湖北省多尺度社会经济空间网络构建与分析

发布时间：2018-06-06 13:48

  本文选题：城镇体系 + 空间联系　； 参考：《武汉大学》2015年博士论文

【摘要】：随着社会经济的发展,网络化发展模式已经成为城镇空间格局的新范式,从网络的角度研究不同地域尺度之间的社会经济联系和网络特征,对于城镇体系规划和区域发展具有重要意义。本文首先对空间网络的主要组成部分——点、线要素进行了综合评价,同时对比了两者之间的空间分异特征：其次,文章提出与空间可达性相结合的辐射模型对各个尺度的空间联系强度进行模拟预测,基于此构建地级市、县市级和乡镇级的社会经济空间网络,并构建了相应的匹配随机网络和规则网络用于对比分析；再次,文章主要从从整体、局部和特体三个层次分析了网络的中心性、聚集特征、社团特征、节点角色等。文章采用了1990、2000、2010年三个研究时段对上述研究内容进行纵向对比分析,揭示湖北省社会经济空间网络的演化规律；基于多尺度的地市级、县市级、乡镇级三个不同等级对上述内容进行横向对比分析,揭示湖北省不同类型空间单元的差异特征。(1)社会经济空间网络的点、线要素分析在借鉴以往研究的基础上,本文从多尺度的视角分别将湖北省17个地级市、85个县级及县级市和1035个主城区和乡镇分别作为空间网络的节点,利用1990、2000、2010年的社会经济数据对上述节点的空间联系能力进行综合测度与分析。本文将1990、2000、2010年的道路网数据作为空间网络的线要素,基于线要素对多尺度节点进行了距离可达性和机会可达性分析,以实现点要素以线要素为基础的空间移动能力的多层面测度。本章最后借助标准差椭圆对点、线要素的空间演化格局及其差异特征进行了深入探讨。主要结论如下：首先,通过构建指标体系分别评价了地市级和县市级的空间联系能力,利用人口和流动人口表征乡镇级的空间联系能力,并从统计特征和空间分布两方面进行了分析。从分析结果来看：①地市级层面武汉、宜昌等在联系能力及其增长量、增长率方面均排名靠前,恩施、天门、潜江、神农架等则空间联系能力较小且增长速度较慢。②县市级中空间联系能力较强的地区主要分布在襄阳-宜昌一线以东的城镇密集区,其中武汉辖区内的东西湖区、江夏区、蔡甸区等地增长速度较快,而西部边缘的部分县市出现了负增长。③在乡镇级人口规模中,总人口的规模出现了先升后降的趋势,而流动人口则增长迅速,中东部地区的地级市和县级市主城区增长最为显著。其次,基于1990、2000、2010年的道路网数据对各个尺度单元分别进行了距离可达性和机会可达性分析。研究结果表明：①文章分别从直线距离、路网距离、时间距离、方言距离及时间和方言的综合距离多个角度分析了地市区、县市区和乡镇级的距离可达性。湖北省城镇的距离可达性呈现从中心向外围递减的格局,东部城镇的可达性状况好于西部；乡镇类型单元由于分布较为分散且所连接的道路网里程和等级不及核心城区,所有其距离可达性较地市区和县市区较差。②文章在基于距离可达性的基础上计算了加权平均旅行时间、日可达性、潜能可达性等机会可达性指数,研究发现机会可达性较好的地区主要集中在中东部的武汉市周围的城镇密集区。并利用数据包络分析和主成分分析分别对以上三个指标进行综合研究,研究表明两种综合方法的结果具有较好的一致性。再次,采用标准差椭圆的方法对点、线要素的空间格局演化特征及其两者的空间差异进行了深入分析。主要研究结论有：①相对于均质椭圆,地市级、县市级和乡镇级的空间联系能力等点要素以及道路里程和道路等级等线要素的椭圆重心均相对偏东南且向东移动的趋势显著,大部分点、线要素呈现逐渐聚集的态势,主要体现在东北-西南的短轴方向。乡镇级的流动人口则出现了分散趋势。②各类要素中,相对于点要素、道路网(里程和等级)的分布范围较广且重心较靠近均质SDE；在点要素内部,相对于县市级、地市级的空间联系能力,一方面,乡镇级总人口的分布最为分散,流动人口的聚集特征最显著,另一方面,地级市的SDE中心更靠近均质椭圆,流动人口则最远。在线要素内部,道路等级相对于道路里程更偏向于东南方向,且空间收缩较为显著。(2)社会经济空间网络构建网络构建是网络分析的基础,空间联系强度的度量是空间网络构建的重要内容。在空间联系强度模拟层面,文章首先提出了改进的辐射模型并与传统模型进行比较和验证；在空间联系分析层面,主要从空间联系格局和节点的空间联系强度两方面分析；在空间网络的构建层面主要包含全联系矩阵的简化处理以及同规模随机网络和规则网络的构建等主要步骤。具体结论如下：首先,基于点要素的空间联系能力和空间可达性对各个尺度上节点的空间联系边权进行模拟测度。①文章针对现有模型多对空间异质性考虑较少的不足提出了基于空间可达性的改进辐射模型,用于测度不同节点之间空间联系的边权大小,同时将模拟结果与传统的重力模型和辐射模型进行比较与验证。②改进辐射模型能够突出联系的方向性,该模型下两地之间不同方向上联系边权的差异不仅取决于辐射范围分流作用的大小,而且取决于出发地的可达性即辐射范围的大小,当两地之间的规模和可达性水平具有较大差异时,这种方向性差异越明显。③通过与实测数据的相关性分析,发现改进辐射模型的模拟精度与重力模型、传统辐射相比有了较大改善,且在复杂地域格局中具有优势,能够较好的模拟真实地理环境中的不同地区间空间联系的客观规律。其次,基于改进辐射模型的结果对多尺度空间联系格局进行分析。①在地市级尺度,高权重连接边形成以武汉、襄阳、宜昌为顶点的“△”格局,其中武汉与周围的孝感、鄂州、黄石、黄冈、咸宁形成了星形结构。②在县市级尺度,高权重连接边具有局部聚集整体联通的特征：强联系主要聚集于武汉、襄阳、宜昌市辖区与其附近的县市级单元之间,围绕各个核心市辖区形成了显著的簇状放射状结构,同时在这三个局部聚集簇之间存在少数权重较大的长距离连接边,以此保证了各个局部聚集之间的有效联系。③在乡镇级尺度,高权重连接边总体格局呈现横着开口向西的“V”字型结构,从东到西主要以黄石-武汉-宜昌-襄阳-十堰等核心发达城市为主要节点,以这些节点之间连接边为主要骨架；同时,中东部城镇密集区武汉“1+8”城市圈内各个节点之间的联系强度显著高于全省的平均水平,城市圈区域一体化格局已经初步形成。再次,基于多尺度节点间的空间联系矩阵构建社会经济空间网络。①全矩阵简化：选择各个尺度中1990、2000、2010年所有联系的平均值作为阈值对连接边的全矩阵进行分割,多个年份采用统一的阈值使生成的网络具有时间序列上的可比性。②网络的连通性：将分割后的网络与各个联系矩阵的最小生成树进行合并(边权的倒数最小)以保证网络中没有孤立的节点或者成分。③不同类型网络的构建：文章保留了各个连接边上的权重,为了研究网络的拓扑结构,生成了加权网络对应的拓扑二值矩阵；为了在下文分析中突出实体网络与其他网络的特征差异,文章同时构建与各个实体网络同规模同密度的随机网络和规则网络,在规则网络的构建中加入了空间约束的条件,对应的空间规则网络。(3)社会经济空间网络分析本章节分别从整体、局部和个体的角度对多尺度空间网络的连接特征、社团特征和节点角色进行系统分析；文章在纵向时间尺度上通过不同年份的比较揭示各个尺度网络的演化特征；文章在横向层面,对比了各个空间网络的拓扑与加权形式,同时将实体网络与匹配随机网络和规则网络进行比较,开展同一指标在不同网络类型中的对比分析。主要结论如下：首先,文章主要通过点度、点权、介数、平均路径距离、簇系数等指标分析了网络的无标度、小世界等复杂性特征,同时对各个指标之间的相关性进行了深入分析。由于地市级网络的规模较小,网络指标为定量分析,网络的复杂特征和相关性为定性解释说明,县市级和乡镇级均为定量分析。①第一、无标度特征：县市级和乡镇级网络的点度累计分布具有幂律特征,且幂指数在(1,2)之间,说明网络中大部分节点的连接边较少而少数节点的连接边较多。点权也呈现一定的幂律分布,且离散程度相对点权较大。无标度特征的存在主要是由于城镇连接边的择优特征产生的；②小世界特征：地市级、县市级和乡镇级的均存在短路径和高簇系数的小世界性质,规模较小的城镇由于空间约束的限制而倾向于局部去连接,形成了局部联系紧密组团现象,核心城镇则由于辐射能力和可达性较好而存在一定的长距离“捷径”,对各个局部聚集进行了有效连接,提高了网络的传输效率。③相关性：度-权的幂律相关性说明点权的增长速度快于点度；度-度的负相关特征表明网络具有异配特征,度-簇的幂律关系中幂指数多在-0.6左右,说明网络具有一定的层次性。其次,文章分别对地市级、县市级和乡镇级的拓扑网络和加权网络进行了社团识别,对Q值、社团内外部联系强度等进行了分析。①Q值：从地市级、县市级到乡镇级,Q值逐渐增加,说明节点的地域尺度越小,联系的局部聚集越显著；从1990到2010各个尺度网络的Q值逐渐减小,说明网络连接具有分散化趋势；相对于拓扑网络,权重网络的Q值均较小,说明在网络中连接边较为分散而连接边权重则相对聚集。②在社团划分结果中,均在武汉、襄阳、宜昌这三个核心城市附近形成了明显的社团聚集,且社团的内、外部联系强度在全省占有重要比重,可见这三个区域是湖北省的主要城镇聚集区。③不同空间尺度间社团结果一般表现为：较小地域单元的社团是对较大地域单元社团结果不同程度的拆分,这正是度-簇相关性中网络层次性的体现,说明湖北省城镇体系具有一定的地域格局规律。再次,文章基于多尺度的社团结果中,各个节点的内外部连接结构对节点个体进行角色识别,并将拓扑网络与随机网络和规则网络进行比较,将加权网络与拓扑网络进行比较。①时间尺度上,地市级、县市级和乡镇级网络中均不包含在随机网络中占有较大比重的R4,此类角色的节点多倾向于外部链接,说明实体网络区别于随机网络而具有显著的聚集特征。同时,三个尺度的网络中均出现了R1比例减少、R2比例增加的趋势,说明节点的外部联系加强,这与Q值减小网络趋于分散联系具有一致性。②不同尺度之间,相对于地市级和县市级网络,乡镇级网络中联系热点的数量不断增加,乡镇级网络中越来越多的核心城区对整个网络的联系具有重要作用。③加权与拓扑网络相比,加权网络中不存在对内、对外联系均较强的R7,与Q值结果一样显示出加权的相对局部聚集特征。④空间分布特征,外向联系较强的R5、R6、R7城镇主要聚集在中东部武汉附近的城镇密集区。最后,基于多尺度网络的视角对湖北省的城镇体系规划提出了具体的政策措施。①宏观层面,需要加强对关键节点及其连接边的检查监管,以提高网络整体运行的稳定性。②中观层面,中东部武汉社团及其邻近社团可实施产业专业措施；中部的宜昌-荆门-荆州社团需要进行产业分工和深度合作；襄阳社团和恩施社团可采取有效措施以核心城市带动周围地区的发展；神农架周围社团则需要培育新的区域经济增长极。③微观层面,R1和R2则需要增强自身经济发展的动力；R3在未来长远城镇体系规划中具有区域联系“踏脚石”的作用；在各个社团的R5节点之间建立有效联接是社团联合的有效方法；宜昌、荆州、恩施等节点需要转变为新的R6型以实现区域的整体协调发展。
[Abstract]:With the development of social economy , the mode of network development has become a new paradigm of urban spatial pattern . From the perspective of network , it is important to study the social economic relation and network characteristics between different geographical scales .
Thirdly , this paper analyzes the central characteristics , aggregation characteristics , community characteristics , node roles , etc . of the network from the three levels of the whole , the local and the special body . The article adopts the three research periods of 1990 , 2000 and 2010 to carry on the longitudinal contrast analysis of the above research contents , and reveals the evolution law of the social economic space network in Hubei Province ;
In this paper , the spatial relationship between urban and county levels is analyzed by using the social economic data of 1990 , 2000 and 2010 as the line elements of spatial networks .
On the basis of distance accessibility , the spatial pattern evolution characteristics and spatial differences of the points and line elements are analyzed by using the method of data envelope analysis and principal component analysis .
On the one hand , the distribution of urban - class population is the most dispersed , the aggregate characteristic of floating population is the most obvious , on the other hand , the distribution of urban population is the most obvious . On the other hand , the spatial contraction is more significant . ( 2 ) The construction of network is the basis of network analysis .
At the spatial contact analysis level , the spatial contact pattern and spatial connection strength of nodes are analyzed .
This paper presents an improved radiation model based on spatial accessibility , which is based on spatial correlation and spatial accessibility .
At the same time , the connection strength between all the nodes in Wuhan " 1 + 8 " city circle in the medium - eastern town is significantly higher than the average of the whole province , and the integration pattern of the urban circle has been preliminarily formed . 鈶，

本文编号：1986779