基于手機信令數據的廣西區域多尺度網絡空間結構研究

洪 良，張文靜，班鵬飛，陽柳鳳，項振海

（1. 廣東國地規劃科技股份有限公司，廣州 510070；2. 昆明理工大學建筑與城市規劃學院，昆明 650500；3. 廣西壯族自治區自然資源廳，南寧 530000）

在全球化和信息化的推動下，城市間各要素流動加快導致城市間聯系加強，空間格局由傳統“場所空間”向“流動空間”轉變。Castells（1996）提出了“流動空間”理論，他認為城市在空間上不是固定的而是動態的，通過“流”的作用形成城市間聯系。網絡是“流動空間”的主要表現形式（李濤等，2017）；Taylor 等（2010a）提出了以城市網絡為核心的中心流理論，強調城市需要構成一個群體并形成聯系網絡，對傳統中心地理論進行了補充。在流動空間背景下，以Taylor（2004）為代表的GaWC 研究團隊和Hall（2006）為代表的POLYNET研究團隊展開了基于“關系數據”的城市網絡研究。Taylor（2004）用跨國公司總部—分支表征城市間的聯系，提出了城市關聯網絡模型；Hall等（2006）在GaWC的基礎上分析了8個歐洲巨型城市區，描繪了一種多中心巨型城市區域的新城市模式。

隨著信息技術的發展和對多種關系數據的不斷發掘，各種“流”的關系數據被應用到城市區域相關研究中。如以航空（Derudder et al.,2008）、鐵路（龍茂乾等，2015）班次為代表的交通流，以互聯網（汪明峰 等，2006）、電信通訊（姚凱 等，2016）為代表的信息流，以企業總部-分支機構內在關聯（Taylor，2010b；趙渺希 等，2010）為代表的經濟流，以知識合作網絡（Li et al.,2017）為代表的知識流等。但已有研究采用的“關系數據”具有局限性，其中，航空與鐵路班次無法反映實際載客量（鈕心毅等，2018）；企業數據受不同行業、規模和戰略的影響導致結論存在偏差（馬學廣等，2012）；由于網絡聯系的本質是經濟聯系，采用知識網絡等數據無法進行深入分析（李濤等，2017）。

隨著信息技術的進一步發展與“大數據”時代來臨，城市網絡分析的技術支撐和數據資源得到進一步發展。這一時期出現的多樣開源大數據彌補了前期廣泛使用的低分辨率數據的不足，區域研究的測度單元更加精細化。在中國城市區域網絡結構的實證研究中，學者主要采用微博簽到數據（Zhen et al.,2017）、手機信令數據（趙鵬軍等，2019）、百度慧眼數據（沈麗珍等，2021）和各種商業OD數據（高楹等，2018；高楓等，2019）等。其中，手機信令數據是手機用戶使用移動通信網時留下的時空軌跡，記錄用戶在城鎮之間的出行軌跡，能真實反映城市之間的人流聯系（鈕心毅等，2017）。手機信令數據具有樣本大、覆蓋廣、用戶持有率高的特點（王垚等，2018），在精度上明顯優于其他關系數據。近年來學者開展了基于手機信令數據的網絡空間研究，主要包括都市圈空間范圍識別（趙鵬軍等，2019）、網絡特征識別（王均瑤等，2020）、城市等級與腹地劃分（鈕心毅等，2018）、職住空間格局（鈕心毅等，2015）等。大多數學者從城市群、都市圈、省域等宏觀尺度切入，少部分學者針對微觀的縣域（李星月等，2016）和社區（Ratti et al.,2010）開展研究。但已有研究大多局限于單一尺度，多尺度的綜合研究較少，不同尺度間的關系研究則更加匱乏。而此類研究需將同一尺度水平聯系和不同尺度間垂直聯系相結合，才能更全面準確地反映網絡特征。此外，目前的實證研究多集中于全國尺度或東部市場化程度較高的發達地區，較少涉及中西部欠發達地區。

鑒于此，以廣西為研究對象，采用手機信令數據表征城市間的人流聯系以測度多尺度的網絡結構，通過網絡關聯強度、中心性揭示廣西的亞區、地級市、市區―市區、市區―縣（市）和縣（市）―縣（市）5 個尺度的網絡結構特征，以期為廣西制定國土開發和區域發展戰略提供理論支撐。

1 研究區域、數據和方法

1.1 研究區域

廣西位于華南地區，南臨北部灣，西南與越南接壤，東傍粵港澳大灣區，北接華中，背枕云貴高原，是全國唯一具有沿海、沿江、沿邊優勢的少數民族自治區?？偯娣e為23.76萬km2，下轄南寧、桂林、柳州等14 個地級市；截至2019 年末，常住人口為4 960萬人，生產總值21 237.14億元（廣西壯族自治區統計局，2020）。

行政管轄意義的城市空間范圍和城市實體地域范圍之間往往具有不對稱性。當前的城市（尤指地級市）并非僅包括單一的城市實體，而是由若干個城市實體和鄉村組合而成的混合區域（周一星，2013）。因此，本文的測度單元打破行政區劃的桎梏，將地級市拆分成市區和縣（市）級空間單元，以便更精細地測度廣西城市之間的空間聯系狀況。地級市市區主要按市轄區進行劃分，針對新撤縣設區的空間單元，由于其沒有實現完全城市化，仍保留原來的較大比例的鄉村，故仍將其歸類為縣（市），包括武鳴區（南寧）、柳江區（柳州）、臨桂區（桂林）、田陽區（百色）和宜州區（河池）共5個區（縣）。最終得到14 個市區、55 個縣、8 個縣級市與12個自治縣，共計89個空間單元（圖1）。

圖1 研究區域Fig.1 Urban districts and counties of Guangxi

1.2 數據來源

所用數據主要包括2個部分：一是手機信令數據，用以測度廣西壯族自治區內城市之間的關聯強度和方向。數據由中國聯通智慧足跡數據科技有限公司提供，記錄時間為2019-06-10—14，共計5 d，包括周一至周五5 個工作日，共得到5 582 165 條手機信令數據。清洗原始數據與篩選出無法定位的數據，識別出行鏈，得到出行的起止點；然后將起止點定位與劃分好的空間單元一一對應，剔除市區、縣（市）內部聯系數據5 207 292 條，最終得到374 873 條廣西范圍內的跨界流動OD 數據。數據主要包括日期、時間、出發地類型、目的地類型、信令數量和擴樣信令數量等屬性字段①擴樣是為了克服樣本有偏，達到全樣本效果的方法。擴樣數據是通訊公司通過自己的一套擴樣流程得到的擴樣數據，比原始數據更具科學性，也是基于手機信令數據研究中常用的數據。，采用擴樣信令數量進行測度。二是相關人口和經濟統計數據，主要來源于《廣西統計年鑒2020》（廣西壯族自治區統計局，2020）。

1.3 研究方法

已有研究在衡量網絡中城市中心性方面，常用度中心性、近性中心性、介數中心性、特征向量中心度等（Wall,2009）；在網絡關聯測度方面，常用絕對關聯度法和相對關聯度法（Taylor,2004）或者將二者相結合（李濤等，2016）。其中，度中心性和絕對關聯測度法相對簡單且量化結果較好，因此選取這2個指標表示城市在區域網絡結構中的網絡關聯強度和中心性。

1.3.1 網絡關聯強度 網絡關聯強度指兩城市間的聯系量總和，用來表征城市之間的關聯強度，值越大，說明城市之間的聯系越緊密。計算公式為（朱鵬程等，2019）：

式中：Vij或Vji表示城市i與城市j之間的關聯強度；Tij表示從城市i流入城市j的擴樣信令數量；Tji表示從城市j流入城市i的擴樣信令數量。

1.3.2 網絡中心性 網絡度中心性包括節點的出度和入度的總和，用來表征該城市在聯系網絡中的重要程度，值越大，說明該城市支配能力和控制能力越強。計算公式為（葉磊等，2015）：

式中：D(i)表示城市i的中心性；n表示與城市i有聯系的城市的數量。

2 廣西區域網絡空間結構分析

采用自然間斷點法將關聯強度和中心性從高到低進行分級，并對亞區、地級市、市區―市區、市區―縣（市）、縣（市）―縣（市）5個尺度城市之間聯系網絡的強度和方向進行分析，以揭示廣西區域網絡空間結構特征。

2.1 亞區間的關聯強度

基于已有研究將廣西分為4個亞區，包括桂南（南寧、北海、欽州、防城港）、桂北（桂林、柳州、來賓）、桂東（賀州、梧州、貴港、玉林）與桂西（崇左、百色、河池）（班鵬飛等，2016）。研究發現，從亞區的中心性看，經濟發達的桂南中心性最高，與其他亞區聯系緊密，是廣西的核心區；其次是桂西，雖地處山區，但桂西與桂南的聯系十分緊密，其中心性較高；桂北中心性較低，與各區的聯系不突出；桂東的中心性最低，僅與桂南聯系較緊密。從亞區內部城市的關聯強度看，桂北內部城市間的平均關聯強度高于其他3個亞區，約為11萬。這主要是因為作為工業中心的柳州和作為旅游中心的桂林具有強大吸引力，其中柳州市區—柳江關聯強度最高，約為91萬。桂東內部城市間平均關聯強度較高，約為7萬，其中玉林市區—北流關聯強度最高，約為18萬。桂南內部城市間平均關聯強度較低，約為5.6萬，其中北海市區—合浦關聯強度最高，約為16萬，其原因可能是本文選取的數據時間為周一至周五，主要反映的是工作日城市間的聯系。工作日期間桂南內部的地緣關系較弱，城際之間的聯系相對較少，因此桂南內部城市間的聯系不突出。由于地貌等因素制約，桂西內部城市間聯系最弱，平均關聯強度約為3 萬，不及桂北的31%。進一步分析4個亞區之間的相互聯系（圖2）發現，經濟發達的桂南與通往東盟的桂西間聯系最密切，關聯強度約為24萬；桂南與桂東、桂北的聯系相對較強，關聯強度均約為11萬。桂北與桂東、桂西間的聯系較弱，關聯強度均不足7萬；地處山區的桂西與桂東間的關聯強度最低，只有2 000多。

圖2 廣西4個亞區間的關聯強度Fig.2 The connection degree of the four sub-regions in Guangxi

2.2 地級市間的關聯強度

由于中國普遍實行市管縣制度，地級市代表的是省管轄下的地區概念；而且這個地區具有相對較為完整的地方發展自主權，能夠統籌整個地區的發展和規劃。因此，有必要單獨分析地級市間的中心性和關聯強度。從網絡中心性看（表1），作為自治區首府的南寧中心性最高且位于第一層級，是區域網絡的核心；來賓、河池和貴港，中心性較高，位于第二層級；玉林、欽州、柳州、崇左和百色位于第三層級。特別需要指出的是柳州作為廣西重要的工業城市，但其中心性的測度偏低，這可能與當前工業發展形勢不景氣密切相關。梧州、北海、桂林、防城港和賀州中心性較低，位于第四層級。桂林作為全國著名的旅游城市，但其中心性數值明顯偏低，這可能是因為數據樣本選取的是周一至五共5 d的工作時間段，只能反映城市內部的日常生活聯系，對節假日跨城市活動頻繁的旅游城市而言，具有較大局限。進一步分析地級市間的關聯強度發現（表2），一級聯系有2條。其中，首府南寧與相鄰的河池聯系最緊密，關聯強度約為13萬；其次是南寧與來賓，關聯強度約9.5萬。南寧—百色、來賓—柳州、崇左—南寧、南寧—貴港等10條聯系為二級聯系。三級聯系有防城港—崇左、百色—崇左、柳州—河池、北?！窳值?3條。四級聯系最多，共61條，但關聯強度均不足7 000。值得一提的是，由于手機信令數據與傳統的公路、鐵路數據不同，再加上本文所使用的數據為工作日數據，反映的是日常生活的聯系，故與其他研究（班鵬飛等，2016）相比，南寧、柳州和桂林3個核心城市間聯系不突出。從地級市間關聯強度格局看（圖3），地級市之間的聯系網絡以南寧為核心向外輻射，在空間上表現為多邊形的聯系格局。

圖3 廣西地級市間聯系網絡Fig.3 The network structure of inter-prefecture-level cities in Guangxi

表1 廣西地級市的中心性分級Table 1 The classification of centrality of prefecture-level cities in Guangxi

表2 廣西地級市間關聯強度分級Table 2 The classification of connection degree of inter-prefecture-level cities in Guangxi

2.3 市區－市區的關聯強度

為揭示作為各個地級市中心地域的“能量”大小以及關聯強度與方向，對市區和市區之間的聯系狀況進行分析。從網絡中心性看（表3），桂林市區和柳州市區分別憑借發達的旅游業和工業，位于中心性第一層級；玉林市區位于第二層級；南寧市區、崇左市區、賀州市區、貴港市區、梧州市區和北海市區中心性較高，位于第三層級；來賓市區、防城港市區、百色市區、欽州市區和河池市區中心性較低，位于第四層級。從市區之間的關聯強度和方向看（圖4、表4），防城港—欽州、貴港—來賓、欽州—南寧、來賓—柳州、崇左—南寧5條聯系較為突出，關聯強度＞6 000，為一級聯系；南寧—貴港、防城港—南寧、南寧—來賓、南寧—柳州4 條聯系為二級聯系；玉林—南寧、南寧—河池、玉林—柳州、玉林—貴港等11條聯系為三級聯系；其他60條聯系為四級聯系，關聯強度均＜1 000。

表4 廣西市區間關聯強度分級Table 4 The classification of connection degree of inter-urban districts in Guangxi

圖4 廣西市區―市區聯系網絡Fig.4 The network structure of inter-urban districts in Guangxi

表3 廣西市區的中心性分級Table 3 The classification of centrality of urban districts in Guangxi

由于歷史原因，廣西的城市職能相對均衡，由此導致中心城市的優勢相對不太明顯。作為首府，南寧集中了廣西大量優質公共服務設施和一些首府的核心功能；作為民國時代著名的工業城市，柳州的工業實力較強；桂林位于廣西的東北部，是世界著名的旅游城市，其發達的旅游業是拉動廣西經濟增長的重要引擎。這是廣西最重要的3個核心城市，因而有必要單獨分析其市區的網絡聯系格局（圖5）。從3個市區的聯系方向看：南寧西與通往東盟的崇左市區聯系緊密，南與欽州、防城港聯系緊密，北沿交通干線與來賓、柳州聯系緊密，東與毗鄰的貴港聯系緊密（圖5-a）；除南寧外，柳州主要與鄰近的來賓聯系密切（圖5-b）；桂林主要與核心城市南寧、柳州以及接壤的賀州聯系密切（圖5-c）。從3 個市區間的關聯強度看：在以柳州市區為核心的市區關聯網絡中，南寧市區處于較為重要的地位，占總關聯強度的18.48%；桂林市區處于次要地位，占總關聯強度的7.24%。在以桂林市區為核心的市區關聯網絡中，南寧市區和柳州市區均處于重要地位，分別占總關聯強度的29.25%和26.88%。在以南寧市區為核心的市區關聯網絡中，柳州市區和桂林市區均處于次要地位，分別占其總關聯強度的7.72%和3.29%。由此可見，3個重要市區間的聯系主要是以柳州市區對南寧市區單向聯系、桂林市區對南寧市區和柳州市區單向聯系為主。

圖5 南寧市區（a）、柳州市區（b）、桂林市區（c）與其他市區的聯系網絡Fig.5 The network structure between Nanning(a),Liuzhou(b),Guilin(c)and other urban districts in Guangxi

2.4 市區―縣（市）的關聯強度

市區與縣（市）之間的聯系往往代表著中心與腹地之間的聯系，分析兩者間聯系網絡的強度和方向可揭示各個區域（地級市尺度）中心的腹地或核心的影響范圍大小。圖6顯示：行政管轄對市―縣之間的聯系在廣西仍然具有非常重要的影響，市區與地級市下轄的縣（市）間的聯系普遍更強。一級聯系中的3條聯系，二級聯系中的7條聯系以及三級聯系中的18 條聯系均位于地級市范圍內，因此行政區劃仍是影響市區與縣（市）聯系格局的重要影響因素。市區―縣之間的關聯強度也符合一般的距離衰減規律。南寧市區聯系密切是相鄰的武鳴、賓陽、橫縣、扶綏等，柳州市區聯系密切的是相鄰的柳江、鹿寨、柳城，市區與縣（市）間距離越遠，關聯強度往往越低。此外，部分市區和與縣（市）之間的聯系超出的行政管轄的范圍，如南寧市區―平果（百色）、柳州市區―羅城仫佬族（河池）、百色市區―巴馬瑤族（河池）等聯系較為密切。

圖6 廣西市區―縣（市）聯系網絡Fig.6 The network structure between urban districts and counties in Guangxi

為了直觀地展示市（區）―縣（市）的聯系格局和現行地級市行政區劃之間的差異，按照空間連續性原則將各縣（市）劃為與其關聯強度最大的市區的腹地，并與行政轄區進行比較，最終可概括為3 種類型（圖7）：1）適界市區―縣（市）格局，指中心城區的腹地范圍和當前行政轄區范圍相差不大。桂林、玉林、北海、欽州、防城港、崇左、貴港、梧州、來賓、賀州10 個市區的腹地范圍與行政區一致；而百色市區的輻射范圍在行政區的基礎上不包括平果，增加了河池的巴馬瑤族。2）跨界市區－縣（市）格局，指中心城市的影響力明顯超越當前行政管轄的邊界范圍。首府南寧市區的輻射影響力大，其腹地范圍完全超出了行政區范圍；除了南寧市域內的縣（市），市區的腹地范圍還涵蓋了河池的都安瑤族和大化瑤族以及百色的平果。柳州市區的腹地范圍在行政區劃的基礎上增加了河池的羅城仫佬族自治縣。3）弱界市區－縣（市）格局，指中心城區的影響力明顯小于當前行政管轄范圍，形成“小馬拉大車”的格局。河池市區的輻射影響力弱，其腹地范圍有限，未覆蓋行政區范圍內的巴馬瑤族、羅城仫佬族、大化瑤族和都安瑤族。

圖7 廣西現行行政區劃與市區腹地范圍的對比Fig.7 Comparison between the current administrative division of Guangxi and the urban hinterland

2.5 縣（市）―縣（市）的關聯強度

縣（市）通常是區域網絡節點中最薄弱的一環，位于核心區外圍縣（市）之間的聯系狀況往往決定著區域網絡整體發展水平或質量?？h（市）具有分布廣泛、職能漸趨完善、發展潛力可觀以及聯系農村密切等優勢，并在區域城鎮化進程中擔任著重要角色（盛明，2002）。圖8顯示：縣（市）之間的關聯強度總體水平較低。關聯強度＞5 萬的聯系僅有2條，其中桂平―平南關聯強度最高，約為9萬；其次是靈山―浦北，而關聯強度＜2 000的聯系最多，共662條，占樣本總量的83.06%。關聯強度較高的區域主要分布于以下區域：1）北部灣城市群。在北部灣城市群內有2 條明顯的聯系軸，分別是南北向的上林―賓陽―橫縣―靈山―浦北―合浦關聯軸線與東西向的合浦―博白―陸川―容縣―岑溪關聯軸線；作為北部灣經濟區面向東南亞開放合作的邊境口岸城市，崇左市域內東興、憑祥、龍州、寧明、大新等縣（市）形成緊密的關聯網絡。2）西江經濟帶。西江經濟帶內存在桂平―平南―藤縣關聯軸。3）324國道沿線區域。依托便利的交通條件，324 國道沿線存在田陽―田東―平果―隆安關聯軸。4）桂林漓江風景區周邊。桂林漓江風景區周邊豐富的旅游資源使得永福、臨桂、靈川、陽朔、平樂等聯系較緊密。

圖8 廣西縣（市）―縣（市）的聯系網絡Fig.8 The network structure of inter-counties in Guangxi

3 結論與討論

3.1 結論

利用手機信令數據，借助網絡關聯度和度中心性探討廣西壯族自治區5個尺度的網絡結構特征，得到的主要結論有：

1）在水平聯系上，亞區中桂南中心性最高，其次是桂西和桂北，桂東中心性最低；4 個亞區間的關聯強度表現為桂南與桂西聯系最密切，桂南與桂東、桂北的聯系相對較強，桂北與桂東、桂西的聯系較弱，桂西與桂東間聯系最弱。地級市間南寧中心性最高，其次是來賓；關聯網絡以南寧為核心，有2條突出的聯系，分別為南寧—河池和南寧—來賓。市區間桂林市區的中心性最高，其次是柳州市區和玉林市區，河池市區中心性最低；有5條聯系較為突出，分別為防城港―欽州、貴港—來賓、欽州―南寧、來賓―柳州、崇左―南寧?？h（市）之間的關聯強度總體水平較低，關聯強度較高的聯系主要分布在北部灣城市群、西江經濟帶、324國道沿線以及桂林漓江風景區周邊。

2）在垂直聯系上，亞區內部城市間的聯系表現為桂北最強，桂東、桂南其次，桂西最弱。受行政管轄的影響，市區與縣（市）間聯系符合一般的距離衰減規律，部分市區和與縣（市）之間的聯系超出行政管轄的范圍；基于各市區的腹地與行政轄區的對比，發現南寧、柳州為跨界市區―縣（市）格局，河池為弱界市區―縣（市）格局，其余的為適界市區―縣（市）格局。

3.2 討論

《廣西壯族自治區國土空間規劃（2021―2035年）》（廣西自然資源廳，2021）中提出，要構建“一群三帶一片”的城鎮開發格局。以南寧為中心，柳州、桂林為副中心，構建南北通道城鎮帶、西江城鎮帶和邊海聯動城鎮帶來支撐網絡化城鎮格局；重點建設北部灣城市群，并以貴港、玉林、賀州、梧州為發展極核形成桂東東融發展片區。結合本文研究結果，首先，作為中心城市，南寧有明顯的網絡輻射作用，而副中心城市柳州和桂林的輻射帶動功能尚待加強；其次，南北通道城鎮帶與西江城鎮帶基本建立，而邊海聯動城鎮帶尚未成型；再次，北部灣城市群已初具規模，內部網絡聯系較密集，但防城港與北海、欽州網絡聯系較弱；最后，作為“東融”戰略的發展極核，梧州、賀州與中心城市的聯系較弱。因此，廣西未來應充分發揮柳州與桂林的優勢，完善城市功能，加快打造廣西副中心城市；激發縣域經濟活力，那坡、憑祥、東興、合浦等縣市融入區域網絡的發展將推動邊海聯動城鎮帶的成型；防城港應在交通、產業等方面積極融入北部灣城市群，推動北欽防一體化，輻射帶動崇左和玉林；落實“東融戰略”，發展極核不僅要擴大人口、經濟規模，還需加強與中心城市的聯系。

本文利用聯通公司手機信令數據中的全目的通勤OD數據和擴樣信令數據從亞區域間、地級市間、市區間、市區和縣（市）間以及縣（市）間5個尺度詳細探討了廣西區域的網絡空間結構，更加全面和具體地認識廣西在垂直和水平尺度的網絡關聯格局，補充了國內不同尺度間的城市關聯網絡及其相互關系的實證研究。然而本文亦存在明顯的不足：受限于數據的可獲取性，用連續5 d的工作日數據，樣本量不夠充分。此外，聯通公司的手機信令數據由于用戶偏少也有可能導致結果偏差，其內部的擴樣信令模型可靠性也沒有得到實際驗證。希望未來能出現更多易獲取的高分辨率數據，支撐并推動這一研究領域的不斷發展。