现有区域城市化空间过程研究的不足

第一章　绪　论

1.1　研究背景

1.1.1　中国城市化的机遇与挑战

城市是现代文明的标志，是经济、政治、科技、文化、教育的中心，集中体现了国家的综合国力、政府管理能力和国际竞争力。诺贝尔经济学奖获奖者之一斯蒂格利茨早在2000年就断言“21世纪的决定性力量是美国的高科技和中国的城市化”。他同时指出，新世纪中国将面临三大挑战，其中居于首位的就是城市化问题，中国城市化现状仍然不容乐观，目前尚存在很多问题。世界银行在《2020年的中国》中也指出：“当前的中国正经历两个转变，即从指令性经济向市场经济转变，从农村、农业社会向城市、工业社会的转变。”（世界银行，1997）

2008年，全球已有超过半数人口居住在城市中。根据联合国《世界城市展望》（2008）的预测，到2050年这一比例将上升至70%。我国自新中国成立以来，城市化水平不断提高，由1949年的10.6%上升到2008年的45.7%。长江三角洲地区、珠江三角洲地区、京津冀地区已经形成三个较为成熟、规模较大的城市群，特别是长三角城市群作为普遍认可的世界第六大城市群，代表了中国乃至世界城市群发展的方向。中国作为世界上最大的发展中国家，已稳步迈入了城市化加速发展时期，中国的城市化进程将成为新一轮世界城市化浪潮的重要组成部分。由此可见，剖析中国城市的空间过程、格局与机制，理性分析中国城市体系的演变及其区域差异，客观评价中国不同规模城市的效益，深入探讨中国可持续的城市化道路，是中国应对经济全球化，提升中国城市在全球城市网络当中的地位，拓展中国参与国际竞争战略空间的重要课题。

1.1.2　江苏应对国土开发空间格局调整的要求

江苏省是中国经济最具活力、城市化进程最快的省区之一。2008年，江苏省城市化水平达到54.3%，超过全国平均水平8.6个百分点，城市化进程的加快，已成为江苏省社会经济发展的重要推动力。

2009年6月，国务院常务会议审议通过《江苏沿海地区发展规划》，江苏省沿海开发上升为国家战略，江苏沿海地区将建设成为我国东部地区重要经济增长极和辐射、带动能力强的新亚欧大陆桥之东方桥头堡。连云港、盐城、南通3市将迎来巨大的发展机遇，江苏区域开发格局将由沿江逐步走向沿海。2010年5月，国务院正式批准实施《长江三角洲地区区域规划》，在原来长江三角洲地区的上海、南京、苏州、无锡、常州、镇江、扬州、泰州、南通、杭州、宁波、湖州、嘉兴、绍兴、舟山、台州16个城市为核心的基础上拓展为上海市、江苏省和浙江省，使苏北的徐州、连云港、宿迁、淮安、盐城5个城市纳入长三角区域。长三角地区将建设成为亚太地区重要的国际门户、全球重要的现代服务业和先进制造业中心，成为具有较强国际竞争力的世界级城市群。

沿江发展带、沿沪宁发展带、沿海发展带、沿东陇海发展带、沿运河发展带等江苏省、长三角乃至国家层面的国土开发空间框架的重合与交织，以及随着《江苏沿海地区发展规划》和《长江三角洲地区区域规划》的贯彻落实，必将带来江苏省国土开发空间格局的调整，有力促进江苏省沿海地区以及苏中、苏北地区的发展，“苏南提升、苏中崛起、苏北振兴”的战略目标将逐步实现。在此过程中，江苏省城镇体系及其空间格局必将发生演变。因此，培育区域增长极，提升区域城市化水平，分析和探讨江苏空间开发轴线与城镇体系及其空间格局演变的相互作用机制，是江苏国土开发空间格局调整过程中要面对的重大课题。

1.1.3　现有区域城市化空间过程研究的不足

城市与区域发展是人文地理学研究的核心领域，空间格局与过程是基于地理学对城市化现象研究的一个重要切入点。区域城市化，作为构建社会经济发展中综合、复杂的时空演进过程，其诸多要素的空间相互作用而导致的集聚和扩散、趋同与分异、溢出与重构等空间过程，使城市化进程中诸要素呈现出一定的空间分布格局或空间模式。城市化进程中的空间格局与城市化空间格局的演化是揭示城市化时空演进规律的两个重要方面（马晓冬，2007）。

随着中国城市化空间格局研究的不断展开，区域城市化空间过程的研究方法不断丰富。包括利用分布密度对城市分布的空间变化和差异进行研究；应用空间分布重心、人口分布重心等方法对城市分布空间平衡状态进行测度；通过邻近指数R值等方法对城市分布的空间集聚特征和分布类型进行分析和检验；利用空间相关分析方法刻画城市分布格局的空间关联特征等（顾朝林，2008）。城市作为人类社会和经济发展的产物，其空间位置的固定使得城市间的地理距离恒定，现有的研究在揭示城市化空间格局的过程中，其空间相互作用关系的变化大多仅依赖于城市的质量。其不足之处体现在，一是使城市间的空间距离呈现为静态，二是地理距离难以真正体现城市间的相互作用关系。本研究通过城市间的交通网络，来揭示城市间的相互作用距离，将从两个方面弥补现有研究的不足，一是交通网络的不断变化会促使城市间的相互作用距离的动态改变，二是交通距离本身也弥补了地理距离的不足。因此，基于交通网络的城市可达性研究将拓展城市化空间格局与过程研究的深度，提高研究的水平。

1.1.4　GIS技术为城市化空间过程研究提供了技术支撑

古典区位论的创立，使地理学由传统的区域个性描述走向对空间规律和法则的探寻，其孤立化和演绎的思维方法，对以后的地理学者产生很大的影响和启发。随着计量革命和定量分析应用于各个学科领域，20世纪60年代起，区域空间结构的研究者对数学模型的热情出现第一次高潮。到90年代，伴随着计算机技术的飞速进步，地理信息系统（Geography Information System，GIS）的兴起与发展使人们对区域空间结构研究中定量分析的应用产生极大的兴趣和热情，以地理信息系统为平台的数学模型正逐渐得到研究者的青睐。

GIS是在计算机软硬件支持下，对地理信息进行采集、存储、检索、分析和显示的综合性技术系统。GIS的出现，是地理学研究方法上一次质的飞跃，为地理学研究提供了一种前所未有的技术工具。GIS以综合处理空间信息为特长，具有解决复杂问题的强大信息处理能力，能有效地解决传统研究方法的缺陷。为地理学研究开辟了新的渠道信息，增强了地理学解决实际问题的能力，并在一定程度上促进地理学的综合发展。

由美国环境系统研究所（Environment System Research Institute，ESRI）开发的新一代GIS处理软件ArcGIS 9.x具有强大的空间数据采集、处理、分析和统计功能，其提供的符合工业标准的MVBA（Microsoft Visual Basic for Application），可用于所有的脚本编程和定制工作。基于ArcGIS的探索性空间数据分析（Exploratory Spatial Data Analysis，ESDA）广泛应用于城市化空间格局与过程的研究，成为揭示区域城市化过程的空间相关、空间集聚以及空间异质的定量方法。ArcGIS所提供的空间分析模块（Spatial Analyst、Geostatistical Analyst、Network Analyst等）及二次开发平台为实现城市相互作用、区域交通可达性等的研究提供了良好的解决方案（汤国安，2008）。

1.2　研究目的和意义

1.2.1　研究目的

城市化的发展将对经济全球化时代的中国乃至世界产生深远的影响。作为中国对外开放的前沿地区，地处长三角区域的江苏省，其城市化发展速度和发展质量以及交通基础设施建设水平均位居全国前列。交通基础设施对城镇空间格局影响显著，但限于技术方法的不足，两者之间的耦合关系没有得到梳理。为此，有必要进行空间可达性理论和方法的创新，以揭示不同交通基础设施的区域效应，并在此基础上，构建交通基础设施与城镇空间格局的耦合模型，揭示两者的相互作用关系，为区域空间结构研究的纵深化和定量化提供有针对性的技术和方法支撑。这是本书的研究目的和价值所在。

本研究将在深入分析江苏省城市空间的过程和格局、江苏省交通可达性格局演变的基础上，借助分形分析、空间分析、地统计分析等研究方法，剖析江苏省城市空间格局的分形特征、城市空间联系特征和城市影响区格局与演变，揭示江苏省交通可达性与城市空间格局的耦合特征。在克里斯泰勒中心地理论的基础上，模拟交通可达性在城市空间格局演变过程中的影响和作用机制，建立基于可达性的城市空间格局演变趋势模型，并以此预测江苏省城市空间格局演变趋势，争取实现理论研究的创新和实践应用的突破。

1.2.2　研究意义

本研究的理论意义在于：城镇体系空间格局由不同等级的城镇（点）通过道路交通（线）构成网络结构。在以往的研究中，分析城镇间的相互作用往往采用地理距离或路网距离，地理距离因为地形地势的差异、路网距离因为道路类型或等级的不同，均对研究结果带来较大的误差。本研究将借助GIS软件的空间分析技术，基于可达性分析方法，计算得到两两城市间的时间距离。利用时间距离，使空间位置固定的城镇间距离变成动态距离，随着交通网络的发展和完善，城镇间的时间距离将发生动态改变。这在理论上为分形技术在城市空间格局演变当中的应用（集聚维数、关联维数等均会随着交通可达性的改变而发生改变，使同一个区域城镇体系的分形特征具有纵向比较意义）和“自下而上”的城市影响范围划分（根据重力模型，基于可达性值来代替直线距离或路网距离，使城镇间的相互作用关系更为准确，也更符合现实）奠定了科学基础。

本研究的实践意义在于：在长三角全球城市区域形成的同时，江苏省也迎来了空间开发格局调整的需求，区域内部要素的集聚与扩散也在经历不断的重组和变迁，现有的城镇空间格局将影响空间开发格局的调整，而新的空间开发轴线又必将影响江苏省城镇空间格局的演变。本研究以1990年、1996年、2002年、2008年四个时间作为研究断面，在可达性技术的支持下，深入剖析江苏省城市空间过程、格局和演变，探讨城镇空间格局的分形特征、城镇空间相互联系格局特征以及城镇影响范围的时空演变特征，并通过可达性与城市空间格局的耦合特征对江苏省进行区域类型划分，为区域发展的分类指导提供科学依据。通过基于可达性的城市空间格局演变趋势模型，预测江苏省城市空间格局的演变趋势，为江苏省国土空间开发格局调整、区域生产力布局重组提供决策参考。

1.3　研究对象

1.3.1　区域概况

江苏省位于中国东部沿海的中部，居长江、淮河下游，北接山东，南连上海和浙江，西邻安徽，东临黄海，京杭大运河纵贯南北，是长江三角洲地区的重要组成部分，介于东经116°22′～121°55′，北纬30°46′～35°07′（图1－1）。海岸线长达954km，其中黄海海岸线长947km，东海海岸线长7km。江苏省是中国人口密度最高的省份之一，总面积10.26万km2，占全国总面积的1.07%，是全国最小省区之一。在总面积中，平原占68.81%，低山、丘陵、岗地占14.33%，水域占16.86%（江苏省志·地理志，1999）。

图1－1　江苏省区位图

江苏省历来是中国最富庶的地区之一。全省综合经济实力在全国一直处于前列。2008年，江苏省总人口7676.50万，国内生产总值30312.61亿元，经济总量在广东、山东之后，位居大陆第三；全年人均生产总值39485元，列浙江之后，名列大陆第二（中国统计年鉴，2009）。

1.3.2　研究对象选取

至2008年，江苏省设13个省辖市，27个县级市，25个县（表1－1、图1－2）。考虑到江苏历年行政区划调整，本研究以2008年行政区划为蓝本，将各研究年度的数据进行整合或调整，使其与2008年区划相符合。

同时，考虑到表述上的方便性和一致性，本书将65个研究单元（包括省辖市、县级市、县）统一称为城市。

表1－1　江苏省行政区划简表

图1－2　江苏省区域分布图

1.4　研究方法

1.4.1　文献综述法

通过查阅专业纸质文献和电子文献了解国内外研究现状、研究方法和研究趋势；通过江苏省交通图册和江苏省基础地理数据获取江苏省交通网络数据；利用各年度中国统计年鉴、中国城市统计年鉴、中国县（市）社会经济统计年鉴、江苏省统计年鉴等获取江苏省各区域社会经济发展数据；利用国家及省（市）相关规划获取区域发展战略、发展思路、城市和交通的布局特点，预测发展方向。

1.4.2　时空结合法

本书选取了江苏省4个年份作为时间尺度的研究断面，选取了2008年为空间尺度的研究标准，选取了65个县（市）作为研究单元，从时间尺度和空间尺度对江苏省城市空间格局演变和发展规律进行提炼，总结出基于可达性的江苏省城市空间结构与演变特征，进而在建立基于可达性的城市空间格局演变趋势模型的基础上，对江苏省城市空间格局演变趋势进行分析和预测。

1.4.3　数理分析法

应用标准差、变异系数、锡尔系数等方法分析江苏省城市发展水平的相对差异、绝对差异和区域差异；应用主成分分析对江苏省城市质量（城市综合实力）进行排序；应用聚类分析方法对江苏省城市进行等级归类；利用归一化、加权平均、斯皮尔曼等级相关等方法分析可达性与城市空间格局演变的耦合关系；应用分形理论和相关分析方法，通过计算集聚维数和关联维数，从城镇空间分布的向心性和相关性两个方面，分析基于可达性基础的江苏省城镇空间结构的分形特征。

1.4.4　空间分析法

空间分析是地理信息系统的主要特征，通过空间分析可以发现隐藏在空间数据之后的重要信息或一般规律。应用探索性空间数据分析（ESDA）的全局相关和局域相关分析江苏省城市空间格局的空间关联性；利用ArcGIS的空间分析模块对江苏省65个城市进行了空间位置分析、空间可达性分析、空间区划分析、空间关联性分析以及空间影响区分析，同时结合VBA，提取了江苏省65个城市4个研究断面的两两可达性距离。

1.4.5　模拟分析法

根据克里斯泰勒中心地理论和相关模型，中心地等级越低，其提供的商品和服务等级也越低，但是需求却越大（如生活必需品）。中心地等级越高，其提供的商品和服务等级也越高，但需求相对较小（如奢侈品）。据此，本研究进行了计算机模拟，并在模拟的基础上构建了一个需求模型，用以分析地理势能的存在对城市空间格局演变的影响，探讨了其在预测城市空间过程与格局中的理论意义和实践意义。

1.5　研究思路和框架

本书的研究框架如图1－3所示。

第一章为绪论，主要指出本书的选题背景、研究目的和意义、研究对象、研究方法、研究思路和框架等。

第二章为国内外研究进展及理论基础。从城市空间格局演变影响因素、城市空间组合类型及特征、城市空间联系和城市空间范围等方面对城市空间格局的研究进展进行了阐述，从可达性内涵、方法和应用三个层面对可达性研究进展进行了梳理，并对区域空间结构理论和区域分析相关理论进行了总结。

第三章为江苏省城市化过程分析。重点分析江苏省城市化历程，江苏省城市化的总体差异、区域差异和空间差异，利用ESDA研究方法探讨江苏省城市的空间关联性、应用主成分和聚类等分析方法分析了江苏省城市综合实力格局。全面分析江苏省城市化历史和现状，并为后续研究提供城市综合实力排序结果。

第四章为江苏省城市可达性及其演变特征。在评述现有可达性分析方法的基础上，设计了基于ArcGIS的可达性评价方法，在江苏省四个研究断面交通数据的支持下，分析了江苏省四个研究断面的城市可达性格局特征以及城市间可达性格局特征。通过GIS空间分析技术和VB编程语言，对江苏省65个城市1990—2008年的两两之间的直线距离、可达性距离数据进行了挖掘和提取，为后续研究提供了大量的可达性分析数据。

第五章为基于可达性的江苏省城市空间格局演化特征。从分形、空间联系、空间影响范围三个侧面分析和探讨了江苏省城市空间格局。首先利用集聚维数和关联维数对江苏省四个研究年度的城市向心性和空间关联性进行测度；其次利用城市质量数据和可达性数据，对四个研究断面江苏省城市空间联系的格局特征和演变趋势进行了分析，探讨了交通对城市联系格局的影响；在城市影响区的分析当中，创新提出了基于城市空间联系的城市影响区格局划分方法，并在江苏省的实践中得到检验，同时利用等时线和场强模型分别测算了江苏省四个研究断面城市影响区的格局特点及演变趋势。

图1－3　研究路线图

第六章为交通优势度与城市空间格局耦合。交通优势度表现为“质”、“量”和“势”，通过交通设计的规模来表达“量”，通过区内可达性和区外可达性来表达“质”，通过区位优势度来表达“势”，在此基础上，综合分析得到城市交通优势度。并在深入剖析江苏省交通优势度空间格局的基础上，结合江苏省城市综合实力，通过耦合指数把江苏省城市分为三种类型，即交通滞后型、协调发展型和交通超前型。

第七章为江苏省城市空间格局演变趋势。结合中心地理论，通过计算模拟分析了不同等级中心城市的区位势能，探讨了区位势能对城市空间格局的影响，在此基础上，构建了基于可达性的城市空间格局演变趋势模型，并利用原有江苏省城市空间格局数据进行了验证。结合江苏省发展战略和相关规划，利用模型预测了江苏省城市空间格局的演变趋势。

第八章为结论与讨论。对本书的研究结论进行总结归纳，指出本书研究的创新点，对本文存在的问题进行了分析和讨论，对以后进一步深入研究进行了展望。

其中，第三章和第四章既是对江苏省城市化和可达性空间格局的描述，也是为后续研究提供数据准备。第五至第七章分别在可达性分析的基础上，从城市空间格局分析、可达性与城市空间格局耦合分析、城市空间格局演变分析三个侧面进行研究，力图通过方法创新，深入揭示基于可达性的江苏省城市空间过程、格局和演变。