基于OD矩陣的我國城市群空間聯(lián)系分析

肖惠珍

摘 要：通過以交通運(yùn)輸設(shè)施為基礎(chǔ)進(jìn)行物質(zhì)、人口交流產(chǎn)生的相互作用與關(guān)系探討，揭示區(qū)域經(jīng)濟(jì)聯(lián)系的空間特征已經(jīng)成為現(xiàn)階段城市群空間聯(lián)系的研究重心，本文以九個(gè)城市群為案例，利用OD矩陣的方法定量分析城市群中心城市之間的鐵路客流量以及航空客流量和貨運(yùn)量。經(jīng)過研究中國九個(gè)城市群之間的外部經(jīng)濟(jì)聯(lián)系及時(shí)空變化，其結(jié)果表明：（1）城市群的外部聯(lián)系主要體現(xiàn)在核心城市上；（2）港口城市在城市群對外經(jīng)濟(jì)聯(lián)系中發(fā)揮樞紐性作用；（3）城市群對外聯(lián)系強(qiáng)度基本仍呈現(xiàn)菱形分布格局；（4）城市群空間聯(lián)系呈三大區(qū)域性集中格局；（5）城市群經(jīng)濟(jì)聯(lián)系不斷加強(qiáng)，空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜。

關(guān)鍵詞：運(yùn)輸聯(lián)系 城市群 OD矩陣 外部經(jīng)濟(jì)聯(lián)系

中圖分類號：U49 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）06（c）-0251-05

隨著城市地區(qū)社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及在地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的顯赫地位和作用凸現(xiàn)，城市體系經(jīng)濟(jì)聯(lián)系更為活躍，呈現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)化聯(lián)系特征，并以前所未有的方式、結(jié)構(gòu)、速度、規(guī)模向前發(fā)展，相關(guān)的空間經(jīng)濟(jì)聯(lián)系與地域組織優(yōu)化研究成為研究最活躍、成果最豐富的部分之一。普遍認(rèn)為交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)與城市群空間網(wǎng)絡(luò)緊密相關(guān)，強(qiáng)調(diào)交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)是形成城市群網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的物質(zhì)條件和必要前提，良好的交通連接與國家、區(qū)域和全球?qū)哟纬鞘腥旱目臻g整合有著密切的聯(lián)系（W. Owen.，1987）。城市群的空間聯(lián)系推動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，進(jìn)而促進(jìn)城市化的進(jìn)程。

普遍認(rèn)為交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)與城市群空間網(wǎng)絡(luò)緊密相關(guān)，強(qiáng)調(diào)交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)是形成城市群網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的物質(zhì)條件和必要前提，良好的交通連接與國家、區(qū)域和全球?qū)哟纬鞘腥旱目臻g整合有著密切的聯(lián)系。經(jīng)濟(jì)聯(lián)系特征已經(jīng)使城市群的空間結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)空間拓展廣域化、空間結(jié)構(gòu)多核化、空間運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)化、空間聯(lián)系國際化、空間擴(kuò)散垂直化的發(fā)展特征。因此，通過城市群核心城市之間的人口、物質(zhì)流通情況研究城市群空間經(jīng)濟(jì)聯(lián)系，有助于認(rèn)識城市群的內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，為城市群空間城市合理的產(chǎn)業(yè)分工和功能定位提供必不可少的理論依據(jù)和決策支持。

1 城市群空間聯(lián)系的定量化方法

1.1 城市群空間聯(lián)系的層次性

城市群發(fā)展到一定階段后，在一個(gè)城市群內(nèi)部形成了大、中、小不同規(guī)模層次的城市，構(gòu)成了各自獨(dú)立而又緊密聯(lián)系的城市群，不同規(guī)模、層次、結(jié)構(gòu)與功能的城市通過交通網(wǎng)絡(luò)、商品網(wǎng)絡(luò)、技術(shù)網(wǎng)絡(luò)、資金網(wǎng)絡(luò)、人才網(wǎng)絡(luò)以及信息網(wǎng)絡(luò)等密切聯(lián)系在一起，將集中集聚和分散集聚的優(yōu)點(diǎn)相互結(jié)合，充分體現(xiàn)了空間集聚的優(yōu)越性。

可見，城市群不僅是自然和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的必然結(jié)果，同時(shí)也是一個(gè)開放的復(fù)雜系統(tǒng)，因此，必然要和外部城市群以及內(nèi)部不同等級和層次的城市間發(fā)生聯(lián)系，即城市群的空間聯(lián)系包括外部聯(lián)系和內(nèi)部聯(lián)系兩個(gè)層次，而這種聯(lián)系主要以交通、通訊等各種形式的網(wǎng)絡(luò)作為媒介實(shí)現(xiàn)，包括人流、物流和信息流等要素的流動(dòng)，見圖1。

本文主要分析了城市群的外部經(jīng)濟(jì)聯(lián)系，由于信息流數(shù)據(jù)的收集比較困難，因此，本文筆者通過收集了9個(gè)城市群的主要中心城市之間2010年和2016年航空客運(yùn)量和貨運(yùn)量，以及從鐵道部官網(wǎng)上收集的2017年客運(yùn)車次進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分析。

1.2 城市群空間聯(lián)系的內(nèi)容

城市群經(jīng)濟(jì)聯(lián)系的復(fù)雜性空間規(guī)律已經(jīng)成為城市地理學(xué)、區(qū)域地理學(xué)、經(jīng)濟(jì)地理學(xué)研究的重點(diǎn)范疇。區(qū)域經(jīng)濟(jì)聯(lián)系表現(xiàn)為經(jīng)濟(jì)實(shí)體區(qū)域間相互作用和關(guān)系，在地域空間上體現(xiàn)為各種空間“流”，地區(qū)間的這種物質(zhì)、能量、信息交流通過人口流、物流、信息流、資金流、技術(shù)流等形式維持區(qū)域系統(tǒng)的活力，其空間分布最直接反映區(qū)際經(jīng)濟(jì)社會聯(lián)系特征。

1.3 城市群空間聯(lián)系的定量化研究

定量化研究主要基于一定的數(shù)學(xué)模型和空間分析算法，從而對各類要素的空間流動(dòng)方向和強(qiáng)度進(jìn)行量化表達(dá)。目前，基于地理信息系統(tǒng)的城市群空間聯(lián)系定量方法也越來越成熟，例如基于引力模型的城市間經(jīng)濟(jì)聯(lián)系，依據(jù)距離衰減原理，引力模型已經(jīng)廣泛應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)研究分析中，特別是在新經(jīng)濟(jì)地理學(xué)和區(qū)域經(jīng)濟(jì)學(xué)領(lǐng)域，成為研究空間相互作用的核心工具?；诔鞘辛鲝?qiáng)度的城市間經(jīng)濟(jì)聯(lián)系。城市流強(qiáng)度是指在城市群區(qū)域城市間的聯(lián)系中城市外向功能（集聚與輻射）所產(chǎn)生的影響量，城市流強(qiáng)度說明了城市與外界（城市或農(nóng)村）聯(lián)系的數(shù)量指標(biāo)?；谝貙?shí)際流動(dòng)量的城市間聯(lián)系研究。以人流、物流、信息流等流動(dòng)要素為重點(diǎn)，通過對商務(wù)旅行和交流程度的測度，能夠?yàn)榍逦胤从橙找婢W(wǎng)絡(luò)化的城市區(qū)域內(nèi)部的功能結(jié)構(gòu)和關(guān)系，為深入揭示城市區(qū)域內(nèi)的互動(dòng)演進(jìn)過程提供有力支撐。我國也有學(xué)者通過計(jì)算長江三角洲16個(gè)城市間高速鐵路和長途客車的客運(yùn)交通流量，分析了長三角主要城市間功能聯(lián)系強(qiáng)度和聯(lián)系方向等特征，并對長三角功能多中心的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析判斷?；谝貜?qiáng)度和流量的方法，如OD矩陣，基于網(wǎng)絡(luò)的模型，如人口密度和路網(wǎng)密度等。

2 基于OD矩陣的城市群空間聯(lián)系分析

2.1 OD矩陣

OD矩陣，或稱OD表，是描述交通網(wǎng)絡(luò)中所有出行起點(diǎn)（Origin）與終點(diǎn)（Destination）之間在一定時(shí)間范圍內(nèi)出行交換數(shù)量的表格，能夠反映網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)間的交通聯(lián)系及其流量大小。基于OD矩陣的基本概念，可以將其引申至城市群空間聯(lián)系的定量分析中。由于其他經(jīng)濟(jì)聯(lián)系數(shù)據(jù)獲取的局限性，分別獲取城市間航空客貨運(yùn)輸量和鐵路車次，根據(jù)九大城市群的劃分原則，對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理后，分別構(gòu)建九大城市群間2010年和2016年的航空客貨運(yùn)輸OD矩陣以及2017年鐵路客運(yùn)車次的OD矩陣。

2.2 數(shù)據(jù)來源與處理

2.2.1 空間數(shù)據(jù)及其預(yù)處理

9個(gè)城市群的位置數(shù)據(jù)是國家1∶400萬中國電子地形圖（國界、省界、地級市等）的基礎(chǔ)上，參考城市群的規(guī)模采集各個(gè)城市群的城市經(jīng)緯度，并提取城市群的幾何中心位置作為OD矩陣的起點(diǎn)O（Original）和終點(diǎn)D（Destination），通過ArcGIS軟件計(jì)算城市群中心的位置，平均幾何中心坐標(biāo)的計(jì)算公式見公式（1）～（2）。

X=∑Xi /n （1）

Y=∑Yi /n （2）

其中，（X，Y）分別為幾何中心的經(jīng)緯度坐標(biāo)值，（Xi，Yi）為第i個(gè)城市的地理經(jīng)緯度坐標(biāo)值，n為城市群內(nèi)部城市數(shù)量，其計(jì)算結(jié)果見表1。

2.2.2 屬性數(shù)據(jù)及其預(yù)處理

本文城市群的經(jīng)濟(jì)聯(lián)系分析所涉及的屬性數(shù)據(jù)是經(jīng)濟(jì)聯(lián)系的指標(biāo)數(shù)據(jù)。包括2010年和2016年九大城市群中心城市的航空旅客運(yùn)輸量和貨物運(yùn)輸量，以及城市群范圍內(nèi)重點(diǎn)城市間2017年12月的旅客列車車次數(shù)據(jù)，筆者從鐵道12306網(wǎng)站以及航空局整理的數(shù)據(jù)。

3 基于OD矩陣的城市群空間聯(lián)系定量分析

根據(jù)城市群內(nèi)部各城市的經(jīng)緯度坐標(biāo)值，計(jì)算出每個(gè)城市群的幾何中心，將各幾何中心進(jìn)行空間聯(lián)接，構(gòu)成城市群間一對多的網(wǎng)絡(luò)圖，通過網(wǎng)絡(luò)可反映城市群外部空間聯(lián)系的空間結(jié)構(gòu)。

根據(jù)上述OD矩陣數(shù)據(jù)，為每條網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接線賦予相應(yīng)的專題屬性值，包括2010年和2016年航空客貨運(yùn)輸量，2017年鐵路車次等，再進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)流量的圖形化表達(dá)，見圖2和圖3。

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)OD圖中的航空客貨運(yùn)輸量和鐵路車次，可以半定量地間接反映城市群間的外部經(jīng)濟(jì)聯(lián)系強(qiáng)弱關(guān)系。同時(shí)通過對2010年和2016年航空客貨運(yùn)輸量的對比，可以反映城市群間空間經(jīng)濟(jì)聯(lián)系的變化。

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)OD矩陣圖可見，我國主要城市群之間都存在不同程度的聯(lián)系，形成了網(wǎng)絡(luò)化的空間聯(lián)系格局，其中京津冀城市群、長三角城市群、珠三角城市群和成渝城市群的樞紐性作用非常明顯，無論是客運(yùn)流還是貨運(yùn)流，這四大城市群之間的聯(lián)系量都非常大，占據(jù)主導(dǎo)性的優(yōu)勢地位。

由于航空運(yùn)輸屬于較高端的空間經(jīng)濟(jì)聯(lián)系，因此，能夠反映城市群間經(jīng)濟(jì)聯(lián)系的質(zhì)量。根據(jù)上述圖表數(shù)據(jù)，對航空運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)流量進(jìn)行分析，在貨運(yùn)量方面，京津冀城市群、長三角城市群和珠三角城市群之間的聯(lián)系在城市群之間聯(lián)系中呈主導(dǎo)性作用，其次為京津冀城市群與川渝城市群、珠三角城市群與成渝城市群、長三角城市群與川渝城市群。在客運(yùn)量方面，京津冀城市群與長三角城市群、長三角城市群與珠三角城市群之間的聯(lián)系呈現(xiàn)主導(dǎo)性地位，其次為京津冀城市群與珠三角城市群、京津冀城市群與川渝城市群、珠三角城市群與成渝城市群，可見，九大城市群間的經(jīng)濟(jì)聯(lián)系的質(zhì)量是具有層次性和等級性的。

鐵路客運(yùn)反映的是城市群間人員往來的數(shù)量，由于客運(yùn)數(shù)據(jù)獲取的困難性，因此，通過客運(yùn)列車的車次數(shù)量也可以間接反映客運(yùn)量的相對大小。根據(jù)2017年數(shù)據(jù)，京津冀城市群與長三角城市群、遼中南城市群和山東半島城市群間的車次總量均大于100，鄂東城市群與珠三角城市群間車次總量也在100以上，形成南北兩個(gè)樞紐。而長三角與鄂東和海西間的車次也在50～100之間，其他城市群間的車次數(shù)量則小于50，說明人員聯(lián)系沒有上述三個(gè)地區(qū)密切見圖4。

4 結(jié)論

4.1 城市群的外部聯(lián)系主要體現(xiàn)在核心城市上

城市群一方面對內(nèi)是一個(gè)一體化程度很高的綜合體，另一方面城市群還是一個(gè)對外的開放體，城市群對外的經(jīng)濟(jì)聯(lián)系主要體現(xiàn)在核心城市的對外聯(lián)系上。這一個(gè)方面是因?yàn)槌鞘腥簝?nèi)部核心城市的首位度一般都比較高，集聚了城市群內(nèi)部最好的生產(chǎn)要素資源，其市場范圍和服務(wù)空間往往會超過城市群自身的市場范圍，需要與外部加強(qiáng)經(jīng)濟(jì)聯(lián)系，拓展市場范圍，以便在更大區(qū)位范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置。另一方面，在部分城市群內(nèi)部，核心城市往往是靠近港口的門戶城市，這類核心城市在城市群中往往擔(dān)任內(nèi)聚外聯(lián)的作用，城市群內(nèi)部的成員城市一般是通過門戶核心城市間接與外部發(fā)生經(jīng)濟(jì)聯(lián)系。

4.2 港口城市在城市群對外經(jīng)濟(jì)聯(lián)系中發(fā)揮樞紐性作用

港口城市在城市群對外聯(lián)系中發(fā)揮重要的樞紐性作用，很多城市群的對外經(jīng)濟(jì)聯(lián)系主要是通過港口城市的對外聯(lián)系得到體現(xiàn)的。這主要是因?yàn)楦劭诔鞘性诩廴丝诤蜕a(chǎn)要素方面具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢，在歷史發(fā)展過程中，很多區(qū)位條件和建港條件優(yōu)越的港口城市，往往得到快速發(fā)展，成為區(qū)域發(fā)展的龍頭城市。港口中心城市本身具有優(yōu)越的區(qū)位條件和便利的交通優(yōu)勢，成為區(qū)域內(nèi)人口和產(chǎn)業(yè)的集聚中心，而且還往往是區(qū)域內(nèi)的行政中心，從而在一定程度上強(qiáng)化了人口和產(chǎn)業(yè)的集聚功能，促進(jìn)了區(qū)域中心城市城市規(guī)模的擴(kuò)大和功能的完善。港口城市對外聯(lián)系低廉便捷的先天優(yōu)勢，進(jìn)一步強(qiáng)化了其在城市群中內(nèi)聚外聯(lián)的作用。

4.3 城市群對外聯(lián)系強(qiáng)度基本仍呈現(xiàn)菱形分布格局

從我國城市群對外聯(lián)系強(qiáng)度的空間分布來看，基本呈現(xiàn)出由京津冀、長三角、珠三角、成渝組成的菱形空間分布格局。這種菱形格局基本與中國區(qū)域發(fā)展長期形成的“T”字型空間是相吻合的。其中京津冀城市群、長三角城市群和珠三角城市群是我國沿海地區(qū)最為發(fā)達(dá)和規(guī)模最大的城市群，川渝城市群是我國長江沿岸和西南地區(qū)的重要城市群，這四大城市群之間的經(jīng)濟(jì)聯(lián)系強(qiáng)度最大，相互之間的人員流動(dòng)和貨物流動(dòng)量都比較大。在全國的城市群結(jié)構(gòu)體系中，這四大城市群之間的相互聯(lián)系占據(jù)主導(dǎo)型地位，其數(shù)量和質(zhì)量都明顯大于其他城市群間的聯(lián)系，因此，具有較高的層次性和等級性。

4.4 城市群空間聯(lián)系呈三大區(qū)域性集中格局

從人員流動(dòng)性看，京津冀城市群分別與長三角城市群、遼中南城市群和山東半島城市群間；鄂東城市群與珠三角城市群間；長三角城市群與鄂東城市群和海西城市群間的聯(lián)系基本上在同一個(gè)層次上，形成了相對集中的三個(gè)區(qū)域性集中聯(lián)系格局，即北方城市群間、西南城市群間和東南沿海城市群間的三大次級空間聯(lián)系格局。

4.5 城市群經(jīng)濟(jì)聯(lián)系不斷加強(qiáng)，空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜

根據(jù)前述2010年航空客貨運(yùn)輸量的對比，可以明顯看到多年來城市群空間聯(lián)系在強(qiáng)度、數(shù)量和質(zhì)量上的增加，同時(shí)聯(lián)系的層次性也更加明顯，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。2010年航空客運(yùn)聯(lián)系量沒有超過500萬人的，而到2016年時(shí)，長三角城市群與京津冀城市群和珠三角城市群的航空客運(yùn)量均超過1000萬人，其他層次的聯(lián)系也不斷增加。

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