關中平原城市群城市流強度時空演變特征

潘潤秋 馬世雄

摘要：隨著國家政策引導，關中平原城市群的戰略意義愈發凸顯，將發揮我國向西開發的戰略支撐作用，對城市群內部經濟聯系的研究愈發重要。為探討關中平原城市群各城市對外服務能力時空演變特征，基于城市流強度模型與K-means算法對2005年至2015年關中平原城市群對外服務能力的空間格局分異特征與時空演變規律進行分析得出以下結論：關中平原城市群空間聯系整體不強；城市對外服務能力空間格局變化不大，呈現出以西安市為中心的圈層結構；各城市對外服務能力處于不斷上升的趨勢，呈現出時間階段性特征。

關鍵詞：關中平原城市群；對外服務能力；城市流強度；時空演變

中圖分類號：F127 文獻標識碼：A

文章編號：1001-9138-（2018）03-0045-52 收稿日期：2018-01-10

隨著“一帶一路”戰略與新型城鎮化的推進，關中地區對我國西北地區發展的核心引領作用與向西部發展的戰略支撐作用得到進一步強化與發展。關中平原城市群是在關中-天水經濟區的基礎上進一步升華與擴大，以建設具有國際影響力的國家級城市群為目標，打造內陸改革開放新高地。關中平原城市群與成渝城市群、長江中游城市群、中原城市群等新興城市群在新時期的發展將會對我國經濟空間格局形成重要的影響。

城市群是指在特定的地域范圍內，以一個特大城市為核心由至少三個以上的城市為構成單元，依托發達的交通通信等基礎設施網絡所形成的空間組織緊湊、經濟聯系緊密、并最終實現高度同城化和高度一體化的城市群體，是工業化與城鎮化發展到較高階段的地域單元。城市群作為新的區域發展單元，將會有力促進經濟要素流動、資源配置與市場融合。在城市群發育過程中區域間各種要素不斷流動，空間聯系更加活躍并呈現出網格化的特點。城市的經濟活動按照服務對象劃分可以視作兩部分組成即為本城市服務與為城市以外服務，為城市以外服務的部門是城市存在和發展的經濟基礎。因此探索城市中各行業部門的對外服務能力是研究城市發展與區域經濟聯系的重要一環。通過區位商與城市流強度描述城市在區域中經濟活動產生的人流、物流、信息流、資金流等經濟流交互作用，表征城市對外服務能力。城市流強度值高的城市則對外服務能力較強，具備良好的經濟基礎和集聚人口與勞動力的效應，反之則對外服務能力較弱甚至只能提供本地服務。這是城市中心性的重要指征。

國外在研究城市及區域聯系方面起步較早，提出了一系列定律與模型對城市空間相互作用進行分析，建立了城市空間相互作用的理論基礎。國內現有研究通過城市功能網絡、城市引力、城市經濟空間聯系等方法研究城市間經濟聯系與城市群體系已有較多成果。從區位商與城市流強度視角研究城市對外服務能力與區域空間經濟聯系的研究多集中在經濟發達、內部聯系緊密的東部沿海地區，對中西部新興城市群關注較少，且多從靜態時間截面對城市群進行測算分析，忽略時間尺度變化。

本文將通過城市流強度模型對2005年至2015年關中平原城市群的11個城市對外服務能力的空間分布特征、時空演變規律及空間分布與增長格局進行研究，采用連續年度數據可以精確刻畫與揭示城市對外服務能力的階段性與區域性特征。

1 研究區與數據指標

關中平原城市群以西安為核心城市，包括陜西省銅川市、寶雞市、咸陽市、渭南市、楊凌區、商洛市及山西省運城市、臨汾市和甘肅省天水市、平涼市、慶陽市（見圖1）。本文研究區域選取關中平原城市群主要城市，由于楊凌區數據缺失較多，因此未納入研究。研究選取2005年至2015年《中國城市統計年鑒》國民經濟分類中第二產業與第三產業的分類共16個行業部門從業人口及地區生產總值數據，選取的行業部門分別為制造業、電力、燃氣及水的生產和供應業、建筑業、交通運輸、倉儲和郵政業、信息傳輸計算機服務和軟件業、批發和零售業、住宿和餐飲業、金融業、房地產業、租賃和商業服務業、科學技術服務和地質勘探業、水利環境和公共設施服務業、教育、衛生社會保障和社會福利業、文化、體育和娛樂業以及公共管理和社會組織。

2 研究方法

2.1 城市流強度模型

城市流強度是用于表示城市對外服務能力，即城市在區域系統中向其他城市輸出的經濟流量值，由城市的經濟活動外向功能所產生的城市之間相互影響的定量關系，用F表示通常由城市功能效益N與城市外向服務功能量E這兩部分組成。公式為：

F = N * E （1）

式中：N為城市功能效益，反映了城市之間單位外向功能量所產生的影響；E為城市外向功能量，表示城市外向功能的大小。

（2）

（3）

（4）

（i=1，2，…，n；j=1，2，…，m）

（5）

式中，GDPi為i城市全市地區生產總值，Gi為i城市選取行業部門從業人員總數，Ni為i城市的城市功能效益，通過計算從業人員人均GDP來表征，由于缺少各行業部門的產值和占比，這里僅測算所有對外服務部門的城市功能效益；Eij為i城市j行業部門的外向服務功能量，n為行業部門數量，i為城市數量；Gij為i城市j行業部門從業人員數量；Lqij為各城市各行業部門從業人員的區位商值。

城市是否具有外向功能量取決于城市的行業部門從業人員的區位商值，若Lqij>1，則i城市j行業部門存在外向功能，表示i城市j行業部門中從業人員超過研究區內該行業部門的分配比例，即可以為研究區內其他地區提供服務；若Lqij<1，則i城市j行業部門不存在外向功能，即Eij=0。

2.2 K-means算法

K-means算法是基于劃分的經典非監督聚類方法，通過不斷迭代將數據對象劃分到不同的類中，使每一類都盡可能緊湊且遠離其他類。基本原理是設定參數K值，確定將數據劃分成K類，從數據對象中隨機選取K個數據作為初始聚類中心，再將數據劃分到距離最近的初始聚類中心，如此反復迭代至標準測度函數收斂則結束迭代。通過迭代不斷變化中心點的位置，使得所有數據對象到其類別中心點的距離總和最小。本文通過利用K-means算法聚類對研究區域城市流強度值進行時空聚類，以期揭示城市流強度時空變化的演變規律與特征。

3城市對外服務能力空間格局及演變規律

3.1 城市流強度總體特征

根據選取研究區數據運用城市流強度模型，可得出關中平原城市群2005年至2015年各城市各行業部門及城市流強度值并制作表1及圖2。

一般認為，城市流強度值越高，與外界聯系越緊密，能夠為外界提供服務越多；城市流強度值越低，與外界聯系越松散，能夠為外界提供服務越少。關中平原城市群各城市2005年至2015年，城市流強度值大多呈現出不同程度的上升趨勢，但是在2015年多個城市出現下降。2005年西安市城市流強度值為193.66億元，第二位的臨汾市僅為69.36億元，僅有西安市的三分之一左右；最后一位的銅川市僅有6.53億元，只有第二位臨汾市的十分之一左右，與核心城市西安差距巨大；城市群總城市群強度值為586.41億元。2015年西安市城市流強度值為801.28億元，第二、三位的臨汾市與寶雞市城市流強度值分別為317.14億元與300.61億元；最后一位銅川市城市流強度值為50.84億元；城市群總城市群強度值為2659.66億元，西安市占城市群總量的占比持續穩定在三分之一左右。綜上所述，西安市作為城市群核心城市地位無可動搖，但是其余各城市雖然發展態勢向好，仍有巨大差距。

在城市流強度測算過程中，城市各行業部門的區位商也展現出一定特征。區位商不僅可以反映城市某行業部門的專業化水平，還可以反映城市該行業部門外向功能量的強弱。在關中平原城市群中，沒有城市的區位商值全部大于1，說明城市群中缺乏各產業綜合發展的集聚城市。作為城市群核心西安市，主要外向服務部門的區位商值都大于1且遠高于其他城市，說明西安市在城市群中的核心地位，在各行業部門中制造業、科學技術服務和地質勘探業與交通運輸、倉儲和郵政業這三個行業部門的區位商值在連續年份中持續大幅高于其他行業；2015年銅川、商洛、天水、慶陽區位商值大于1即具有外向功能的行業部門不足6個，且具有外向功能的行業部門區位商值也較低，說明城市群整體發展不夠均衡，部分行業部門集聚和輻射作用不足。總體來說，通過對關中平原城市群區位商值的分析發現關中平原城市群總體發展水平較低，規模較小，核心城市西安市仍不具備各產業綜合發展的集聚與輻射能力，部分城市發展水平與綜合實力較低。城市群發展不均衡，處于發育初級階段。

3.2 城市對外服務能力等級劃分

聚類分析是定量研究地理要素分類的重要方法，通過對2005年至2015年關中平原城市群各城市的城市流強度值計算結果運用K-means聚類法對各城市進行聚類，發現當K值取3時聚類效果較好，并依據聚類結果進行城市等級劃分。

由K-means聚類法得到每個聚類中個案數量與最終聚類中心可以將關中平原城市群依據城市流強度水平劃分為三類（見表2）。高水平城市為西安市；中水平城市為寶雞市、咸陽市、渭南市、慶陽市、臨汾市與運城市；低水平城市為商洛市、銅川市、平涼市與天水市。

高水平城市只有西安市一個城市，作為陜西省省會城市與國家中心城市，是關中平原城市群核心城市，可以為城市群全區域提供服務。西安市是陜西省政治、經濟、文化中心，處于關中平原中心，其區位優勢與交通優勢非常顯著，在新時期“一帶一路”的政策與陜西省“米”字形鐵路建設下將進一步增強。

中水平城市為寶雞市、咸陽市、渭南市、慶陽市、臨汾市與運城市。這六個城市從動態視角來看，在2013年之前均呈現穩定增長態勢，在2011年至2013年呈現快速增長，但是2013年之后只有咸陽市保持持續增長的態勢，其余城市均出現過不同程度的下降。咸陽市與西安市鄰近，區位優勢明顯，擁有非常好的交通優勢。通過對比寶雞市與渭南市同年地區生產總值與城市流強度發現，兩個城市的地區生產總值保持了高速增長，增速高于全國平均值，但是城市流強度值仍然出現增長放緩甚至下降態勢，說明城市在綜合實力與經濟實力提升的同時，城市集聚與吸引力并未隨之迎來高速增長。渭南市距離西安市較近，且交通便利，部分區縣與西安市協同發展，受影響較大，其增長趨勢與西安市趨同。慶陽市由于油氣等資源豐富，經濟發展較好。總體來說，這六個城市雖然經濟與綜合實力有了長足發展，但是經濟輻射與集聚能力仍然不足。

低水平城市為商洛市、銅川市、平涼市與天水市。這四個城市的城市流強度值均呈現出穩步增長態勢，但總體水平仍然較低。銅川市在整個時段內幾乎一直處于最后一位，與其余城市差距巨大。對比地區生產總值增長率，銅川市地區生產總值保持了高速發展的趨勢，增速持續高于全國平均水平。除天水市之外幾乎沒有客運鐵路線路，受制于地形險峻，交通基礎設施建設難度極大，交通主要依靠公路。總體來說低水平城市對外服務能力較低，社會經濟要素難以聚集。

3.3 城市對外服務能力時空演變特征

為進一步探索城市群內不同水平層次城市對外服務能力特征與階段性發展變化，運用K-means聚類法對關中平原城市群2005年至2015年城市流強度的時間尺度進行聚類，當K值取3時聚類效果較好，根據最終聚類中心作為中心點值制作圖3并利用IDW插值法（反距離權重法）繪制圖4。

聚類結果表明將研究時段分為2005-2007，2008-2011與2012-2015三個階段。每個城市在對比上一階段城市流強度均呈上升趨勢，絕對值變化大體相同，呈現出相似的階段性特征。

在整個時段內西安市一直處于區域核心地位；關中平原城市群的對外服務能力整體格局基本保持不變，呈現出以西安市為中心沿關中平原地帶向周圍遞減的圈層結構，并呈現出東高西低的格局，減小趨勢與地形平坦程度和交通通達性成正相關關系，且趨勢越來越明顯。究其原因在于我國整體發展格局為東部地區較為發達，與東部地區相距較近的城市擁有較好的基礎，交通等基礎設施建設更為完善。以地區生產總值為例，2015年臨汾市地區生產總值約為1161億元，渭南市地區生產總值約為1469億元，而處于關中平原城市群西部的平涼市地區生產總值約為348億元，慶陽市地區生產總值約為609億元。可以看出處于城市群東西兩側由區位因素帶來的差異性。另一方面原因在于交通通達性與地形因素帶來的差異。寶雞市與渭南市為隴海鐵路沿線城市，運城市與臨汾市為京昆鐵路沿線城市，并處于平原地帶；而慶陽市與銅川市地形以山地丘陵為主，至今未能有客運鐵路開通，導致城市間人流、物流、信息流等各種要素難以匯聚。雖然地區生產總值高速增長，但是城市對外服務能力增長仍然較為緩慢。可見由交通帶來的城市對外服務能力增長有著重要影響。

西安市三個階段中心點值分別為239.83億元、492.07億元與772.09億元，三個階段間增長絕對值大體相同。西安市作為西北地區的龍頭城市及與中東部地區連接的節點，并處于國家“一帶一路”政策“絲綢之路經濟帶”的起點，是東西部交通樞紐城市，區位優勢明顯。西安市在2011年舉辦世界園藝博覽會，使得社會經濟要素聚集，在2010年至2012年帶來城市流強度高速增長。說明重大事件的舉辦對于城市服務能力的上升存在短期促進效應。其余各城市對外服務能力均低于西安市，區域內各城市處于良好的發展態勢，整個時段內增速趨勢大體一致。但是由于區域間聯系較為松散，城市集聚程度較低，導致社會經濟要素流動集聚效應不強。在未來發展中應進一步加強區域間聯系與區域協同發展，如渭南市富平縣與西安市閻良區協同發展。

4 結論

基于城市流強度模型對關中平原城市群11個城市2005年至2015年的城市對外服務能力進行了測算，對其空間格局分異特征與時間演變規律進行分析。主要得到以下結論：①關中平原城市群各城市對外服務能力整體不強，城市間聯系較為松散，社會經濟要素集聚能力較弱；且沒有各產業綜合發展的大城市。②在空間格局分布沒有太大變化，西安市處于城市群核心地位，其余城市呈現出以西安市為中心沿關中平原地帶向周圍逐漸減小的圈層結構。③各城市在時間演變過程中對外服務能力處于不斷提升中，在增長中呈現出空間等級性與時間階段性的特征，并與基數大小、區位差異等呈現出相關關系。

通過對關中平原城市群2005年至2015年連續年份城市流強度總體特征、空間等級與時間階段的研究，總體來說關中平原城市群各城市對外服務能力處于持續增長的狀態，在增長中存在顯著的空間等級性與時間階段性的特征，并與經濟實力、地形、交通等要素呈現出相關關系。隨著進一步發展，加強區域合作，提升交通通達性，關中平原城市群的對外服務能力空間格局與增長態勢將發生深刻變化。

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