大城市邊緣區城鎮化區位特征和發展階段研究

徐曉勇， 韓增林， 王 利

(1.遼寧師范大學 城市與環境學院， 遼寧 大連 116029；2.遼寧師范大學 海洋經濟與可持續發展中心， 遼寧 大連 116029)

大城市邊緣區城鎮化區位特征和發展階段研究

徐曉勇1，2， 韓增林1， 王 利1，2

(1.遼寧師范大學 城市與環境學院， 遼寧 大連 116029；2.遼寧師范大學 海洋經濟與可持續發展中心， 遼寧 大連 116029)

基于系統聚類、空間聚類NDBI指數和監督分類分析方法，分析全中國省會城市、副省級城市和計劃單列市的城市邊緣區城鎮化區位特征和發展階段.研究表明：以距離大城市政府中心距離為衡量標準，研究樣本區位特征可以劃分為延續型(近距離)城市邊緣區、毗連型(中等距離)城市邊緣區以及飛地型(遠距離)3種類型，3種不同類型所對應的指標存在明顯的空間類型差異.在邊緣區城鎮化發展階段可以劃分為初期發展階段、中期發展階段和后期發展階段三大類，以及中期發展階段中的7個亞類，與其對應的人口密度和開發強度存在較大的空間差異.產業園區的發展、人口集聚的加速以及生活設施的不斷完善在大城市邊緣區城鎮化發展過程中體現的不同區位特征和發展階段特征方面發揮著重要的作用.

大城市邊緣區；城鎮化；聚類分析；NDBI；監督分類

在當前國家新型城鎮化的背景下，農業現代化前提下，居住在農業地區的農民加速向城市地區轉移；城市化問題引發的城市居民產生明顯向郊區轉移傾向；以及信息化和現代物流發展使得傳統的制造業服務業化等諸多新情況，促使大城市邊緣區城鎮化出現許多新情況，也呈現出諸多新的特點，城鎮化發展的進程、模式、分異規律及差異化的發展道路是未來對城鎮化研究的領域[1]，關于城鎮化的研究還在不斷深入，逐漸成為跨學科研究的熱點問題，Solecki等建議成立城市化學科，來專門圍繞相關問題進行研究[2].邊緣區作為城鎮化發展的重點地區尤其值得關注，其發展類型及階段特征需要深入開展研究.

目前關于邊緣區城鎮化發展的研究主要側重大城市邊緣區城鎮化過程空間擴展[3]、大城市邊緣區城鎮化進程方面的實證分析[4-5]，大城市邊緣區相關概念的辨析和劃分[6]、發展背景分析[7]、區域城鎮化發展水平綜合測度[8]、海水入侵對城鎮化發展影響[9]等，也有側重邊緣區內部的某一方面的研究，如經濟發展研究[10]、土地利用變化與經濟發展關系[11]等方面研究.

關于邊緣區類型及城鎮化發展階段方面的研究不是較為系統全面，鑒于此，本文以全中國省會城市、副省級城市和計劃單列市的城市邊緣區為主要分析對象，對其邊緣區類型、發展階段特征及形成原因進行分析，以期為大城市邊緣區城鎮化總體定位及發展規劃編制提供一定的依據.

1 研究方法與數據來源

1.1 聚類分析

聚類分析基本思想是依照事物的數值特征來觀察各樣品間的親疏關系，樣品之間的親疏關系則由樣品之間的“距離”來衡量.一旦樣品之間的距離被測定之后，就把距離“近”的樣品歸為一類.設Xik為第i個樣品的第k個指標，每個樣品測量變量數為q，樣品Xi和Xj距離Dij為

(1)

其中，D為明可夫斯基距離，其中，n為大于0的正數.

當q=∞時，距離Dij為

(2)

其中，D為契比雪夫距離.

1.2 監督分類

監督分類是通過地形等相關特征建立訓練區，依據其中的樣本計算特征參數.根據參數及分類方法對影像分類.較為常用的分類方法主要有最小距離分類和最大似然分類.其中最小距離主要應用絕對距離和歐幾里得距離兩種函數，公式為

(3)

其中，D為絕對值距離或Manhattan距離.

(4)

其中，D為歐幾里得距離.

最大似然分類中X發生時ai發生概率為

(5)

其中，n為分類數量，對應于a1,a2,…,an，發生概率分別為P(a1,a2,…,an)，X代表未知區域，P(X|ai)為ai發生時X發生的概率.具體分類準則為

(6)

1.3 NDBI指數分析

NDBI指數即為歸一化建筑指數，是建設用地提取分析的基本方法之一.依據城市建設用地(多為不透水面)在TM5波段的反射率顯著高于TM4波段的特點創建[12].計算公式為

(7)

具體計算過程中式中，對于Landsat TM及ETM+影像采用NDBI=(TM5-TM4)/(TM5+TM4)計算，對于Landsat 8 OLI_TIRS影像采用NDBI=(TM6-TM5)/(TM6+TM5)計算.

1.4 研究對象確定與指標選取處理

選擇全中國省會城市、計劃單列市，城區人口為250萬以上的城市作為研究對象.去除直轄市及深圳、廈門等權限規模存在特殊性的城市，最終確定城市為廣州市、西安市、南京市、成都市、武漢市、哈爾濱市、杭州市、長春市、濟南市、大連市、太原市、鄭州市、青島市、南寧市、昆明市.對選取的城市中轄區進一步篩選，剔除縣、縣級市(有機場、編組站、與建成區相鄰的除外)、城市建成區(同時包含建成區和郊區的除外)、飛地型區級單位，共選擇廣州市白云區等79個分析單元.

選取X1總人口/萬人、X2非農業戶口人口比重/%、X3距市政府距離/km、X4區域總面積/km2、X5鐵路編組站區/(有、無)、X6國家級開發區/(有、無)、X7民用機場/(有、無)、X8高速公路出口個數/個、X9建設用地總面積/km2、X10區域建設用地比重/%、X11地區生產總值/億元、X12人均地區生產總值/萬元、X13人口密度/(人·km-2)等13項指標.其中人口和經濟數據采用2013年數據，為明確各區建設用地總面積，通過對2013年及部分2014年遙感影像監督分類識別.

對各項指標采用“極差標準化法”進行無量綱處理，對有鐵路編組站區的轄區賦值為1，無鐵路編組站區的轄區賦值為0，區內有國家級開發區的賦值為1，無國家級開發區的賦值為零；區內有民用機場的賦值為1，無民用機場的賦值為0.采用土地利用數據，與影像提取數據對比，建設用地吻合度達到80%，具有相對較高的可信度.

2 區位類型分析

2.1 系統聚類分析

分析可知，全部單元被劃分為3種類型：第一類區域，包括龍泉驛區、旅順口區、金州區、南沙區、江南區、東陵區、小店區、東西湖區、蔡甸區、未央區、長安區、管城回族區.這些區域都為國家級開發區所在區域，與市政府距離相對較遠，區域建設用地比重較大，有發展為“衛星城”趨勢.第二類區域包括雙流區、甘井子區、白云區、花都區、道里區、歷城區、官渡區、江寧區、城陽區、蘇家屯區、黃陂區、二道區.共同特點都有機場，交通設施帶動明顯，高速公路出口較多，基礎設施建設超前，建設用地面積較大，為中心城區向外擴展主要方向，因此人口數量較大.其他為第三類區域，非農人口比重較大，面積較小，高速公路出口較少，建設用地面積較小，地區生產總值和人均地區生產總值較少.

2.2 空間聚類分析

圖1 延續型(近距離)城市邊緣區

延續型主要有西安市未央區等22個研究樣本，得出結論如圖1所示.除濟南市槐蔭區、太原市尖草坪區、哈爾濱市松北區、青島市李滄區、沈陽市東陵區外，其他區域人口總數基本保持在較高水平，非農人口比重平均值為63.2%.區域總面積相對較小，除沈陽市東陵區、哈爾濱市松北區、成都市雙流區、濟南市歷城區外，大部分區域面積在300 km2以下.建設用地總量為114.4 km2，比重為40%，處于較高水平.從鐵路編組站和國家級開發區、民用機場及高速公路出口等其他方面來看，本類型區域處于相對較高水平.共有鐵路編組站5個，國家級開發區4個，民用機場6個，除濟南市市中區外，其余區域均有高速公路出口.

毗連型主要有長春市朝陽區36個研究分析樣本，得出結論如圖2所示.除鄭州市惠濟區、太原市晉源區、哈爾濱市香坊區、南寧市興寧區、沈陽市沈北新區、廣州市蘿崗區、大連市旅順口區等少數大城市邊緣區外，其他區域人口總數基本接近或略高于平均水平.同時非農人口比重平均值為49.5%，略低于總樣本平均水平.從土地面積來看，除長春市朝陽區、鄭州市惠濟區、長春市南關區、哈爾濱市道外區、太原市晉源區、哈爾濱市南崗區、哈爾濱市平房區、成都市溫江區等少數區域面積低于平均水平外，其他區域總面積均高于500 km2，建設用地總量也低于平均水平，但是總體建設用地比重為27.3%，處于中等水平.從鐵路編組站和國家級開發區、民用機場及高速公路出口等其他方面來看，共有鐵路編組站8個，國家級開發區3個，民用機場6個，除長春市雙陽區、廣州市蘿崗區和哈爾濱市平房區外，均有高速公路出口.

圖2 毗連型(中等距離)城市邊緣區

圖3 地型(遠距離)城市邊緣區

飛地型主要有南寧市西鄉塘區21個研究樣本，得出結論如圖3所示.此類型樣本人口總數和非農業人口比重低于平均水平，非農人口比重平均值為35.9%.昆明市盤龍區、鄭州市上街區、大連市金州區等小部分邊緣區非農業人口比重超過平均水平，僅占該類型邊緣區數量的19%.從土地面積來看，除昆明市盤龍區、成都市郫縣、鄭州市上街區、成都市青白江區、昆明市五華區和廣州市南沙區少數區域面積低于平均水平外，其他區域總面積均高于800 km2.建設用地總量也高于平均水平，從建設用地比重來看，除鄭州市上街區、廣州市花都區和南沙區超過50%外，其余邊緣區建設用地開發強度還相對較低.

3 階段特征分析

3.1 總體特征分析

分析總體樣本可知，人口密度最大的城市邊緣區是哈爾濱市南崗區，人口密度達到7 821人/km2；人口密度最小的城市邊緣區是哈爾濱市阿城區，人口密度為213人/km2；最大值是最小值近37倍，相差較大.人口密度在平均水平之上的為29個，占總數量的36.7%；開發強度平均值29.34%，其中，開發強度最大的是鄭州市管城回族區，達到84.14%；開發強度最小的是西安市臨潼區，為2.91%.最大值是最小值近29倍，相差較為懸殊.開發強度在平均水平之上的為29個，占總數量的36.7%.

借鑒全國主體功能區技術規程中開發強度計算方法，計算區域單位面積的建設用地百分比.按照20%、40%為臨界值，將79個大城市邊緣區劃分為低、中、高3個層次.按照1 000、2 500人/km2為臨界值，將79個大城市邊緣區人口密度劃分為低、中、高3個層次.得出結論如圖4所示，并按照其發展階段具體劃分為城鎮化初期階段、城鎮化中期階段和城鎮化后期階段.

區塊鏈技術在物聯網中的身份認證研究……………………………………………楊惠杰，周天祺，桂梓原 24-6-35

圖4 城市邊緣區波士頓分析

3.2 階段類型劃分

3.2.1 初期發展階段

開發強度和人口密度均屬于較低水平的大城市邊緣區發展階段類型，即為低人口密度低開發強度型，涵蓋了臨潼區、長安區、雙陽區、阿城區、二道區、六合區、長清區、呼蘭區、寬城區、浦口區、沈北新區、歷城區、西山區、蘇家屯區、興寧區、新洲區、江夏區、邕寧區、金州區、青秀區、黃陂區、江南區、松北區、晉源區、旅順口區等25個單元.

3.2.2 中期發展階段

開發強度和人口密度不同時處于極低或極高水平，包括7個亞類.其中人口密度中等、開發強度較低的單元，主要有盤龍區、龍泉驛區、朝陽區、青白江區、雙流區、于洪區、新都區等7個邊緣區屬于中密度低強度型.人口密度較高，開發強度屬于較低的單元，只有五華區1個邊緣區屬于高密度低強度型.人口密度較低，開發強度屬于中等的單元，包括西鄉塘區、江寧區、蔡甸區、嶗山區、東西湖區、東陵區、良慶區、香坊區8個邊緣區屬于低密度中強度型.人口密度和開發強度均屬于中等水平的單元，涵蓋溫江區、尖草坪區、郫縣、棲霞區、官渡區、道里區、灞橋區7個邊緣區屬于中密度中強度型.人口密度較高，開發強度屬于中等的單元，主要有天橋區、南關區、綠園區、萬柏林區、市中區、杏花嶺區、平房區、小店區、槐蔭區、道外區、甘井子區11個邊緣區屬于高密度中強度型.人口密度較低，開發強度較高的單元只有余杭區、花都區2個邊緣區屬于低密度高強度型.人口密度屬于中等，開發強度較高的單元主要有蘿崗區、城陽區、蕭山區、上街區、番禺區、惠濟區、南沙區7個邊緣區屬于中密度高強度型.

3.2.3 后期發展階段

開發強度和人口密度均屬于較高水平的大城市邊緣區發展階段類型，即為高人口密度高開發強度型.包括南崗區、洪山區、西湖區、迎澤區、二七區、白云區、李滄區、金水區、未央區、中原區和管城回族區等11個單元.

4 原因分析

4.1 產業園區發展

隨著城市的發展，中心城區土地價格上漲，用地集約化，同時對城市環境提出更高要求.隨著運營成本不斷提高，分布在中心城區的工業企業開始外遷，中心建成區同時引進服務于城市的第三產業.城市邊緣區成為中心城市企業外遷的首選區位，既可以減少企業外遷費用，同時也能夠保持原有的市場.低地價低人力資本以及政府主導的新城開發招商活動，店鋪促進城市邊緣區產業不斷積聚發展壯大，逐漸形成產業集聚區.隨著城市擴展，大型交通樞紐類、能源類基礎設施建設會優先建設在城市邊緣區內及毗連地區，會逐漸聚集一批利用便利交通或廉價能源的產業，這些產業的積聚也在城市邊緣區形成產業集聚及相應園區.

綜上各類因素綜合作用，各類產業不斷向邊緣區內集聚，促進產業園區不斷發展，由集聚效益引發的規模經濟效益得到不斷強化，又進一步促進城市邊緣區產業集聚及園區發展壯大.園區發展帶來邊緣區城鎮化進程和發展階段的改變，突出體現在不同類型和不同階段的邊緣區發展過程中，如圖5所示.

圖5 產業園區發展

4.2 人口加速集聚

受城市技術擴散的影響，傳統農業逐漸集約化、現代化，產生大量游離農業勞動力.郊區非農產業發展，農用地征用增加以及滿足中心城區居民需要的邊緣區商業房地產項目不斷增加，農用地征用也隨之增加.大量游離出的農民就地轉變為產業工人，非農產業園區發展配套的生產性服務業壯大，需要大量的勞動力從事生產和生產性服務業.除了本地勞動力外，大量來自城市中心建成區及城市邊緣區以外的勞動力在城市邊緣區集聚增加，在城市邊緣區特別是產業園區周邊“暫住”人口不斷增加，進而勞動力不斷集聚并帶動人口加速集聚過程.在邊緣區城鎮過程中發揮重要的作用，如圖6所示.

圖6 人口加速集聚

4.3 生活配套設施完善

隨著產業集聚及園區在城市邊緣區不斷發展壯大，城市邊緣區土地利用由農業用地逐漸轉變為城市用地，從事農業的勞動力逐漸轉變成工人、服務業人員.由于產業園區規模不斷擴大，城市中心建成區及城市邊緣區以外的勞動力在城市邊緣區集聚，商業房地產項目不斷增加，進而促進基本及非基本公共服務設施不斷完善，城市邊緣區逐漸形成完備的城市功能.在城市邊緣區的打工者逐漸由暫時居住變為定居，邊緣區內呈現居住區、產業區、服務業區與農業區、自然生態區的新格局.隨著邊緣區城市化的空間結構趨于穩定，完成一個周期的城鎮化過程.

5 結論與討論

借助聚類分析、NDBI指數分析、監督分類等分析方法，分析全中國省會城市、副省級城市、計劃單列市的城市邊緣區區位類型特征和城鎮化發展階段特征.研究發現研究的樣本中區位可以劃分為延續型(近距離)城市邊緣區、毗連型(中等距離)城市邊緣區以及飛地型(遠距離)3種類型.發展階段的特征可以總結為初期發展階段、中期發展階段和后期發展階段三大類以及中期發展階段的7個亞類.并從產業園區發展、人口加速集聚和生活設施完善三方面分析了其產生的主要原因.

受數據搜集方面的限制，僅對一個時點的城鎮化類型和特征進行了分析，對于城鎮化這個復雜的動態過程而言，還需要結合多時點多維度的樣本數據，進一步深入研究，以期更加全面地把握城鎮化發展的全過程，這些問題有待在下一步研究中深化.

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Research on urbanization location characteristics and development stage of metropolis fringe

XUXiaoyong1，2,HANZenglin1,WANGLi1，2

(1.College of Urban and Environmental Science， Liaoning Normal University， Dalian 116029， China；2.Research Center for Marine Economy and Sustainable Development， Liaoning Normal University， Dalian 116029， China)

In the process of rapid urbanization, the metropolis fringe is always the frontier and core space of urbanization. The urbanization location characteristics and development stage of metropolis fringe is affected by many factors. Analyzing these factors and its impact mechanism is of great significance to promote orderly and coordinated development of metropolitan fringe. Based on three methods of system clustering, the NDBI index of spatial clustering and the supervised classification, we make an analysis of the urbanization location characteristics and development stage of metropolis fringe in provincial capital cities, sub provincial cities and separately planned cities. The results suggest the following findings: First,taking the distance between government center of metropolis and its fringe as a measuring criterion, the location characteristics of research samples can be divided into three types, which are “continuation” type area which is very close to the government center of metropolis, “adjacent” type area which is a little farther from the government center of metropolis than above type area, and “enclave” type area which is far away from the metropolis center and has no direct connection with the metropolis in space. The indicators, corresponding to the three different location characteristics types, exist obvious spatial type differences.Second,the urbanization development stage of the metropolis fringe can also be divided into three stages: the initial stage of development, the middle stage of development and the late stage of development. In addition, the middle stage of development can be divided into seven subclasses. The corresponding indexes to the middle stage of development are population density and development intensity and there is a large spatial difference in the corresponding mdexes.Third,the development of industrial parks, the acceleration of population agglomeration and the continuous improvement of living facilities play an important role in the characteristics of different location and development stage embodied in the process of urbanization in the metropolitan fringe.

metropolis fringe;urbanization;cluster analysis;NDBI;supervised classification

2016-11-22 基金項目：省部共建人文社會科學重點研究基地重點項目(10JJD790014) 作者簡介：徐曉勇(1976-)，男，遼寧沈陽人，遼寧師范大學博士研究生.

韓增林(1956-)，男，山東商河人，遼寧師范大學教授，博士，博士生導師.

1000-1735(2017)01-0110-08

10.11679/lsxblk2017010110

F291.1

A