特大城市消費活力空間格局及驅(qū)動因素對比研究

徐 勇，石昌浩，竇世卿，鄭志威，郭振東，盤鈺春

(桂林理工大學(xué) 測繪地理信息學(xué)院，廣西 桂林 541006)

0 引言

城市消費活力是評價城市綜合實力的一項重要指標[1-4]。正確且合理地評價城市消費活力，不僅有助于準確評估城市經(jīng)濟的發(fā)展階段，也對挖掘城市居民消費能力和市場潛力具有重要的現(xiàn)實意義。目前，國內(nèi)外學(xué)者基于興趣點(Point of Interest，POI)數(shù)據(jù)針對城市消費活力空間分布規(guī)律及其影響因素進行了大量研究，并取得了豐碩的成果。唐璐等[5]基于POI數(shù)據(jù)、微信宜出行定位數(shù)據(jù)和美團點評數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)科教文化水平是南京城市活力發(fā)展的關(guān)鍵因素。張家旗等[6]基于POI數(shù)據(jù)證明了鄭州市餐飲業(yè)與其他服務(wù)業(yè)有較高的相關(guān)性，而住宿業(yè)與其他服務(wù)業(yè)之間的相關(guān)性較低。Yue等[7]發(fā)現(xiàn)胡志明市和上海市城市活力由城市中心向外圍逐漸下降，城市活力與路網(wǎng)模式和路網(wǎng)密度密切相關(guān)。張晶飛等[8]和丁志華等[9]發(fā)現(xiàn)居民綠色消費意愿受建成區(qū)環(huán)境和社區(qū)環(huán)境的影響，其中人口密度、路網(wǎng)密度和到公交站點距離對居民綠色消費意愿具有正向影響，而POI密度、土地利用混合度和商場可達性對居民綠色消費意愿具有負向影響。嚴朝霞等[10]發(fā)現(xiàn)道路節(jié)點密度和道路密度均與城市消費活力水平呈正相關(guān)。

地理探測器[11]可用來探究地理現(xiàn)象空間分布的影響因素及其交互作用。馬小賓等[12]基于地理探測器探究了我國9個國家中心城市共享住宿房源空間分布差異的驅(qū)動因素。蔡興冉等[13]基于地理探測器探究了自然、社會、經(jīng)濟和人口等因素對中國天山冰川變化的影響及交互作用。張揚等[14]利用地理探測器揭示2007—2019年武漢市規(guī)劃單元尺度地面沉降的主導(dǎo)及非主導(dǎo)驅(qū)動因子之間的交互作用機制。Chen等[15]利用地理探測器揭示了2011—2018年黃河流域城市恢復(fù)力時空分布特征及其影響因素。Wang等[16]基于地理探測器探究了中國交通運輸業(yè)全要素CO2排放績效區(qū)域差異的影響因素。舒天衡等[17]利用地理探測器探究了山地城市成都的城市消費活力驅(qū)動因素。但目前結(jié)合核密度分析和地理探測器探究特大城市消費活力空間異質(zhì)性及其驅(qū)動因素的研究相對較少。

武漢市和鄭州市作為中國中部的2個特大城市，在國家的中部崛起戰(zhàn)略布局和經(jīng)濟發(fā)展中起著關(guān)鍵作用，具有舉足輕重的地位。因此，開展特大城市消費活力探測及驅(qū)動因素的對比研究，對探明城市消費活力現(xiàn)狀、未來規(guī)劃以及城市建設(shè)具有重要的現(xiàn)實意義。鑒于此，本文采用地理探測器結(jié)合新興的POI數(shù)據(jù)、人口密度以及夜間燈光遙感等數(shù)據(jù)，以武漢市和鄭州市為研究區(qū)，探究特大城市消費活力的空間異質(zhì)性，對比分析了影響特大城市消費活力的主要驅(qū)動因素，其結(jié)果能夠為城市基礎(chǔ)設(shè)施布局和建設(shè)規(guī)劃提供決策參考。

1 研究區(qū)及數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)介紹

選取武漢市和鄭州市為研究區(qū)，2市均為華中地區(qū)經(jīng)濟發(fā)達城市。據(jù)第7次全國人口普查，2市的城市規(guī)模和發(fā)展程度均位列“特大城市”行列[18]，也是國家發(fā)展和改革委員會及住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部重點建設(shè)的國家中心城市。武漢市為湖北省省會，地處長江中游，區(qū)域總面積為8 569 km2，人口總數(shù)為1 121.20萬，為全國重要的工業(yè)基地、科教基地和綜合交通樞紐，是長江經(jīng)濟區(qū)的核心和全面創(chuàng)新改革的試驗區(qū)，同時也是中國四大科教中心城市之一，2020年城市GDP為15 616.1億元，排名全國第9。鄭州市為河南省省會，地處黃河下游，區(qū)域總面積為7 507 km2，人口總數(shù)為1 035.2萬，建有我國唯一的國家級航空港經(jīng)濟綜合實驗區(qū)，文化底蘊深厚，為國家歷史文化名城，是全國重要的鐵路、航空、電力、郵政和電信中心樞紐城市，2020年城市GDP為12 003億元，排名全國第16。

1.2 數(shù)據(jù)來源及預(yù)處理

本研究的數(shù)據(jù)主要包括3大類：① 地圖類數(shù)據(jù)：研究區(qū)矢量數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云(https:∥www.gscloud.cn)；道路矢量路網(wǎng)數(shù)據(jù)來源于Open Street Map(http:∥download.geofabrik.de)。② 柵格數(shù)據(jù)：主要包含2020年NPP夜間燈光數(shù)據(jù)和人口密度數(shù)據(jù)，分別來源于NOAA網(wǎng)站(https:∥ngdc.noaa.gov/eog/dmsp.html)和Worldpop網(wǎng)站(https:∥www.worldpop.org)。③ POI數(shù)據(jù)：POI數(shù)據(jù)來源于資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心(https:∥www.resdc.cn/Default.aspx)，時間為2020年12月。以上所有數(shù)據(jù)投影系統(tǒng)統(tǒng)一為WGS_1984_World_Mercator，POI數(shù)據(jù)根據(jù)數(shù)據(jù)內(nèi)容進行分類，路網(wǎng)數(shù)據(jù)按照研究區(qū)選取合適的分析范圍，為所選取的2個研究區(qū)域建立網(wǎng)格，統(tǒng)一劃分為2 km×2 km的網(wǎng)格單元，以便將影響因子離散化。

通常情況下，服務(wù)型消費如餐飲服務(wù)、生活服務(wù)、購物服務(wù)、休閑娛樂服務(wù)和住宿服務(wù)等占大型城市居民生活的重要部分，以上服務(wù)基本分布在較為繁華的商業(yè)帶，因此服務(wù)設(shè)施的密度分布可以有效指征城市消費活力水平。本次選取體現(xiàn)城市消費活力的POI數(shù)據(jù)類型為：餐飲服務(wù)、購物服務(wù)、消費服務(wù)、住宿服務(wù)和休閑娛樂服務(wù)，選取的POI數(shù)據(jù)類型及內(nèi)容數(shù)量如表1所示。

表1 武漢市和鄭州市各種POI數(shù)據(jù)的類型及其內(nèi)容和數(shù)量

2 研究方法

2.1 核密度分析與權(quán)重確定

核密度分析法[17]是一種非參數(shù)檢驗方法，常用來分析地理要素在一定半徑區(qū)域的密度，以探究其在空間上的分布狀況。本文采用核密度分析，探究不同類型POI數(shù)據(jù)在空間鄰域上的密度分布狀況，以揭示城市消費活力的空間分異狀況。具體計算為：

(1)

式中，G(x)為位置x處的核密度估計值；h為搜索半徑；n為搜索范圍內(nèi)所需采樣點的總數(shù)；(x-xi)為POI采樣點xi與估計點x之間的距離；K為相關(guān)距離的權(quán)重。基于核密度分析得到武漢市和鄭州市不同類型服務(wù)設(shè)施的密度空間分布圖，然后根據(jù)自然間斷法，將各類型密度分為6個等級，值越小，代表該服務(wù)設(shè)施消費活力值越大。

本文采用層次分析法[19]來判斷并確定不同類型POI數(shù)據(jù)對城市消費活力的權(quán)重值K，得到影響武漢市和鄭州市城市消費的不同服務(wù)設(shè)施的權(quán)重分級，如表2所示。然后，根據(jù)層次分析法加權(quán)得到城市綜合消費活力分布圖。

表2 層次分析法結(jié)果

CI是一致性指標，CR是一致性比率，RI是隨機一致性指標。CR<0.1才能通過一致性檢驗。由表2可知，武漢市最大特征根為5.318 2，一致性比率CR=CI/RI=0.079 6< 0.1，通過一致性檢驗；鄭州市最大特征根為5.013 3，CR=CI/RI=0.003 3< 0.1，通過一致性檢驗。

2.2 地理探測器

地理探測器[11]能夠分析不同類型、不同表現(xiàn)地理現(xiàn)象的空間分布特征，并且探測這些特征隱含的驅(qū)動因素。它不但能夠探測不同樣本之間的空間異質(zhì)性，也能探測2個變量之間存在的交互作用。

本次地理探測器所用的基本模型為：

(2)

影響城市消費活力異質(zhì)性的因素主要包括宏觀經(jīng)濟條件、交通服務(wù)能力以及公共服務(wù)能力[17]。因此，本文選取7個因子，分成3個類別，作為探測影響城市消費活力異質(zhì)性的驅(qū)動因子。第1類：宏觀經(jīng)濟條件，主要包括人口密度和夜間燈光指數(shù)；第2類：交通服務(wù)能力，主要包括道路路網(wǎng)和交通服務(wù)設(shè)施；第3類：公共服務(wù)能力，主要包括醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)、科教文化設(shè)施和公共設(shè)施。通過地理探測器，得到武漢市和鄭州市各驅(qū)動因子對消費活力異質(zhì)性的驅(qū)動作用程度，結(jié)果如表3所示。

表3 基于地理探測器的驅(qū)動因子探測結(jié)果

3 結(jié)果分析

3.1 不同城市消費活力的空間異質(zhì)性

3.1.1 武漢市城市消費活力空間異質(zhì)性分析

武漢市的各類設(shè)施及其綜合城市消費活力高值區(qū)多聚集在城市的中心地區(qū)，即武昌區(qū)、漢陽區(qū)、江岸區(qū)、硚口區(qū)和江漢區(qū)中心及其交匯處，呈現(xiàn)“單核心”的空間分布格局。以上區(qū)域是武漢市經(jīng)濟最為活躍的地帶，這一分布狀況與武漢市商業(yè)及旅游發(fā)展的現(xiàn)狀較為符合。同時，這5個中心區(qū)域的消費活力表現(xiàn)出由內(nèi)向外逐漸遞減的特征。相較于5個中心城區(qū)，其他8個區(qū)的消費活力值較低，但在其空間分布上仍然表現(xiàn)出了一定的聚集現(xiàn)象，即表現(xiàn)出低值而又“多核心”的分布特征，并且這些“核心”都處在該區(qū)域中心城區(qū)附近。

3.1.2 鄭州市城市消費活力空間異質(zhì)性分析

鄭州市的各類設(shè)施及其綜合城市消費活力高值區(qū)大多聚集在城市的中心城區(qū)，即金水區(qū)、中原區(qū)、二七區(qū)和管城回族區(qū)及其交匯中心，展現(xiàn)出“多核心”的空間分布格局，以上區(qū)域是鄭州市經(jīng)濟最為活躍的地帶，這一分布狀況與鄭州市商業(yè)及交通發(fā)展的現(xiàn)狀也較為符合。同時，這4個中心區(qū)域的消費活力表現(xiàn)出由內(nèi)而外向四周逐漸遞減但是又與其他城區(qū)的消費活力范圍相接的特征。相較于中心城區(qū)，其他8個區(qū)的消費活力值較為分散，但在其空間分布上表現(xiàn)出了明顯的聚集現(xiàn)象，也就是表現(xiàn)出“多核心”的分布特征，并且這些聚集區(qū)域的中心都與中心城區(qū)一樣具有較高的消費活力值?？傮w而言，鄭州市的城市消費活力呈現(xiàn)出明顯的空間異質(zhì)性，其消費活力在中心城區(qū)高度聚集化，周邊環(huán)繞的區(qū)域也有同化的趨勢，將來也會發(fā)展出相同的空間分布形態(tài)。

3.2 城市消費活力異質(zhì)性驅(qū)動因子探測與分析

3.2.1 武漢市驅(qū)動因子分析

武漢市城市消費活力各驅(qū)動因子離散分布如圖1所示。

(a)人口密度

通過表3及圖1分析可知，武漢市宏觀經(jīng)濟條件的q值明顯高于交通服務(wù)能力和公共服務(wù)能力，其中，人口密度和夜間燈光的q值分別為0.946 4和0.938 6。人口密度在一定程度上直接反映了潛在消費者的數(shù)量，而夜間燈光的分布情況則反映了該區(qū)域整體消費的活躍程度。武漢市的人口密度與夜間燈光的驅(qū)動作用程度值差距不大，城市消費活力的高值區(qū)與夜間燈光指數(shù)和人口密度的高值區(qū)在空間分布上具有較好的一致性。

武漢市部分城區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展水平和城市消費活力之間的空間耦合程度較低，城市消費活力不與經(jīng)濟發(fā)展水平成正向線性關(guān)系。由此可知，決定城市消費活力的主要因素除區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的水平外，公共服務(wù)能力和交通服務(wù)能力也是影響城市消費活力的重要因素。由交通服務(wù)能力的探測結(jié)果可知，道路路網(wǎng)和交通服務(wù)設(shè)施的q值分別為0.568 3和0.845 8。由公共服務(wù)能力的探測結(jié)果可知，科教文化設(shè)施密度、醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)設(shè)施密度和公共設(shè)施密度的q值分別為0.752 3，0.866 1和0.719 1。由以上分析可知，影響城市消費活力最主要的因素是交通服務(wù)設(shè)施和醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)設(shè)施密度，且醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)設(shè)施密度對城市消費活力的影響相較于交通服務(wù)設(shè)施更明顯。

3.2.2 鄭州市驅(qū)動因子分析

鄭州市城市消費活力各驅(qū)動因子離散分布如圖2所示。通過表3及圖2分析可知，夜間燈光、醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)設(shè)施密度和科教文化設(shè)施密度對鄭州市城市消費活力的影響最強，其q值分別為0.942 5，0.905 7和0.849 6。由此可知，鄭州市城市消費活力不僅受經(jīng)濟發(fā)展程度的影響，還受醫(yī)療服務(wù)設(shè)施和科教文化設(shè)施的影響。道路路網(wǎng)對鄭州市城市消費活力的影響最弱，q值僅為0.530 1，這一結(jié)論與武漢市類似，即道路路網(wǎng)對武漢市和鄭州市城市消費活力影響程度最低。鄭州市城市消費活力較高的區(qū)域主要分布在中心城區(qū)，但其聚集現(xiàn)象呈現(xiàn)明顯“多核心”特征，這是由于鄭州市交通路網(wǎng)發(fā)達，具有良好的可達性，這使得人口密度對城市消費活力的影響減弱。人口密度與夜間燈光空間耦合程度較低，相較于夜間燈光，人口密度的分布情況更為分散且均衡，這一現(xiàn)象進一步說明了鄭州市城市消費活力空間異質(zhì)性的“多核心”特征。

(a)人口密度

3.2.3 驅(qū)動因子交互作用探測分析

對武漢市和鄭州市進行驅(qū)動因子交互作用探測，結(jié)果如表4和表5所示，武漢市和鄭州市不同驅(qū)動因子之間的交互作用都表現(xiàn)為雙因子增強或非線性增強。其中，武漢市人口密度∩夜間燈光的q值最高，為0.979 0，其次為夜間燈光∩醫(yī)療衛(wèi)生和夜間燈光∩交通服務(wù)，分別為0.963 3和0.961 3；而鄭州市人口密度∩夜間燈光、人口密度∩醫(yī)療衛(wèi)生和夜間燈光∩醫(yī)療衛(wèi)生的q值分別為0.979 3，0.976 2和0.972 8。由以上分析可知，雙因子對城市消費活力的作用并非簡單相加，而是一種雙因子增強或非線性增強的關(guān)系。不同驅(qū)動因子對城市消費活力的影響力大小有差異，但均在城市發(fā)展的過程中相互作用，彼此之間相互促進，這大大地提升了城市經(jīng)濟建設(shè)與城市化的速度。武漢市與鄭州市得天獨厚的地理環(huán)境與發(fā)達的交通條件使其在城市建設(shè)的資源獲取上得到優(yōu)勢，如稀缺的人力資源及高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)等。

表4 武漢市驅(qū)動因子交互作用探測結(jié)果

表5 鄭州市驅(qū)動因子交互作用探測結(jié)果

武漢市與鄭州市的城市消費活力均表現(xiàn)出明顯的空間異質(zhì)性。武漢市消費活力在中心城區(qū)高度聚集化，表現(xiàn)出“單核心”的空間分布格局，但周邊區(qū)域發(fā)展參差不齊，這與武漢市長期以來的建設(shè)規(guī)劃和發(fā)展密切相關(guān)。武漢市餐飲服務(wù)、購物服務(wù)、住宿服務(wù)、生活服務(wù)和休閑服務(wù)主要集中分布在武漢市中心城區(qū)及其周邊，呈高度集中化，其他地區(qū)零星分布，而城市消費活力與這些因子息息相關(guān)，其空間分布與以上因子表現(xiàn)出空間同質(zhì)性。而鄭州市消費活力呈現(xiàn)“多核心”的空間分布格局，這與鄭州市完善的基礎(chǔ)建設(shè)及人口分布有關(guān)，這種空間分布特征符合鄭州市中心城區(qū)和周圍城區(qū)發(fā)展的分布式結(jié)構(gòu)，城市發(fā)展呈“多核心”模式，除住宿服務(wù)以外，其他服務(wù)均成“多核心”分布模式，也進一步彰顯了鄭州市各區(qū)相互影響的交互作用。

影響武漢市城市消費活力的主要因子為人口密度、夜間燈光和醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)設(shè)施密度，而影響鄭州市城市消費活力的主要因子為夜間燈光、醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)設(shè)施密度和科教文化設(shè)施密度。由以上分析可知，夜間燈光和科教文化設(shè)施密度是武漢市和鄭州市城市消費活力的主要驅(qū)動因子。武漢市人口分布較為集中，主要分布在中心城區(qū)及其周邊地區(qū)，且武漢市為重要的科教文化中心，科教文化產(chǎn)業(yè)發(fā)達，教育資源豐沛。因此，武漢市人口密度對城市消費活力影響較為明顯，科教文化設(shè)施密度對城市消費活力影響較小，而鄭州市人口分布較為均勻，成“多核心”的空間分布態(tài)勢，大大削減了人口密度對城市消費活力的影響。道路路網(wǎng)對武漢市和鄭州市城市消費活力的影響均最弱，其q值分別為0.568 3和0.530 1，這是由于武漢市和鄭州市不僅是特大城市，同時也是全國交通樞紐和集散中心，基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)達，交通路網(wǎng)縱橫交錯，輻射范圍極廣，強大的交通運輸能力和吞吐能力能夠滿足人們的日常生活和生產(chǎn)需求，因此降低了其對城市消費活力的影響。

武漢市夜間燈光∩人口密度、夜間燈光∩醫(yī)療衛(wèi)生和夜間燈光∩交通服務(wù)的交互作用最為顯著。夜間燈光能夠在一定程度上間接體現(xiàn)武漢市城市消費活力的強度，其與人口密度、醫(yī)療衛(wèi)生和交通服務(wù)的交互作用對武漢市城市消費活力呈現(xiàn)線性或者非線性增強的作用。而鄭州市人口密度∩夜間燈光、人口密度∩醫(yī)療衛(wèi)生，以及夜間燈光∩醫(yī)療衛(wèi)生的交互作用對城市消費活力具有較強的影響，且其交互探測的影響程度強于武漢市。由以上分析可知，宏觀經(jīng)濟條件、交通服務(wù)能力和經(jīng)濟服務(wù)能力這3類驅(qū)動因子兩兩之間并不獨立，對城市的消費活力起到協(xié)同增強的效應(yīng)。

4 結(jié)束語

本文基于武漢市和鄭州市POI數(shù)據(jù)集，人口密度、夜間燈光等多源數(shù)據(jù)，在分析武漢市與鄭州市城市消費活力空間分布格局的同時，定量探究了消費活力與相關(guān)驅(qū)動因子間的關(guān)系，主要結(jié)論如下：

① 武漢市的城市消費活力在空間上呈現(xiàn)中心城區(qū)“單核心”高度集中化，而鄭州市的城市消費活力在空間上呈現(xiàn)多個不同區(qū)域中心城區(qū)“多核心”集中化、邊緣區(qū)域城區(qū)均值核心化的特征。

② 宏觀經(jīng)濟條件、交通服務(wù)能力和公共服務(wù)能力對武漢市和鄭州市城市消費活力空間異質(zhì)性的驅(qū)動作用程度具有明顯的差異性。人口密度、夜間燈光和醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)設(shè)施密度是影響武漢市城市消費活力最大的驅(qū)動因子，而夜間燈光、醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)設(shè)施密度和科教文化設(shè)施密度是影響鄭州市城市消費活力最大的驅(qū)動因子。

③ 驅(qū)動因子交互作用探測表明，武漢市與鄭州市各因子之間的交互作用都表現(xiàn)為雙因子增強或非線性增強，宏觀經(jīng)濟條件、交通服務(wù)能力和經(jīng)濟服務(wù)能力這3類驅(qū)動因子兩兩之間并不獨立，對城市的消費活力起到協(xié)同增強的效應(yīng)，其中人口密度∩夜間燈光的協(xié)同增強作用最為明顯。