基于多源流數據的京津冀城市群網絡結構研究

張 貴 ，李海鵬 ，張東旭

（1.河北工業大學 經濟管理學院，天津 300401；2.河北工業大學 建筑與藝術設計學院，天津300401；3.河北工業大學 京津冀發展研究中心，天津 300401）

一、引言

隨著信息通訊技術快速發展和交通基礎設施完善，世界經濟體系逐步向流、節點和網絡轉變。城市群作為全球經濟體系的核心節點，城市群內部結構開始由孤立、等級化向聯系、網絡化過渡。基于地理鄰近的傳統區域空間開始向圍繞各種流構建起來的新型區域空間轉變，城市群網絡結構作為城市群的骨架，網絡結構研究對于城市群發展至關重要。其中，曼紐爾·卡斯特（Manuel Castells）[1]提出的流空間（space of flows）理論為城市群網絡結構研究開拓了全新思路，流空間已經成為描述信息化時代下經濟變革最為合適的空間形態。

當前，城市群已經成為我國經濟增長的重要支撐點與推動新型城鎮化的主要載體。京津冀協同發展作為我國區域發展的重大戰略之一，相關文件進一步指出，以北京和天津雙中心引領京津冀城市群發展，帶動環渤海地區協同發展。探討多源流在京津冀城市群網絡中的流動特征，對于以北京和天津雙中心引領京津冀城市群發展至關重要，并且基于多源流數據的京津冀城市群網絡結構研究，為全球化和信息化背景下的京津冀城市群發展，提供了全新理論框架與重要出發點。

國外流空間理論的實證研究主要集中在世界城市網絡方面。Derudder et al.[2]利用各國航空客運數據表征全球交通流，進而對世界城市交通流網絡展開定量分析；GaWC小組[3]以175家高端生產服務業（APS）企業總部-分支區位數據，表征世界城市經濟流網絡，對世界城市網絡運作和流動特點進行了系統分析。2010年以后，隨著國外世界城市網絡研究范式的引入和相關信息技術發展，國內對城市群網絡實證研究日漸豐富，主要集中在經濟流、交通流、信息流三個方面：關溪媛[4]通過借鑒GaWC小組的研究方法，基于企業總部-分支數據對長三角城市群經濟流網絡結構特征展開了定量化研究；趙映慧等[5]基于高鐵班次數據，對長三角、珠三角、京津冀三大城市群交通流網絡結構進行了實證研究；熊麗芳等[6]基于百度指數數據，分析了長三角城市群信息流網絡格局。目前京津冀城市群研究普遍基于經濟屬性數據，對京津冀城市群城市網絡結構進行分析研究，如趙金麗等[7]基于經濟引力模型測算了京津冀城市群經濟流網絡結構。

縱觀國內外學者的研究，流空間視角下城市群網絡結構研究多基于單一交通流或單一信息流，并且交通流多采用客運班次數據，僅能從側面反映城市群內實際的交通流動。從研究方法來看，現有研究多采用經濟引力模型或從某種單一要素流進行研究，應采用實體流與虛擬流雙重視角進行研究更為貼近京津冀城市群網絡實際情況。從研究數據來看，應采用動態流數據相較于統計年鑒等靜態屬性數據，更能體現京津冀城市群網絡結構特征。由此，本文基于京津冀城市群的騰訊位置大數據的遷徙熱度、百度指數的搜索指數，運用ArcGIS與Ucinet軟件，對交通信息流網絡結構展開定量分析研究，為京津冀城市群整體規劃和空間結構優化，提供一定的理論支撐。

二、基于多源流的城市群網絡結構演變機理分析

基礎設施空間、節點和樞紐、精英組織空間、電子交往空間是流空間的4個層面[8-9]。其中，基礎設施空間和電子交往空間的耦合演化形成了多源流的概念，是人流、物流、信息流、技術流等一系列與城市生產與生活相關的流，具有實體流和虛擬流兩種形態[10]。同時，流空間導致城市群網絡結構發生巨大變化，由單中心逐漸向多中心轉變[11]。本文分別以交通流和信息流作為實體流和虛擬流的主要載體，旨在探討多源流和城市群網絡結構演變間的相互作用機理。

（一）多源流對城市群網絡結構演變的影響

隨著高速交通技術發展，交通流對隱性知識流動促進效果明顯，帶動了城市群經濟的增長和創新的出現[12]。在交通流的作用下，核心城市通勤圈沿交通軸線逐漸擴大，實現城市群核心區域同城化；并以此為基礎，實現城市群協同創新，充分發揮核心城市輻射帶動作用。信息流的全覆蓋和便捷性提供了組織控制和協調遠距離網絡的手段，使得生產和管理環節在空間布局上呈分離趨勢，企業區位更具彈性[13]。信息流將分散的地點，連入快速移動和整合的經濟與社會體系之中[14]，有利于城市群內各城市之間在功能上互動，打破傳統“攤大餅”的蔓延態勢，呈現多中心發展格局。在多源流的影響下，城市群網絡結構演變呈現多中心、軸線化、功能聯系密切的特點。

（二）城市群網絡結構對多源流流動的影響

在單中心放射型結構中，核心城市與各節點城市相連形成網絡，節點城市之間基本不發生直接的聯系[15]。多源流表現為單向垂直流動，流動效率低[16]，導致城市群中城市間的知識創新要素無法正常流動。多中心軸線型是同單中心放射型相對的網絡結構，多向流動是多中心軸線型結構與單中心放射型結構的主要區別[17]。在多中心軸線型結構中，節點城市積極參與城市群發展，多源流在城市間能夠多向流動[16]，知識創新要素在城市群內合理分配，推動城市群健康發展。

綜上所述，在多源流作用下的城市群網絡結構演變機理可以概括為圖1所示。

圖1 城市群網絡結構演變機理分析框架

三、京津冀城市群的交通信息流網絡格局

本文采用遷徙熱度和搜索指數表征交通流強度和信息流強度，作為京津冀城市群網絡結構研究的基礎數據。具體數據采集過程如下：騰訊遷徙熱度數據采集網址是heat.qq.com/qianxi.php，收集2018年1月1日、15日、29日、31日，3月1日、15日、30日，6月 1日、15日、30日，9月 1日、15日、30日共計13個工作日遷徙熱度數據，得到13個關系矩陣，對13個關系矩陣相加求其均值，得到交通流聯系矩陣；百度指數數據采集網址是index.baidu.com，收集2018年1月1日—11月1日13個城市間的搜索指數平均值，得到信息流聯系矩陣。

根據京津冀城市群13個城市間騰訊位置大數據遷徙熱度和百度指數搜索指數數據，計算求得各城市的交通信息流流入量和交通信息流流出量。同時，將京津冀城市群的百度指數和遷徙熱度流出流入數據求和轉換為無向數據，從而使兩兩城市間在交通信息流矩陣中僅存在唯一數值；將得出的城市間交通信息流數據運用ArcGIS軟件可視化，采用自然斷裂點法將交通信息流聯系強度劃分為5級，進而對交通信息流網絡格局展開分析。

（一）京津冀城市群的交通流網絡格局

通過分析交通流網絡整體聯系格局，如圖2（a）所示，第一層級聯系為北京—廊坊、北京—天津、北京—保定，其中北京—廊坊的交通流聯系最為緊密，遷徙熱度為65.48，北京—天津和北京—保定的遷徙熱度分別為52.64、48.67；第二層級聯系為石家莊—保定、石家莊—邢臺、北京—石家莊、北京—張家口、天津—廊坊、北京—邯鄲、天津—唐山。

通過分析交通信息流首、次位聯系，如圖2（b）、圖2（c）所示，北京（6條交通流首位聯系、4條交通流次位聯系）、石家莊（3條交通流首位聯系、2條交通流次位聯系）、天津（2條交通流首位聯系、2條交通流次位聯系）、保定（1條交通流次位聯系）、唐山（1條交通流首位聯系、1條交通流次位聯系）、邯鄲（1條交通流次位聯系）交通流受到交通基礎設施的較強影響。城市群內城市傾向與交通基礎設施網中的重要節點城市建立交通流首、次位聯系。

圖2 京津冀城市群交通流網絡

通過分析交通流的流出量和流入量（見表1）可知，北京交通流流出量大于流入量24.74，交通流總量429.76，占整個城市群交通流總量的14.3%，說明北京是交通流網絡的主要輻射極。天津、石家莊的交通流流出量與交通流流入量大致相當，并且石家莊、天津的交通流出總量較大，說明石家莊、天津在承接上一級城市北京交通流輻射的同時，也在向下一級城市傳遞。與北京、天津、石家莊的情況不同，保定、廊坊、滄州、邯鄲、邢臺的交通流流入量要大于交通流流出量，表明這些城市主要承接上一級城市交通流流入，并未向下級城市輻射。

交通流網絡呈現以北京為交通流網絡核心、石家莊、天津為交通流網絡次級核心，廊坊、保定為交通流主要節點的倒“L”型格局，形成了京保石、京津兩條軸線，交通基礎設施對交通流網絡格局發揮了重要作用。

（二）京津冀城市群的信息流網絡格局

通過分析信息流網絡整體聯系格局，如圖3（a）所示，第一層級聯系為北京—天津，兩城市間信息流聯系量為2 388，高出第二位北京—石家莊的69.4%；第二層級為北京—石家莊、北京—秦皇島、北京—張家口、北京—保定、北京—廊坊、北京—邯鄲、北京—唐山。

表1 京津冀城市群各城市交通流強度（遷徒熱度）

通過分析信息流首、次聯系，如圖 3（b）、圖 3（c）所示，北京（12條信息流首位聯系）、天津（1條信息流首位聯系、4條信息流次位聯系）、石家莊（6條信息流次位聯系）、唐山（1條信息流次位聯系）。京津冀城市群信息流首位聯系城市皆為北京，信息流次位聯系主要發生在天津、石家莊與周邊城市之間。

圖3 京津冀城市群信息流網絡

通過分析信息流的流出量和流入量（見表2）可知，北京的信息流流出量遠遠大于信息流流入量，信息流總量為13 289，占整個城市群信息流總量的14.3%，說明北京在信息流網絡為控制型主導城市。天津、秦皇島恰恰相反，信息流流入量遠遠大于信息流流出量，信息流總量較大；并且北京與天津、秦皇島的信息流聯系較強，表明天津、秦皇島信息流從屬性強，接收上一層級城市北京的信息流較多，信息流流出量小于信息流流入量，依附于上一級城市北京。由于建國以來秦皇島一直作為國家領導人暑期休息辦公場所，具有承載中央暑期度假、國際高峰交流的濱海客廳功能[18]，其與北京信息流總量僅次于北京—天津和北京—石家莊。石家莊、保定信息流的流出量和流入量接近，并且信息流總量較大，說明石家莊、保定依附于上級城市，并與下級城市緊密聯系，未來可發展成為信息流網絡次級核心城市。

信息流網絡呈現以北京為核心的放射型格局，地理距離對于信息流網絡影響居于次要地位。北京作為自主創新重要源頭和原始創新主要策源地，以較高的知識創新能力對京津冀城市群整體起到高端輻射和引領作用[19]。盡管信息流網絡呈現單中心放射型，但是石家莊、保定作為信息流網絡的中轉城市，未來可發展為次級核心城市，信息流網絡呈現多中心化趨勢。

表2 京津冀城市群各城市信息流強度（搜索指數）

四、京津冀城市群的交通信息流網絡結構特征

（一）京津冀城市群的交通信息流網絡整體密度

城市群網絡密度是指城市群網絡中城市間實際連接數占網絡中最大連接數的比重。由于交通信息流網絡矩陣為多值矩陣，需要對其進行二值化處理，對交通信息流數據分別以遷徙熱度5、搜索指數110為斷點值進行處理，大于斷點值為1，小于斷點值為0，得到京津冀城市群交通信息流網絡二值矩陣。基于京津冀城市群交通信息流二值化數據，利用Ucinet軟件計算出交通流、信息流網絡的整體網絡密度。在城市群網絡中的各個節點蔓延到連綿成片的過程中，當網絡密度超過某個臨界值時，整個網絡將會達到一種完全連綿狀態，根據逾滲理論確定其臨界值，三角形、蜂房、連續區、正方形的逾滲閾值分別是 0.5、0.698、0.5、0.593[20]。因為京津冀城市群由北京、天津、河北三方組成，所以將其網絡結構簡化為三角形點陣。同時，利用Ucinet軟件計算得出，交通流網絡密度為0.801，信息流網絡密度為0.897，網絡密度中超過三角形點陣的逾滲閾值0.5，表明交通信息流網絡呈現強連接狀態。信息流的全覆蓋和便捷性，將分散的城市融合為一體化信息流網絡，使得信息流網絡整體密度高于交通流網絡。

（二）京津冀城市群網絡節點聯系層級分析

本文采用相對度數中心度作為研究指標，相對度數中心度指某節點的實際連線數與連線總數之比，本文根據城市間相對度數中心度值計算結果（見表3），將13個城市劃分為三種類型：全域聯系型、較多聯系型、一般聯系型（見表4）。

Cj=1為全域聯系型，即該城市在交通信息流網絡中與其他所有的城市都建立有效聯系。0.8≤Cj＜1為較多聯系型，即該城市與京津冀城市群交通信息流網絡中的其他大部分城市都建立有效聯系。Cj＜0.8為一般聯系型，即該城市與京津冀城市群交通信息流網絡中的部分城市建立有效聯系。

表3 京津冀城市群交通信息流相對度數中心度

表4 基于交通信息流相對度數中心度的京津冀城市群城市聯系類型

在交通信息流網絡中，北京、石家莊、天津都能與區域內其他城市建立有效聯系，為全域聯系型。信息流與交通流網絡中較多聯系型城市相差較多，其中，信息流網絡中為保定、秦皇島、唐山、邢臺、滄州、邯鄲、廊坊，交通流網絡中為保定、唐山、滄州、廊坊，信息流網絡中的較多聯系型城市多于交通流網絡。信息流網絡中的一般聯系型為張家口、衡水、承德，交通流網絡中的一般聯系型為邢臺、邯鄲、秦皇島、衡水、張家口、承德。張家口、衡水、承德在交通信息流網絡皆為一般聯系型城市。

信息流依托自身便捷性，有效覆蓋京津冀城市群主要地區，一般聯系型城市只占城市群的一小部分。本文以京津冀城市群公路、鐵路網為基礎，采用柵格成本距離分析法得到京津冀城市群交通可達性（見圖4）。交通流網絡呈現明顯核心-邊緣結構，北京、天津、廊坊已經形成京津冀城市群交通流網絡的核心區域，交通流網絡中的一般聯系型城市為城市群外圍節點城市。

（三）京津冀城市群網絡凝聚子群分析

將京津冀城市群的交通信息流聯系矩陣輸入Ucinet軟件，借助Ucinet軟件中的CONCOR方法對交通信息流網絡進行凝聚子群分析。

分析結果（見圖5和圖6）顯示，京津冀城市群交通信息流網絡可分為4個子群，其中，交通流網絡中子群1包括北京、滄州、張家口、廊坊、保定，子群2包括秦皇島、天津、唐山、承德，子群3包括石家莊、衡水，子群4包括邢臺、邯鄲；信息流網絡中子群1包括北京、天津、張家口、廊坊，子群2包括唐山、秦皇島、承德，子群3包括保定、滄州、石家莊、邯鄲，子群4包括邢臺、衡水。

圖4 京津冀城市群交通可達性

將凝聚子群密度矩陣與交通信息流整體網絡密度進行比較，密度大于或近似等于整體密度1表示緊密聯系，0表示疏遠聯系，得出京津冀城市群交通信息流網絡像矩陣（見表5和表6）。可以發現，交通流網絡中的子群1與子群2、子群1與子群3、子群3與子群4雙向互動明顯；信息流網絡中子群1與子群3雙向互動明顯，子群2受到子群1單向控制，子群2為子群1的從屬子群，子群4與其他三個子群疏遠聯系。交通信息流網絡中的子群1與子群2和子群3聯系緊密。北京為核心的子群1與天津、唐山為核心的子群2和石家莊為核心的子群3保持緊密聯系，呈現以北京帶動城市群全域、次級核心城市帶動周邊城市的嵌套式發展趨勢。

圖5 京津冀城市群交通流網絡凝聚子群

圖6 京津冀城市群信息流網絡凝聚子群

表5 京津冀城市群交通流網絡像矩陣

表6 京津冀城市群信息流網絡像矩陣

五、結論與對策建議

（一）結論

本文以多源流數據為基礎，從聯系強度、首次位聯系、整體密度、相對度數中心度、凝聚子群對京津冀城市群網絡結構進行解析，具體結論如下：

1.京津冀城市群交通流網絡呈現倒“L”型格局，形成了京保石、京津兩條軸線，交通流受到交通基礎設施的較強影響；信息流網絡呈現以北京為核心的放射型格局，知識創新能力成為影響信息流網絡格局的重要因素。

2.通過Ucinet軟件分別計算交通信息流網絡密度，交通流網絡密度為0.801，信息流網絡密度為0.897，交通信息流網絡皆呈現強連接狀態。信息流的全覆蓋與便捷性使得信息流網絡整體密度高于交通流網絡。

3.信息流網絡有效覆蓋城市群大部分城市，一般聯系型城市只占城市群的一小部分；北京、天津、廊坊形成了交通流網絡中的核心區域，交通流網絡中的一般聯系型城市主要為城市群外圍節點城市，呈現明顯的核心-邊緣結構。

4.交通流網絡劃分為4個子群，信息流網絡也劃分為4個子群，子群成員大致相同；通過交通信息流網絡像矩陣，可知核心子群之間聯系緊密，呈現出北京帶動全域、次級核心城市帶動周邊城市的嵌套式發展趨勢。

（二）對策建議

1.發揮交通流與信息流各自的優勢，虛實結合，共同推進城市群健康發展。一方面，要充分利用交通流推動城市群內部人才高頻率、大規模流動，實現城市群知識要素流動和文化融合，提升城市群整體創新能力和建立城市群共同的文化認同感；另一方面，積極利用信息流的全覆蓋與便捷性，實現城市群創新鏈、產業鏈深度融合，有效疏解北京非首都功能。

2.推進互通共享的交通信息基礎設施建設是破解核心-邊緣城市群結構困境的關鍵。一方面，應注重高新技術創新基地、科研中心、大學城的培育，加快信息樞紐和骨干網建設，建設覆蓋區域、輻射周邊的信息基礎設施；另一方面，要完善城市群綜合交通網絡，以北京為核心，天津、石家莊、保定為次核心，建設以城際鐵路、高速鐵路、高速公路為主干的多層級綜合交通網絡。

3.發揮北京作為核心城市的區域引領作用，推動北京帶動全域、次級核心城市帶動周邊城市的嵌套式發展。一方面，要根據次級核心城市自身優勢優化職能分工，強化北京與次級核心城市間的功能耦合，通過創新合作機制等手段促進城市群網絡結構優化；另一方面，周邊城市應精準定位自身城市功能與發展方向，主動利用自身優勢構建與次級核心城市的聯系紐帶，實現與核心子群的緊密依附。

4.塑造多中心信息流空間格局的關鍵一步是創新型城市建設。一方面，城市群全域充分利用好北京豐富的創新資源，發揮比較優勢，借助信息技術提升自身傳統產業升級；另一方面，通過制訂人才引進政策和推動高等教育建設，吸引和培育高質量創新人才，提升自身原生創新能力。在城市層面，選擇歷史文化底蘊深厚的場所營造城市創新空間，豐富創意交流、創新孵化等功能。