遼寧省特色小鎮(zhèn)空間結(jié)構(gòu)分形及優(yōu)化研究

呂 波，王 輝，何 悅，周仲鴻

（1.渤海大學 管理學院，遼寧 錦州 121013）

特色小鎮(zhèn)是堅持新的發(fā)展理念，聚焦新興特色產(chǎn)業(yè)，融合文化、旅游等多種功能的非鎮(zhèn)非區(qū)的發(fā)展平臺。2016 年7 月，國家三部委明確提出“到2020 年將培育特色小鎮(zhèn)1 000 個左右?！?016 年8 月，遼寧省人民政府發(fā)布《關(guān)于推進特色鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設(shè)的指導意見》提出創(chuàng)建特色鄉(xiāng)鎮(zhèn)總體要求、責任明確、重點任務(wù)等工作安排。建設(shè)綜合型特色小鎮(zhèn)為遼寧省區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展提供了新的方向。特色小鎮(zhèn)對促進地區(qū)新的經(jīng)濟增長點、推進新型城鎮(zhèn)化、縮小城鄉(xiāng)差距以及推動城鄉(xiāng)協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要的作用。

國外學者較早開展相關(guān)研究，主要側(cè)重于特色小鎮(zhèn)類型研究[1-2]、影響研究[3-4]、開發(fā)模式研究[5-6]，分別探討了不同視角下劃分類型、城鎮(zhèn)化過程中產(chǎn)生影響、規(guī)劃理論和方法等方面。在借鑒國外學者研究的基礎(chǔ)上，國內(nèi)學者在研究內(nèi)容上主要集中在發(fā)展現(xiàn)狀研究[7-8]、建設(shè)路徑研究[9-10]、存在問題研究[11-12]。近年來，從空間角度研究特色小鎮(zhèn)逐漸增加。在研究方法上多采用GIS 技術(shù)與核密度分析、空間基尼系數(shù)、最鄰近指數(shù)等數(shù)理方法相結(jié)合[13-14]，但從分形角度研究較少。在研究范圍上涉及全國、省域以及市域，研究區(qū)域逐漸精細化[15-17]。總體而言，以遼寧省為案例，定量研究特色小鎮(zhèn)空間結(jié)構(gòu)的文獻相對較少，且運用聚集維數(shù)、網(wǎng)格維數(shù)、關(guān)聯(lián)維數(shù)等分形理論從3 個不同的角度研究特色小鎮(zhèn)空間結(jié)構(gòu)特征文獻也尚不多見。因此，運用分形理論獨特的意義和測量方法結(jié)合GIS 技術(shù)，以便更加直觀、具體地研究遼寧省國家級特色小鎮(zhèn)分形特征，并由此提出相應(yīng)優(yōu)化策略，為遼寧省特色小鎮(zhèn)區(qū)域資源合理配置提供科學依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來源及空間基本狀況

1.1 研究區(qū)域

遼寧省位于我國的東北部，鄰近渤海，與朝鮮接壤，與日本和韓國隔海相望，是構(gòu)建東北亞和環(huán)渤海經(jīng)濟圈省份之一。遼寧14 個地級市，面積為14.86 萬km2，人口為4 351.7 萬人。截至目前，獲批13 個國家級特色小鎮(zhèn)，占全國3.2%。分布于11 個地級市，其中盤錦和遼陽最多，占全省總數(shù)30.8%。特色小鎮(zhèn)多以農(nóng)業(yè)、傳統(tǒng)和高端制造業(yè)、歷史文化、康養(yǎng)旅游等主導產(chǎn)業(yè)和其他相關(guān)產(chǎn)業(yè)作為支撐。按照產(chǎn)業(yè)類型劃分為農(nóng)業(yè)服務(wù)型、制造主導型、旅游發(fā)展型三大類。其中，農(nóng)業(yè)服務(wù)型占30.8%，制造主導型占46.2%，旅游發(fā)展型占23.1%。

1.2 數(shù)據(jù)來源

從遼寧省文化和旅游廳公布數(shù)據(jù)整理得出，遼寧省總共有13 個國家級特色小鎮(zhèn)。借助百度坐標拾取工具定位空間位置，利用ArcGIS10.2 軟件將數(shù)據(jù)矢量化。運用點距離工具測量特色小鎮(zhèn)之間歐氏距離（烏鴉距離）；百度地圖查詢交通實際距離（乳牛距離）。研究所需遼寧省、高速公路、國道等矢量數(shù)據(jù)來源于中國科學院資源環(huán)境科學數(shù)據(jù)中心。

1.3 空間基本狀況

利用ArcGIS10.2 軟件中空間分析工具對特色小鎮(zhèn)進行核密度分析，從圖1 中可知，特色小鎮(zhèn)在空間上主要表現(xiàn)為沿高速公路和國道干線分布；形成2 個特色小鎮(zhèn)集聚區(qū)，其中，錦州、盤錦交界處集聚區(qū)核密度最大，其次是遼陽。受資源稟賦、經(jīng)濟和人口因素、交通建設(shè)水平等影響，特色小鎮(zhèn)空間分布極不均衡，呈現(xiàn)“中部密集，周邊稀疏”的特征（圖1）。下面將運用3 種分形維數(shù)進一步探究遼寧特色小鎮(zhèn)的空間結(jié)構(gòu)特征。

圖1 特色小鎮(zhèn)分布密度分析

2 特色小鎮(zhèn)空間結(jié)構(gòu)分形研究

2.1 空間結(jié)構(gòu)測算方法

2.1.1 聚集維數(shù)

聚集維數(shù)研究特色小鎮(zhèn)圍繞幾何區(qū)域內(nèi)中心特色小鎮(zhèn)的聚集狀態(tài)。假定遼寧特色小鎮(zhèn)滿足自相似規(guī)律圍繞中心特色小鎮(zhèn)成凝聚態(tài)分布，且分形體是向周圍均勻變化的，則可借助幾何測度關(guān)系，確定以中心特色小鎮(zhèn)為圓心，到其任意點的長度R(U)為半徑的圓內(nèi)的特色小鎮(zhèn)個數(shù)U與相應(yīng)半徑的關(guān)系，有:

由于半徑所選取的長度會影響分維數(shù)值，所以將回旋半徑轉(zhuǎn)化為平均半徑，計算公式為:

式中，RU為特色小鎮(zhèn)平均半徑；ti為第i個特色小鎮(zhèn)到中心特色小鎮(zhèn)的歐氏距離；U為特色小鎮(zhèn)的數(shù)量；D為聚集維數(shù)，表示從中心特色小鎮(zhèn)向周圍腹地的密度衰減特征，反映特色小鎮(zhèn)空間結(jié)構(gòu)的緊湊性特征。當D＜2 時，密度衰減，中心特色小鎮(zhèn)聚集作用強，呈聚集態(tài)分布；當D＞2 時，密度增加，中心特色小鎮(zhèn)聚集作用弱，呈離心態(tài)分布。

2.1.2 網(wǎng)格維數(shù)

網(wǎng)格維數(shù)研究特色小鎮(zhèn)的多層次空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。對區(qū)域進行網(wǎng)格化分割，特色小鎮(zhèn)所占網(wǎng)格數(shù)N(t)值會隨著網(wǎng)格尺寸t而變化。若特色小鎮(zhèn)空間分布具有無標度性，N(t)與t的關(guān)系為:

式中，α=D0為容量維；觀察行號為i；列號為j的網(wǎng)格；其中特色小鎮(zhèn)個數(shù)為Xij，總數(shù)為X，定義概率為Pij=Xij/X，所以信息量:

式中，K=1/t為區(qū)域各邊的分段數(shù)目，如果特色小鎮(zhèn)是分形的，則有:

式中，I0為常數(shù)；D1為信息維；網(wǎng)格維數(shù)D在0 ～2之間，D越大表明空間各要素分布越均衡；當D→1時，說明各要素具有集中在線狀區(qū)域分布的趨勢；當D0=D1時，特色小鎮(zhèn)空間分布屬于簡單的分形。

2.1.3 關(guān)聯(lián)維數(shù)

關(guān)聯(lián)維數(shù)研究特色小鎮(zhèn)間的相關(guān)關(guān)系來分析各要素之間的分布狀況，在二維空間里其公式為:

式中，t為碼尺；Tij為任意2 個特色小鎮(zhèn)之間的歐氏距離（烏鴉距離）或交通實際距離（乳牛距離）；S為特色小鎮(zhèn)總數(shù)，若特色小鎮(zhèn)是分形的，則具有無標度性:C(t)∝tD，D表示烏鴉維數(shù)或者乳牛維數(shù)。乳牛維數(shù)與烏鴉維數(shù)的比值為牛鴉維數(shù)β，當β→1 時，表明交通的通達性越好，特色小鎮(zhèn)在空間上關(guān)聯(lián)度就越高。

2.2 空間結(jié)構(gòu)分析

2.2.1 聚集維數(shù)分析

以研究區(qū)域內(nèi)中心特色小鎮(zhèn)西柳鎮(zhèn)為測算中心，利用ArcGIS10.2 軟件中點距離工具，求出西柳鎮(zhèn)到各個特色小鎮(zhèn)的直線距離ti，再求出平均距離RU，以（U,RU）生成雙對數(shù)散點圖（表1、圖2）。從圖中得出，在一定測算范圍內(nèi)（無標度區(qū)間），遼寧特色小鎮(zhèn)空間分形特性較為明顯。測定系數(shù)R2=0.956 5，聚集維數(shù)D=1.652 6＜2，并且小于有限擴散集團聚集模型的理論分維值1.78，說明遼寧省特色小鎮(zhèn)空間聚集作用較強，西柳鎮(zhèn)中心性明顯，對其他特色小鎮(zhèn)具有一定的吸附作用，但由于吸附半徑有限，分布密度從中心特色小鎮(zhèn)向周圍衰減的速度快。擬合曲線并非線性，具有2 個無標度區(qū)間，說明西柳鎮(zhèn)附近存在多分形特征。第一標度區(qū)間（1.791 8～2.564 9）內(nèi)R2=0.989 4，D=1.104 6 ＜2，表明在該區(qū)域特色小鎮(zhèn)聚集作用強，主要集中在盤錦、錦州；第二標度區(qū)間（0.693 1 ～1.609 4）內(nèi)R2=0.985 4，D=1.736 7＜1.78，說明特色小鎮(zhèn)仍然具有聚集作用，主要集中在遼陽。

表1 特色小鎮(zhèn)聚集維數(shù)測算數(shù)據(jù)

圖2 特色小鎮(zhèn)聚集維數(shù)雙對數(shù)散點圖

2.2.2 網(wǎng)格維數(shù)分析

將特色小鎮(zhèn)所在的區(qū)域進行網(wǎng)格劃分，把各邊分成K等份，統(tǒng)計出特色小鎮(zhèn)所占網(wǎng)格的數(shù)量N(t) 和信息量I(t)，最后將（N(t),K）和（I(t),K）分別生成雙對數(shù)散點圖（表2、圖3），求出容量維和信息維。從圖中可知，遼寧省特色小鎮(zhèn)具有分形特性。容量維D0=0.712 2（測定系數(shù)為0.931 4）趨向于1，表明在發(fā)展過程中特色小鎮(zhèn)集中于線狀區(qū)域的趨勢。信息維D1=0.409 3（測定系數(shù)為0.921 2），容量維大于信息維且相差較大，說明特色小鎮(zhèn)在分形后分布概率變化大，空間分布不均衡分形也相對復(fù)雜，存在特色小鎮(zhèn)局部集聚的現(xiàn)象。結(jié)合圖1 可知，國道（G102、G201、G202、G305）、沈山高速、丹錫高速、沈海高速、丹大高速等可能是特色小鎮(zhèn)系統(tǒng)的吸引子和系統(tǒng)演化要素流動的通道。綜合容量維和信息維測算結(jié)果可知，遼寧特色小鎮(zhèn)系統(tǒng)空間演化是以局部區(qū)域部分城市為節(jié)點，通過內(nèi)部道路系統(tǒng)要素進行能量傳遞而形成的分形特征。

表2 特色小鎮(zhèn)網(wǎng)格維數(shù)測算數(shù)據(jù)

圖3 特色小鎮(zhèn)網(wǎng)格維數(shù)雙對數(shù)散點圖

2.2.3 關(guān)聯(lián)維數(shù)分析

計算各個特色小鎮(zhèn)之間的歐氏距離（烏鴉距離）和實際交通距離（乳牛距離），繪制13×13 的烏鴉矩陣（乳牛矩陣）。設(shè)碼尺t1=20,40,…,520（△t=20），得到對應(yīng)的坐標（t,C(t)）生成雙對數(shù)散點圖（表3、表4、圖4）。利用最小乘二法求點集擬合曲線公式和系數(shù)分別得出，烏鴉維數(shù)為0.970 7，其擬合系數(shù)為0.961 2；乳牛維數(shù)為0.953 2，其擬合系數(shù)為0.945 5，存在明顯的無標度區(qū)間，其維數(shù)均小于2 且趨向于1，進一步表明遼寧省特色小鎮(zhèn)空間結(jié)構(gòu)具有明顯分形特征并且分布較為集中。其牛鴨維數(shù)β=0.981 9 趨近于1，表明遼寧省特色小鎮(zhèn)之間的交通通達性較好。這種結(jié)構(gòu)有利于資源整合構(gòu)建特色小鎮(zhèn)產(chǎn)業(yè)群，促進區(qū)域旅游業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

圖4 特色小鎮(zhèn)關(guān)聯(lián)維數(shù)雙對數(shù)散點圖

表3 特色小鎮(zhèn)烏鴉距離測算數(shù)據(jù)

表4 特色小鎮(zhèn)乳牛距離測算數(shù)據(jù)

3 特色小鎮(zhèn)空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究

3.1 加強特色小鎮(zhèn)之間的合作

特色小鎮(zhèn)的發(fā)展要處理好競爭與合作的關(guān)系。根據(jù)距離衰減規(guī)律可知，旅游景點距離越近，游客的認知度越高，對旅游景區(qū)的選擇影響越大，所以遼寧省特色小鎮(zhèn)之間必然存在競爭的關(guān)系。距離越近，產(chǎn)品相似度越高，競爭越激烈，這種模式不利于長久的發(fā)展，應(yīng)改變發(fā)展模式結(jié)合優(yōu)勢資源推動良性發(fā)展。第一，臨近特色小鎮(zhèn)憑借地理區(qū)位因素的優(yōu)勢，實現(xiàn)資源要素交換、加快游客流量及流速，打造差異性較強的旅游產(chǎn)品，而不單單是對產(chǎn)品的復(fù)制，要做到存量升級，增量引領(lǐng)。第二，城市邊界系統(tǒng)的局限性對各市特色小鎮(zhèn)的影響是客觀存在的，應(yīng)以遼寧省特色小鎮(zhèn)整體發(fā)展為重點，各個特色小鎮(zhèn)要重視自身在遼寧整個旅游系統(tǒng)中的作用、地位以及所承擔的角色，打破邊界限制，加強區(qū)域間的合作，正確認識競合的關(guān)系。

3.2 提高交通網(wǎng)絡(luò)通達度

便利的交通網(wǎng)是加快資源要素整合、促進區(qū)域旅游合作、形成旅游空間格局的基礎(chǔ)。其主要方式是興建和修繕特色小鎮(zhèn)之間的旅游廊道，提高城市間旅游景區(qū)交通網(wǎng)覆蓋率，節(jié)省游客旅游線路上所消耗的時間。其中，二棚甸子鎮(zhèn)距離其他特色小鎮(zhèn)較遠，應(yīng)合理規(guī)劃交通路網(wǎng)，提高旅游交通通達度，優(yōu)先完善永桓高速、丹大高速、國道G201 等方向上交通線路；王家鎮(zhèn)由于地理區(qū)位的因素處在島嶼上，要優(yōu)化王家鎮(zhèn)與海港之間的路線、合理設(shè)計客船數(shù)量以及運客工作的時間，減緩海港旅游交通壓力。

3.3 構(gòu)建旅游空間格局

由特色小鎮(zhèn)空間結(jié)構(gòu)特征以及資源特色綜合考慮，將遼寧省特色小鎮(zhèn)分為北部、中部、南部三大產(chǎn)業(yè)群，培育區(qū)域增長極（點），通過交通路線（軸）實現(xiàn)資源要素的轉(zhuǎn)換，最終形成點—軸系統(tǒng)帶動整體的發(fā)展。

加大對北部的開發(fā)，北部特色小鎮(zhèn)產(chǎn)業(yè)群包括:十家子瑪瑙小鎮(zhèn)、十間房航空小鎮(zhèn)、二棚甸子山參小鎮(zhèn)組成。其產(chǎn)業(yè)類型屬于制造主導型，特色產(chǎn)業(yè)差異明顯，能夠增加旅游目的地對游客的吸引力。沈陽旅游資源豐富吸引力大，游客數(shù)量多，加大對瑪瑙小鎮(zhèn)和山參小鎮(zhèn)的營銷宣傳活動，可在航空小鎮(zhèn)服務(wù)區(qū)設(shè)立專門的直達車輛，并規(guī)劃好旅游線路，打造“體驗飛行、觀賞瑪瑙、品嘗山參”特色服務(wù)。

重點發(fā)展中部和南部，打造環(huán)狀旅游環(huán)線。中部特色小鎮(zhèn)產(chǎn)業(yè)群包括:胡家稻蟹小鎮(zhèn)、溝幫子熏雞小鎮(zhèn)、湯河溫泉小鎮(zhèn)等。產(chǎn)業(yè)類型分別為農(nóng)業(yè)服務(wù)型、制造主導型、旅游發(fā)展型。充分挖掘當?shù)刭Y源特色，結(jié)合市場和游客的需要，建設(shè)具有差異化特色小鎮(zhèn)，圍繞遼中環(huán)線高速-沈山高速-丹錫高速-沈海高速打造中部環(huán)狀旅游環(huán)線。南部特色小鎮(zhèn)產(chǎn)業(yè)群中王家鎮(zhèn)和謝屯鎮(zhèn)都是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，孤山鎮(zhèn)屬于歷史文化名鎮(zhèn)，熊岳鎮(zhèn)文化旅游和溫泉養(yǎng)生為特色主導產(chǎn)業(yè)，構(gòu)建“田園風光、康養(yǎng)旅游”一體化的旅游產(chǎn)業(yè)帶。打造沈海高速-皮長高速-丹大高速南部環(huán)狀旅游環(huán)線。合理設(shè)計中部、南部旅游環(huán)線，一方面有利于地區(qū)之間經(jīng)濟、資源要素的快速流動，實現(xiàn)地區(qū)優(yōu)勢互補；另一方面方便游客進行旅游體驗活動，提高游客滿意度。

4 結(jié) 語

本文以遼寧省國家級特色小鎮(zhèn)為例，采用聚集維數(shù)、網(wǎng)格維數(shù)、關(guān)聯(lián)維數(shù)等分形理論方法，通過ArcGIS10.2 軟件研究特色小鎮(zhèn)空間結(jié)構(gòu)特征及優(yōu)化。主要結(jié)論如下:

1）以研究區(qū)域內(nèi)中心特色小鎮(zhèn)西柳鎮(zhèn)作為測算中心，聚集維數(shù)D=1.652 6＜2，且小于理論分維值為1.78，說明遼寧省特色小鎮(zhèn)空間聚集作用較強，西柳鎮(zhèn)中心性明顯，對其他特色小鎮(zhèn)具有一定的吸附作用。擬合曲線并非線性，具有2 個無標度區(qū)間，說明西柳鎮(zhèn)附近存在多分形特征。

2）容量維D0=0.712 2 趨向于1，表明在發(fā)展過程中特色小鎮(zhèn)具有集中于線狀區(qū)域的趨勢。綜合容量維和信息維測算結(jié)果可知，遼寧特色小鎮(zhèn)系統(tǒng)空間演化是以局部區(qū)域部分城市為節(jié)點，通過內(nèi)部道路系統(tǒng)要素進行能量傳遞而形成的分形特征。

3）烏鴉維數(shù)、乳牛維數(shù)均小于2 且趨向于1，進一步表明遼寧省特色小鎮(zhèn)空間結(jié)構(gòu)具有分形特征和分布較為集中。其牛鴨維數(shù)β=0.981 9 趨近于1，表明遼寧省特色小鎮(zhèn)之間的交通通達性較好。

4）加強特色小鎮(zhèn)之間的合作、提高交通網(wǎng)絡(luò)通達度、構(gòu)建旅游空間格局對優(yōu)化空間結(jié)構(gòu)有重要影響。

由旅游地生命周期理論可知，遼寧省特色小鎮(zhèn)發(fā)展處于投入期，構(gòu)建特色小鎮(zhèn)產(chǎn)業(yè)群是一個循序漸進的過程，需要考慮更多驅(qū)動因素影響。從多角度出發(fā)，為區(qū)域旅游整體發(fā)展提供參考。