區域城鎮體系空間結構協調發展：判定方法和路徑選擇*

杜明軍

作為區域城鎮體系發展的三大結構之一，區域城鎮體系空間結構意味著在某一地域范圍內，以中心城市為核心，由一系列不同規模等級、職能分工、互動聯系密切的大中小城市和城鎮組成的有機整體，在空間地域范圍內的有機分布，與作為區域寶貴資源的地理空間密不可分，并隨著各大中小城市和城鎮的發展而逐步形成動態、復雜且相對穩定的空間大系統。區域城鎮體系是特定地域范圍內，不同性質類型、不同等級規模和不同功能類別，且社會經濟發展聯系密切的大中小城市和城鎮構成的相對完整的有機“集合體”，在空間地域上具有規律性分布。一般而言，區域城鎮體系具有特定的空間分布形態，或聚集、或分散，或點聚型、或線軸型等，呈現出明顯的空間結構特征，顯示出非常顯著的分形特征態勢，具有明顯的無標度性。因而，描述區域城鎮體系的空間結構特征需要有三種基本數量標識來表示。一是聚集性描述指標，從密度的一點相關出發，描述區域城鎮體系要素圍繞空間核心聚集的發展形態；二是關聯性描述指標，從多點密度出發，描述區域城鎮體系要素的空間相對分布狀態，空間分布密度的相對差異，均勻性等；三是網絡性描述指標，從直接的要素分布出發，描述區域城鎮體系的空間構造特征。研究區域城鎮體系空間結構的協調性及其發展問題，一般可以依據分形理論作為主要分析工具來進行實證描述，判定區域城鎮體系空間結構的實際發展特征和態勢，并可通過實證檢驗，以取得相當程度的實際吻合效果驗證。

一、研究設計

（一）基本模型與回歸分析

依據分型特征理論，通過計算關聯分維數來分析區域城鎮體系的空間結構特征，主要模型及過程如下：

1.Heaviside函數

式中，r表示碼尺（Yardstick）。dij表示i、j兩城鎮間的距離（當為直線距離時，也叫歐氏距離或烏鴉距離；當為實際交通距離時，叫乳牛距離）。θ表示Heaviside函數，具有如下性質：一是當i、j兩城鎮間的距離 dij小于碼尺r時，θ為1；二是當i、j兩城鎮間的距離dij大于碼尺r時，θ為0。該式的含義表示：在以城鎮i為中心的半徑為r的范圍內城鎮j出現的概率。

2.關聯函數

式中，N（r）表示關聯函數。∑表示求和。該式的含義表示：對θ函數值依次進行求和。

3.關聯分維數的定義

鑒于區域城鎮體系的空間結構分布具有分形特征，具有標度不變性，為簡化，關聯分維數可由下式定義：N（r）∝rD

式中，∝表示“正比于”；D表示以任意一個城鎮為中心，其周圍城鎮分布密度變化的平均情況，可稱之為區域城鎮體系的關聯分維數；它將隨著dij的變化而不同：一是當dij為直線距離時，即為區域城鎮體系的空間關聯分維數；二是當dij為實際交通距離（公路通車里程）時，則變為區域城鎮體系的交通網絡關聯分維數（常用D'表示以示區別）。該式表示：關聯函數N（r）與碼尺r的關聯分維數D次方rD成正向相關比例關系。

4.關聯分維數的計算

對關聯分維數取對數：LnN（r）=D*Lnr+a（a為常數項）。

這樣，通過對〔Inr,1nN（r）〕作回歸分析，可得分維值D。一般情況下，D值在0-2之間變動。

5.牛鴉維數比

ρ=D'/D

其中，ρ表示牛鴉維數比，是衡量區域城鎮體系中各城鎮之間交通網絡通達性的指標。

（二）基本判定思想

根據實證分析結果，分析區域城鎮體系空間布局的空間集聚性、空間結構優化趨勢、空間結構分布的均勻性、空間布局的軸線性等區域城鎮體系的空間結構分布特征、空間網絡發育的成熟性等特征及其變動趨勢。

1.基于關聯分維數的判定法則

對于關聯分維數的值D。一般在0-2之間變動，但具體分以下情況：一是當D→0時，表示區域城鎮體系的空間分布高度集中于一個核心空間地，也即會形成一個首位城鎮；二是當D→1時，表示區域城鎮體系的空間分布集中到某一條地理線，如河流、海岸、交通干線等；三是當D→2時，表示區域城鎮體系的空間分布非常均勻，以任何一個城鎮為中心，其余各城鎮空間分布的密度都是等同的。

2.基于牛鴉維數比的判定法則

牛鴉維數比ρ是衡量區域城鎮體系的空間地域中，各城鎮之間交通網絡通達性的指標，具體分以下情況：一是當ρ＞l時，表明區域城鎮體系的空間地域中，各城鎮之間的交通網絡通達性較差；二是當ρ越接近1時，表明區域城鎮體系的空間地域中，各城鎮之間的交通網絡通達性越好，各城鎮之間的關聯程度越高；三是當ρ=1時，表明區域城鎮體系的空間地域中，各城鎮之間的交通不受任何障礙的限制，處于一種極端理想的狀況，但在現實社會中一般不會存在。

由此可見，關聯分維數的優點在于，它可以有效地反映區域城鎮體系中各大中小城鎮及城鎮之間交通網絡的通達性，說明其相互間的空間關聯程度。

二、案例分析

以河南區域城鎮體系中的18個地市為研究對象，計算其空間結構的關聯分維數，分析河南區域城鎮體系的空間結構特征，發現其發展趨勢，挖掘方向啟示，并對區域城鎮體系空間結構協調發展的判定方法進行實際分析和驗證。

（一）主要過程

根據近年的河南省地圖，可測得河南區域城鎮體系中18個地市兩兩之間的直線距離，列表如下。該表是一個對稱矩陣，只需寫出上半角，但在實際計算中應視為滿陣，總點數應為Nt=18×18。

令，步長Δr=10km，可得一系列間斷點：r=440，430，……，10，等等。相應地，根據上述關于函數θ和N（r）的計算式，可獲得關于N（r）的一系列數值序列，然后組成一系列數列對：〔r，N（r）〕，見列表：

表1 河南區域城鎮體系中的18個地市兩兩之間的直線距離原始數據表

表2 碼尺r（直線距離）及其關聯函數N（r）原始數據表

對數列對（r，N（r））取對數，可以發現其在二維坐標圖中呈現對數線性分布規律。對序列點對（lnr,1nN（r））進行回歸分析，可得回歸方程：

經檢驗，可通過擬合優度、顯著性t以及線性F等計量檢驗。

因此，可得分維值D=1.0351。

如果將河南區域城鎮體系中18個地市兩兩之間的直線距離dij改為實際公路交通距離（通車里程），可計算出基于公路交通網絡的關聯分維數值。過程與前述類似。

令，步長Δr=10km，可得關于N（r）的一系列數值序列，然后組成一系列序列點對〔r，N（r）〕，列表如下：

表3 河南區域城鎮體系中的18個地市兩兩之間的公路通車里程原始數據表

表4 碼尺r（公路通車里程）及其關聯函數N（r） 原始數據表

對數列對（r，N（r））取對數，可以發現其在二維坐標圖中呈現對數線性分布規律。對序列點對〔lnr,1nN（r）〕進行回歸分析，可得回歸方程：

經檢驗，可以通過擬合優度、顯著性t、線性F等檢驗要求。

因此，可得分維值D’=1.02941。

根據ρ=D’/D，可以進一步計算出牛鴉維數比的數值：ρ=0.9945。

（二）結果初步解釋

從上文對河南區域城鎮體系中18個地市的空間結構關聯分維數的測算，可以發現河南區域城鎮體系的空間結構呈現出以下主要特征。

1.區域城鎮體系空間結構具有分型特征

鑒于河南區域城鎮體系中基于18個地市的空間關聯分維數的測算結果為：D=1.0351，其數值范圍介于1—2之間，且偏向于1。因而表明：一是河南區域城鎮體系中基于18個地市的區域空間結構分布具有分形的特點；二是由于D值更接近于1，說明河南區域城鎮體系中基于18個地市的空間結構布局傾向于某一地理要素（如：交通干線或河流等）的高度集中；三是河南區域城鎮體系中18個地市在各自的區域范圍內，其自組織演化在空間結構方面具有優化趨勢，表明河南區域城鎮體系中基于18個地市的空間結構分布向著均勻優化、協調發展的方向分化演進，預示著整個河南區域城鎮體系向著以任何特定城鎮為中心，其余各城鎮分布的密度都等同的方向變動的趨勢。

2.區域城鎮體系的交通網絡發育較為成熟

河南區域城鎮體系中基于18個地市為研究對象的牛鴉維數比ρ為0.9945，數值較小，比較接近1，因而說明：一是整個河南區域城鎮體系中基于18個地市的各城市之間的交通互動網絡交流的通達性較好，相互間的關聯程度較高；二是河南區域城鎮體系中基于18個地市的各城市之間的交通基礎基礎條件已經較為具備和完善。總體預示著河南區域城鎮體系中基于18個地市的空間區域范圍內，各大中小城市及城鎮之間的交通網絡發育較為成熟，整體通達性較好。

（三）實證分析檢驗

基于上文對河南區域城鎮體系中18個地市的空間結構的數量測算，可以進一步分析驗證河南區域城鎮體系的空間結構特征的實際吻合性。

1.基于18個地市的河南區域城鎮體系的空間結構分形特征與模型測算結果具有一致性

上文對河南區域城鎮體系中，基于18個地市為研究對象的空間關聯分維數D值的測算結果為1.0351，介于1—2之間。從河南區域城鎮體系18個地市的空間結構分形特征的實際情況來看，是符合這一測算結果的。

首先，沿交通干線呈軸狀分布。整個河南區域城鎮體系中基于18個地市的空間結構分布大部分是沿著京廣線、隴海線等交通干線呈軸狀分布，特別是沿著東西和南北走向的兩條鐵路線、兩條公路干線。從東往西將開封、鄭州、洛陽、三門峽等聯成一線，從北往南將安陽、新鄉、鄭州、許昌、漯河、駐馬店、信陽等聯成一線，其中，鄭州、洛陽、開封、新鄉、許昌、漯河、駐馬店、信陽等是整個河南區域城鎮體系中的重點核心區域。

其次，具有明顯的軸線特征。河南區域城鎮體系中18個地市的空間結構分布與交通因素密切相關，明顯表現出按照一定的交通軸線發生聯系，具有明顯的軸線特征。其中，18個地市的各個城市主要分布在京廣鐵路、隴海鐵路以及107國道、京珠高速、312國道等這幾條主要交通軸線上，同時也是河南區域城鎮體系中產業集中分布的主要軸線。

再次，呈現聯系效應和擴散效應，以及空間結構的系統化和網絡化趨勢。河南區域城鎮體系中基于18個地市為研究對象的空間結構分布，呈現出以鄭州市為核心城市、向多個不同的方向擴散延伸的態勢，表明了河南區域城鎮體系空間結構的聯系效應和擴散效應，以及的系統化和網絡化趨勢。一是北線的擴散延伸態勢：沿鄭州市—郊縣市—新鄉市方向；二是西北方向的擴散延伸態勢：沿鄭州市—焦作市—濟源市方向；三是西線的擴散延伸態勢：沿鄭州市—郊縣市—洛陽市—三門峽方向；四是南線的擴散延伸態勢：沿鄭州市—郊縣市—許昌市—漯河市—駐馬店—信陽方向；五是東線的擴散延伸態勢：沿鄭州市—郊縣市—開封市—商丘—周口方向；六是西南方向的擴散延伸態勢：沿鄭州市—郊縣市—平頂山—南陽方向。總體上看，河南區域城鎮體系中基于18個地市為研究對象的空間分布主要是以鐵路干線、公路干線為擴散軸向外擴散延伸的。

2.基于18個地市的河南區域城鎮體系的交通網絡發育水平與模型測算結果具有一致性

河南區域城鎮體系中基于18個地市為研究對象的牛鴉維數比ρ為0.9945，數值較小，比較接近1，意味著整個區域城鎮體系的交通網絡發育較為成熟。事實上，目前河南區域城鎮體系中基于18個地市的空間結構已擁有較為發達的交通基礎設施分布特征，現代化交通方式齊全。其中，鐵路與公路網的密度位居國家前列，隴海、京廣、焦枝等大鐵路通過其間，連霍高速、京珠高速、107國道、312國道等公路交通網穿行其中。特別是，鄭州作為中國最大的鐵路編組站和鐵路樞紐之一，多條國道、省道，高速、鐵路在此交匯；已建成鄭州新鄭機場、洛陽機場，開通了多條主線和支線民航線路；河南區域城鎮體系中的18個地市均位于南北東西交通干線兩側，形成了公路、鐵路、民航運輸等陸空結合的綜合交通運輸體系。利用這些便捷的交通條件，從河南區域城鎮體系中的18個地市出發可達中國各主要地區和各主要城市，呈現出基于交通網絡發育水平提升，區域城鎮體系協調發展的空間演進格局。

（四）案例啟示

基于上文對河南區域城鎮體系中18個地市的空間結構特征的測算分析，可以進一步發現區域城鎮體系發展的深層次規律啟示。

1.區域城鎮體系的城鎮空間發育常常差異巨大

河南區域城鎮體系中，東部、南部地區的城鎮數量相對較少；中部地區的城鎮相對密集。從總體上看，河南區域城鎮體系中的中小城市與城鎮的數量較多，密度較高，是全國區域城鎮體系中城市與城鎮分布最稠密的地區之一，特別是以鄭州為核心的周邊區域。同時，在地域上既具有均衡分布的發展趨勢，也具有較高集聚性的特點，且歷史上整縣改市與整鄉設鎮導致了廣域上中小城市與城鎮向相對均衡的方向發展；但受交通條件的影響，也明顯地向交通軸線空間聚集，形成了沿鐵路、沿公路等城鎮密集帶構成的網絡化結構。

2.區域城鎮體系與市場體系結構常常取決于交通運輸網絡水平的提升

歷史上中原地區的城鄉經濟社會聯系主要依賴內河航運，以河運為骨干的內河水運網將本地農副產品源源不斷地運往市場，又將外地產品分散到各城鎮鄉村。特別是，歷史上的商丘、周口和開封等，作為貨物集散的重要門戶，便捷的水運等交通條件將中原與周邊地區的大中小城市和鄉鎮聯為一體，構成以中原為中心的區域城鎮體系與市場網絡。改革開放以來，特別是，隨著中部崛起河南振興，中原經濟區發展戰略的實施，河南交通網絡的快速發展及其逐步成型和發育成熟，促進了以鄭州為中心的區域城鎮體系與市場體系應運而生。可見，交通運輸網絡決定了區域城鎮體系的興起、歷史演進與分布格局，影響到城鎮的生長與發育，對區域城鎮體系的空間結構與市場結構存在著明顯的支配作用。

3.區域城鎮體系空間結構會逐步走向整合提升與協調發展

河南區域城鎮體系空間結構優化組合的方向將會呈現，由各大中小城市和城鎮的分散、獨立發展態勢，向重點地區集中，實現整合提升、協調發展。在空間上形成沿京廣線、隴海線等交通干線的軸線發展區域，在此區域內部建會沿著軌道交通、城際交通等軸線產業帶和生活集聚社區。其中，現有的18個地市將是未來河南區域城鎮體系高度發達的空間區域中心。

三、路徑選擇

根據對河南區域城鎮體系的空間結構分析，依據區域城鎮體系的相關理論，在加快推進城鎮化進程中，要特別關注區域城鎮體系空間結構優化協調的方向方式重點。

（一）遵循“心—軸—圈”的協調發展模式

根據河南區域城鎮體系的空間布局和地理分布特征，以河南區域城鎮體系為代表的空間結構協調應關注和遵循“心—軸—圈”的模式來進行優化發展。一是關注“心”的構建發展。將鄭州等作為整個河南區域城鎮體系空間結構的極核，構建基于核心城市帶動的區域城鎮體空間體系。要采取各種有效措施壯大此中心極核。壯大人口規模，降低甚至取消人口流動門檻、吸引各種高素質要素流入等；加強對內對外的經濟聯系協作，積極發展高新產業、商業、貿易、旅游等優勢行業，提綜合經濟實力，增強其對周邊地區的輻射帶動能力。二是關注“輔助中心”的構建發展。基于18個地市的區域城鎮體系的空間發展系列中心，打造與核心城市距離接近，聯系緊密，自身綜合實力相當雄厚的發展輔助極，加強區域城鎮體系的空間發展中心之間的聯系，遙相呼應。建立聯動發展機制，促進河南區域城鎮體系空間結構的整體優化。三是關注“軸”的構建發展。基于鄭州核心的東西、南北、西北部、西南部等發展軸是河南區域城鎮體系發展水平較高的地區，集中了河南區域城鎮體系絕大部分經濟發展要素。要注意引導優化這些經濟最密集、具有較強發展活力的河南區域城鎮體系的空間密集帶。四是關注“圈”的構建發展。逐步形成以鄭州為中心，以京廣鐵路、隴海鐵路，京珠高速、連霍高速、107國道、312國道等交通干線為依托，以河南18個地市為主節點，由發達的省級公路和密集的縣鄉級公路構成的交通網為依托，以18個地市周邊附屬的縣級市、衛星城鎮為次節點，相互間聯系密切的城鎮經濟帶相互交錯、互動發展，形成大都市經濟圈。

（二）完善區域城鎮體系空間網絡

一是突出“一級網結”功能，構建中心城市都市圈。高度關注河南區域城鎮體系協調發展中，鄭州、洛陽等核心城市在空間組織中的“領頭羊”作用，構建以鄭州等為“一級網結”中心、以與其聯系緊密的地方性中心，如鞏義、新密、新鄭、滎陽、登封市等為“一級網結”結點、以各級交通和通信線路為網絡的鄭州都市圈，形成基礎設施格局網絡化，大區域性通道網絡逐步完善，空間形態更加開放，與周邊區域的聯系更加緊密的網絡化與極化共同發展的都市圈空間結構。二是強化“動脈”功能。沿東西主動脈、南北主動脈、西北環形動脈等方向發展的河南區域城鎮體系中的各相關大中小城市和城鎮，其空間發展已步入網絡化協調發展階段。要以交通為先導，沿交通干線拓展，以點軸開發向網絡開發轉變，優化調整區域城鎮體系空間布局。在動脈附近，聯合構思，協同發展，優化選擇城鎮密集帶空間協調發展，優化河南區域城鎮體系網絡的總體網架。三是重視城鎮新“網結”培育。沿著未來快速交通線（如運南高速公路、洛界高速公路等）的迅速發展，高度關注新城鎮的培育，促進新生城鎮一起構成河南區域城鎮體系網絡中的重要網結。應特別注意新建高速公路、新建軌道線等交通通道對現有城鎮空間分布的推進與變形作用，進一步加強區域城鎮體系的網絡力量，完善網絡結構，提高城鎮網絡空間的穩定性。

（三）發揮優勢功能互補和分工合作

區域城鎮體系協調發展的重要基礎在于使其中的各大中小城市和城鎮承擔起相應的功能，形成分工合理的有機成體，增強整個區域城鎮體系的內生發展動力和對外競爭力。一是使區域城鎮體系中各個大中小城市和城鎮在基礎結構方面實現統籌發展。從整個區域城鎮體系的整體發展角度，系統優化角度，統一規劃交通、供電、供水、環境治理等基礎設施，重點解決靠單個城鎮難以解決的問題。二是引導區域城鎮體系中各個大中小城市和城鎮在產業分工上形成合理的有機整體。形成產業特色明顯，比較優勢明顯，分工協作有機合理的產業集群、產業有機價值鏈，防止或逐步消除各個大中小城市和城鎮之間的產業相互獨立發展，有機的產業鏈條發育程度低，甚至被人為割裂等問題。要按照各自的比較優勢，發揮各自特長，按照功能互補，共存共贏的原則，確立每個城鎮在整個區域城鎮體系中的功能地位，形成整體優勢。

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