遼寧省特色小鎮空間結構分形及優化研究

呂 波，王 輝，何 悅，周仲鴻

（1.渤海大學 管理學院，遼寧 錦州 121013）

特色小鎮是堅持新的發展理念，聚焦新興特色產業，融合文化、旅游等多種功能的非鎮非區的發展平臺。2016 年7 月，國家三部委明確提出“到2020 年將培育特色小鎮1 000 個左右。”2016 年8 月，遼寧省人民政府發布《關于推進特色鄉鎮建設的指導意見》提出創建特色鄉鎮總體要求、責任明確、重點任務等工作安排。建設綜合型特色小鎮為遼寧省區域經濟發展提供了新的方向。特色小鎮對促進地區新的經濟增長點、推進新型城鎮化、縮小城鄉差距以及推動城鄉協調發展具有重要的作用。

國外學者較早開展相關研究，主要側重于特色小鎮類型研究[1-2]、影響研究[3-4]、開發模式研究[5-6]，分別探討了不同視角下劃分類型、城鎮化過程中產生影響、規劃理論和方法等方面。在借鑒國外學者研究的基礎上，國內學者在研究內容上主要集中在發展現狀研究[7-8]、建設路徑研究[9-10]、存在問題研究[11-12]。近年來，從空間角度研究特色小鎮逐漸增加。在研究方法上多采用GIS 技術與核密度分析、空間基尼系數、最鄰近指數等數理方法相結合[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，定量研究特色小鎮空間結構的文獻相對較少，且運用聚集維數、網格維數、關聯維數等分形理論從3 個不同的角度研究特色小鎮空間結構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合GIS 技術，以便更加直觀、具體地研究遼寧省國家級特色小鎮分形特征，并由此提出相應優化策略，為遼寧省特色小鎮區域資源合理配置提供科學依據。

1 數據來源及空間基本狀況

1.1 研究區域

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，是構建東北亞和環渤海經濟圈省份之一。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，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30.8%。特色小鎮多以農業、傳統和高端制造業、歷史文化、康養旅游等主導產業和其他相關產業作為支撐。按照產業類型劃分為農業服務型、制造主導型、旅游發展型三大類。其中，農業服務型占30.8%，制造主導型占46.2%，旅游發展型占23.1%。

1.2 數據來源

從遼寧省文化和旅游廳公布數據整理得出，遼寧省總共有13 個國家級特色小鎮。借助百度坐標拾取工具定位空間位置，利用ArcGIS10.2 軟件將數據矢量化。運用點距離工具測量特色小鎮之間歐氏距離（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、國道等矢量數據來源于中國科學院資源環境科學數據中心。

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進行核密度分析，從圖1 中可知，特色小鎮在空間上主要表現為沿高速公路和國道干線分布；形成2 個特色小鎮集聚區，其中，錦州、盤錦交界處集聚區核密度最大，其次是遼陽。受資源稟賦、經濟和人口因素、交通建設水平等影響，特色小鎮空間分布極不均衡，呈現“中部密集，周邊稀疏”的特征（圖1）。下面將運用3 種分形維數進一步探究遼寧特色小鎮的空間結構特征。

圖1 特色小鎮分布密度分析

2 特色小鎮空間結構分形研究

2.1 空間結構測算方法

2.1.1 聚集維數

聚集維數研究特色小鎮圍繞幾何區域內中心特色小鎮的聚集狀態。假定遼寧特色小鎮滿足自相似規律圍繞中心特色小鎮成凝聚態分布，且分形體是向周圍均勻變化的，則可借助幾何測度關系，確定以中心特色小鎮為圓心，到其任意點的長度R(U)為半徑的圓內的特色小鎮個數U與相應半徑的關系，有:

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

式中，RU為特色小鎮平均半徑；ti為第i個特色小鎮到中心特色小鎮的歐氏距離；U為特色小鎮的數量；D為聚集維數，表示從中心特色小鎮向周圍腹地的密度衰減特征，反映特色小鎮空間結構的緊湊性特征。當D＜2 時，密度衰減，中心特色小鎮聚集作用強，呈聚集態分布；當D＞2 時，密度增加，中心特色小鎮聚集作用弱，呈離心態分布。

2.1.2 網格維數

網格維數研究特色小鎮的多層次空間網格結構。對區域進行網格化分割，特色小鎮所占網格數N(t)值會隨著網格尺寸t而變化。若特色小鎮空間分布具有無標度性，N(t)與t的關系為:

式中，α=D0為容量維；觀察行號為i；列號為j的網格；其中特色小鎮個數為Xij，總數為X，定義概率為Pij=Xij/X，所以信息量:

式中，K=1/t為區域各邊的分段數目，如果特色小鎮是分形的，則有:

式中，I0為常數；D1為信息維；網格維數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域分布的趨勢；當D0=D1時，特色小鎮空間分布屬于簡單的分形。

2.1.3 關聯維數

關聯維數研究特色小鎮間的相關關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為特色小鎮總數，若特色小鎮是分形的，則具有無標度性:C(t)∝tD，D表示烏鴉維數或者乳牛維數。乳牛維數與烏鴉維數的比值為牛鴉維數β，當β→1 時，表明交通的通達性越好，特色小鎮在空間上關聯度就越高。

2.2 空間結構分析

2.2.1 聚集維數分析

以研究區域內中心特色小鎮西柳鎮為測算中心，利用ArcGIS10.2 軟件中點距離工具，求出西柳鎮到各個特色小鎮的直線距離ti，再求出平均距離RU，以（U,RU）生成雙對數散點圖（表1、圖2）。從圖中得出，在一定測算范圍內（無標度區間），遼寧特色小鎮空間分形特性較為明顯。測定系數R2=0.956 5，聚集維數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空間聚集作用較強，西柳鎮中心性明顯，對其他特色小鎮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 個無標度區間，說明西柳鎮附近存在多分形特征。第一標度區間（1.791 8～2.564 9）內R2=0.989 4，D=1.104 6 ＜2，表明在該區域特色小鎮聚集作用強，主要集中在盤錦、錦州；第二標度區間（0.693 1 ～1.609 4）內R2=0.985 4，D=1.736 7＜1.78，說明特色小鎮仍然具有聚集作用，主要集中在遼陽。

表1 特色小鎮聚集維數測算數據

圖2 特色小鎮聚集維數雙對數散點圖

2.2.2 網格維數分析

將特色小鎮所在的區域進行網格劃分，把各邊分成K等份，統計出特色小鎮所占網格的數量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，遼寧省特色小鎮具有分形特性。容量維D0=0.712 2（測定系數為0.931 4）趨向于1，表明在發展過程中特色小鎮集中于線狀區域的趨勢。信息維D1=0.409 3（測定系數為0.921 2），容量維大于信息維且相差較大，說明特色小鎮在分形后分布概率變化大，空間分布不均衡分形也相對復雜，存在特色小鎮局部集聚的現象。結合圖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系統的吸引子和系統演化要素流動的通道。綜合容量維和信息維測算結果可知，遼寧特色小鎮系統空間演化是以局部區域部分城市為節點，通過內部道路系統要素進行能量傳遞而形成的分形特征。

表2 特色小鎮網格維數測算數據

圖3 特色小鎮網格維數雙對數散點圖

2.2.3 關聯維數分析

計算各個特色小鎮之間的歐氏距離（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）。設碼尺t1=20,40,…,520（△t=20），得到對應的坐標（t,C(t)）生成雙對數散點圖（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分別得出，烏鴉維數為0.970 7，其擬合系數為0.961 2；乳牛維數為0.953 2，其擬合系數為0.945 5，存在明顯的無標度區間，其維數均小于2 且趨向于1，進一步表明遼寧省特色小鎮空間結構具有明顯分形特征并且分布較為集中。其牛鴨維數β=0.981 9 趨近于1，表明遼寧省特色小鎮之間的交通通達性較好。這種結構有利于資源整合構建特色小鎮產業群，促進區域旅游業的可持續發展。

圖4 特色小鎮關聯維數雙對數散點圖

表3 特色小鎮烏鴉距離測算數據

表4 特色小鎮乳牛距離測算數據

3 特色小鎮空間結構優化研究

3.1 加強特色小鎮之間的合作

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

3.2 提高交通網絡通達度

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

3.3 構建旅游空間格局

由特色小鎮空間結構特征以及資源特色綜合考慮，將遼寧省特色小鎮分為北部、中部、南部三大產業群，培育區域增長極（點），通過交通路線（軸）實現資源要素的轉換，最終形成點—軸系統帶動整體的發展。

加大對北部的開發，北部特色小鎮產業群包括:十家子瑪瑙小鎮、十間房航空小鎮、二棚甸子山參小鎮組成。其產業類型屬于制造主導型，特色產業差異明顯，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，游客數量多，加大對瑪瑙小鎮和山參小鎮的營銷宣傳活動，可在航空小鎮服務區設立專門的直達車輛，并規劃好旅游線路，打造“體驗飛行、觀賞瑪瑙、品嘗山參”特色服務。

重點發展中部和南部，打造環狀旅游環線。中部特色小鎮產業群包括:胡家稻蟹小鎮、溝幫子熏雞小鎮、湯河溫泉小鎮等。產業類型分別為農業服務型、制造主導型、旅游發展型。充分挖掘當地資源特色，結合市場和游客的需要，建設具有差異化特色小鎮，圍繞遼中環線高速-沈山高速-丹錫高速-沈海高速打造中部環狀旅游環線。南部特色小鎮產業群中王家鎮和謝屯鎮都是現代農業鄉鎮，孤山鎮屬于歷史文化名鎮，熊岳鎮文化旅游和溫泉養生為特色主導產業，構建“田園風光、康養旅游”一體化的旅游產業帶。打造沈海高速-皮長高速-丹大高速南部環狀旅游環線。合理設計中部、南部旅游環線，一方面有利于地區之間經濟、資源要素的快速流動，實現地區優勢互補；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 語

本文以遼寧省國家級特色小鎮為例，采用聚集維數、網格維數、關聯維數等分形理論方法，通過ArcGIS10.2 軟件研究特色小鎮空間結構特征及優化。主要結論如下:

1）以研究區域內中心特色小鎮西柳鎮作為測算中心，聚集維數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空間聚集作用較強，西柳鎮中心性明顯，對其他特色小鎮具有一定的吸附作用。擬合曲線并非線性，具有2 個無標度區間，說明西柳鎮附近存在多分形特征。

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

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

4）加強特色小鎮之間的合作、提高交通網絡通達度、構建旅游空間格局對優化空間結構有重要影響。

由旅游地生命周期理論可知，遼寧省特色小鎮發展處于投入期，構建特色小鎮產業群是一個循序漸進的過程，需要考慮更多驅動因素影響。從多角度出發，為區域旅游整體發展提供參考。