山東省縣域城市性空間格局演變分析

王驍駒

[提要] 在分析城市性評價已有方法的基礎(chǔ)上，從人口、經(jīng)濟、社會、土地等方面選取影響指標(biāo)，并構(gòu)建山東省縣域城市性評價指標(biāo)綜合體系，利用比較法構(gòu)建城市性指數(shù)及城市性評價模型。以山東省140個縣市為研究實證單元，借助ArcGIS和GeoDA軟件，采用空間自相關(guān)方法，對縣域城市性空間格局演化進行定量分析。結(jié)果表明：山東省城市性呈現(xiàn)較強的空間自相關(guān)性，并且集聚態(tài)勢不斷增強。

關(guān)鍵詞：城市性；空間格局演變；縣域尺度；山東

中圖分類號：K902 文獻標(biāo)識碼：A

收錄日期：2017年8月25日

1979～2005年，山東省城市用地增長呈明顯的加快趨勢，城市用地空間結(jié)構(gòu)的分維和穩(wěn)定性特征具有一定的波動性。從人類居住方式轉(zhuǎn)變、社會文化變遷和轉(zhuǎn)型過程中，傳統(tǒng)的“鄉(xiāng)村社會”逐漸被現(xiàn)代的“城市社會”所代替。作為城市化、工業(yè)化產(chǎn)物的現(xiàn)代城市，也必然呈現(xiàn)出不同于鄉(xiāng)村社會的文化特征。

1938年，路易·沃思提出“城市性”的概念，涉及城市人口規(guī)模、人口密度、城市人口差異等方面。在國內(nèi)，由張小林首次提出“城市性”的概念，即為一定地域內(nèi)城市性質(zhì)的表現(xiàn)程度，并用城市指數(shù)和鄉(xiāng)村性指數(shù)來衡量城市性及鄉(xiāng)村性的強弱，涉及人口、空間、經(jīng)濟、社會多方面要素。從已有的關(guān)于城市性評價、空間發(fā)展格局等問題來看，采用的研究方法有BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)測定、突變級數(shù)法、空間自相關(guān)等。

本文以山東省為例，以140個縣域區(qū)塊為單元整體反映山東省城市性空間格局演化。把山東省行政區(qū)域看成是城市性與鄉(xiāng)村性的統(tǒng)一體，從城鄉(xiāng)一體化角度出發(fā)，構(gòu)建完整的城市性綜合評價體系，研究城市性在地理空間上的格局演變，分析城市地域發(fā)展的規(guī)律，為今后山東省城市化道路提供一定的基礎(chǔ)研究。

一、評價指數(shù)及體系構(gòu)建

（一）城市性指數(shù)的測算。本文運用張小林教授的觀點，即每個區(qū)域可以看成是城市性和鄉(xiāng)村性的統(tǒng)一體，即RI+UI=1，其中RI表示鄉(xiāng)村性，UI表示城市性。本文依據(jù)張榮天等人對江蘇省縣域鄉(xiāng)村性計算模式來計算山東省城市性UI，為體現(xiàn)出城市特征的表現(xiàn)程度，用城市發(fā)展指標(biāo)值占城市發(fā)展指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值的比值表示城市性的特征比值：

UI■=■W■R■■ （其中，■W■=1） （1）

R■■=E■■/E■■，若E■■/E■■≤11，E■■/E■■>1（i=1，2，3…n） （2）

式中：UIst表示t年份s區(qū)域的城市性指數(shù)，Rist表示t年份s區(qū)域的城市性的第i個特征比值，Eist表示t年份s區(qū)域反映城市性的第i個指標(biāo)值，Eiot表示t年份s區(qū)域反映城市性的第i個指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值，Wi表示反映城市性特征比值的權(quán)重。

（二）基于縣域城市性評價指標(biāo)的體系構(gòu)建。本文以山東省140縣市作為研究對象。從空間集聚水平、經(jīng)濟增長水平、社會發(fā)展水平、基礎(chǔ)設(shè)施水平等四個方面選擇指標(biāo)，參考余華等人對江蘇省縣域城市性指標(biāo)選擇的基礎(chǔ)上，確定本文選取的指標(biāo)及其對應(yīng)城市性特定的內(nèi)涵。在指標(biāo)選取時，考慮到數(shù)據(jù)獲取的可能性，同時考慮突出城市指標(biāo)的城市性及縣域指標(biāo)的綜合性，以此選擇具有代表性的指標(biāo)來表征目標(biāo)層次信息。指標(biāo)并非相互對應(yīng)，這樣也就更能反映鄉(xiāng)村與區(qū)域之間個體與整體發(fā)展是存在差異的。在具體計算時，采用極值法進行無量綱化處理，使得比值表示的是鄉(xiāng)村與城市發(fā)展水平之間的比較。這樣才能有針對性地提出促進區(qū)域城鄉(xiāng)統(tǒng)籌發(fā)展措施。（表1）

二、數(shù)據(jù)來源與研究方法

（一）數(shù)據(jù)來源。本文數(shù)據(jù)均來源于《山東省統(tǒng)計年鑒》、《山東60年統(tǒng)計資料匯編》，空間分析尺度為山東省140個縣（市），縣域行政邊界數(shù)據(jù)取自《山東省地圖集》中1：1600000政區(qū)圖，經(jīng)過掃描后進行矢量化提取。

（二）研究方法

1、特征比值權(quán)重的確定。本文采用熵值法對城市性特征比值的權(quán)值進行確定，原理為把評價山東省縣域城市性中各個待評價單元的信息進行量化與綜合后的方法；采用熵權(quán)法對各因子賦權(quán)，可以簡化評價過程。采用熵權(quán)法確定各指標(biāo)權(quán)重值，其優(yōu)點主要是精度更強，客觀性更強，能夠更好地解釋所得到的結(jié)果；適應(yīng)范圍廣、適應(yīng)性強。在信息論中，熵表示的是不確定性的量度，若某項特征比值變異程度越大信息熵越小，該指標(biāo)提供的信息量越大，其權(quán)重也越大；反之，該指標(biāo)的權(quán)重也越小。

2、探索性空間數(shù)據(jù)分析（ESDA）。ESDA技術(shù)是利用統(tǒng)計學(xué)原理與圖像表達相結(jié)合對地理空間信息的性質(zhì)進行分析、鑒別，用以引導(dǎo)確定性模型的結(jié)構(gòu)和解法。ESDA包括全局空間自相關(guān)分析和局部自相關(guān)分析兩部分。全局自相關(guān)是對屬性在整個區(qū)域空間分布特征的描述，用于判斷整個研究區(qū)域某一要素或現(xiàn)象在空間是否有聚集特性存在，用統(tǒng)計量Global Moran's I表示。局部自相關(guān)是衡量每個空間要素或?qū)傩栽诰植康南嚓P(guān)性質(zhì)，用于反映在整個大區(qū)域中，一個局部小區(qū)域單元上的某種地理現(xiàn)象或某一屬性值與相鄰局部小區(qū)域單元上同一現(xiàn)象或?qū)傩灾档南嚓P(guān)程度，用統(tǒng)計Local Moran's I量表示，可以看作是全局Moran's I的各區(qū)域分量，反映各局部單元的空間自相關(guān)現(xiàn)象對區(qū)域整體空間自相關(guān)的影響程度。

全局自相關(guān)模型：I=■■w■（x■-■）（x■-■）/S■■■w■ （3）

局域自相關(guān)模型：Ii=■■w■（x■-■） （4）

式中：n為樣本數(shù)；S2為樣本的方差；xi和yj是觀測值；■是研究對象x的平均值；wij是空間權(quán)重，揭示了各單元之間的空間聯(lián)系。當(dāng)I>0，表明研究對象之間存在正相關(guān)性，此時認(rèn)為空間上是積聚的、區(qū)域化的，即研究對象之間在空間上的取值存在高高或低低相鄰的情況；當(dāng)I<0時，表明研究對象之間存在負相關(guān)性，即研究對象之間在空間上的取值存在高低相鄰的情況；當(dāng)I=0時，表明研究對象在空間上是對立隨機的、非相關(guān)性的。I的絕對值越大，表明空間分布相關(guān)性越大。Morans I的顯著性檢驗通常用Z來衡量，Z=[I-E（I）]/■。通過不同時空尺度的城市性空間格局演變與其機理的研究，才能更好地為區(qū)域城鄉(xiāng)統(tǒng)籌發(fā)展政策制定提供更有益的參考與借鑒。endprint

三、山東省城市性空間格局演變分析

（一）山東省城市性整體評價?；跇?gòu)建的城市性指數(shù)UI公式，以山東省為例，選取2001年、2006年和2011年三個代表年份，5年為時間尺度，縣域為空間尺度，分析近十幾年來山東省城市性空間格局演變的特征，并揭示城市性空間格局演變的內(nèi)在機理。分別計算山東省縣域城市性指數(shù)，同時進行描述統(tǒng)計分析，并以偏度和峰度進一步揭示山東省縣域城市性的區(qū)域差異和極化程度的時序演變。（表2）

基于構(gòu)建的城市性指數(shù)UI公式，計算得到2001年、2006年、2011年三年的山東省140個縣域單元的城市性指數(shù)UI，通過城市性得分的頻率分布來表征山東省進入21世紀(jì)初140個縣域城市性分布整體的概括性特征。由表2可知，2001～2011年，山東省140個縣域單元的城市性均值位于0.781～0.823之間，標(biāo)準(zhǔn)差為0.155～0.200之間，表明縣域尺度上山東省城市性均值與標(biāo)準(zhǔn)差的離散程度較大，差異性顯著；2001～2011年，標(biāo)準(zhǔn)偏度系數(shù)為-2.1402和-2.367，表明頻數(shù)性分布是負偏態(tài)的，均值在峰值的左邊，城市性較強的縣域單元所占比重略大；2001～2011年，標(biāo)準(zhǔn)峰度系數(shù)大致在7.750～9.781之間，表明頻數(shù)分布較正態(tài)分布平坦。這種評價僅具有統(tǒng)計學(xué)上的意義，不具有地理空間的意義。

（二）總體空間格局特征分析。為了進一步了解山東省縣域城市性的空間分布及其空間演變，對2001年、2006年和2011年三個代表年份的山東省城市性指數(shù)做全局Morans I統(tǒng)計檢驗，結(jié)果見表3。（表3）

通過表3可知：2001年、2006年和2011年3個年份Morans I指數(shù)介于0.342～0.468之間，全部為正且總體呈上升趨勢，Z檢驗的顯著性水平p≤0.05，這表明研究期間山東省城市性指數(shù)相似地區(qū)在空間上呈現(xiàn)出集聚分布態(tài)勢。從2001～2011年，隨著山東省經(jīng)濟社會的發(fā)展和城市化水平的提高，山東省縣市的內(nèi)部差異也不斷縮小，呈現(xiàn)集聚分布態(tài)勢。總體上，山東北部鄉(xiāng)村性弱，山東西南部鄉(xiāng)村性強的總體空間格局依然存在。

（三）局部空間集聚特征。Tobler地理學(xué)第一定律指出：任何事物與別的事物之間都是相關(guān)的，但近處的事物比遠處的事物的相關(guān)性更強。為避免空間自相關(guān)的全局掩蓋反常的局部或小范圍的局部不穩(wěn)定性，本文主要采用局部空間自相關(guān)統(tǒng)計量來探測局部的空間集聚程度。因此，利用GeoDA軟件，計算局部Morans I指數(shù)描述局部空間異質(zhì)性特征，本文采用Moran散點圖和顯著性水平LISA圖來表示。

Moran散點圖表示數(shù)據(jù)點在直角坐標(biāo)系平面上的分布情況，四個象限分別為：第一象限（H-H）表示某一空間單元和周圍單元的城市性都較高，該單元和周圍單元組成的子區(qū)域稱為“熱點區(qū)”；第二象限（L-H）落入這兩個象限的空間單元表明存在較強的空間負相關(guān)；第三象限（L-L）表示某一空間單元和周圍單元城市性都較低，該單元和周圍單元組成的子區(qū)域稱為“冷點區(qū)”；第四象限（H-L）表示某一空間單元屬性值較高，而周圍單元較低。通過圖1可知：研究表明，山東省各縣域單元分布在第一象限的居多，二四象限相對較少。2001年、2006年、2011年一三象限單元所占比重分別為81.16%、78.26%和76.81%，說明了以縣域尺度測算的城市性指數(shù)更多呈現(xiàn)正相關(guān)，從圖中可以看到高值聚集和低值聚集的單元個數(shù)仍然處于不斷變化的過程當(dāng)中，二四象限所占比重雖然不大，但數(shù)量呈增多趨勢，筆者認(rèn)為政府政策與市場所形成的塊狀經(jīng)濟等因素密不可分；2006～2011年高值聚集和低值聚集的單元個數(shù)趨穩(wěn)。因此，對于整個山東省縣域城市性的集聚分布效應(yīng)來看，大部分地區(qū)與周邊地區(qū)存在較強的空間相互影響及聯(lián)系。（圖1）

四、結(jié)論

本文利用歷年山東省市、縣統(tǒng)計年鑒，根據(jù)張小林的觀點，把山東省140個縣域看成是城市性和鄉(xiāng)村性的統(tǒng)一體即RI+UI=1進行計算。運用探索性空間數(shù)據(jù)分析（ESDA），通過全局自相關(guān)MoranI指數(shù)和局部自相關(guān)MoranI指數(shù)，來揭示2001～2011年以來縣域尺度城市性空間格局演變的特征。研究表明：

（一）從全局來看。山東省城市性總體空間格局上，城市性呈現(xiàn)較強的空間自相關(guān)性，即城市性指數(shù)較低或較高的縣域呈現(xiàn)集聚狀態(tài)，主要以濟南市、青島市等地域和魯西南表現(xiàn)明顯。同時，隨著山東經(jīng)濟的塊狀經(jīng)濟影響，城市性集聚態(tài)勢總體上不斷增強。

（二）從局部來看。山東省縣域城市性極少數(shù)縣域空間單元存在較強的空間負相關(guān)，以魯東南寧津縣、慶云縣表現(xiàn)最為明顯。此外，山東省城市性表現(xiàn)不均衡，魯西南地區(qū)落后于魯東地區(qū)，在考慮區(qū)位條件、自然環(huán)境等因素的基礎(chǔ)上，因地制宜，制定合理措施，加強與魯東的聯(lián)系，改變現(xiàn)有的狀況。

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