郭建科，韓增林，耿雅冬

(遼寧師范大學(xué)教育部人文社科重點(diǎn)研究基地海洋經(jīng)濟(jì)與可持續(xù)發(fā)展研究中心，遼寧大連116029)

0 引言

作為一個(gè)開放系統(tǒng)，城市發(fā)展的主要?jiǎng)恿κ菫槠湟酝獾膮^(qū)域提供產(chǎn)品和服務(wù)［1］。城市聯(lián)系是勞動(dòng)地域分工的產(chǎn)物，是城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的內(nèi)在要求和必要條件，它以發(fā)達(dá)的交通網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)代化的通訊設(shè)施等條件為支撐，以人口、資源等生產(chǎn)要素的流動(dòng)和產(chǎn)業(yè)聯(lián)系為主要內(nèi)容。區(qū)域中城市間擁有較高的聯(lián)系強(qiáng)度是區(qū)域發(fā)展演化的原動(dòng)力，同時(shí)也是區(qū)域形成城市密集區(qū)或者城市群的前提條件。區(qū)域空間經(jīng)濟(jì)聯(lián)系是區(qū)域研究的重要內(nèi)容。Walter Isard在1951年首開運(yùn)用投入產(chǎn)出技術(shù)分析區(qū)域經(jīng)濟(jì)空間聯(lián)系的先河［1］，但該方法對(duì)區(qū)域間聯(lián)系程度反應(yīng)敏感，當(dāng)不同地區(qū)的經(jīng)濟(jì)聯(lián)系很弱或根本沒有什么聯(lián)系，該方法完全可以忽略。E.L.Ullman于1957年提出空間相互作用理論，其衡量模型主要有引力模型和潛力模型，由于引力模型數(shù)據(jù)易于獲取而得到廣泛應(yīng)用，但該模型只考慮少數(shù)因子，因此，對(duì)區(qū)域聯(lián)系的測(cè)度較為粗糙。此外，可達(dá)性等模型也可從某一方面對(duì)區(qū)域空間聯(lián)系狀況做測(cè)度［2］，在國(guó)內(nèi)，周一星等運(yùn)用“主要經(jīng)濟(jì)聯(lián)系方法”理論和“引力模型”研究城市空間經(jīng)濟(jì)問題［3］;顧朝林等利用重力和引力矩陣構(gòu)建了中國(guó)城市體系空間聯(lián)系計(jì)算模型，并劃分了層域，刻畫了空間聯(lián)系的結(jié)節(jié)區(qū)結(jié)構(gòu)［4］;朱英明、鄧春玉、姜博、宋飏等運(yùn)用城市流模型分別對(duì)長(zhǎng)三角、珠三角、環(huán)渤海及東北地區(qū)的城市空間聯(lián)系進(jìn)行了實(shí)證分析［5－8］;王海江等研究了中心城市對(duì)外服務(wù)功能［9－10］;蒲欣冬等利用可達(dá)性和隸屬度分析法對(duì)甘肅中心城市空間聯(lián)系水平進(jìn)行了測(cè)度［11］。從上述研究可知，城市空間聯(lián)系研究的主要視角仍以城市群為主，且不同尺度的空間聯(lián)系研究主要關(guān)注空間結(jié)構(gòu)問題，對(duì)于區(qū)域空間聯(lián)系的差異問題分析論述較少。本研究綜合運(yùn)用城市流和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，在對(duì)我國(guó)城市空間聯(lián)系現(xiàn)狀進(jìn)行空間分析的基礎(chǔ)上，著重揭示區(qū)域差異性，并對(duì)不同省區(qū)的城市空間聯(lián)系水平進(jìn)行分類，從而綜合反映我國(guó)不同區(qū)域城市空間聯(lián)系的區(qū)別與聯(lián)系。

1 城市流模型與數(shù)據(jù)處理

城市流就是指城市間人流、物流、信息流、資金流、技術(shù)流等空間流在城市群內(nèi)所發(fā)生的頻繁、雙向或多向的流動(dòng)現(xiàn)象，是城市間相互作用的一種基本形式。各種城市流在城市的集聚與輻射中存在和變化著，反映了城市集聚與城市輻射的狀況，同時(shí)也是城市規(guī)模結(jié)構(gòu)不斷變化完善的過程。城市流強(qiáng)度指在區(qū)域內(nèi)城市間的相互聯(lián)系中城市外向功能(集聚與輻射)所產(chǎn)生的影響量［12］。計(jì)算公式為:

式中:F為城市流強(qiáng)度;E為城市外向功能量;N為城市功能效益，即單位外向功能量所產(chǎn)生的實(shí)際影響?？紤]到指標(biāo)選取的代表性及可能性，一般選擇城市從業(yè)人員為城市功能量指標(biāo)，則城市是否具有外向功能量E，主要取決于其某一部門從業(yè)人員的區(qū)位熵，i城市j部門從業(yè)人員區(qū)位熵Lqij用下式表示，即:

式中:Gij為i城市j部門從業(yè)人員數(shù);Gi為i城市總從業(yè)人員數(shù);Gj表示所在區(qū)域中j部門的從業(yè)人數(shù);G為城市所在區(qū)域總從業(yè)人員數(shù)。

若Lqij＜1，則i城市j部門不存在外向功能，即Eij=0;若Lqij＞1，則i城市j部門存在著外向功能，因?yàn)閕城市的總從業(yè)人員中分配給j部門的比例超過了城市所在區(qū)域的分配比例，即i部門在j城市中相對(duì)于城市所在區(qū)域是專業(yè)化部門，可以為城市外界區(qū)域提供服務(wù)。因此，i城市j部門的外向功能為:

i城市m個(gè)部門總的外向功能量Ei用下式表示，即:

i城市的功能效率Ni用人均從業(yè)人員的GDP表示，即:

式中:Pi為i城市的國(guó)民生產(chǎn)總值。

i城市城市流強(qiáng)度Fi用下列公式表示，即:

式中:Ki為i城市外向功能量占總功能量的比例，其實(shí)質(zhì)是單位從業(yè)人員所提供的外向功能量，反映了i城市總功能量的外向程度，稱之為城市流傾向度［5］。從城市流強(qiáng)度的內(nèi)涵及其計(jì)算方法可以看出，一個(gè)城市的城市流強(qiáng)度實(shí)質(zhì)上反映了其對(duì)外聯(lián)系與輻射的能力，因此，可以通過對(duì)城市群城市流強(qiáng)度的分析與計(jì)算確定區(qū)域聯(lián)系的中心，同時(shí)反映各城市在區(qū)域內(nèi)的聯(lián)系地位。

限于可獲得的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，一般認(rèn)為，外向服務(wù)功能主要通過第三產(chǎn)業(yè)從業(yè)人員數(shù)據(jù)計(jì)算，但鑒于研究尺度較大，區(qū)域間差異明顯，僅第三產(chǎn)業(yè)的部分指標(biāo)已不能很好反映全國(guó)中心城市的對(duì)外服務(wù)能力與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，為了更全面地反映城市空間聯(lián)系水平，本研究將制造業(yè)和建筑業(yè)也納入考察范圍，同時(shí)，根據(jù)計(jì)算檢驗(yàn)，剔除第三產(chǎn)業(yè)中一般不具有對(duì)外服務(wù)功能的公共管理和社會(huì)組織、居民服務(wù)和其他服務(wù)業(yè)。全文將地級(jí)以上城市作為切入點(diǎn)，以2009年中國(guó)城市統(tǒng)計(jì)年鑒作為數(shù)據(jù)來源，將中國(guó)大陸31個(gè)省級(jí)行政區(qū)作為基本區(qū)域單位，通過計(jì)算2008年的城市流強(qiáng)度，考察不同區(qū)域，特別是省際城市空間聯(lián)系的差異性，并對(duì)城市空間聯(lián)系水平進(jìn)行分類。

2 我國(guó)城市空間聯(lián)系的區(qū)域差異

2.1 城市空間聯(lián)系的基本格局

根據(jù)計(jì)算結(jié)果繪制圖1，得出全國(guó)地級(jí)以上城市流強(qiáng)度值空間分布規(guī)律如下。(1)由北到南形成京津冀、長(zhǎng)三角和珠三角3個(gè)城市流強(qiáng)度輻射中心。一般認(rèn)為，城市流強(qiáng)度值越大，其與外界聯(lián)系越緊密;城市流強(qiáng)度值越小，其與外界聯(lián)系越松散［7］，因此，上述3個(gè)地區(qū)成為全國(guó)城市間空間聯(lián)系最密切的區(qū)域。該區(qū)域高強(qiáng)度城市流成連續(xù)、密集分布態(tài)勢(shì)，顯示了較強(qiáng)的集聚狀態(tài)并呈區(qū)域擴(kuò)散格局，3個(gè)地區(qū)城市流規(guī)模分別占到全國(guó)的12%，23%和19%，總量占到全國(guó)54%。除此之外，在山東半島也形成了較大的塊狀分布區(qū)域。(2)從城市分布來看，北京、上海、深圳、廣州和蘇州占據(jù)前5位，其城市流強(qiáng)度值分別達(dá)到了2 925，2 274，1 666和1 077億元，均超過了1 000億元的規(guī)模。特別值得注意的是，從第6位到第10位的城市分別為佛山、東莞、無錫、杭州和寧波，均為珠三角和長(zhǎng)三角城市，天津僅排第14位，充分說明長(zhǎng)三角和珠三角城市群內(nèi)部的空間聯(lián)系水平比較發(fā)達(dá)，中心城市之間的雙向交流頻繁，首位城市對(duì)區(qū)域的輻射、帶動(dòng)作用明顯增強(qiáng)，而北京作為京津冀城市圈的首位城市，其輻射功能仍沒有得到充分發(fā)揮，特別是作為副中心和港口城市的天津，其與周邊城市空間聯(lián)系的密切程度與北京差距較大，兩城市間的雙向互動(dòng)格局仍未形成，天津要想發(fā)展成為環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)中心仍很遙遠(yuǎn)，濱海新區(qū)任重道遠(yuǎn)。(3)在三大輻射中心以外的若干區(qū)域中心城市，高強(qiáng)度值呈點(diǎn)狀分布，如武漢、長(zhǎng)沙、大連、重慶、廈門、濟(jì)南、沈陽等的城市流強(qiáng)度值達(dá)到了極高的水平，但這些中心城市的周邊城市流規(guī)模都比較小，顯示這些區(qū)域城市首位度很高，區(qū)際間聯(lián)系仍以首位城市為主，區(qū)域內(nèi)城市間雙向互動(dòng)不足，成高度集聚態(tài)勢(shì)。

圖1 2008年中國(guó)大陸城市流空間格局Fig.1 Spatial distributions of urban-flow in China in 2008

2.2 省際差異

我國(guó)大陸地區(qū)各省、自治區(qū)和直轄市間的城市對(duì)外服務(wù)功能及空間聯(lián)系水平存在巨大差異。(1)從地區(qū)分布來看，東中西三大地帶性分布明顯，前7位均為東部地區(qū)。廣東占據(jù)首位，城市流強(qiáng)度總值達(dá)到6 152億元，占全國(guó)的19.0%，排在前6位的省區(qū)依次為江蘇(9.8%)、北京(9.0%)、山東(7.4%)、上海(7.0%)、浙江(6.4%)，列最后3位的分別是寧夏、青海和西藏。東中西三大地帶的城市流比例為:71∶18∶11。(2)從城市流集中化指數(shù)來看，各省份城市空間聯(lián)系的集聚程度差異很大，但與GDP關(guān)系不大。集中化指數(shù)排名前三的依次是貴州(0.793)、黑龍江(0.781)、云南(0.747)，排名后三的依次是寧夏(0.172)、海南(0.118 7)和河北(0.405)，沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)省份依次為廣東(0.703)、江蘇(0.633)和遼寧(0.616)，沿海省份中，除海南僅有兩個(gè)城市數(shù)據(jù)結(jié)果存在偏差外，河北集中化指數(shù)最小，且小于周圍所有省份;中部省份中的安徽(0.417)集中化指數(shù)最小，湖北最大。特別是安徽和河北兩省的集中化指數(shù)均小于周邊省份。這說明河北、安徽均受到周邊省份的強(qiáng)力輻射作用，處在相對(duì)的“陰影”區(qū)域，本省內(nèi)部經(jīng)濟(jì)聯(lián)系不足，省會(huì)城市對(duì)本省域內(nèi)的城市輻射作用較差，不具有整合全域的力度，易導(dǎo)致邊界城市融入他省經(jīng)濟(jì)圈;相比較，湖北在長(zhǎng)三角的強(qiáng)勢(shì)輻射作用下，武漢對(duì)本省域內(nèi)的城市仍起著絕對(duì)的帶動(dòng)和整合作用。

2.3 城市流要素結(jié)構(gòu)區(qū)域差異

根據(jù)城市外向服務(wù)功能各產(chǎn)業(yè)分量的分布情況(表1)，主要存在以下特征。(1)北京、海南、重慶、貴州、云南、青海、新疆和西藏的制造業(yè)外向功能量為0，整個(gè)制造業(yè)外向服務(wù)功能省區(qū)分布的集中化指數(shù)為0.746，而建筑業(yè)為0.679，第三產(chǎn)業(yè)為0.485，且第三產(chǎn)業(yè)外向功能量不存在0值。表明制造業(yè)的省區(qū)專業(yè)化程度差異較大，而第三產(chǎn)業(yè)的對(duì)外服務(wù)功能相對(duì)具有遍在性。導(dǎo)致制造業(yè)0值出現(xiàn)的原因有多種。在北京、海南和重慶等地，由于其產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中第三產(chǎn)業(yè)比重高，制造業(yè)中的勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)比重小，因此，其對(duì)于勞動(dòng)力的消化能力有限。而西藏、青海、新疆等西部地區(qū)本身工業(yè)化程度低，制造業(yè)不發(fā)達(dá)。(2)排在制造業(yè)外向服務(wù)功能前6位的省區(qū)分別是廣東、江蘇、山東、浙江、福建、上海，北方僅有山東一省，都是我國(guó)加工貿(mào)易發(fā)達(dá)的外向型經(jīng)濟(jì)省份，其制造業(yè)對(duì)于勞動(dòng)力的吸引處于絕對(duì)控制地位。(3)排在第三產(chǎn)業(yè)外向服務(wù)功能前5位的分別是北京、廣東、上海、遼寧和江蘇。通過產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)比較，發(fā)現(xiàn)北京2009年的三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)為 1∶23.2∶75.8，廣東為2.5 ∶48.5∶49.1，上海為 0.8 ∶39.9 ∶59.4，北京的三產(chǎn)比重偏高，而上海的制造業(yè)比重仍接近40%，其第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展仍顯不足。(4)對(duì)第三產(chǎn)業(yè)外向服務(wù)功能進(jìn)行細(xì)化后發(fā)現(xiàn)，在信息傳輸計(jì)算機(jī)服務(wù)和軟件業(yè)、房地產(chǎn)業(yè)、科學(xué)研究與技術(shù)服務(wù)業(yè)、文化體育娛樂業(yè)、交通運(yùn)輸倉儲(chǔ)及郵政業(yè)、批發(fā)零售業(yè)、住宿餐飲業(yè)7個(gè)產(chǎn)業(yè)中，北京都占據(jù)首位，特別是在前4個(gè)產(chǎn)業(yè)中，其首位率均接近或超過40%。上海僅金融業(yè)一項(xiàng)占據(jù)首位，首位率為14.7%。廣東在上述8個(gè)產(chǎn)業(yè)中，有5個(gè)產(chǎn)業(yè)排在前三。綜合以上分析可知，在我國(guó)城市空間聯(lián)系格局中，北京的外向服務(wù)功能雖然主要表現(xiàn)在第三產(chǎn)業(yè)，但除金融業(yè)外，其第三產(chǎn)業(yè)內(nèi)部各產(chǎn)業(yè)部門在全國(guó)均處于絕對(duì)主導(dǎo)地位，廣東和上海的制造業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)外向服務(wù)功能都很明顯，但他們的首位率較低，且只在個(gè)別產(chǎn)業(yè)部門占據(jù)主導(dǎo)地位。

表1 2008年省級(jí)區(qū)域城市流相關(guān)指標(biāo)Tab.1 Main indexes for urban flow of provinces in 2008

3 省級(jí)區(qū)域城市空間聯(lián)系水平分類

3.1 Kohonen神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法及模型

Kohonen神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也叫SOM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，是一種基于非線性自組織映射模型的聚類方法。他是由芬蘭赫爾辛基大學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家Kohonen教授在1981年提出的競(jìng)爭(zhēng)式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它模擬大腦神經(jīng)系統(tǒng)自組織特征映射的功能，在訓(xùn)練中能無監(jiān)督地進(jìn)行自組織學(xué)習(xí)。由于它的強(qiáng)大功能，多年來，網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)分類、知識(shí)獲取、過程監(jiān)控、故障識(shí)別等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用［13－15］。SOM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由輸入層和競(jìng)爭(zhēng)層組成。輸入層由N個(gè)神經(jīng)元組成，競(jìng)爭(zhēng)層由M個(gè)神經(jīng)元組成，為可視化表示結(jié)果，常將M表示為一個(gè)二維平面陣列M=s*t。其算法步驟為:(1)初始化，從R個(gè)輸入神經(jīng)元到輸出神經(jīng)元的權(quán)值都進(jìn)行隨機(jī)初始化，賦予較小的隨機(jī)值。(2)提供一個(gè)新的輸入模式。(3)計(jì)算輸入樣本與每個(gè)輸出神經(jīng)元之間的歐氏距離，并選取一個(gè)最小距離的輸出神元。(4)修改選定神經(jīng)元與鄰接神經(jīng)元的連接權(quán)值。(5)輸入新的樣本重復(fù)上面的學(xué)習(xí)過程。

3.2 省級(jí)區(qū)域城市空間聯(lián)系水平劃分

僅從各省區(qū)城市空間聯(lián)系的交流總量與GDP的相關(guān)性看，兩者大致呈現(xiàn)正相關(guān)(圖2)，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.937 4，但從城市空間聯(lián)系的交流結(jié)構(gòu)及經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等綜合指標(biāo)看，其影響因素眾多，存在復(fù)雜的非線性網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)。本研究使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的SOFM非線性分類器，利用Matlab7.0平臺(tái)，通過省級(jí)區(qū)域城市流數(shù)據(jù)對(duì)其城市空間聯(lián)系水平進(jìn)行分類，構(gòu)建一個(gè)3×4的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)初始權(quán)值為［0，1］，最大鄰域數(shù)為7，指標(biāo)體系包括GDP、人均GDP、城市流強(qiáng)度F、城市外向功能量E、城市功能效率N、制造業(yè)外向功能量、建筑業(yè)外向功能量、第三產(chǎn)業(yè)外向功能量、城市流傾向度K 9個(gè)指標(biāo)，分別作10，100和1 000次循環(huán)計(jì)算，根據(jù)輸出結(jié)果將31個(gè)省份的城市空間聯(lián)系水平分為4個(gè)層次(圖3)。第1層次為廣東、江蘇、北京、上海、浙江、山東、遼寧、福建、四川，城市間空間聯(lián)系非常密切;第2層次為安徽、河南、湖北、湖南、黑龍江和重慶，城市間空間聯(lián)系較為密切;第3層次為天津、河北、內(nèi)蒙和吉林，城市空間聯(lián)系水平較差;第4層次為山西、江西、廣西、海南、貴州、云南、陜西、甘肅、青海、寧夏、新疆和西藏，城市空間聯(lián)系水平差。從圖中可以看出，我國(guó)城市空間聯(lián)系水平相同的省區(qū)主要呈現(xiàn)帶狀或塊狀連續(xù)分布的特點(diǎn)。沿海地區(qū)除天津、河北和廣西外，其他省級(jí)區(qū)域均處于第1層次，四川和重慶作為西部地區(qū)的中心，城市空間聯(lián)系保持高水平;第2層次主要集中在長(zhǎng)江流域和華中地區(qū)，這里處于我國(guó)長(zhǎng)江黃金水道和南北陸路交流的樞紐，城市空間聯(lián)系較密切;第3層次需要說明的是，由于直轄市和青海、西藏僅有一個(gè)城市數(shù)據(jù)，因此，計(jì)算結(jié)果反映的是這些區(qū)域的城市對(duì)外服務(wù)功能，其他省級(jí)區(qū)域既反映了其在全國(guó)的城市外向服務(wù)功能，也比較好地反映了其內(nèi)部城市空間聯(lián)系狀況。可以看出，北京、上海屬于第1層次，屬于全國(guó)城市空間聯(lián)系中的首位聯(lián)系城市;重慶屬于第2層次，為我國(guó)西南地區(qū)的首位聯(lián)系城市;天津?yàn)榈?層次，受北京影響，其輻射受限，經(jīng)濟(jì)外向服務(wù)功能差強(qiáng)人意。青海、西藏屬于第4層次。

圖2 中國(guó)大陸31個(gè)省區(qū)城市流與GDP關(guān)系Fig.2 The relationship between urban flow and GDP of 31 provinces in China

圖3 我國(guó)省級(jí)區(qū)域城市空間聯(lián)系水平SOM分類Fig.3 SOM classification of Chinese urban spatial-ralationship

4 結(jié)論

城市流是城市空間聯(lián)系的重要表現(xiàn)形式，可以較好地表征城市間空間聯(lián)系水平及中心城市的外向服務(wù)功能。從2008年地級(jí)以上城市的城市流強(qiáng)度分布情況來看，我國(guó)城市空間聯(lián)系差異性主要表現(xiàn)在以下3個(gè)方面。(1)京津冀、長(zhǎng)三角和珠三角地區(qū)是我國(guó)3個(gè)城市流強(qiáng)度輻射中心，也是高強(qiáng)度城市流最密集的3個(gè)地區(qū)，呈塊狀連續(xù)分布，這3個(gè)地區(qū)城市空間聯(lián)系密切，不同規(guī)模城市間的空間聯(lián)系較強(qiáng)，空間流較發(fā)達(dá)的城市已呈區(qū)域擴(kuò)散態(tài)勢(shì)。此外，我國(guó)在中西部地區(qū)若干中心城市的城市流規(guī)模雖達(dá)到了極高水平，但周邊城市較低，區(qū)域首位聯(lián)系比重過大，呈點(diǎn)狀突起分布。(2)城市空間聯(lián)系的東中西三大地帶分布明顯。三大地帶城市流比例為71∶18∶11，僅沿海三大核心區(qū)就占據(jù)全國(guó)地級(jí)以上城市空間聯(lián)系強(qiáng)度的54%。(3)各省份內(nèi)部城市空間聯(lián)系的集中化指數(shù)與GDP不存在明顯線性關(guān)系，集中化指數(shù)偏高或偏低的區(qū)域均不是經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)省份。(4)運(yùn)用城市流模型計(jì)算得到的相關(guān)指標(biāo)構(gòu)建城市空間聯(lián)系水平的指標(biāo)體系，并通過SOM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器對(duì)不同區(qū)域的城市空間聯(lián)系水平進(jìn)行分類，劃分為非常密切、密切、較差、差4類，總體效果較好，基本反映了城市空間聯(lián)系的省際差異狀況。

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