基于交通流強度的淮海經(jīng)濟區(qū)城市等級體系劃分研究

黃園園，閆慶武，馮志鵬，吳瓊

(中國礦業(yè)大學環(huán)境與測繪學院，江蘇徐州221116)

0 引言

依據(jù)城市人口規(guī)模、行政等級等對城市等級體系進行劃分是國內(nèi)外對于城市等級體系研究最為傳統(tǒng)的方法。但事實上，城市等級是城市實力的綜合反映，人口規(guī)?；蛘咝姓燃壍葌鹘y(tǒng)的劃分方法并不能真正反映城市的等級體系。20世紀60年代以來，通過交通運輸水平及客貨流量等對城市體系進行研究成為城市體系研究的新方法［1］。國內(nèi)外學者通過研究交通流聯(lián)系來探究區(qū)域城市間的聯(lián)系格局:P.J.Rimmer［2］把國際航空客貨運作為一個重要的指標，揭示了“世界城市”和東北亞大城市之間的聯(lián)系;E.J.Taaffe［3－4］，A.R.Goetz［5］均利用航空運輸資料分析了美國城市層級模式及其演化過程。國內(nèi)關于這方面的研究起步較晚，薛俊菲［6］從航空網(wǎng)絡的獨特視角揭示了開放條件下中國城市體系等級結(jié)構(gòu)與分布格局;雷軍等［7］、楊宇等［8］通過構(gòu)建交通運輸水平綜合評價體系對新疆交通運輸發(fā)展水平進行了論述，指出基于交通的新疆城市體系空間結(jié)構(gòu)演變特征;江勇［9］通過城市交通客流聯(lián)系強度和聯(lián)系方向指數(shù)研究浙江省縣級層面的空間聯(lián)系特征。交通作為城市功能的重要方面，可以直觀反映城市之間的聯(lián)系強度以及城市在區(qū)域中的地位與等級。因此，與傳統(tǒng)的基于人口規(guī)?；蛘咝姓燃壍膭澐址椒ㄏ啾?，從交通流視角劃分城市等級體系更為直觀、實際。

淮海經(jīng)濟區(qū)作為全國最早設立的經(jīng)濟協(xié)作區(qū)之一，由蘇魯豫皖接壤的25個地級市組成，分別是蘇北的徐州、連云港、淮安、鹽城、宿遷;魯南的濟寧、菏澤、臨沂、棗莊、日照、泰安、萊蕪、聊城、德州;豫東的商丘、周口、信陽;皖北的淮北、宿州、阜陽、蚌埠、亳州、華南、六安、滁州。共有177個縣(區(qū))，面積242 407萬km2，約占全國總面積的2.51%。依據(jù)第六次人口普查數(shù)據(jù)，淮海經(jīng)濟區(qū)2010年常住人口1.38億人，占全國總?cè)丝诘?0.10%。在經(jīng)濟地理位置上，淮海經(jīng)濟區(qū)處在發(fā)達的長江三角洲經(jīng)濟區(qū)、環(huán)渤海經(jīng)濟圈、中原經(jīng)濟區(qū)和山東半島藍色經(jīng)濟帶之間，是一個明顯的“經(jīng)濟低谷”。但地處“中國之臍”及“四縱三橫”樞紐的優(yōu)越地理位置又使得淮海經(jīng)濟區(qū)交通優(yōu)勢極為突出。

淮海經(jīng)濟區(qū)“地相近，習相通”，區(qū)域間的聯(lián)系比較密切，本應由于天時地利獲得較好的發(fā)展，但由于該區(qū)屬于省際邊緣區(qū)，導致其很少得到各省級政府的重視和投入。因此，研究淮海經(jīng)濟區(qū)城市間的聯(lián)系水平，并依據(jù)交通流強度差異劃分該區(qū)的城市等級體系，依據(jù)改進的重力模型確定淮海經(jīng)濟區(qū)空間發(fā)展格局，對于打破行政壁壘和區(qū)劃限制、對于淮海經(jīng)濟區(qū)區(qū)域規(guī)劃的制訂、對于各級地方政府制訂相應的區(qū)域政策與發(fā)展戰(zhàn)略都具有十分重要的意義。

1 數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理

1.1 數(shù)據(jù)采集

以淮海經(jīng)濟區(qū)的25個城市為研究對象，將各城市之間的交通運輸班次作為交通流基礎統(tǒng)計數(shù)據(jù)。通過中國鐵路客戶服務中心［10］的網(wǎng)絡訂票查詢服務與3家主流長途客運官方網(wǎng)站［11－13］的查詢結(jié)果分別得出鐵路及公路的交通流基礎統(tǒng)計數(shù)據(jù);城市GDP來自于《中國城市統(tǒng)計年鑒2014》;城市距離通過在百度地圖［14］上量測得到(將各市市政府所在地作為量測的起點和終點)。根據(jù)以上數(shù)據(jù)建立淮海經(jīng)濟區(qū)交通流的ArcGIS數(shù)據(jù)庫。

1.2 數(shù)據(jù)處理

選取流聯(lián)系強度、聯(lián)系方向指數(shù)、集中度系數(shù)及根據(jù)城市間引力構(gòu)建的重力模型作為城市等級評價因子，對淮海經(jīng)濟區(qū)交通流強度進行量化分析。

1.2.1 流聯(lián)系強度。流聯(lián)系強度包括區(qū)域內(nèi)公路和鐵路兩方面，用從該市出發(fā)班次和到達班次的總和即交通流出量和流入量的總和表示。流聯(lián)系強度越大，則表明該市與區(qū)域其他城市間的聯(lián)系越密切，公式如下:

式中:∑P(i－j)，∑P(j－i)分別表示i城市的交通流出量、流入量。

1.2.2 聯(lián)系方向指數(shù)。聯(lián)系方向指數(shù)用區(qū)域內(nèi)該市可到達的城市數(shù)目與可到達該市的城市數(shù)目之和表示:

式中:∑D(i－j)，∑D(j－i)分別表示該市可到達的城市數(shù)目和可到達該市的城市數(shù)目。

1.2.3 集中度系數(shù)。集中度系數(shù)用某市的交通流入量在總流入量中的比值表示。指數(shù)越大，表示該市對整個區(qū)域的交通影響力越大，公式如下:

式中:Pi表示i城市的流聯(lián)系強度。

1.2.4 重力模型(城市間引力)。重力模型是以牛頓萬有引力定律為基礎進行城市之間引力分析的模型，在一定范圍內(nèi)可使空間結(jié)構(gòu)研究精確化、定量化［15］?；谝韵鹿剑?6］:

式中:qn表示權(quán)重，這里公路運輸、鐵路運輸權(quán)重分別取0.5;Rij取兩城市最短距離;Kn為系數(shù);Tij表示2個城市之間的引力;qn為模型中不同運輸方式P的權(quán)重;Pin與Pjn分別為不同運輸方式下的客運量。那么由此改進出兩城市間引力公式為:

式中:Ti－j表示i城市與j城市之間的城市引力;Pi1，Pj1分別為i城市和j城市公路的交通流強度;Pi2，Pj2分別為i城市和j城市鐵路的交通流強度;K為系數(shù)，這里取值為1;Ri－j表示i城市與j城市之間的最短距離?；春＝?jīng)濟區(qū)各城市流聯(lián)系強度見表1。

從表1可以看出，GDP較高的城市集中在蘇北和魯南版塊，而皖北和豫東的經(jīng)濟發(fā)展水平則相對較低。徐州的各項數(shù)據(jù)均遠高于其他城市，由此進一步驗證了徐州在淮海經(jīng)濟區(qū)的絕對優(yōu)勢地位;而部分城市如周口、萊蕪和信陽，它們的各項數(shù)據(jù)都遠低于其他城市，可初步推斷為淮海經(jīng)濟區(qū)的邊緣城市。作為交通樞紐的城市或鐵路、公路干線經(jīng)過的城市如徐州、蚌埠、臨沂等的交通流強度和經(jīng)濟發(fā)展水平都高于周圍城市，可初步得出交通流強度與經(jīng)濟發(fā)展水平密切相關的結(jié)論。

表1 淮海經(jīng)濟區(qū)各城市GDP及交通流強度Tab.1 GDP and urban traffic flow intensity of Huaihai Economic Zone

2 交通運輸與城市經(jīng)濟發(fā)展水平分析

城市間的交通運輸水平代表了城市經(jīng)濟發(fā)展水平以及城市之間的聯(lián)系強度，是城市網(wǎng)絡體系形成的物質(zhì)基礎和必要前提。

選取流聯(lián)系強度代表城市交通運輸水平，選用淮海經(jīng)濟區(qū)25個城市2013年的城市GDP來代表城市經(jīng)濟發(fā)展水平，利用SPSS 19.0軟件分析而得散點圖(圖1)，可看出二者之間存在相關趨勢。進一步分析表明，淮海經(jīng)濟區(qū)2013年城市GDP與城市流聯(lián)系強度的相關系數(shù)為0.570，呈正相關趨勢。因此城市等級規(guī)?？梢詮慕煌飨嚓P數(shù)據(jù)中得到確切的反映。

公路運輸與鐵路運輸是淮海經(jīng)濟區(qū)主要的聯(lián)系方式，因此，城市交通流水平可以在很大程度上代表城市結(jié)構(gòu)體系。城市在交通運輸網(wǎng)絡中所處等級反映了該城市在所在區(qū)域的地位。由此，可以通過研究淮海經(jīng)濟區(qū)交通流數(shù)據(jù)，劃分其城市等級，并進一步揭示淮海經(jīng)濟區(qū)的空間聯(lián)系格局，預測其空間發(fā)展趨勢。

圖1 2013年淮海經(jīng)濟區(qū)城市流聯(lián)系強度與GDP的散點圖Fig.1 The scatter plot of contacting strength and GDP of Huaihai Economic Zone in 2013

3 城市等級劃分

3.1 城市排序

采用主成分分析法求出各因子權(quán)重。主成分分析是一種將相同本質(zhì)變量歸入一個因子以減少變量數(shù)目的多元統(tǒng)計分析方法。因此，通過主成分分析，可以將具有一定相關關系的多變量的信息用較少的互不相關的綜合指標來表征［17］。

采用主成分對淮海經(jīng)濟區(qū)城市體系進行定量分析的步驟為:一是以計算得出的聯(lián)系方向指數(shù)、流聯(lián)系強度、城市引力與集中度系數(shù)的原始數(shù)據(jù)矩陣為基礎，進行KMO和Bartlett的檢驗，檢驗結(jié)果0.842，適合用主成分分析法對此課題進行求權(quán)重。二是對原始數(shù)據(jù)矩陣因子分析，確定主成分為聯(lián)系方向指數(shù)，通過最大方差法進行旋轉(zhuǎn)求得各個公因子的負載權(quán)重，取小數(shù)點后3位而得負載權(quán)重分別為0.234，0.258，0.253，0.255。三是將淮海經(jīng)濟區(qū)25個城市的交通流因子乘以各自權(quán)重，得出城市各交通流因子的得分與排序(表2)。

3.2 城市等級劃分

1)層次聚類分析法。在SPSS 19.0中利用組間連接進行聚類，得出層次聚類譜系圖(圖2)。結(jié)果表明，當全部25個城市按照交通流強度分成四類時，一級城市為徐州;二級城市為蚌埠、臨沂、棗莊、宿州、濟寧;三級城市為滁州、淮安、連云港、阜陽、泰安、宿遷、德州、商丘、淮南、鹽城、淮北、日照、聊城、菏澤;四級城市為亳州、六安、周口、萊蕪、信陽。

表2 淮海經(jīng)濟區(qū)城市交通流強度排名Tab.2 Urban traffic flow intensity ranking of Huaihai Economic Zone

圖2 淮海經(jīng)濟區(qū)城市交通流強度層次聚類譜系圖Fig.2 Hierarchical clustering pedigree chart of traffic flow intensity of Huaihai Economic Zone

2)圖表判別法。以淮海經(jīng)濟區(qū)25個城市為橫坐標，以表2所得交通流強度為縱坐標做出散點圖(圖略)。按交通流強度數(shù)值降序排列，可以看出25個城市近似排成了1條下降的曲線。觀察發(fā)現(xiàn)，一些交通流強度相近的城市在一定范圍內(nèi)分組而聚。采用3條與橫軸平行的直線自上而下移動，發(fā)現(xiàn)當縱坐標分別為600，250，100時，曲線斜率發(fā)生突變，因此25個城市被較好的分為四組，前兩組城市的組成與層次聚類分析得到的結(jié)果相同，第三組的亳州被分到了第四組。因此，圖表判別法進一步驗證了層次聚類分析法的結(jié)論的合理性。

通過對獲得的流聯(lián)系強度、聯(lián)系方向指數(shù)、集中度系數(shù)及城市引力的分析，得到城市等級評價指標，形成以地級市為單元的淮海經(jīng)濟區(qū)空間等級結(jié)構(gòu)。將淮海經(jīng)濟區(qū)內(nèi)城市劃分為4級:一級城市為徐州，其評價指標高達661.487，比第二名多了300左右，是整個區(qū)域內(nèi)交通流要素聚集和輻射中心，在整個淮海經(jīng)濟區(qū)的客貨運方面占主動性地位;蚌埠(334.342)、臨沂(324.495)、棗莊(297.877)、宿州(286.176)、濟寧(272.521)為二級城市，在整個區(qū)域內(nèi)具有較強的交通流吸引力，輻射能力次之，此5個城市的集中度系數(shù)加和約30%，與徐州一起構(gòu)成淮海經(jīng)濟區(qū)交通流強度的45%，是淮海經(jīng)濟區(qū)交通流的中樞力量;三級城市包括滁州(242.228)、淮安(241.672)、連云港(234.935)、阜陽(232.554)、泰安(229.432)、宿遷(182.440)、德州(161.457)、商丘(144.963)、淮南(144.573)、鹽城(137.584)、淮北(135.847)、日照(118.867)、聊城(112.641)、菏澤(109.562)、亳州(103.459)共有15個，交通流強度綜合占全區(qū)的約50%，構(gòu)成了淮海經(jīng)濟區(qū)交通流的基礎;評價指標比較低的六安(91.678)、周口(47.297)、萊蕪(28.961)、信陽(28.345)作為四級城市。利用ArcGIS 10.0軟件對城市等級評價指標建立數(shù)據(jù)庫，根據(jù)上述分析結(jié)果得出分級后的城市等級圖(圖3)。

圖3 城市等級劃分結(jié)果及城市空間聯(lián)系Fig.3 Urban classification results and space contacting figure

4 淮海經(jīng)濟區(qū)城市等級空間分布特點

4.1 “一主兩副”的多中心城市體系

從空間結(jié)構(gòu)來看，徐州的交通流強度(661.487)遠高于其他24個城市，是淮海經(jīng)濟區(qū)的中心城市;蚌埠(334.342)、臨沂(324.495)則分別作為副中心城市，構(gòu)成了“一主兩副”的多中心城市體系。徐州市不僅是蘇北的中心城市，也是淮海經(jīng)濟區(qū)交通流的放射中心，與其他24個城市以交通流為紐帶進行集聚和輻射;蚌埠和臨沂作為構(gòu)成淮海經(jīng)濟區(qū)的皖北版塊和魯南版塊的中心，通過承接和輻射，帶動版塊內(nèi)部其他城市與中心城市的客貨流、信息流和資金流的流動。

4.2 “一心兩軸”的發(fā)展軸線

根據(jù)城市引力數(shù)據(jù)建立GIS數(shù)據(jù)庫，制作淮海經(jīng)濟區(qū)空間聯(lián)系圖(圖3)，形成以徐州為相交城市的德州—泰安—濟寧—棗莊—徐州—蚌埠—滁州、阜陽—淮北—宿州—徐州—臨沂—日照縱橫相交的兩條發(fā)展軸線?；春＝?jīng)濟區(qū)的一級城市、所有二級城市及部分三級城市均處在發(fā)展軸線上。縱向發(fā)展軸線中的城市依托于京滬鐵路、京福高速公路，便捷的地理位置使其城市引力遠大于位于交通道路旁側(cè)城市，經(jīng)濟發(fā)展水平也處于優(yōu)勢地位;橫向發(fā)展軸線途經(jīng)隴海鐵路、連霍高速公路，阜陽、宿州、臨沂和徐州作為淮海經(jīng)濟區(qū)東西方向的聯(lián)系紐帶，帶動臨近城市的經(jīng)濟發(fā)展。

4.3 扇形空間聯(lián)系格局

從城市空間聯(lián)系來看，流聯(lián)系強度大于100的城市有徐州、蚌埠、臨沂、濟寧、棗莊、滁州、宿州、泰安、阜陽、淮安、連云港和德州12個城市，其中徐州、泰安、棗莊、宿州、濟寧、阜陽集中度系數(shù)均大于0.05，其余幾個城市也不低于0.04;據(jù)統(tǒng)計計算可知，上述城市的聯(lián)系方向指數(shù)得分與城市引力得分均位于淮海經(jīng)濟區(qū)前50%。由此形成了以徐州為中心的北至泰安、西至阜陽、向東南方向發(fā)展的扇形空間發(fā)展格局(圖4)。

圖4 城市空間發(fā)展格局Fig.4 The urban space development pattern

5 結(jié)論與討論

淮海經(jīng)濟區(qū)基本形成:1)以徐州為一級城市，以蚌埠、臨沂、棗莊、宿州、濟寧為二級城市，以滁州、淮安、連云港等城市為三級城市，以六安、周口等城市為四級城市的城市等級體系;2)以徐州為中心，蚌埠、臨沂為副中心的“一主兩副”的多中心城市體系;3)以徐州為相交城市的“一心兩軸”的發(fā)展軸線;4)以徐州為中心，北至泰安，西至阜陽，向東南方向發(fā)展的扇形空間聯(lián)系格局。

需要指出的是:1)通過構(gòu)建城市GDP與流聯(lián)系強度(城市交通運輸水平)的散點圖，證明城市經(jīng)濟發(fā)展水平與交通運輸水平呈基本正相關。但不能排除人口密度、地理位置等客觀因素的影響。2)構(gòu)建城市引力模型過程中，取兩城市實地距離作為阻抗大小，忽略了運輸成本和實際路線等因素對交通流的影響，因此結(jié)果會存在一定的偏差，但是對于定性分析區(qū)域空間結(jié)構(gòu)并不存在太大的影響。3)由于數(shù)據(jù)的缺乏，研究停留在2013年，未能涉及淮海經(jīng)濟區(qū)城市體系的歷史演變。

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［12］南京趣普電子商務有限公司.暢途網(wǎng)汽車票［DB/OL］.(2013－12－11)［2014－03－06］.http://www.changtu.com/chepiao/.

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