基于分形理論的區域城鎮體系空間結構優化研究

羅科學

【摘要】城鎮體系是由區域內各個城市組成的有機系統，城市是區域發展的核心動力，城鎮體系空間結構是各種經濟活動在區域內的空間分布狀態及空間組合形式，合理的空間結構能夠產生特有的經濟效益，如集聚經濟效益和規模經濟效益等，對區域經濟發展起著極大的決定作用。四川省是我國西部地區發展速度較快區域，同時位處長江經濟帶上游地區，因此選取四川省為研究對象，引入分形理論，對四川省城鎮體系空間結構進行研究具有重大意義。

【關鍵詞】城鎮體系 空間結構 分形理論 空間集聚

一、分形理論

1975年曼德布羅特創立了分形幾何學，在此研究基礎上，他在1977年和1982年分別出版專著《分形：形，機遇與維數》和《自然界的分形幾何學》，形成了研究分形性質及其應用的科學——分形理論。分形理論是主要是對非線性科學進行研究，用于描述具有無故則結構的復雜系統結構形態。

二、分形理論在區域經濟中的應用

分形理論在區域經濟中最常用于對區域經濟梯度差異進行研究，即描述在空間內不均勻分布狀況。分形理論在區域空間結構研究中主要包括集聚度和空間相互作用力分析，對中心城市的集聚能力和區域內各城市間的相互作用力進行描述。

（1）集聚度分形模型

三、四川省城鎮體系空間結構的分形研究

（一）中心城市聚集力分形分析

城鎮體系各要素按照某種自相似規則圍繞中心城市呈凝聚態分布，從而表現出隨機聚集的分形。不同規模的城市由于其自身對外界的集聚和擴散能力不同，在其周圍聚集了不同等級規模的城市。一般來說，首位城市輻射范圍最大，其他城市都會圍繞其呈凝聚態分布，因此可將該城市看作該區域城鎮體系的中心城市。在四川省城鎮體系隨機聚集度進行分形建模時，確定成都為四川省城鎮體系空間結構研究的中心城市，借助Google地圖測算出該中心城市與四川省其他城市的中心距（r_i）并計算得出其平均半徑（R_S）如下表所示：

四川省城鎮體系隨機聚集度模型計算得出為：LnR_S=3.1355+0.7155LnS結果表明，R²=0.9804，D=1.3976。由此可以說明，四川省城鎮體系空間分布呈現出分形特征。在該城鎮體系中，城市在空間上呈聚集分布，從中心城市向周邊城市分布呈密度遞減，越往四周，城市分布越分散。這表明，成都市在該城鎮體系中的中心地位突出，聚集程度較高，周邊衛星城發揮作用有限，并且中心城市對物質、資金和人才等資源強大的集聚能力，不利于四川省其他城市的發展，城市空間布局還處于不平衡發展階段。

（二）分析及結論

通過對四川省城鎮體系的空間結構的建立分析模型，當以成都為中心城市時，四川省各城市以成都為中心集聚發展，依次向外集聚程度減弱。成都在四川省中的集聚作用突出，成都是四川省經濟發展中心和交通樞紐，但同時也說明其他城市與成都發展差距較大，四川省城鎮體系空間布局處于不平衡發展階段，因此，在推動成都作為中心城市對其他城市的積極帶動作用下，還應關注于各城市之間的空間相互作用力。分析建模結果顯示，四川省各城市沿交通軸線分布且城市之間空間相互作用相對較強。綜合來看，成都市作為中心城市對距離較遠的城市集聚作用減低，而四川省區域內城市沿交通軸線分布，因此改變四川省城市空間布局不平衡的現象，可從基礎設施如道路交通著手，加強各城市之間道路交通聯系。一方面，加強中心城市同其他城市的交通快速通道建設，帶動其他城市集聚能力的增強，從而起到擴大集聚范圍的作用，實現均衡發展；另一方面，不僅是成都作為中心城市同其他城市的聯系，還應有其他城市之間交通線網的完善和構建，各個局部城市之間的空間相互吸引力的增加，能夠減少各城市之間的發展差距，有利于城鎮體系的均衡發展。