特大城市消費活力空間格局及驅動因素對比研究

徐 勇，石昌浩，竇世卿，鄭志威，郭振東，盤鈺春

(桂林理工大學 測繪地理信息學院，廣西 桂林 541006)

0 引言

城市消費活力是評價城市綜合實力的一項重要指標[1-4]。正確且合理地評價城市消費活力，不僅有助于準確評估城市經濟的發展階段，也對挖掘城市居民消費能力和市場潛力具有重要的現實意義。目前，國內外學者基于興趣點(Point of Interest，POI)數據針對城市消費活力空間分布規律及其影響因素進行了大量研究，并取得了豐碩的成果。唐璐等[5]基于POI數據、微信宜出行定位數據和美團點評數據，發現科教文化水平是南京城市活力發展的關鍵因素。張家旗等[6]基于POI數據證明了鄭州市餐飲業與其他服務業有較高的相關性，而住宿業與其他服務業之間的相關性較低。Yue等[7]發現胡志明市和上海市城市活力由城市中心向外圍逐漸下降，城市活力與路網模式和路網密度密切相關。張晶飛等[8]和丁志華等[9]發現居民綠色消費意愿受建成區環境和社區環境的影響，其中人口密度、路網密度和到公交站點距離對居民綠色消費意愿具有正向影響，而POI密度、土地利用混合度和商場可達性對居民綠色消費意愿具有負向影響。嚴朝霞等[10]發現道路節點密度和道路密度均與城市消費活力水平呈正相關。

地理探測器[11]可用來探究地理現象空間分布的影響因素及其交互作用。馬小賓等[12]基于地理探測器探究了我國9個國家中心城市共享住宿房源空間分布差異的驅動因素。蔡興冉等[13]基于地理探測器探究了自然、社會、經濟和人口等因素對中國天山冰川變化的影響及交互作用。張揚等[14]利用地理探測器揭示2007—2019年武漢市規劃單元尺度地面沉降的主導及非主導驅動因子之間的交互作用機制。Chen等[15]利用地理探測器揭示了2011—2018年黃河流域城市恢復力時空分布特征及其影響因素。Wang等[16]基于地理探測器探究了中國交通運輸業全要素CO2排放績效區域差異的影響因素。舒天衡等[17]利用地理探測器探究了山地城市成都的城市消費活力驅動因素。但目前結合核密度分析和地理探測器探究特大城市消費活力空間異質性及其驅動因素的研究相對較少。

武漢市和鄭州市作為中國中部的2個特大城市，在國家的中部崛起戰略布局和經濟發展中起著關鍵作用，具有舉足輕重的地位。因此，開展特大城市消費活力探測及驅動因素的對比研究，對探明城市消費活力現狀、未來規劃以及城市建設具有重要的現實意義。鑒于此，本文采用地理探測器結合新興的POI數據、人口密度以及夜間燈光遙感等數據，以武漢市和鄭州市為研究區，探究特大城市消費活力的空間異質性，對比分析了影響特大城市消費活力的主要驅動因素，其結果能夠為城市基礎設施布局和建設規劃提供決策參考。

1 研究區及數據來源

1.1 研究區介紹

選取武漢市和鄭州市為研究區，2市均為華中地區經濟發達城市。據第7次全國人口普查，2市的城市規模和發展程度均位列“特大城市”行列[18]，也是國家發展和改革委員會及住房和城鄉建設部重點建設的國家中心城市。武漢市為湖北省省會，地處長江中游，區域總面積為8 569 km2，人口總數為1 121.20萬，為全國重要的工業基地、科教基地和綜合交通樞紐，是長江經濟區的核心和全面創新改革的試驗區，同時也是中國四大科教中心城市之一，2020年城市GDP為15 616.1億元，排名全國第9。鄭州市為河南省省會，地處黃河下游，區域總面積為7 507 km2，人口總數為1 035.2萬，建有我國唯一的國家級航空港經濟綜合實驗區，文化底蘊深厚，為國家歷史文化名城，是全國重要的鐵路、航空、電力、郵政和電信中心樞紐城市，2020年城市GDP為12 003億元，排名全國第16。

1.2 數據來源及預處理

本研究的數據主要包括3大類：① 地圖類數據：研究區矢量數據來源于地理空間數據云(https:∥www.gscloud.cn)；道路矢量路網數據來源于Open Street Map(http:∥download.geofabrik.de)。② 柵格數據：主要包含2020年NPP夜間燈光數據和人口密度數據，分別來源于NOAA網站(https:∥ngdc.noaa.gov/eog/dmsp.html)和Worldpop網站(https:∥www.worldpop.org)。③ POI數據：POI數據來源于資源環境科學與數據中心(https:∥www.resdc.cn/Default.aspx)，時間為2020年12月。以上所有數據投影系統統一為WGS_1984_World_Mercator，POI數據根據數據內容進行分類，路網數據按照研究區選取合適的分析范圍，為所選取的2個研究區域建立網格，統一劃分為2 km×2 km的網格單元，以便將影響因子離散化。

通常情況下，服務型消費如餐飲服務、生活服務、購物服務、休閑娛樂服務和住宿服務等占大型城市居民生活的重要部分，以上服務基本分布在較為繁華的商業帶，因此服務設施的密度分布可以有效指征城市消費活力水平。本次選取體現城市消費活力的POI數據類型為：餐飲服務、購物服務、消費服務、住宿服務和休閑娛樂服務，選取的POI數據類型及內容數量如表1所示。

表1 武漢市和鄭州市各種POI數據的類型及其內容和數量

2 研究方法

2.1 核密度分析與權重確定

核密度分析法[17]是一種非參數檢驗方法，常用來分析地理要素在一定半徑區域的密度，以探究其在空間上的分布狀況。本文采用核密度分析，探究不同類型POI數據在空間鄰域上的密度分布狀況，以揭示城市消費活力的空間分異狀況。具體計算為：

(1)

式中，G(x)為位置x處的核密度估計值；h為搜索半徑；n為搜索范圍內所需采樣點的總數；(x-xi)為POI采樣點xi與估計點x之間的距離；K為相關距離的權重。基于核密度分析得到武漢市和鄭州市不同類型服務設施的密度空間分布圖，然后根據自然間斷法，將各類型密度分為6個等級，值越小，代表該服務設施消費活力值越大。

本文采用層次分析法[19]來判斷并確定不同類型POI數據對城市消費活力的權重值K，得到影響武漢市和鄭州市城市消費的不同服務設施的權重分級，如表2所示。然后，根據層次分析法加權得到城市綜合消費活力分布圖。

表2 層次分析法結果

CI是一致性指標，CR是一致性比率，RI是隨機一致性指標。CR<0.1才能通過一致性檢驗。由表2可知，武漢市最大特征根為5.318 2，一致性比率CR=CI/RI=0.079 6< 0.1，通過一致性檢驗；鄭州市最大特征根為5.013 3，CR=CI/RI=0.003 3< 0.1，通過一致性檢驗。

2.2 地理探測器

地理探測器[11]能夠分析不同類型、不同表現地理現象的空間分布特征，并且探測這些特征隱含的驅動因素。它不但能夠探測不同樣本之間的空間異質性，也能探測2個變量之間存在的交互作用。

本次地理探測器所用的基本模型為：

(2)

影響城市消費活力異質性的因素主要包括宏觀經濟條件、交通服務能力以及公共服務能力[17]。因此，本文選取7個因子，分成3個類別，作為探測影響城市消費活力異質性的驅動因子。第1類：宏觀經濟條件，主要包括人口密度和夜間燈光指數；第2類：交通服務能力，主要包括道路路網和交通服務設施；第3類：公共服務能力，主要包括醫療衛生服務、科教文化設施和公共設施。通過地理探測器，得到武漢市和鄭州市各驅動因子對消費活力異質性的驅動作用程度，結果如表3所示。

表3 基于地理探測器的驅動因子探測結果

3 結果分析

3.1 不同城市消費活力的空間異質性

3.1.1 武漢市城市消費活力空間異質性分析

武漢市的各類設施及其綜合城市消費活力高值區多聚集在城市的中心地區，即武昌區、漢陽區、江岸區、硚口區和江漢區中心及其交匯處，呈現“單核心”的空間分布格局。以上區域是武漢市經濟最為活躍的地帶，這一分布狀況與武漢市商業及旅游發展的現狀較為符合。同時，這5個中心區域的消費活力表現出由內向外逐漸遞減的特征。相較于5個中心城區，其他8個區的消費活力值較低，但在其空間分布上仍然表現出了一定的聚集現象，即表現出低值而又“多核心”的分布特征，并且這些“核心”都處在該區域中心城區附近。

3.1.2 鄭州市城市消費活力空間異質性分析

鄭州市的各類設施及其綜合城市消費活力高值區大多聚集在城市的中心城區，即金水區、中原區、二七區和管城回族區及其交匯中心，展現出“多核心”的空間分布格局，以上區域是鄭州市經濟最為活躍的地帶，這一分布狀況與鄭州市商業及交通發展的現狀也較為符合。同時，這4個中心區域的消費活力表現出由內而外向四周逐漸遞減但是又與其他城區的消費活力范圍相接的特征。相較于中心城區，其他8個區的消費活力值較為分散，但在其空間分布上表現出了明顯的聚集現象，也就是表現出“多核心”的分布特征，并且這些聚集區域的中心都與中心城區一樣具有較高的消費活力值。總體而言，鄭州市的城市消費活力呈現出明顯的空間異質性，其消費活力在中心城區高度聚集化，周邊環繞的區域也有同化的趨勢，將來也會發展出相同的空間分布形態。

3.2 城市消費活力異質性驅動因子探測與分析

3.2.1 武漢市驅動因子分析

武漢市城市消費活力各驅動因子離散分布如圖1所示。

(a)人口密度

通過表3及圖1分析可知，武漢市宏觀經濟條件的q值明顯高于交通服務能力和公共服務能力，其中，人口密度和夜間燈光的q值分別為0.946 4和0.938 6。人口密度在一定程度上直接反映了潛在消費者的數量，而夜間燈光的分布情況則反映了該區域整體消費的活躍程度。武漢市的人口密度與夜間燈光的驅動作用程度值差距不大，城市消費活力的高值區與夜間燈光指數和人口密度的高值區在空間分布上具有較好的一致性。

武漢市部分城區的經濟發展水平和城市消費活力之間的空間耦合程度較低，城市消費活力不與經濟發展水平成正向線性關系。由此可知，決定城市消費活力的主要因素除區域經濟發展的水平外，公共服務能力和交通服務能力也是影響城市消費活力的重要因素。由交通服務能力的探測結果可知，道路路網和交通服務設施的q值分別為0.568 3和0.845 8。由公共服務能力的探測結果可知，科教文化設施密度、醫療衛生服務設施密度和公共設施密度的q值分別為0.752 3，0.866 1和0.719 1。由以上分析可知，影響城市消費活力最主要的因素是交通服務設施和醫療衛生服務設施密度，且醫療衛生服務設施密度對城市消費活力的影響相較于交通服務設施更明顯。

3.2.2 鄭州市驅動因子分析

鄭州市城市消費活力各驅動因子離散分布如圖2所示。通過表3及圖2分析可知，夜間燈光、醫療衛生服務設施密度和科教文化設施密度對鄭州市城市消費活力的影響最強，其q值分別為0.942 5，0.905 7和0.849 6。由此可知，鄭州市城市消費活力不僅受經濟發展程度的影響，還受醫療服務設施和科教文化設施的影響。道路路網對鄭州市城市消費活力的影響最弱，q值僅為0.530 1，這一結論與武漢市類似，即道路路網對武漢市和鄭州市城市消費活力影響程度最低。鄭州市城市消費活力較高的區域主要分布在中心城區，但其聚集現象呈現明顯“多核心”特征，這是由于鄭州市交通路網發達，具有良好的可達性，這使得人口密度對城市消費活力的影響減弱。人口密度與夜間燈光空間耦合程度較低，相較于夜間燈光，人口密度的分布情況更為分散且均衡，這一現象進一步說明了鄭州市城市消費活力空間異質性的“多核心”特征。

(a)人口密度

3.2.3 驅動因子交互作用探測分析

對武漢市和鄭州市進行驅動因子交互作用探測，結果如表4和表5所示，武漢市和鄭州市不同驅動因子之間的交互作用都表現為雙因子增強或非線性增強。其中，武漢市人口密度∩夜間燈光的q值最高，為0.979 0，其次為夜間燈光∩醫療衛生和夜間燈光∩交通服務，分別為0.963 3和0.961 3；而鄭州市人口密度∩夜間燈光、人口密度∩醫療衛生和夜間燈光∩醫療衛生的q值分別為0.979 3，0.976 2和0.972 8。由以上分析可知，雙因子對城市消費活力的作用并非簡單相加，而是一種雙因子增強或非線性增強的關系。不同驅動因子對城市消費活力的影響力大小有差異，但均在城市發展的過程中相互作用，彼此之間相互促進，這大大地提升了城市經濟建設與城市化的速度。武漢市與鄭州市得天獨厚的地理環境與發達的交通條件使其在城市建設的資源獲取上得到優勢，如稀缺的人力資源及高新技術產業等。

表4 武漢市驅動因子交互作用探測結果

表5 鄭州市驅動因子交互作用探測結果

武漢市與鄭州市的城市消費活力均表現出明顯的空間異質性。武漢市消費活力在中心城區高度聚集化，表現出“單核心”的空間分布格局，但周邊區域發展參差不齊，這與武漢市長期以來的建設規劃和發展密切相關。武漢市餐飲服務、購物服務、住宿服務、生活服務和休閑服務主要集中分布在武漢市中心城區及其周邊，呈高度集中化，其他地區零星分布，而城市消費活力與這些因子息息相關，其空間分布與以上因子表現出空間同質性。而鄭州市消費活力呈現“多核心”的空間分布格局，這與鄭州市完善的基礎建設及人口分布有關，這種空間分布特征符合鄭州市中心城區和周圍城區發展的分布式結構，城市發展呈“多核心”模式，除住宿服務以外，其他服務均成“多核心”分布模式，也進一步彰顯了鄭州市各區相互影響的交互作用。

影響武漢市城市消費活力的主要因子為人口密度、夜間燈光和醫療衛生服務設施密度，而影響鄭州市城市消費活力的主要因子為夜間燈光、醫療衛生服務設施密度和科教文化設施密度。由以上分析可知，夜間燈光和科教文化設施密度是武漢市和鄭州市城市消費活力的主要驅動因子。武漢市人口分布較為集中，主要分布在中心城區及其周邊地區，且武漢市為重要的科教文化中心，科教文化產業發達，教育資源豐沛。因此，武漢市人口密度對城市消費活力影響較為明顯，科教文化設施密度對城市消費活力影響較小，而鄭州市人口分布較為均勻，成“多核心”的空間分布態勢，大大削減了人口密度對城市消費活力的影響。道路路網對武漢市和鄭州市城市消費活力的影響均最弱，其q值分別為0.568 3和0.530 1，這是由于武漢市和鄭州市不僅是特大城市，同時也是全國交通樞紐和集散中心，基礎設施發達，交通路網縱橫交錯，輻射范圍極廣，強大的交通運輸能力和吞吐能力能夠滿足人們的日常生活和生產需求，因此降低了其對城市消費活力的影響。

武漢市夜間燈光∩人口密度、夜間燈光∩醫療衛生和夜間燈光∩交通服務的交互作用最為顯著。夜間燈光能夠在一定程度上間接體現武漢市城市消費活力的強度，其與人口密度、醫療衛生和交通服務的交互作用對武漢市城市消費活力呈現線性或者非線性增強的作用。而鄭州市人口密度∩夜間燈光、人口密度∩醫療衛生，以及夜間燈光∩醫療衛生的交互作用對城市消費活力具有較強的影響，且其交互探測的影響程度強于武漢市。由以上分析可知，宏觀經濟條件、交通服務能力和經濟服務能力這3類驅動因子兩兩之間并不獨立，對城市的消費活力起到協同增強的效應。

4 結束語

本文基于武漢市和鄭州市POI數據集，人口密度、夜間燈光等多源數據，在分析武漢市與鄭州市城市消費活力空間分布格局的同時，定量探究了消費活力與相關驅動因子間的關系，主要結論如下：

① 武漢市的城市消費活力在空間上呈現中心城區“單核心”高度集中化，而鄭州市的城市消費活力在空間上呈現多個不同區域中心城區“多核心”集中化、邊緣區域城區均值核心化的特征。

② 宏觀經濟條件、交通服務能力和公共服務能力對武漢市和鄭州市城市消費活力空間異質性的驅動作用程度具有明顯的差異性。人口密度、夜間燈光和醫療衛生服務設施密度是影響武漢市城市消費活力最大的驅動因子，而夜間燈光、醫療衛生服務設施密度和科教文化設施密度是影響鄭州市城市消費活力最大的驅動因子。

③ 驅動因子交互作用探測表明，武漢市與鄭州市各因子之間的交互作用都表現為雙因子增強或非線性增強，宏觀經濟條件、交通服務能力和經濟服務能力這3類驅動因子兩兩之間并不獨立，對城市的消費活力起到協同增強的效應，其中人口密度∩夜間燈光的協同增強作用最為明顯。