山東省縣域城市性空間格局演變分析

王驍駒

[提要] 在分析城市性評(píng)價(jià)已有方法的基礎(chǔ)上，從人口、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、土地等方面選取影響指標(biāo)，并構(gòu)建山東省縣域城市性評(píng)價(jià)指標(biāo)綜合體系，利用比較法構(gòu)建城市性指數(shù)及城市性評(píng)價(jià)模型。以山東省140個(gè)縣市為研究實(shí)證單元，借助ArcGIS和GeoDA軟件，采用空間自相關(guān)方法，對(duì)縣域城市性空間格局演化進(jìn)行定量分析。結(jié)果表明：山東省城市性呈現(xiàn)較強(qiáng)的空間自相關(guān)性，并且集聚態(tài)勢(shì)不斷增強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：城市性；空間格局演變；縣域尺度；山東

中圖分類號(hào)：K902 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

收錄日期：2017年8月25日

1979～2005年，山東省城市用地增長呈明顯的加快趨勢(shì)，城市用地空間結(jié)構(gòu)的分維和穩(wěn)定性特征具有一定的波動(dòng)性。從人類居住方式轉(zhuǎn)變、社會(huì)文化變遷和轉(zhuǎn)型過程中，傳統(tǒng)的“鄉(xiāng)村社會(huì)”逐漸被現(xiàn)代的“城市社會(huì)”所代替。作為城市化、工業(yè)化產(chǎn)物的現(xiàn)代城市，也必然呈現(xiàn)出不同于鄉(xiāng)村社會(huì)的文化特征。

1938年，路易·沃思提出“城市性”的概念，涉及城市人口規(guī)模、人口密度、城市人口差異等方面。在國內(nèi)，由張小林首次提出“城市性”的概念，即為一定地域內(nèi)城市性質(zhì)的表現(xiàn)程度，并用城市指數(shù)和鄉(xiāng)村性指數(shù)來衡量城市性及鄉(xiāng)村性的強(qiáng)弱，涉及人口、空間、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)多方面要素。從已有的關(guān)于城市性評(píng)價(jià)、空間發(fā)展格局等問題來看，采用的研究方法有BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)測(cè)定、突變級(jí)數(shù)法、空間自相關(guān)等。

本文以山東省為例，以140個(gè)縣域區(qū)塊為單元整體反映山東省城市性空間格局演化。把山東省行政區(qū)域看成是城市性與鄉(xiāng)村性的統(tǒng)一體，從城鄉(xiāng)一體化角度出發(fā)，構(gòu)建完整的城市性綜合評(píng)價(jià)體系，研究城市性在地理空間上的格局演變，分析城市地域發(fā)展的規(guī)律，為今后山東省城市化道路提供一定的基礎(chǔ)研究。

一、評(píng)價(jià)指數(shù)及體系構(gòu)建

（一）城市性指數(shù)的測(cè)算。本文運(yùn)用張小林教授的觀點(diǎn)，即每個(gè)區(qū)域可以看成是城市性和鄉(xiāng)村性的統(tǒng)一體，即RI+UI=1，其中RI表示鄉(xiāng)村性，UI表示城市性。本文依據(jù)張榮天等人對(duì)江蘇省縣域鄉(xiāng)村性計(jì)算模式來計(jì)算山東省城市性UI，為體現(xiàn)出城市特征的表現(xiàn)程度，用城市發(fā)展指標(biāo)值占城市發(fā)展指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值的比值表示城市性的特征比值：

UI■=■W■R■■ （其中，■W■=1） （1）

R■■=E■■/E■■，若E■■/E■■≤11，E■■/E■■>1（i=1，2，3…n） （2）

式中：UIst表示t年份s區(qū)域的城市性指數(shù)，Rist表示t年份s區(qū)域的城市性的第i個(gè)特征比值，Eist表示t年份s區(qū)域反映城市性的第i個(gè)指標(biāo)值，Eiot表示t年份s區(qū)域反映城市性的第i個(gè)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值，Wi表示反映城市性特征比值的權(quán)重。

（二）基于縣域城市性評(píng)價(jià)指標(biāo)的體系構(gòu)建。本文以山東省140縣市作為研究對(duì)象。從空間集聚水平、經(jīng)濟(jì)增長水平、社會(huì)發(fā)展水平、基礎(chǔ)設(shè)施水平等四個(gè)方面選擇指標(biāo)，參考余華等人對(duì)江蘇省縣域城市性指標(biāo)選擇的基礎(chǔ)上，確定本文選取的指標(biāo)及其對(duì)應(yīng)城市性特定的內(nèi)涵。在指標(biāo)選取時(shí)，考慮到數(shù)據(jù)獲取的可能性，同時(shí)考慮突出城市指標(biāo)的城市性及縣域指標(biāo)的綜合性，以此選擇具有代表性的指標(biāo)來表征目標(biāo)層次信息。指標(biāo)并非相互對(duì)應(yīng)，這樣也就更能反映鄉(xiāng)村與區(qū)域之間個(gè)體與整體發(fā)展是存在差異的。在具體計(jì)算時(shí)，采用極值法進(jìn)行無量綱化處理，使得比值表示的是鄉(xiāng)村與城市發(fā)展水平之間的比較。這樣才能有針對(duì)性地提出促進(jìn)區(qū)域城鄉(xiāng)統(tǒng)籌發(fā)展措施。（表1）

二、數(shù)據(jù)來源與研究方法

（一）數(shù)據(jù)來源。本文數(shù)據(jù)均來源于《山東省統(tǒng)計(jì)年鑒》、《山東60年統(tǒng)計(jì)資料匯編》，空間分析尺度為山東省140個(gè)縣（市），縣域行政邊界數(shù)據(jù)取自《山東省地圖集》中1：1600000政區(qū)圖，經(jīng)過掃描后進(jìn)行矢量化提取。

（二）研究方法

1、特征比值權(quán)重的確定。本文采用熵值法對(duì)城市性特征比值的權(quán)值進(jìn)行確定，原理為把評(píng)價(jià)山東省縣域城市性中各個(gè)待評(píng)價(jià)單元的信息進(jìn)行量化與綜合后的方法；采用熵權(quán)法對(duì)各因子賦權(quán)，可以簡(jiǎn)化評(píng)價(jià)過程。采用熵權(quán)法確定各指標(biāo)權(quán)重值，其優(yōu)點(diǎn)主要是精度更強(qiáng)，客觀性更強(qiáng)，能夠更好地解釋所得到的結(jié)果；適應(yīng)范圍廣、適應(yīng)性強(qiáng)。在信息論中，熵表示的是不確定性的量度，若某項(xiàng)特征比值變異程度越大信息熵越小，該指標(biāo)提供的信息量越大，其權(quán)重也越大；反之，該指標(biāo)的權(quán)重也越小。

2、探索性空間數(shù)據(jù)分析（ESDA）。ESDA技術(shù)是利用統(tǒng)計(jì)學(xué)原理與圖像表達(dá)相結(jié)合對(duì)地理空間信息的性質(zhì)進(jìn)行分析、鑒別，用以引導(dǎo)確定性模型的結(jié)構(gòu)和解法。ESDA包括全局空間自相關(guān)分析和局部自相關(guān)分析兩部分。全局自相關(guān)是對(duì)屬性在整個(gè)區(qū)域空間分布特征的描述，用于判斷整個(gè)研究區(qū)域某一要素或現(xiàn)象在空間是否有聚集特性存在，用統(tǒng)計(jì)量Global Moran's I表示。局部自相關(guān)是衡量每個(gè)空間要素或?qū)傩栽诰植康南嚓P(guān)性質(zhì)，用于反映在整個(gè)大區(qū)域中，一個(gè)局部小區(qū)域單元上的某種地理現(xiàn)象或某一屬性值與相鄰局部小區(qū)域單元上同一現(xiàn)象或?qū)傩灾档南嚓P(guān)程度，用統(tǒng)計(jì)Local Moran's I量表示，可以看作是全局Moran's I的各區(qū)域分量，反映各局部單元的空間自相關(guān)現(xiàn)象對(duì)區(qū)域整體空間自相關(guān)的影響程度。

全局自相關(guān)模型：I=■■w■（x■-■）（x■-■）/S■■■w■ （3）

局域自相關(guān)模型：Ii=■■w■（x■-■） （4）

式中：n為樣本數(shù)；S2為樣本的方差；xi和yj是觀測(cè)值；■是研究對(duì)象x的平均值；wij是空間權(quán)重，揭示了各單元之間的空間聯(lián)系。當(dāng)I>0，表明研究對(duì)象之間存在正相關(guān)性，此時(shí)認(rèn)為空間上是積聚的、區(qū)域化的，即研究對(duì)象之間在空間上的取值存在高高或低低相鄰的情況；當(dāng)I<0時(shí)，表明研究對(duì)象之間存在負(fù)相關(guān)性，即研究對(duì)象之間在空間上的取值存在高低相鄰的情況；當(dāng)I=0時(shí)，表明研究對(duì)象在空間上是對(duì)立隨機(jī)的、非相關(guān)性的。I的絕對(duì)值越大，表明空間分布相關(guān)性越大。Morans I的顯著性檢驗(yàn)通常用Z來衡量，Z=[I-E（I）]/■。通過不同時(shí)空尺度的城市性空間格局演變與其機(jī)理的研究，才能更好地為區(qū)域城鄉(xiāng)統(tǒng)籌發(fā)展政策制定提供更有益的參考與借鑒。endprint

三、山東省城市性空間格局演變分析

（一）山東省城市性整體評(píng)價(jià)。基于構(gòu)建的城市性指數(shù)UI公式，以山東省為例，選取2001年、2006年和2011年三個(gè)代表年份，5年為時(shí)間尺度，縣域?yàn)榭臻g尺度，分析近十幾年來山東省城市性空間格局演變的特征，并揭示城市性空間格局演變的內(nèi)在機(jī)理。分別計(jì)算山東省縣域城市性指數(shù)，同時(shí)進(jìn)行描述統(tǒng)計(jì)分析，并以偏度和峰度進(jìn)一步揭示山東省縣域城市性的區(qū)域差異和極化程度的時(shí)序演變。（表2）

基于構(gòu)建的城市性指數(shù)UI公式，計(jì)算得到2001年、2006年、2011年三年的山東省140個(gè)縣域單元的城市性指數(shù)UI，通過城市性得分的頻率分布來表征山東省進(jìn)入21世紀(jì)初140個(gè)縣域城市性分布整體的概括性特征。由表2可知，2001～2011年，山東省140個(gè)縣域單元的城市性均值位于0.781～0.823之間，標(biāo)準(zhǔn)差為0.155～0.200之間，表明縣域尺度上山東省城市性均值與標(biāo)準(zhǔn)差的離散程度較大，差異性顯著；2001～2011年，標(biāo)準(zhǔn)偏度系數(shù)為-2.1402和-2.367，表明頻數(shù)性分布是負(fù)偏態(tài)的，均值在峰值的左邊，城市性較強(qiáng)的縣域單元所占比重略大；2001～2011年，標(biāo)準(zhǔn)峰度系數(shù)大致在7.750～9.781之間，表明頻數(shù)分布較正態(tài)分布平坦。這種評(píng)價(jià)僅具有統(tǒng)計(jì)學(xué)上的意義，不具有地理空間的意義。

（二）總體空間格局特征分析。為了進(jìn)一步了解山東省縣域城市性的空間分布及其空間演變，對(duì)2001年、2006年和2011年三個(gè)代表年份的山東省城市性指數(shù)做全局Morans I統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，結(jié)果見表3。（表3）

通過表3可知：2001年、2006年和2011年3個(gè)年份Morans I指數(shù)介于0.342～0.468之間，全部為正且總體呈上升趨勢(shì)，Z檢驗(yàn)的顯著性水平p≤0.05，這表明研究期間山東省城市性指數(shù)相似地區(qū)在空間上呈現(xiàn)出集聚分布態(tài)勢(shì)。從2001～2011年，隨著山東省經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展和城市化水平的提高，山東省縣市的內(nèi)部差異也不斷縮小，呈現(xiàn)集聚分布態(tài)勢(shì)。總體上，山東北部鄉(xiāng)村性弱，山東西南部鄉(xiāng)村性強(qiáng)的總體空間格局依然存在。

（三）局部空間集聚特征。Tobler地理學(xué)第一定律指出：任何事物與別的事物之間都是相關(guān)的，但近處的事物比遠(yuǎn)處的事物的相關(guān)性更強(qiáng)。為避免空間自相關(guān)的全局掩蓋反常的局部或小范圍的局部不穩(wěn)定性，本文主要采用局部空間自相關(guān)統(tǒng)計(jì)量來探測(cè)局部的空間集聚程度。因此，利用GeoDA軟件，計(jì)算局部Morans I指數(shù)描述局部空間異質(zhì)性特征，本文采用Moran散點(diǎn)圖和顯著性水平LISA圖來表示。

Moran散點(diǎn)圖表示數(shù)據(jù)點(diǎn)在直角坐標(biāo)系平面上的分布情況，四個(gè)象限分別為：第一象限（H-H）表示某一空間單元和周圍單元的城市性都較高，該單元和周圍單元組成的子區(qū)域稱為“熱點(diǎn)區(qū)”；第二象限（L-H）落入這兩個(gè)象限的空間單元表明存在較強(qiáng)的空間負(fù)相關(guān)；第三象限（L-L）表示某一空間單元和周圍單元城市性都較低，該單元和周圍單元組成的子區(qū)域稱為“冷點(diǎn)區(qū)”；第四象限（H-L）表示某一空間單元屬性值較高，而周圍單元較低。通過圖1可知：研究表明，山東省各縣域單元分布在第一象限的居多，二四象限相對(duì)較少。2001年、2006年、2011年一三象限單元所占比重分別為81.16%、78.26%和76.81%，說明了以縣域尺度測(cè)算的城市性指數(shù)更多呈現(xiàn)正相關(guān)，從圖中可以看到高值聚集和低值聚集的單元個(gè)數(shù)仍然處于不斷變化的過程當(dāng)中，二四象限所占比重雖然不大，但數(shù)量呈增多趨勢(shì)，筆者認(rèn)為政府政策與市場(chǎng)所形成的塊狀經(jīng)濟(jì)等因素密不可分；2006～2011年高值聚集和低值聚集的單元個(gè)數(shù)趨穩(wěn)。因此，對(duì)于整個(gè)山東省縣域城市性的集聚分布效應(yīng)來看，大部分地區(qū)與周邊地區(qū)存在較強(qiáng)的空間相互影響及聯(lián)系。（圖1）

四、結(jié)論

本文利用歷年山東省市、縣統(tǒng)計(jì)年鑒，根據(jù)張小林的觀點(diǎn)，把山東省140個(gè)縣域看成是城市性和鄉(xiāng)村性的統(tǒng)一體即RI+UI=1進(jìn)行計(jì)算。運(yùn)用探索性空間數(shù)據(jù)分析（ESDA），通過全局自相關(guān)MoranI指數(shù)和局部自相關(guān)MoranI指數(shù)，來揭示2001～2011年以來縣域尺度城市性空間格局演變的特征。研究表明：

（一）從全局來看。山東省城市性總體空間格局上，城市性呈現(xiàn)較強(qiáng)的空間自相關(guān)性，即城市性指數(shù)較低或較高的縣域呈現(xiàn)集聚狀態(tài)，主要以濟(jì)南市、青島市等地域和魯西南表現(xiàn)明顯。同時(shí)，隨著山東經(jīng)濟(jì)的塊狀經(jīng)濟(jì)影響，城市性集聚態(tài)勢(shì)總體上不斷增強(qiáng)。

（二）從局部來看。山東省縣域城市性極少數(shù)縣域空間單元存在較強(qiáng)的空間負(fù)相關(guān)，以魯東南寧津縣、慶云縣表現(xiàn)最為明顯。此外，山東省城市性表現(xiàn)不均衡，魯西南地區(qū)落后于魯東地區(qū)，在考慮區(qū)位條件、自然環(huán)境等因素的基礎(chǔ)上，因地制宜，制定合理措施，加強(qiáng)與魯東的聯(lián)系，改變現(xiàn)有的狀況。

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