黃園園，閆慶武，馮志鵬，吳瓊

(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)環(huán)境與測(cè)繪學(xué)院，江蘇徐州221116)

0 引言

依據(jù)城市人口規(guī)模、行政等級(jí)等對(duì)城市等級(jí)體系進(jìn)行劃分是國(guó)內(nèi)外對(duì)于城市等級(jí)體系研究最為傳統(tǒng)的方法。但事實(shí)上，城市等級(jí)是城市實(shí)力的綜合反映，人口規(guī)模或者行政等級(jí)等傳統(tǒng)的劃分方法并不能真正反映城市的等級(jí)體系。20世紀(jì)60年代以來(lái)，通過(guò)交通運(yùn)輸水平及客貨流量等對(duì)城市體系進(jìn)行研究成為城市體系研究的新方法［1］。國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過(guò)研究交通流聯(lián)系來(lái)探究區(qū)域城市間的聯(lián)系格局:P.J.Rimmer［2］把國(guó)際航空客貨運(yùn)作為一個(gè)重要的指標(biāo)，揭示了“世界城市”和東北亞大城市之間的聯(lián)系;E.J.Taaffe［3－4］，A.R.Goetz［5］均利用航空運(yùn)輸資料分析了美國(guó)城市層級(jí)模式及其演化過(guò)程。國(guó)內(nèi)關(guān)于這方面的研究起步較晚，薛俊菲［6］從航空網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)特視角揭示了開(kāi)放條件下中國(guó)城市體系等級(jí)結(jié)構(gòu)與分布格局;雷軍等［7］、楊宇等［8］通過(guò)構(gòu)建交通運(yùn)輸水平綜合評(píng)價(jià)體系對(duì)新疆交通運(yùn)輸發(fā)展水平進(jìn)行了論述，指出基于交通的新疆城市體系空間結(jié)構(gòu)演變特征;江勇［9］通過(guò)城市交通客流聯(lián)系強(qiáng)度和聯(lián)系方向指數(shù)研究浙江省縣級(jí)層面的空間聯(lián)系特征。交通作為城市功能的重要方面，可以直觀反映城市之間的聯(lián)系強(qiáng)度以及城市在區(qū)域中的地位與等級(jí)。因此，與傳統(tǒng)的基于人口規(guī)?；蛘咝姓燃?jí)的劃分方法相比，從交通流視角劃分城市等級(jí)體系更為直觀、實(shí)際。

淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)作為全國(guó)最早設(shè)立的經(jīng)濟(jì)協(xié)作區(qū)之一，由蘇魯豫皖接壤的25個(gè)地級(jí)市組成，分別是蘇北的徐州、連云港、淮安、鹽城、宿遷;魯南的濟(jì)寧、菏澤、臨沂、棗莊、日照、泰安、萊蕪、聊城、德州;豫東的商丘、周口、信陽(yáng);皖北的淮北、宿州、阜陽(yáng)、蚌埠、亳州、華南、六安、滁州。共有177個(gè)縣(區(qū))，面積242 407萬(wàn)km2，約占全國(guó)總面積的2.51%。依據(jù)第六次人口普查數(shù)據(jù)，淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)2010年常住人口1.38億人，占全國(guó)總?cè)丝诘?0.10%。在經(jīng)濟(jì)地理位置上，淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)處在發(fā)達(dá)的長(zhǎng)江三角洲經(jīng)濟(jì)區(qū)、環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)圈、中原經(jīng)濟(jì)區(qū)和山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)帶之間，是一個(gè)明顯的“經(jīng)濟(jì)低谷”。但地處“中國(guó)之臍”及“四縱三橫”樞紐的優(yōu)越地理位置又使得淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)交通優(yōu)勢(shì)極為突出。

淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)“地相近，習(xí)相通”，區(qū)域間的聯(lián)系比較密切，本應(yīng)由于天時(shí)地利獲得較好的發(fā)展，但由于該區(qū)屬于省際邊緣區(qū)，導(dǎo)致其很少得到各省級(jí)政府的重視和投入。因此，研究淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)城市間的聯(lián)系水平，并依據(jù)交通流強(qiáng)度差異劃分該區(qū)的城市等級(jí)體系，依據(jù)改進(jìn)的重力模型確定淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)空間發(fā)展格局，對(duì)于打破行政壁壘和區(qū)劃限制、對(duì)于淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)區(qū)域規(guī)劃的制訂、對(duì)于各級(jí)地方政府制訂相應(yīng)的區(qū)域政策與發(fā)展戰(zhàn)略都具有十分重要的意義。

1 數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理

1.1 數(shù)據(jù)采集

以淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)的25個(gè)城市為研究對(duì)象，將各城市之間的交通運(yùn)輸班次作為交通流基礎(chǔ)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。通過(guò)中國(guó)鐵路客戶服務(wù)中心［10］的網(wǎng)絡(luò)訂票查詢服務(wù)與3家主流長(zhǎng)途客運(yùn)官方網(wǎng)站［11－13］的查詢結(jié)果分別得出鐵路及公路的交通流基礎(chǔ)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù);城市GDP來(lái)自于《中國(guó)城市統(tǒng)計(jì)年鑒2014》;城市距離通過(guò)在百度地圖［14］上量測(cè)得到(將各市市政府所在地作為量測(cè)的起點(diǎn)和終點(diǎn))。根據(jù)以上數(shù)據(jù)建立淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)交通流的ArcGIS數(shù)據(jù)庫(kù)。

1.2 數(shù)據(jù)處理

選取流聯(lián)系強(qiáng)度、聯(lián)系方向指數(shù)、集中度系數(shù)及根據(jù)城市間引力構(gòu)建的重力模型作為城市等級(jí)評(píng)價(jià)因子，對(duì)淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)交通流強(qiáng)度進(jìn)行量化分析。

1.2.1 流聯(lián)系強(qiáng)度。流聯(lián)系強(qiáng)度包括區(qū)域內(nèi)公路和鐵路兩方面，用從該市出發(fā)班次和到達(dá)班次的總和即交通流出量和流入量的總和表示。流聯(lián)系強(qiáng)度越大，則表明該市與區(qū)域其他城市間的聯(lián)系越密切，公式如下:

式中:∑P(i－j)，∑P(j－i)分別表示i城市的交通流出量、流入量。

1.2.2 聯(lián)系方向指數(shù)。聯(lián)系方向指數(shù)用區(qū)域內(nèi)該市可到達(dá)的城市數(shù)目與可到達(dá)該市的城市數(shù)目之和表示:

式中:∑D(i－j)，∑D(j－i)分別表示該市可到達(dá)的城市數(shù)目和可到達(dá)該市的城市數(shù)目。

1.2.3 集中度系數(shù)。集中度系數(shù)用某市的交通流入量在總流入量中的比值表示。指數(shù)越大，表示該市對(duì)整個(gè)區(qū)域的交通影響力越大，公式如下:

式中:Pi表示i城市的流聯(lián)系強(qiáng)度。

1.2.4 重力模型(城市間引力)。重力模型是以牛頓萬(wàn)有引力定律為基礎(chǔ)進(jìn)行城市之間引力分析的模型，在一定范圍內(nèi)可使空間結(jié)構(gòu)研究精確化、定量化［15］。基于以下公式［16］:

式中:qn表示權(quán)重，這里公路運(yùn)輸、鐵路運(yùn)輸權(quán)重分別取0.5;Rij取兩城市最短距離;Kn為系數(shù);Tij表示2個(gè)城市之間的引力;qn為模型中不同運(yùn)輸方式P的權(quán)重;Pin與Pjn分別為不同運(yùn)輸方式下的客運(yùn)量。那么由此改進(jìn)出兩城市間引力公式為:

式中:Ti－j表示i城市與j城市之間的城市引力;Pi1，Pj1分別為i城市和j城市公路的交通流強(qiáng)度;Pi2，Pj2分別為i城市和j城市鐵路的交通流強(qiáng)度;K為系數(shù)，這里取值為1;Ri－j表示i城市與j城市之間的最短距離。淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)各城市流聯(lián)系強(qiáng)度見(jiàn)表1。

從表1可以看出，GDP較高的城市集中在蘇北和魯南版塊，而皖北和豫東的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平則相對(duì)較低。徐州的各項(xiàng)數(shù)據(jù)均遠(yuǎn)高于其他城市，由此進(jìn)一步驗(yàn)證了徐州在淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)地位;而部分城市如周口、萊蕪和信陽(yáng)，它們的各項(xiàng)數(shù)據(jù)都遠(yuǎn)低于其他城市，可初步推斷為淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)的邊緣城市。作為交通樞紐的城市或鐵路、公路干線經(jīng)過(guò)的城市如徐州、蚌埠、臨沂等的交通流強(qiáng)度和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平都高于周?chē)鞘校沙醪降贸鼋煌鲝?qiáng)度與經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平密切相關(guān)的結(jié)論。

表1 淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)各城市GDP及交通流強(qiáng)度Tab.1 GDP and urban traffic flow intensity of Huaihai Economic Zone

2 交通運(yùn)輸與城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平分析

城市間的交通運(yùn)輸水平代表了城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平以及城市之間的聯(lián)系強(qiáng)度，是城市網(wǎng)絡(luò)體系形成的物質(zhì)基礎(chǔ)和必要前提。

選取流聯(lián)系強(qiáng)度代表城市交通運(yùn)輸水平，選用淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)25個(gè)城市2013年的城市GDP來(lái)代表城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，利用SPSS 19.0軟件分析而得散點(diǎn)圖(圖1)，可看出二者之間存在相關(guān)趨勢(shì)。進(jìn)一步分析表明，淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)2013年城市GDP與城市流聯(lián)系強(qiáng)度的相關(guān)系數(shù)為0.570，呈正相關(guān)趨勢(shì)。因此城市等級(jí)規(guī)模可以從交通流相關(guān)數(shù)據(jù)中得到確切的反映。

公路運(yùn)輸與鐵路運(yùn)輸是淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)主要的聯(lián)系方式，因此，城市交通流水平可以在很大程度上代表城市結(jié)構(gòu)體系。城市在交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)中所處等級(jí)反映了該城市在所在區(qū)域的地位。由此，可以通過(guò)研究淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)交通流數(shù)據(jù)，劃分其城市等級(jí)，并進(jìn)一步揭示淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)的空間聯(lián)系格局，預(yù)測(cè)其空間發(fā)展趨勢(shì)。

圖1 2013年淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)城市流聯(lián)系強(qiáng)度與GDP的散點(diǎn)圖Fig.1 The scatter plot of contacting strength and GDP of Huaihai Economic Zone in 2013

3 城市等級(jí)劃分

3.1 城市排序

采用主成分分析法求出各因子權(quán)重。主成分分析是一種將相同本質(zhì)變量歸入一個(gè)因子以減少變量數(shù)目的多元統(tǒng)計(jì)分析方法。因此，通過(guò)主成分分析，可以將具有一定相關(guān)關(guān)系的多變量的信息用較少的互不相關(guān)的綜合指標(biāo)來(lái)表征［17］。

采用主成分對(duì)淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)城市體系進(jìn)行定量分析的步驟為:一是以計(jì)算得出的聯(lián)系方向指數(shù)、流聯(lián)系強(qiáng)度、城市引力與集中度系數(shù)的原始數(shù)據(jù)矩陣為基礎(chǔ)，進(jìn)行KMO和Bartlett的檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果0.842，適合用主成分分析法對(duì)此課題進(jìn)行求權(quán)重。二是對(duì)原始數(shù)據(jù)矩陣因子分析，確定主成分為聯(lián)系方向指數(shù)，通過(guò)最大方差法進(jìn)行旋轉(zhuǎn)求得各個(gè)公因子的負(fù)載權(quán)重，取小數(shù)點(diǎn)后3位而得負(fù)載權(quán)重分別為0.234，0.258，0.253，0.255。三是將淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)25個(gè)城市的交通流因子乘以各自權(quán)重，得出城市各交通流因子的得分與排序(表2)。

3.2 城市等級(jí)劃分

1)層次聚類分析法。在SPSS 19.0中利用組間連接進(jìn)行聚類，得出層次聚類譜系圖(圖2)。結(jié)果表明，當(dāng)全部25個(gè)城市按照交通流強(qiáng)度分成四類時(shí)，一級(jí)城市為徐州;二級(jí)城市為蚌埠、臨沂、棗莊、宿州、濟(jì)寧;三級(jí)城市為滁州、淮安、連云港、阜陽(yáng)、泰安、宿遷、德州、商丘、淮南、鹽城、淮北、日照、聊城、菏澤;四級(jí)城市為亳州、六安、周口、萊蕪、信陽(yáng)。

表2 淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)城市交通流強(qiáng)度排名Tab.2 Urban traffic flow intensity ranking of Huaihai Economic Zone

圖2 淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)城市交通流強(qiáng)度層次聚類譜系圖Fig.2 Hierarchical clustering pedigree chart of traffic flow intensity of Huaihai Economic Zone

2)圖表判別法。以淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)25個(gè)城市為橫坐標(biāo)，以表2所得交通流強(qiáng)度為縱坐標(biāo)做出散點(diǎn)圖(圖略)。按交通流強(qiáng)度數(shù)值降序排列，可以看出25個(gè)城市近似排成了1條下降的曲線。觀察發(fā)現(xiàn)，一些交通流強(qiáng)度相近的城市在一定范圍內(nèi)分組而聚。采用3條與橫軸平行的直線自上而下移動(dòng)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)縱坐標(biāo)分別為600，250，100時(shí)，曲線斜率發(fā)生突變，因此25個(gè)城市被較好的分為四組，前兩組城市的組成與層次聚類分析得到的結(jié)果相同，第三組的亳州被分到了第四組。因此，圖表判別法進(jìn)一步驗(yàn)證了層次聚類分析法的結(jié)論的合理性。

通過(guò)對(duì)獲得的流聯(lián)系強(qiáng)度、聯(lián)系方向指數(shù)、集中度系數(shù)及城市引力的分析，得到城市等級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)，形成以地級(jí)市為單元的淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)空間等級(jí)結(jié)構(gòu)。將淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)城市劃分為4級(jí):一級(jí)城市為徐州，其評(píng)價(jià)指標(biāo)高達(dá)661.487，比第二名多了300左右，是整個(gè)區(qū)域內(nèi)交通流要素聚集和輻射中心，在整個(gè)淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)的客貨運(yùn)方面占主動(dòng)性地位;蚌埠(334.342)、臨沂(324.495)、棗莊(297.877)、宿州(286.176)、濟(jì)寧(272.521)為二級(jí)城市，在整個(gè)區(qū)域內(nèi)具有較強(qiáng)的交通流吸引力，輻射能力次之，此5個(gè)城市的集中度系數(shù)加和約30%，與徐州一起構(gòu)成淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)交通流強(qiáng)度的45%，是淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)交通流的中樞力量;三級(jí)城市包括滁州(242.228)、淮安(241.672)、連云港(234.935)、阜陽(yáng)(232.554)、泰安(229.432)、宿遷(182.440)、德州(161.457)、商丘(144.963)、淮南(144.573)、鹽城(137.584)、淮北(135.847)、日照(118.867)、聊城(112.641)、菏澤(109.562)、亳州(103.459)共有15個(gè)，交通流強(qiáng)度綜合占全區(qū)的約50%，構(gòu)成了淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)交通流的基礎(chǔ);評(píng)價(jià)指標(biāo)比較低的六安(91.678)、周口(47.297)、萊蕪(28.961)、信陽(yáng)(28.345)作為四級(jí)城市。利用ArcGIS 10.0軟件對(duì)城市等級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)建立數(shù)據(jù)庫(kù)，根據(jù)上述分析結(jié)果得出分級(jí)后的城市等級(jí)圖(圖3)。

圖3 城市等級(jí)劃分結(jié)果及城市空間聯(lián)系Fig.3 Urban classification results and space contacting figure

4 淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)城市等級(jí)空間分布特點(diǎn)

4.1 “一主兩副”的多中心城市體系

從空間結(jié)構(gòu)來(lái)看，徐州的交通流強(qiáng)度(661.487)遠(yuǎn)高于其他24個(gè)城市，是淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)的中心城市;蚌埠(334.342)、臨沂(324.495)則分別作為副中心城市，構(gòu)成了“一主兩副”的多中心城市體系。徐州市不僅是蘇北的中心城市，也是淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)交通流的放射中心，與其他24個(gè)城市以交通流為紐帶進(jìn)行集聚和輻射;蚌埠和臨沂作為構(gòu)成淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)的皖北版塊和魯南版塊的中心，通過(guò)承接和輻射，帶動(dòng)版塊內(nèi)部其他城市與中心城市的客貨流、信息流和資金流的流動(dòng)。

4.2 “一心兩軸”的發(fā)展軸線

根據(jù)城市引力數(shù)據(jù)建立GIS數(shù)據(jù)庫(kù)，制作淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)空間聯(lián)系圖(圖3)，形成以徐州為相交城市的德州—泰安—濟(jì)寧—棗莊—徐州—蚌埠—滁州、阜陽(yáng)—淮北—宿州—徐州—臨沂—日照縱橫相交的兩條發(fā)展軸線。淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)的一級(jí)城市、所有二級(jí)城市及部分三級(jí)城市均處在發(fā)展軸線上。縱向發(fā)展軸線中的城市依托于京滬鐵路、京福高速公路，便捷的地理位置使其城市引力遠(yuǎn)大于位于交通道路旁側(cè)城市，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平也處于優(yōu)勢(shì)地位;橫向發(fā)展軸線途經(jīng)隴海鐵路、連霍高速公路，阜陽(yáng)、宿州、臨沂和徐州作為淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)東西方向的聯(lián)系紐帶，帶動(dòng)臨近城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

4.3 扇形空間聯(lián)系格局

從城市空間聯(lián)系來(lái)看，流聯(lián)系強(qiáng)度大于100的城市有徐州、蚌埠、臨沂、濟(jì)寧、棗莊、滁州、宿州、泰安、阜陽(yáng)、淮安、連云港和德州12個(gè)城市，其中徐州、泰安、棗莊、宿州、濟(jì)寧、阜陽(yáng)集中度系數(shù)均大于0.05，其余幾個(gè)城市也不低于0.04;據(jù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算可知，上述城市的聯(lián)系方向指數(shù)得分與城市引力得分均位于淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)前50%。由此形成了以徐州為中心的北至泰安、西至阜陽(yáng)、向東南方向發(fā)展的扇形空間發(fā)展格局(圖4)。

圖4 城市空間發(fā)展格局Fig.4 The urban space development pattern

5 結(jié)論與討論

淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)基本形成:1)以徐州為一級(jí)城市，以蚌埠、臨沂、棗莊、宿州、濟(jì)寧為二級(jí)城市，以滁州、淮安、連云港等城市為三級(jí)城市，以六安、周口等城市為四級(jí)城市的城市等級(jí)體系;2)以徐州為中心，蚌埠、臨沂為副中心的“一主兩副”的多中心城市體系;3)以徐州為相交城市的“一心兩軸”的發(fā)展軸線;4)以徐州為中心，北至泰安，西至阜陽(yáng)，向東南方向發(fā)展的扇形空間聯(lián)系格局。

需要指出的是:1)通過(guò)構(gòu)建城市GDP與流聯(lián)系強(qiáng)度(城市交通運(yùn)輸水平)的散點(diǎn)圖，證明城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與交通運(yùn)輸水平呈基本正相關(guān)。但不能排除人口密度、地理位置等客觀因素的影響。2)構(gòu)建城市引力模型過(guò)程中，取兩城市實(shí)地距離作為阻抗大小，忽略了運(yùn)輸成本和實(shí)際路線等因素對(duì)交通流的影響，因此結(jié)果會(huì)存在一定的偏差，但是對(duì)于定性分析區(qū)域空間結(jié)構(gòu)并不存在太大的影響。3)由于數(shù)據(jù)的缺乏，研究停留在2013年，未能涉及淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)城市體系的歷史演變。

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