范圍包括安陽、鶴壁和濮陽等市域的Ⅲ級(jí)城市經(jīng)濟(jì)區(qū).

駐馬店Ⅲ級(jí)經(jīng)濟(jì)區(qū).當(dāng)前，駐馬店城市中心性輻射范圍包括駐馬店市域、信陽市轄區(qū)部分地區(qū)和息縣.同時(shí)，考慮駐馬店市臨接周口市，且都屬于黃淮地區(qū)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和階段具有一致性，可構(gòu)建以駐馬店市為中心，范圍包括以上區(qū)域的Ⅲ級(jí)城市經(jīng)濟(jì)區(qū).

商丘Ⅲ級(jí)經(jīng)濟(jì)區(qū).商丘市中心性影響范圍包括商丘市域、淮北市的碭山縣、菏澤市的單縣和曹縣.可構(gòu)建以商丘市為中心，范圍包括商丘市域、菏澤市的單縣和曹縣、淮北市的碭山縣和蕭縣的Ⅲ級(jí)城市經(jīng)濟(jì)區(qū).

4　結(jié)論

1)構(gòu)建了就業(yè)指標(biāo)、流量指標(biāo)、開放指標(biāo)3大類20個(gè)要素指標(biāo)的評(píng)價(jià)體系，并運(yùn)用最小需求量法對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了預(yù)處理，從而獲得了相關(guān)指標(biāo)數(shù)據(jù)的對(duì)外服務(wù)部分，并運(yùn)用主成分分析法對(duì)29個(gè)城市中心性強(qiáng)度進(jìn)行了測度.

2)運(yùn)用GIS空間分析技術(shù)，結(jié)果可以直觀地表達(dá)了城市中心性影響范圍和影響強(qiáng)度，為進(jìn)一步做好城市經(jīng)濟(jì)區(qū)區(qū)劃提供了分析依據(jù).

3)城市經(jīng)濟(jì)區(qū)范圍界定要綜合考慮各種影響因素，如空間關(guān)系、地理臨近性、發(fā)展基礎(chǔ)、區(qū)域協(xié)調(diào)、發(fā)展預(yù)期等,結(jié)合以上因素，提出了中原經(jīng)濟(jì)區(qū)劃分3個(gè)不同層級(jí)的8個(gè)城市經(jīng)濟(jì)區(qū)的初步方案.

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(責(zé)任編輯惠松騏)

Evaluation of urban centrality and division of urbaninCentralPlainseconomicregion

QUANShao-li1,WANGSu-na2,WUDian-ting3,GUOQian3

(1.DepartmentofTourismandHotelManagement,PingdingshanInstituteofEducation,Pingdingshan467001,Henan,China;2.SchoolofTourismandPlanning,PingdingshanUniversity,Pingdingshan467001,Hanan,China;3.SchoolofGeography,BeijingNormalUniversity,Beijing100875,China)

Thepaperfirstlyreviewsthestudyprogressonurbaneconomicregion,thenconstructstheindexsystemofurbancentralityevaluation,andmeasurestheurbancentralitybyusingprincipalcomponentanalysis(PCA)andmin-maxnormalization,analysesthespacialinfluenceofurbanbyusingvoronoiweightedvoronoidiagram.Theresultsshow:theseurbanswithhighcentralityarefocusedontheBeijing-Guangzhourailwaylineanditswestregion,andcentralityleveltypesarecomplete.UrbancentralityintheBeijing-Guangzhourailwaylineeastregionisusuallynothigh,theseurbancentraliyleveltypesarethethirdgradeandthefifthgrade.Oninfluenceofurbanspace,centralitystrengthvaluesofurbansincentralplainseconomicregionanditssub-regionshowadistanceattenuationcharacteristicsfromthecentralurbantotheperiphery.Accordingly,andtakingintoaccountfactorssuchasgeographicalconditions,transportationintermediaries,spatialrelationships,CentralPlainseconomicregionisdividedinto8subregions.

urbaneconomicregion;urbancentrality;principalcomponentanalysis(PCA);weightedVoronoidiagram;CentralPlainseconomicregion

10.16783/j.cnki.nwnuz.2016.03.023

2015-01-19;修改稿收到日期:2016-01-05

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41140007)

全少莉(1981—)，女，河南平頂山人，講師，碩士.主要研究方向?yàn)槌鞘信c區(qū)域發(fā)展.

E-mail:qsl810916@126.com

K901.8

A

1001-988Ⅹ(2016)03-0123-05

*通訊聯(lián)系人，男，教授，博士研究生導(dǎo)師.主要研究方向?yàn)閰^(qū)域分析與規(guī)劃.E-mail:wudianting@bnu.edu.cn