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地理研究  2015, Vol. 34 Issue (8): 1447-1460    DOI: 10.11821/dlyj201508004
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城市群多层次空间结构分析算法及其应用——以京津冀城市群为例
牛方曲1,2(),刘卫东1,2,宋涛1,2,3(),胡志丁1,2,3
1. 中国科学院区域可持续发展分析与模拟重点实验室,北京 100101
2. 中国科学院地理科学与资源研究所,北京 100101
3. 中国西南地缘环境与边疆发展协同创新中心,昆明 650500
A multi-level spatial structure analysis algorithm for urban agglomeration study in China
Fangqu NIU1,2(),Weidong LIU1,2,Tao SONG1,2,3(),Zhiding HU1,2,3
1. Key Laboratory of Regional Sustainable Development Modeling, CAS, Beijing 100101, China
2. Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, CAS, Beijing 100101, China
3. Collaborative Innovation Center for Geopolitical Environment of Southwest China and Borderland Development, Kunming 650500, China
全文: PDF(14610 KB)   HTML
输出: BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 

日益受关注的城市群是国家参与全球竞争与国际分工的地域单元。在定义城市群的基础上,提出了城市群多层次空间结构分析算法。该方法在评价城市综合实力的基础上确定核心城市,依据核心城市的通勤圈确定研究区域;在计算城市间多模式交通可达性的基础上评价城市间相互作用强度;利用城市综合实力指数及相互作用强度进行城市群多层次空间结构分析,从复杂的城市群相互作用网络中分析确定其等级结构体系——多层次空间结构树。以京津冀城市群为例进行了实证分析,给出了城市群边界和空间结构。研究认为北京城区周边缺乏成熟的二级中心城市,而在天津地区,天津市城区具有较强综合实力,形成相应的辐射圈,与天津滨海新区形成双核结构。最后对模型的应用进行了讨论。研究表明:提出的模型架构为利用计算机的大数据快速处理能力进行城市群复杂网络分析提供了有益探索,将为城市群空间决策提供良好的支撑。

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牛方曲
刘卫东
宋涛
胡志丁
关键词 城市群空间结构可达性树结构    
Abstract

Urban agglomeration plays a key role for China in attending the global divisions of labor, international competitions, as well as the integration of regional economy. Various scholars have dedicated to the study of urban agglomeration. However there is no consensus on the definition of urban agglomeration, which leads to the controversy. Relations between each city-pair in an urban agglomeration may form a complex network which brings a great challenge for researchers to use traditional method to synthetically analyze the spatial structure, due to the exponential calculation time increased by a great number of nodes. Based on the summary of different definitions, a novel method is developed to analyze the multi-level spatial structure of an urban agglomeration. We first find the core cities by calculating the urban centrality of each city in an urban agglomeration using several selected indices. To be specific, the spatial scope of the urban agglomeration can be defined as the 2-hour commute range of each core city. Then interaction intensities between each pair of cities are calculated based on the traffic accessibility and cities' scale. We develop an algorithm to analyze the spatial structure based on the so-called Multi-level Spatial Structure Tree (MSS-Tree), which can be used to analyze the urban agglomeration structure in detail. Finally, we carry out the sample study of Beijing-Tianjin-Hebei urban agglomeration to testify the model. The experimental results show that due to the centrality of Beijing downtown area, cities or towns around Beijing have much more interactions with Beijing than among themselves. It could be concluded that mature sub-center cities or towns around Beijing are needed to take the responsibility of service provision. In comparison, Tianjin downtown area and Tianjin coastal district have double cores in Tianjin. Hengshui city far away from Beijing downtown area has the potential to become a secondary central city in the near future. The case study also demonstrates that the algorithm based on the MSS-Tree data is an effective method for the spatial analysis of an urban agglomeration, and can play an important role in subsequent decision makings of urban agglomeration development.

Key wordsurban agglomeration    spatial structure    accessibility    MSS-Tree
收稿日期: 2014-12-13      出版日期: 2015-08-20
基金资助:国家自然科学基金项目(41101119);国家科技支撑计划项目(2012BAJ15B02);中科院重点部署项目(KZZD-EW-06)
引用本文:   
牛方曲,刘卫东,宋涛,胡志丁. 城市群多层次空间结构分析算法及其应用——以京津冀城市群为例[J]. 地理研究, 2015, 34(8): 1447-1460.
Fangqu NIU,Weidong LIU,Tao SONG,Zhiding HU. A multi-level spatial structure analysis algorithm for urban agglomeration study in China. GEOGRAPHICAL RESEARCH, 2015, 34(8): 1447-1460.
链接本文:  
http://www.dlyj.ac.cn/CN/10.11821/dlyj201508004      或      http://www.dlyj.ac.cn/CN/Y2015/V34/I8/1447
Fig. 1  城市群体系结构树状图
Fig. 2  城市群分析算法信息流
Fig. 3  京津冀位置示意图
序号 指标 权重(w)
1 GDP总量(万元) 0.149
2 常住人口 0.049
3 第三产业GDP比重(%) 0.006
4 地方一般财政收入(万元) 0.217
5 固定资产投资(万元) 0.096
6 社会消费品零售总额(万元) 0.180
7 实际直接利用外资(万元) 0.303
Tab. 1  城市综合实力评价指标及其权重
城市名称 综合实力 城市名称 综合实力 城市名称 综合实力
北京市城区 91.41 承德市城区 1.70 卢龙县 0.84
天津市滨海新区 57.82 河间市 1.69 定兴县 0.82
天津市城区 20.52 滦县 1.68 大城县 0.82
顺义区 7.35 玉田县 1.66 兴隆县 0.81
西青区 6.44 滦南县 1.66 隆化县 0.81
东丽区 6.01 平谷区 1.64 南皮县 0.80
北辰区 5.91 黄骅市 1.49 曲阳县 0.79
武清区 5.33 衡水市城区 1.46 涿鹿县 0.78
津南区 4.95 沧县 1.45 涞水县 0.76
昌平区 4.81 香河县 1.32 蠡县 0.74
秦皇岛市城区 4.75 抚宁县 1.28 怀安县 0.74
大兴区 4.61 门头沟区 1.26 阳原县 0.73
通州区 4.51 泊头市 1.25 唐县 0.72
房山区 4.02 延庆县 1.20 吴桥县 0.71
迁安市 3.58 承德县 1.18 安新县 0.71
三河市 3.19 昌黎县 1.16 永清县 0.70
丰南区 3.13 古冶区 1.15 满城县 0.70
保定市城区 3.12 徐水县 1.15 雄县 0.69
宝坻区 3.11 献县 1.14 高阳县 0.69
唐山市城区 2.91 怀来县 1.13 枣强县 0.67
蓟县 2.78 文安县 1.08 涞源县 0.66
静海县 2.65 青县 1.06 万全县 0.65
宁河县 2.43 肃宁县 1.05 宣化县 0.64
遵化市 2.34 唐海县 1.02 大厂回族自治县 0.64
廊坊市城区 2.32 景县 1.00 孟村回族自治县 0.62
丰润区 2.31 张北县 0.97 顺平县 0.60
任丘市 2.30 东光县 0.96 武邑县 0.59
张家口市城区 2.26 深州市 0.92 赤城县 0.57
沧州市城区 1.99 清苑县 0.91 饶阳县 0.53
密云县 1.94 高碑店市 0.90 博野县 0.52
辛集市 1.94 安国市 0.89 容城县 0.52
迁西县 1.93 盐山县 0.88 望都县 0.51
怀柔区 1.93 丰宁满族自治县 0.87 海兴县 0.49
涿州市 1.80 固安县 0.86 武强县 0.43
霸州市 1.79 易县 0.85 下花园区 0.39
定州市 1.78 滦平县 0.85 鹰手营子矿区 0.29
乐亭县 1.73 蔚县 0.84
Tab. 2  京津冀城市综合实力评价结果(核心城市通勤圈部分)
Fig. 4  京津冀城市综合实力空间分布(核心城市通勤圈部分)
城市名称 区内可达性 城市名称 区内可达性 城市名称 区内可达性
饶阳县 0.45 天津市城区 0.51 古冶区 0.62
清苑县 0.46 北辰区 0.52 涞源县 0.62
望都县 0.46 黄骅市 0.52 怀来县 0.63
容城县 0.46 河间市 0.52 怀柔区 0.63
任丘市 0.46 景县 0.52 遵化市 0.64
肃宁县 0.46 唐县 0.52 门头沟区 0.64
保定市城区 0.46 大兴区 0.52 延庆县 0.65
深州市 0.47 枣强县 0.52 滦县 0.65
高阳县 0.47 廊坊市城区 0.53 唐海县 0.66
大城县 0.47 北京市城区 0.53 乐亭县 0.67
青县 0.47 吴桥县 0.53 滦南县 0.67
霸州市 0.47 东光县 0.53 下花园区 0.68
武强县 0.48 通州区 0.54 密云县 0.69
沧州市城区 0.48 辛集市 0.54 蔚县 0.69
雄县 0.48 泊头市 0.54 迁安市 0.70
徐水县 0.48 宁河县 0.54 迁西县 0.70
定兴县 0.48 南皮县 0.54 兴隆县 0.71
献县 0.49 孟村回族自治县 0.55 张家口市城区 0.71
文安县 0.49 三河市 0.55 阳原县 0.71
安新县 0.49 永清县 0.55 抚宁县 0.72
满城县 0.49 天津市滨海新区 0.56 涞水县 0.72
衡水市城区 0.49 海兴县 0.56 宣化县 0.72
蠡县 0.49 宝坻区 0.56 鹰手营子矿区 0.72
安国市 0.49 香河县 0.56 涿鹿县 0.75
沧县 0.49 东丽区 0.56 昌黎县 0.75
武邑县 0.49 顺义区 0.56 卢龙县 0.75
博野县 0.49 大厂回族自治县 0.57 承德市城区 0.75
涿州市 0.49 昌平区 0.57 秦皇岛市城区 0.76
定州市 0.49 房山区 0.58 滦平县 0.76
西青区 0.49 蓟县 0.58 万全县 0.79
顺平县 0.50 丰南区 0.59 张北县 0.80
静海县 0.50 玉田县 0.59 怀安县 0.81
武清区 0.50 盐山县 0.60 承德县 0.82
高碑店市 0.50 唐山市城区 0.60 赤城县 0.83
曲阳县 0.51 平谷区 0.60 丰宁满族自治县 0.88
津南区 0.51 丰润区 0.61 隆化县 1.00
固安县 0.51 易县 0.61
Tab. 3  城市交通可达性
Fig. 5  城市相互作用强度(前20)
Fig. 6  城市群多层次空间结构(蓝色虚线节点为北京市城区与天津市城区两者通勤圈重叠部分)
Fig. 7  京津冀城市群空间结构
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