潘潤(rùn)秋 馬世雄

摘要：隨著國(guó)家政策引導(dǎo)，關(guān)中平原城市群的戰(zhàn)略意義愈發(fā)凸顯，將發(fā)揮我國(guó)向西開發(fā)的戰(zhàn)略支撐作用，對(duì)城市群內(nèi)部經(jīng)濟(jì)聯(lián)系的研究愈發(fā)重要。為探討關(guān)中平原城市群各城市對(duì)外服務(wù)能力時(shí)空演變特征，基于城市流強(qiáng)度模型與K-means算法對(duì)2005年至2015年關(guān)中平原城市群對(duì)外服務(wù)能力的空間格局分異特征與時(shí)空演變規(guī)律進(jìn)行分析得出以下結(jié)論：關(guān)中平原城市群空間聯(lián)系整體不強(qiáng)；城市對(duì)外服務(wù)能力空間格局變化不大，呈現(xiàn)出以西安市為中心的圈層結(jié)構(gòu)；各城市對(duì)外服務(wù)能力處于不斷上升的趨勢(shì)，呈現(xiàn)出時(shí)間階段性特征。

關(guān)鍵詞：關(guān)中平原城市群；對(duì)外服務(wù)能力；城市流強(qiáng)度；時(shí)空演變

中圖分類號(hào)：F127 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-9138-（2018）03-0045-52 收稿日期：2018-01-10

隨著“一帶一路”戰(zhàn)略與新型城鎮(zhèn)化的推進(jìn)，關(guān)中地區(qū)對(duì)我國(guó)西北地區(qū)發(fā)展的核心引領(lǐng)作用與向西部發(fā)展的戰(zhàn)略支撐作用得到進(jìn)一步強(qiáng)化與發(fā)展。關(guān)中平原城市群是在關(guān)中-天水經(jīng)濟(jì)區(qū)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步升華與擴(kuò)大，以建設(shè)具有國(guó)際影響力的國(guó)家級(jí)城市群為目標(biāo)，打造內(nèi)陸改革開放新高地。關(guān)中平原城市群與成渝城市群、長(zhǎng)江中游城市群、中原城市群等新興城市群在新時(shí)期的發(fā)展將會(huì)對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)空間格局形成重要的影響。

城市群是指在特定的地域范圍內(nèi)，以一個(gè)特大城市為核心由至少三個(gè)以上的城市為構(gòu)成單元，依托發(fā)達(dá)的交通通信等基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)所形成的空間組織緊湊、經(jīng)濟(jì)聯(lián)系緊密、并最終實(shí)現(xiàn)高度同城化和高度一體化的城市群體，是工業(yè)化與城鎮(zhèn)化發(fā)展到較高階段的地域單元。城市群作為新的區(qū)域發(fā)展單元，將會(huì)有力促進(jìn)經(jīng)濟(jì)要素流動(dòng)、資源配置與市場(chǎng)融合。在城市群發(fā)育過程中區(qū)域間各種要素不斷流動(dòng)，空間聯(lián)系更加活躍并呈現(xiàn)出網(wǎng)格化的特點(diǎn)。城市的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)按照服務(wù)對(duì)象劃分可以視作兩部分組成即為本城市服務(wù)與為城市以外服務(wù)，為城市以外服務(wù)的部門是城市存在和發(fā)展的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)。因此探索城市中各行業(yè)部門的對(duì)外服務(wù)能力是研究城市發(fā)展與區(qū)域經(jīng)濟(jì)聯(lián)系的重要一環(huán)。通過區(qū)位商與城市流強(qiáng)度描述城市在區(qū)域中經(jīng)濟(jì)活動(dòng)產(chǎn)生的人流、物流、信息流、資金流等經(jīng)濟(jì)流交互作用，表征城市對(duì)外服務(wù)能力。城市流強(qiáng)度值高的城市則對(duì)外服務(wù)能力較強(qiáng)，具備良好的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)和集聚人口與勞動(dòng)力的效應(yīng)，反之則對(duì)外服務(wù)能力較弱甚至只能提供本地服務(wù)。這是城市中心性的重要指征。

國(guó)外在研究城市及區(qū)域聯(lián)系方面起步較早，提出了一系列定律與模型對(duì)城市空間相互作用進(jìn)行分析，建立了城市空間相互作用的理論基礎(chǔ)。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有研究通過城市功能網(wǎng)絡(luò)、城市引力、城市經(jīng)濟(jì)空間聯(lián)系等方法研究城市間經(jīng)濟(jì)聯(lián)系與城市群體系已有較多成果。從區(qū)位商與城市流強(qiáng)度視角研究城市對(duì)外服務(wù)能力與區(qū)域空間經(jīng)濟(jì)聯(lián)系的研究多集中在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、內(nèi)部聯(lián)系緊密的東部沿海地區(qū)，對(duì)中西部新興城市群關(guān)注較少，且多從靜態(tài)時(shí)間截面對(duì)城市群進(jìn)行測(cè)算分析，忽略時(shí)間尺度變化。

本文將通過城市流強(qiáng)度模型對(duì)2005年至2015年關(guān)中平原城市群的11個(gè)城市對(duì)外服務(wù)能力的空間分布特征、時(shí)空演變規(guī)律及空間分布與增長(zhǎng)格局進(jìn)行研究，采用連續(xù)年度數(shù)據(jù)可以精確刻畫與揭示城市對(duì)外服務(wù)能力的階段性與區(qū)域性特征。

1 研究區(qū)與數(shù)據(jù)指標(biāo)

關(guān)中平原城市群以西安為核心城市，包括陜西省銅川市、寶雞市、咸陽市、渭南市、楊凌區(qū)、商洛市及山西省運(yùn)城市、臨汾市和甘肅省天水市、平?jīng)鍪小c陽市（見圖1）。本文研究區(qū)域選取關(guān)中平原城市群主要城市，由于楊凌區(qū)數(shù)據(jù)缺失較多，因此未納入研究。研究選取2005年至2015年《中國(guó)城市統(tǒng)計(jì)年鑒》國(guó)民經(jīng)濟(jì)分類中第二產(chǎn)業(yè)與第三產(chǎn)業(yè)的分類共16個(gè)行業(yè)部門從業(yè)人口及地區(qū)生產(chǎn)總值數(shù)據(jù)，選取的行業(yè)部門分別為制造業(yè)、電力、燃?xì)饧八纳a(chǎn)和供應(yīng)業(yè)、建筑業(yè)、交通運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)和郵政業(yè)、信息傳輸計(jì)算機(jī)服務(wù)和軟件業(yè)、批發(fā)和零售業(yè)、住宿和餐飲業(yè)、金融業(yè)、房地產(chǎn)業(yè)、租賃和商業(yè)服務(wù)業(yè)、科學(xué)技術(shù)服務(wù)和地質(zhì)勘探業(yè)、水利環(huán)境和公共設(shè)施服務(wù)業(yè)、教育、衛(wèi)生社會(huì)保障和社會(huì)福利業(yè)、文化、體育和娛樂業(yè)以及公共管理和社會(huì)組織。

2 研究方法

2.1 城市流強(qiáng)度模型

城市流強(qiáng)度是用于表示城市對(duì)外服務(wù)能力，即城市在區(qū)域系統(tǒng)中向其他城市輸出的經(jīng)濟(jì)流量值，由城市的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)外向功能所產(chǎn)生的城市之間相互影響的定量關(guān)系，用F表示通常由城市功能效益N與城市外向服務(wù)功能量E這兩部分組成。公式為：

F = N * E （1）

式中：N為城市功能效益，反映了城市之間單位外向功能量所產(chǎn)生的影響；E為城市外向功能量，表示城市外向功能的大小。

（2）

（3）

（4）

（i=1，2，…，n；j=1，2，…，m）

（5）

式中，GDPi為i城市全市地區(qū)生產(chǎn)總值，Gi為i城市選取行業(yè)部門從業(yè)人員總數(shù)，Ni為i城市的城市功能效益，通過計(jì)算從業(yè)人員人均GDP來表征，由于缺少各行業(yè)部門的產(chǎn)值和占比，這里僅測(cè)算所有對(duì)外服務(wù)部門的城市功能效益；Eij為i城市j行業(yè)部門的外向服務(wù)功能量，n為行業(yè)部門數(shù)量，i為城市數(shù)量；Gij為i城市j行業(yè)部門從業(yè)人員數(shù)量；Lqij為各城市各行業(yè)部門從業(yè)人員的區(qū)位商值。

城市是否具有外向功能量取決于城市的行業(yè)部門從業(yè)人員的區(qū)位商值，若Lqij>1，則i城市j行業(yè)部門存在外向功能，表示i城市j行業(yè)部門中從業(yè)人員超過研究區(qū)內(nèi)該行業(yè)部門的分配比例，即可以為研究區(qū)內(nèi)其他地區(qū)提供服務(wù)；若Lqij<1，則i城市j行業(yè)部門不存在外向功能，即Eij=0。

2.2 K-means算法

K-means算法是基于劃分的經(jīng)典非監(jiān)督聚類方法，通過不斷迭代將數(shù)據(jù)對(duì)象劃分到不同的類中，使每一類都盡可能緊湊且遠(yuǎn)離其他類?；驹硎窃O(shè)定參數(shù)K值，確定將數(shù)據(jù)劃分成K類，從數(shù)據(jù)對(duì)象中隨機(jī)選取K個(gè)數(shù)據(jù)作為初始聚類中心，再將數(shù)據(jù)劃分到距離最近的初始聚類中心，如此反復(fù)迭代至標(biāo)準(zhǔn)測(cè)度函數(shù)收斂則結(jié)束迭代。通過迭代不斷變化中心點(diǎn)的位置，使得所有數(shù)據(jù)對(duì)象到其類別中心點(diǎn)的距離總和最小。本文通過利用K-means算法聚類對(duì)研究區(qū)域城市流強(qiáng)度值進(jìn)行時(shí)空聚類，以期揭示城市流強(qiáng)度時(shí)空變化的演變規(guī)律與特征。

3城市對(duì)外服務(wù)能力空間格局及演變規(guī)律

3.1 城市流強(qiáng)度總體特征

根據(jù)選取研究區(qū)數(shù)據(jù)運(yùn)用城市流強(qiáng)度模型，可得出關(guān)中平原城市群2005年至2015年各城市各行業(yè)部門及城市流強(qiáng)度值并制作表1及圖2。

一般認(rèn)為，城市流強(qiáng)度值越高，與外界聯(lián)系越緊密，能夠?yàn)橥饨缣峁┓?wù)越多；城市流強(qiáng)度值越低，與外界聯(lián)系越松散，能夠?yàn)橥饨缣峁┓?wù)越少。關(guān)中平原城市群各城市2005年至2015年，城市流強(qiáng)度值大多呈現(xiàn)出不同程度的上升趨勢(shì)，但是在2015年多個(gè)城市出現(xiàn)下降。2005年西安市城市流強(qiáng)度值為193.66億元，第二位的臨汾市僅為69.36億元，僅有西安市的三分之一左右；最后一位的銅川市僅有6.53億元，只有第二位臨汾市的十分之一左右，與核心城市西安差距巨大；城市群總城市群強(qiáng)度值為586.41億元。2015年西安市城市流強(qiáng)度值為801.28億元，第二、三位的臨汾市與寶雞市城市流強(qiáng)度值分別為317.14億元與300.61億元；最后一位銅川市城市流強(qiáng)度值為50.84億元；城市群總城市群強(qiáng)度值為2659.66億元，西安市占城市群總量的占比持續(xù)穩(wěn)定在三分之一左右。綜上所述，西安市作為城市群核心城市地位無可動(dòng)搖，但是其余各城市雖然發(fā)展態(tài)勢(shì)向好，仍有巨大差距。

在城市流強(qiáng)度測(cè)算過程中，城市各行業(yè)部門的區(qū)位商也展現(xiàn)出一定特征。區(qū)位商不僅可以反映城市某行業(yè)部門的專業(yè)化水平，還可以反映城市該行業(yè)部門外向功能量的強(qiáng)弱。在關(guān)中平原城市群中，沒有城市的區(qū)位商值全部大于1，說明城市群中缺乏各產(chǎn)業(yè)綜合發(fā)展的集聚城市。作為城市群核心西安市，主要外向服務(wù)部門的區(qū)位商值都大于1且遠(yuǎn)高于其他城市，說明西安市在城市群中的核心地位，在各行業(yè)部門中制造業(yè)、科學(xué)技術(shù)服務(wù)和地質(zhì)勘探業(yè)與交通運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)和郵政業(yè)這三個(gè)行業(yè)部門的區(qū)位商值在連續(xù)年份中持續(xù)大幅高于其他行業(yè)；2015年銅川、商洛、天水、慶陽區(qū)位商值大于1即具有外向功能的行業(yè)部門不足6個(gè)，且具有外向功能的行業(yè)部門區(qū)位商值也較低，說明城市群整體發(fā)展不夠均衡，部分行業(yè)部門集聚和輻射作用不足。總體來說，通過對(duì)關(guān)中平原城市群區(qū)位商值的分析發(fā)現(xiàn)關(guān)中平原城市群總體發(fā)展水平較低，規(guī)模較小，核心城市西安市仍不具備各產(chǎn)業(yè)綜合發(fā)展的集聚與輻射能力，部分城市發(fā)展水平與綜合實(shí)力較低。城市群發(fā)展不均衡，處于發(fā)育初級(jí)階段。

3.2 城市對(duì)外服務(wù)能力等級(jí)劃分

聚類分析是定量研究地理要素分類的重要方法，通過對(duì)2005年至2015年關(guān)中平原城市群各城市的城市流強(qiáng)度值計(jì)算結(jié)果運(yùn)用K-means聚類法對(duì)各城市進(jìn)行聚類，發(fā)現(xiàn)當(dāng)K值取3時(shí)聚類效果較好，并依據(jù)聚類結(jié)果進(jìn)行城市等級(jí)劃分。

由K-means聚類法得到每個(gè)聚類中個(gè)案數(shù)量與最終聚類中心可以將關(guān)中平原城市群依據(jù)城市流強(qiáng)度水平劃分為三類（見表2）。高水平城市為西安市；中水平城市為寶雞市、咸陽市、渭南市、慶陽市、臨汾市與運(yùn)城市；低水平城市為商洛市、銅川市、平?jīng)鍪信c天水市。

高水平城市只有西安市一個(gè)城市，作為陜西省省會(huì)城市與國(guó)家中心城市，是關(guān)中平原城市群核心城市，可以為城市群全區(qū)域提供服務(wù)。西安市是陜西省政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心，處于關(guān)中平原中心，其區(qū)位優(yōu)勢(shì)與交通優(yōu)勢(shì)非常顯著，在新時(shí)期“一帶一路”的政策與陜西省“米”字形鐵路建設(shè)下將進(jìn)一步增強(qiáng)。

中水平城市為寶雞市、咸陽市、渭南市、慶陽市、臨汾市與運(yùn)城市。這六個(gè)城市從動(dòng)態(tài)視角來看，在2013年之前均呈現(xiàn)穩(wěn)定增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，在2011年至2013年呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)，但是2013年之后只有咸陽市保持持續(xù)增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，其余城市均出現(xiàn)過不同程度的下降。咸陽市與西安市鄰近，區(qū)位優(yōu)勢(shì)明顯，擁有非常好的交通優(yōu)勢(shì)。通過對(duì)比寶雞市與渭南市同年地區(qū)生產(chǎn)總值與城市流強(qiáng)度發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)城市的地區(qū)生產(chǎn)總值保持了高速增長(zhǎng)，增速高于全國(guó)平均值，但是城市流強(qiáng)度值仍然出現(xiàn)增長(zhǎng)放緩甚至下降態(tài)勢(shì)，說明城市在綜合實(shí)力與經(jīng)濟(jì)實(shí)力提升的同時(shí)，城市集聚與吸引力并未隨之迎來高速增長(zhǎng)。渭南市距離西安市較近，且交通便利，部分區(qū)縣與西安市協(xié)同發(fā)展，受影響較大，其增長(zhǎng)趨勢(shì)與西安市趨同。慶陽市由于油氣等資源豐富，經(jīng)濟(jì)發(fā)展較好?？傮w來說，這六個(gè)城市雖然經(jīng)濟(jì)與綜合實(shí)力有了長(zhǎng)足發(fā)展，但是經(jīng)濟(jì)輻射與集聚能力仍然不足。

低水平城市為商洛市、銅川市、平?jīng)鍪信c天水市。這四個(gè)城市的城市流強(qiáng)度值均呈現(xiàn)出穩(wěn)步增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，但總體水平仍然較低。銅川市在整個(gè)時(shí)段內(nèi)幾乎一直處于最后一位，與其余城市差距巨大。對(duì)比地區(qū)生產(chǎn)總值增長(zhǎng)率，銅川市地區(qū)生產(chǎn)總值保持了高速發(fā)展的趨勢(shì)，增速持續(xù)高于全國(guó)平均水平。除天水市之外幾乎沒有客運(yùn)鐵路線路，受制于地形險(xiǎn)峻，交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)難度極大，交通主要依靠公路。總體來說低水平城市對(duì)外服務(wù)能力較低，社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素難以聚集。

3.3 城市對(duì)外服務(wù)能力時(shí)空演變特征

為進(jìn)一步探索城市群內(nèi)不同水平層次城市對(duì)外服務(wù)能力特征與階段性發(fā)展變化，運(yùn)用K-means聚類法對(duì)關(guān)中平原城市群2005年至2015年城市流強(qiáng)度的時(shí)間尺度進(jìn)行聚類，當(dāng)K值取3時(shí)聚類效果較好，根據(jù)最終聚類中心作為中心點(diǎn)值制作圖3并利用IDW插值法（反距離權(quán)重法）繪制圖4。

聚類結(jié)果表明將研究時(shí)段分為2005-2007，2008-2011與2012-2015三個(gè)階段。每個(gè)城市在對(duì)比上一階段城市流強(qiáng)度均呈上升趨勢(shì)，絕對(duì)值變化大體相同，呈現(xiàn)出相似的階段性特征。

在整個(gè)時(shí)段內(nèi)西安市一直處于區(qū)域核心地位；關(guān)中平原城市群的對(duì)外服務(wù)能力整體格局基本保持不變，呈現(xiàn)出以西安市為中心沿關(guān)中平原地帶向周圍遞減的圈層結(jié)構(gòu)，并呈現(xiàn)出東高西低的格局，減小趨勢(shì)與地形平坦程度和交通通達(dá)性成正相關(guān)關(guān)系，且趨勢(shì)越來越明顯。究其原因在于我國(guó)整體發(fā)展格局為東部地區(qū)較為發(fā)達(dá)，與東部地區(qū)相距較近的城市擁有較好的基礎(chǔ)，交通等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)更為完善。以地區(qū)生產(chǎn)總值為例，2015年臨汾市地區(qū)生產(chǎn)總值約為1161億元，渭南市地區(qū)生產(chǎn)總值約為1469億元，而處于關(guān)中平原城市群西部的平?jīng)鍪械貐^(qū)生產(chǎn)總值約為348億元，慶陽市地區(qū)生產(chǎn)總值約為609億元?？梢钥闯鎏幱诔鞘腥簴|西兩側(cè)由區(qū)位因素帶來的差異性。另一方面原因在于交通通達(dá)性與地形因素帶來的差異。寶雞市與渭南市為隴海鐵路沿線城市，運(yùn)城市與臨汾市為京昆鐵路沿線城市，并處于平原地帶；而慶陽市與銅川市地形以山地丘陵為主，至今未能有客運(yùn)鐵路開通，導(dǎo)致城市間人流、物流、信息流等各種要素難以匯聚。雖然地區(qū)生產(chǎn)總值高速增長(zhǎng)，但是城市對(duì)外服務(wù)能力增長(zhǎng)仍然較為緩慢?？梢娪山煌◣淼某鞘袑?duì)外服務(wù)能力增長(zhǎng)有著重要影響。

西安市三個(gè)階段中心點(diǎn)值分別為239.83億元、492.07億元與772.09億元，三個(gè)階段間增長(zhǎng)絕對(duì)值大體相同。西安市作為西北地區(qū)的龍頭城市及與中東部地區(qū)連接的節(jié)點(diǎn)，并處于國(guó)家“一帶一路”政策“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”的起點(diǎn)，是東西部交通樞紐城市，區(qū)位優(yōu)勢(shì)明顯。西安市在2011年舉辦世界園藝博覽會(huì)，使得社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素聚集，在2010年至2012年帶來城市流強(qiáng)度高速增長(zhǎng)。說明重大事件的舉辦對(duì)于城市服務(wù)能力的上升存在短期促進(jìn)效應(yīng)。其余各城市對(duì)外服務(wù)能力均低于西安市，區(qū)域內(nèi)各城市處于良好的發(fā)展態(tài)勢(shì)，整個(gè)時(shí)段內(nèi)增速趨勢(shì)大體一致。但是由于區(qū)域間聯(lián)系較為松散，城市集聚程度較低，導(dǎo)致社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素流動(dòng)集聚效應(yīng)不強(qiáng)。在未來發(fā)展中應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)區(qū)域間聯(lián)系與區(qū)域協(xié)同發(fā)展，如渭南市富平縣與西安市閻良區(qū)協(xié)同發(fā)展。

4 結(jié)論

基于城市流強(qiáng)度模型對(duì)關(guān)中平原城市群11個(gè)城市2005年至2015年的城市對(duì)外服務(wù)能力進(jìn)行了測(cè)算，對(duì)其空間格局分異特征與時(shí)間演變規(guī)律進(jìn)行分析。主要得到以下結(jié)論：①關(guān)中平原城市群各城市對(duì)外服務(wù)能力整體不強(qiáng)，城市間聯(lián)系較為松散，社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素集聚能力較弱；且沒有各產(chǎn)業(yè)綜合發(fā)展的大城市。②在空間格局分布沒有太大變化，西安市處于城市群核心地位，其余城市呈現(xiàn)出以西安市為中心沿關(guān)中平原地帶向周圍逐漸減小的圈層結(jié)構(gòu)。③各城市在時(shí)間演變過程中對(duì)外服務(wù)能力處于不斷提升中，在增長(zhǎng)中呈現(xiàn)出空間等級(jí)性與時(shí)間階段性的特征，并與基數(shù)大小、區(qū)位差異等呈現(xiàn)出相關(guān)關(guān)系。

通過對(duì)關(guān)中平原城市群2005年至2015年連續(xù)年份城市流強(qiáng)度總體特征、空間等級(jí)與時(shí)間階段的研究，總體來說關(guān)中平原城市群各城市對(duì)外服務(wù)能力處于持續(xù)增長(zhǎng)的狀態(tài)，在增長(zhǎng)中存在顯著的空間等級(jí)性與時(shí)間階段性的特征，并與經(jīng)濟(jì)實(shí)力、地形、交通等要素呈現(xiàn)出相關(guān)關(guān)系。隨著進(jìn)一步發(fā)展，加強(qiáng)區(qū)域合作，提升交通通達(dá)性，關(guān)中平原城市群的對(duì)外服務(wù)能力空間格局與增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)將發(fā)生深刻變化。

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