基于復合城市流的武漢城市圈交通經濟混合聯系強度研究

肖宇松， 趙 欣

(武漢理工大學 交通學院，湖北 武漢 430063)

0 引 言

人、貨物、資源、信息等通過各種方式在城市間來往的現象稱為城市流，具體包括交通流、人流、物流、經濟流等，在一段時間內人、貨物、資源、信息等從一個城市到另一個城市是城市流的基本要素。城市流有許多不同的分類，包括人口流、經濟流、交通流、信息流等。所有城市網絡的穩定發展都離不開城市流的健康流動，二者息息相關。城市流強度指的是網絡內城市之間流動、傳輸、輻射等相互作用的功能的相互影響強度，即為城市間的聯系的緊密程度，其聯系強度在可視化的過程中可用不同的顏色或者不同粗細的線條來表示。在城市流中，各種不同類型的城市流之間都有一定程度的關聯和影響，比如交通流是人口流、物流、經濟流的保障，信息流傳播媒介。

城市圈內每個城市都有不同的輻射與吸引的能力，這些是城市流不斷流動存在的原因。城市的輻射能力是城市之間相互聯系的一種方式，各種要素從輻射能力強的城市流動到周邊城市，帶動了經濟的發展，使得城市圈的整體地位實現提升。城市的吸引能力指的是吸引力更強的城市對周邊城市的吸引和產生的各種要素流動的現象。城市間的吸引程度變大后，各種要素都會開始流動，包括資金流、信息流、技術流等，而不僅只是一開始對人、物的吸引。在這個過程中，各種要素不斷地被吸引，會很快地提升城市的經濟水平，從而強化城市間的吸引能力，帶動了整個城市圈的發展。城市的吸引能力會提升城市的整體地位，使得城市的輻射能力更強，輻射能力的加強又會使得城市吸引能力更強，如此循環往復，二者息息相關。城市流健康與穩定的流動最關鍵的就是交通條件的支持，擁有便捷綜合交通運輸網絡和高的交通通達性是其基本條件，同時會使各種要素流聯系更加緊密。

李珂等[1-3]基于城市流的理論，對城市圈內城市進行等級劃分，在此基礎上構建了城市流強度模型，并實證分析了城市圈各城市的經濟聯系；魯晨[4]等分別對武漢城市圈多種城市流進行分析，并對不同的城市流進行評價，對武漢城市圈的功能布局與城市聯系提出了建議。

1 研究區域概述

武漢城市圈(Wuhan Metropolitan Area)，又稱武漢“1+8”城市圈，成立于2007年12月14日，是指以湖北省省會武漢為中心，覆蓋仙桃、天門、潛江(省直轄縣級市)與孝感、咸寧、黃岡、黃石、鄂州(地級市)等周邊8個大中型城市所組成的城市群，其中武漢為中心城市，黃石為副中心城市。武漢城市圈作為中國中部地區的中心城市群、長江經濟帶的核心城市圈之一，城市化水平不斷提高，城市圈交通發展迅速，城市圈優越的經濟地理位置已經得到了凸顯，鐵路、公路、航空、水運等交通基礎設施得到了全面的建設和發展，同時城市圈的產業分布廣泛，教育、科技、經濟、交通、人文、地理位置和經濟優勢十分突出。武漢城市圈的行政區劃如圖1所示。

圖1 武漢城市圈范圍

研究數據來源于2017年與2018年的中國城市年鑒、湖北省統計年鑒及武漢城市圈各城市的統計年鑒。

目前我國對城市聯系的研究起步較晚，同時存在以下幾個問題：① 使用的模型不夠多樣,僅使用比較常見的模型如引力模型、重力模型和強度模型等，而且只選其中某一個來研究對象，“綜合型”模型十分缺乏;② 研究的要素不夠豐富,僅研究比較常見的要素如經濟流、交通流等，而且只針對一種類型的要素進行研究，無法得到綜合全面的結果。

基于上述兩個問題，本文以城市圈交通流和經濟流為研究要素，構建城市交通流模型和經濟流模型，并構建出復合型的城市流聯系強度模型，定量分析武漢城市圈的交通、經濟聯系度，以此來研究武漢城市圈交通經濟混合聯系強度。

交通流指的是人、貨物在城市間采取各種交通方式以及交通工具進行來往流動的現象。交通流可以用來評價城市間相互作用強度、城市聯系緊密程度以及城市交通通達性等重要指標。通過鐵路、公路、航空、汽車站、火車站、機場、港口等交通基礎設施來實現其過程，這些交通基礎設施即為交通流的載體。經濟流指的城市之間發生的商業、業務、投資等活動，使得資金在這個過程中流動的現象。經濟流可以用來評價城市圈中各城市之間的經濟聯系強度，通過資金的規劃、商業投資、支付方式以及設置金融機構等來實現其過程，這些手段即為經濟流的載體。交通經濟混合聯系強度是結合了交通聯系強度與經濟聯系強度的復合型概念。對單一的交通聯系強度或經濟聯系強度進行分析，僅能得到單一的結論，為了更好地反映城市間的相互聯系強度，將二者結合進行建模可以更加綜合地反映城市間的聯系。

2 模型構建

2.1 交通流模型構建

城市間的交通聯系強度體現了城市間的相互吸引，城市間相互吸引越強，交通聯系強度也越強。作為衡量城市圈內城市間交通聯系強度大小的指標，交通聯系強度不僅可以衡量核心城市對周邊城市的吸引與帶動作用，還可以衡量周邊城市對其的接受能力。

以牛頓萬有引力定律F=GMmr2為基礎，建立城市圈的城市交通流模型,如式1所示[5]：

F1ij=PiGi·PjGjR2ij

(1)

式中：F1ij為城市i與城市j的交通流聯系強度；Pi、Pj為城市i與城市j的人口數,萬人；Gi、Gj為城市i與城市j的GDP,億元；Rij為城市i與城市j間的公路里程,km。

在實際進行分析時，由于兩城市之間的公路里程并不容易確定，且并不完全具有代表性，因此在此基礎上，將該公式優化修正，使用城市空間阻隔來代替，如式2所示：

F1ij=PiGi·PjGjC2ij

(2)

式中：Cij為i城市與j城市間的空間阻隔。

2.2 經濟流模型構建

城市經濟流強度指的是城市圈內各個城市間的經濟聯系吸引與向外輻射的能力，這種能力產生的影響量稱為經濟流強度，其計算如式3所示[6]：

F=EN

(3)

式中：F為經濟流強度；E為城市外向輻射量；N為城市功能效率，即各城市間單位輻射量所產生的實際影響。

通過計算i城市j部門的區位商Lij來得到城市i的向外輻射量，其計算如式4所示：

Lij=(Gij/Gi)(Gj/G)

(4)

式中：Lij為i城市j部門從業人員的區位商；Gij為i城市j部門從業人數；Gi為i城市從業總人數；Gj為全國j部門從業人數；G為全國總從業人數。

若Lij<1，則表示i城市j部門不存在外向輻射功能，即Eij=0;若Lij>1，則表示i城市j部門存在著外向輻射功能，分配給某一部門的城市總就業人口比例超過了上級區域的分配比例，即該部門是城市中相對于上級區域的專業部門，并且具有向城市周邊地區提供服務的能力。因此，i城市j部門的外向功能Eij為：

Eij=Gij-Gi(Gj/G)

(5)

i城市m個部門總的外向功能量Ei為：

Ei=∑mj=1Eij

(6)

另外，i城市的功能效益Ni用i城市從業人數的GDP表示：

Ni=GiGi

(7)

基于上述計算，為了更好地計算城市間經濟流，將模型進行優化修正，其計算如式8所示：

F2ij=FiFjC2ij

(8)

式中：F2ij為i城市與j城市經濟流聯系強度；Cij為i城市與j城市的空間阻隔。

2.3 交通經濟混合聯系強度模型構建

根據前兩小節的模型，分別計算出武漢城市圈交通流與經濟流聯系強度，見表1、表2。

表1 武漢城市圈交通流聯系強度

表2 武漢城市圈經濟流聯系強度

通過對武漢城市圈交通流聯系強度與經濟流聯系強度進行相關性確定，將各個城市對應的交通流聯系強度與經濟流聯系強度值輸入SPSS，進行線性回歸曲線擬合，并將兩者數據進行標準化處理，進行因子分析，得到相關性矩陣，得到結果指出兩者有顯著的線性相關性，如圖2、表3所示。

圖2 交通流、經濟流聯系強度曲線擬合

表3 交通流聯系強度與經濟流聯系強度矩陣

分析發現，武漢城市圈內各個城市間的交通聯系強度與經濟聯系強度呈線性相關，城市間交通聯系越緊密，經濟聯系強度也越高，二者吻合度較高，幾乎所有城市間的交通流聯系強度與經濟聯系強度保持一致，說明二者具有很強的正相關性。

這里在不考慮其他城市流類型的情況下，將綜合交通流聯系強度與經濟流聯系強度作為交通經濟混合聯系強度，通過SPSS因子分析計算二者的權重，總方差解釋見表4。

表4 總方差解釋表

計算得到兩個變量所占權重均為0.500，因此，交通經濟混合聯系強度計算如式所示：

Pij=F1ij+F2ij2

(9)

式中：Pij為交通經濟混合聯系強度。

3 結果分析

3.1 交通流聯系強度分析

由上述模型計算得到武漢城市圈各城市的交通聯系強度，如圖3所示。

圖3 武漢城市圈各城市交通流聯系強度

分析得到：

(1)武漢城市圈交通流聯系呈現一極化趨勢。武漢市作為武漢城市圈的交通樞紐，理所應當地，外圍8個城市想要進行發展，在武漢城市圈內部首先與武漢市進行交通流的交換是第一選擇，這導致8個外圍城市缺乏相互間的交通聯系。

(2)天門市、潛江市、仙桃市和咸寧市4個城市與其他城市的交通流聯系較低，雖然有很多公路和鐵路經過將這4個城市與其他城市連接起來，但仍然與其他城市(除武漢外)交通流聯系不夠強，總體來說，武漢城市圈西南地區與其他地區的交通流聯系相對較弱，西南地區的城市并未很好地融入武漢城市圈的交通體系。

3.2 經濟流聯系強度分析

由上述模型計算得到武漢城市圈各城市的經濟流聯系強度,如圖4所示。

圖4 武漢市城市圈各城市經濟流聯系強度

分析得到：

(1)目前武漢城市圈經濟流網絡結構基本形成，但是尚未達到完善的經濟網絡水平，主要原因是核心城市武漢市的經濟輻射能力不夠強，武漢市沒有起到很好的帶動作用，經濟輻射的效果還有待提高。除了與黃岡、黃石、鄂州以及孝感等4個城市經濟聯系密切很多外，武漢與其他城市的經濟聯系相對較弱，尤其是對仙桃、天門、潛江、咸寧4個城市的輻射作用明顯不足。

(2)武漢城市圈經濟流網絡結構雖已初步成形，但發展得并不均衡。其中，“武漢-鄂州-黃石-黃岡”的經濟聯系最為密切，為最主要的發展區域；“武漢-孝感”的經濟聯系相對弱一些，為次要的發展區域；而仙桃、潛江和天門等3個小城市則完全不能與其他城市相比，處在城市圈發展的最邊緣，對外輻射與吸引能力是最弱的。如此一來，整個武漢城市圈的發展呈現出“一邊倒”的趨勢。

交通經濟混合聯系強度分析

由上述模型計算得到武漢城市圈各城市的交通經濟混合聯系強度,如表5、圖5所示。

表5 武漢城市圈各城市的城市聯系強度

圖5 武漢城市圈各城市的城市聯系強度圖

分析得到：

武漢城市圈的交通經濟混合聯系強度與交通流聯系、經濟流聯系基本保持一致，交通經濟聯系最緊密的2個城市為武漢-孝感，其次為武漢-黃岡；交通經濟聯系最弱的2個城市為天門-鄂州，其次為潛江-鄂州，依然呈現東北部聯系緊密，不同的是，西南地區潛江、仙桃、天門、咸寧等4個城市與其他城市的交通經濟混合聯系強度更低了，說明在將交通、經濟聯系綜合起來之后，這4個城市“邊緣化”的現象更加明顯。總的來說，結論為：東部城市聯系較為緊密，西部地區聯系較弱，且武漢與其他8個城市相互之間的聯系緊密，其他8個城市相互之間聯系度不高。

4 結束語

所有城市網絡的穩定發展離不開城市流的健康流動，二者息息相關。本文對城市交通流、經濟流分別建立模型，并計算出武漢城市圈各城市間交通流與經濟流聯系強度，并通過Arcgis繪制出聯系強度圖；最后對二者進行相關性分析，得出具有顯著線性正相關的結論，并將交通流強度與經濟流強度合為城市聯系強度，分析發現武漢城市圈東部城市聯系較為緊密、西部地區聯系較弱，且武漢與其他8個城市間聯系緊密而其他8個城市相互之間的聯系度不高。