基于改進引力模型的武漢城市圈經濟聯系分析

肖琨，葉琳，李黎，張歡，劉琳

(武漢市測繪研究院，湖北 武漢 430022)

1 引 言

武漢在經歷了由沿江向主城、都市發展區逐步拓展后，發展區域同城化、一體化成為迫切需要。《武漢市城市總體規劃(2017-2035年)》提出，要加快武漢大都市區規劃建設，推進武漢城市圈空間協調發展。武漢城市圈一體化研究在空間結構、交通可達性和人口流動方面較多，但在經濟聯系方面量化分析較少。

當前，經濟聯系多選取改進的引力模型，如錢春蕾等通過引入相對引力常量、改進城市引力模型，并以武漢城市圈為例，探討城市經濟聯系空間結構及引力格局劃分方法[1]；周逸歡通過改進引力模型和社會網絡分析法分析了中部五省范圍區縣間的經濟網絡結構特征[2]；曾揚基于引力模型測度了貴州省城市間經濟聯系網絡[3]；高興亮等基于引力模型測度了山東省城市經濟聯系格局演變[4]；孟德友等借助引力模型對蘇南、蘇中和蘇北三大地區內以及三大地區間的經濟聯系強度的地域分異特征進行分析，并嘗試確定各地區的主要經濟聯系方向[5]。現有研究主要以地級市為單元，面向大區域范圍，針對小區域或區縣單元較少，引力模型的改進主要考慮了距離因素。

本文以區縣為單元，考慮經濟貢獻度和實時路徑規劃距離對引力模型進行改進，識別武漢城市圈內部經濟聯系的空間分布及差異特征，并與規劃進行驗證，為區域戰略制定和規劃實施提供重要依據。

2 研究方法與模型構建

2.1 數據來源

武漢城市圈，包括武漢、鄂州、孝感、黃石、黃岡、仙桃、天門、潛江和咸寧共9個城市，面積約5.8萬平方千米。本文選取城市圈內49個區縣為單元，其中武漢市內按實際行政管理考慮武漢經濟開發區(漢南區)和武漢東湖新技術開發區。

GDP、常住人口數據來源于2020年《湖北統計年鑒》《武漢統計年鑒》和《武漢經濟開發區(漢南區)統計年鑒》，武漢東湖新技術開發區GDP來源于網絡報道，單位分別為億元和萬人。區縣間的距離來源于高德地圖公路路線規劃數據，即利用Python爬取2019年10月底夜間22：00-次日6：00車流稀少排除擁堵干擾的情況下區政府所在地之間的車行距離，單位為千米。

2.2 改進的引力模型

(1)經濟聯系強度

在區域聯系的定量研究中，通常使用引力模型來分析城市間的相互吸引力。引力大小與區域經濟體的社會經濟規模成正比，與區域經濟體之間的距離的平方成反比。研究對傳統引力模型進行兩個方面的修正：一是采用實時路況下最短交通距離修正D。二是采用某個節點GDP占互相聯系節點間GDP總量的比重來體現節點對經濟聯系的不同貢獻程度，進而修正經驗常數K[3、6、7]。

傳統的模型如下：

(1)

修正的引力模型如下：

(2)

式中，Rij表示節點i和節點j之間的引力值，即經濟聯系強度；Pi和Pj表示節點i和節點j的常住人口；Gi和Gj表示兩個節點的GDP，Dij表示兩個節點間的距離。Kij為經驗常數。

(2)經濟聯系總量

在經濟聯系強度基礎上，測算每個節點與其他所有節點的經濟聯系強度之和，即為該節點的經濟聯系總量[5]。公式如下：

(3)

式中，Ri表示節點i的經濟聯系總量，Rij表示節點i和節點j之間的經濟聯系強度。

3 武漢城市圈經濟聯系分析

3.1 經濟聯系強度分析

根據改進的引力模型，計算得到武漢城市圈區縣間經濟聯系強度，在ArcGIS中展現，并采用自然間斷點分級法進行可視化，得到經濟聯系強度分布，進而分析經濟聯系強度的分布差異。

整體來看，區縣間經濟聯系單中心集聚特征明顯，呈現以武漢市為中心，圈層遞減分布特征。可分為4個層級，如表1、圖1所示。

武漢城市圈區縣間經濟聯系強度分級統計 表1

圖1 武漢城市圈區縣間經濟聯系強度分布圖

第一層級(圖1b)，在武漢市7個中心城區間以及東西湖-硚口存在強聯系，經濟聯系強度占比近6成。

第二層級(圖1c)，在武漢、黃石和孝感市內，鄂州鄂城和黃岡黃州之間存在較強的經濟聯系，占比約 1/4。在武漢市內，東西湖、東湖高新與其他各區經濟聯系較為突出。

第三層級(圖1d)，武漢市與其周邊的孝感、鄂州、黃岡和黃石的經濟聯系主要集中在這一層級，沿“鄂孝黃黃”軸線態勢明顯。武漢與咸寧、天門和潛江尚未出現聯系，仙桃、天門和潛江出現獨立的三角聯系。在武漢市內，武漢東西湖區與孝感的漢川、孝南，東湖高新區與鄂州的華容、鄂城聯系緊密。這一層級占比6.6%。

第四層級(圖1e)，城市圈外圍區縣與武漢市及周邊出現較弱聯系，占比4.4%。但仍存在英山、大悟和通城3個孤點。

第五層級(圖1f)，城市圈形成網狀格局，但聯系微弱，占比僅為4.3%。

3.2 經濟聯系總量分析

根據區縣間經濟聯系強度，計算各區縣的經濟聯系總量，其分布及統計圖如圖2所示。

從城市看(圖2a)，武漢城市圈的經濟聯系中心集聚效應明顯，武漢市占絕對優勢，達城市圈經濟聯系總量的92.6%。其次為黃石和孝感，占比僅在2%左右，咸寧、天門、仙桃和潛江合計占比不足2%。

從區縣看(圖2b)，區縣經濟聯系總量呈明顯的“長尾”結構。由江漢、江岸和武昌區3個區組成的“頭部”，占比均超過15%，總占比53.2%。“中部”由除蔡甸和新洲之外的武漢市其他9區組成，總占比38.0%；東西湖區和東湖高新區，聯系強度分別為5.1%和3.8%，僅次于硚口、洪山和漢陽，高于青山區(化工區)。剩余37個區縣組成的“尾部”，占比僅為8.8%；占比排名前8位依次為大冶、蔡甸、鄂城、新洲、漢川、仙桃、孝南和黃石港區，占比在0.4%～0.9%之間。

從分布看(圖2c)，經濟聯系軸向分布明顯，東西向強、南北弱，尤其是東南-西南向最強，沿“鄂孝黃黃”軸線發展勢頭顯著。

圖2 武漢城市圈經濟聯系總量分布圖

3.3 與規劃驗證分析

武漢大都市區由《2035總規》提出，以武漢1小時交通通勤距離為基礎(60 km～ 80 km半徑)，包括武漢、鄂州全域，黃岡黃州區、團風縣，黃石市轄區、大冶市，孝感孝南區、漢川市，咸寧咸安區、嘉魚縣，以及仙桃市、洪湖市的部分地區，總面積約2.1萬平方千米。

將分析結果與武漢大都市區范圍線疊加如圖3所示，以武漢為中心的“核心-近域-外圍”3個層次的空間格局已初步形成，但近域發展不平衡。核心區為武漢7個中心城區，但受惠于臨空經濟和科技創新，東西湖區(臨空港開發區)、東湖高新區勢頭強勁，快速向核心區聚攏。近域在孝感的孝南、漢川，鄂州的鄂城、華容，黃石的大冶、黃石港，以及仙桃市聯系緊密，與咸寧的咸安聯系不夠緊密，與黃岡的團風、咸寧的嘉魚聯系相對較弱。

圖3 武漢城市圈經濟聯系驗證分析

4 結 語

研究有以下幾個特點：以區縣作為研究尺度，分析單元在空間分布上更加均勻。考慮不同節點的經濟貢獻度，采用實時路況下最短交通距離，改進了傳統引力模型，結果更真實。通過分層可視化和層級分析，細化了城市群內部經濟差異特征，并疊加武漢大都市區規劃范圍進行驗證分析，結論可靠。

研究結果表明：武漢城市圈經濟聯系單中心集聚明顯，“核心-近域-外圍”3個層次的武漢大都市區格局已顯雛形。武漢沿“鄂孝黃黃”軸線聯系顯著，與咸寧、天門和潛江聯系較弱；東湖高新區、東西湖區與周邊區縣經濟聯系強勁。武漢外，鄂州和黃石間存在較強的經濟聯系，仙桃、天門和潛江存在獨立的三角聯系。

研究僅采用常住人口和GDP表征社會經濟規模，存在一定的局限性，后續可通過構建綜合經濟發展評價指標體系進一步修正模型；通過收集多年份經濟數據，分析聯系強度的縱向變化，從而動態監測武漢城市圈經濟聯系的發展變化，為區域一體化發展的宏觀決策和規劃制定提供有力支撐。