关中平原城市群城市流强度时空演变特征

潘润秋 马世雄

摘要：随着国家政策引导，关中平原城市群的战略意义愈发凸显，将发挥我国向西开发的战略支撑作用，对城市群内部经济联系的研究愈发重要。为探讨关中平原城市群各城市对外服务能力时空演变特征，基于城市流强度模型与K-means算法对2005年至2015年关中平原城市群对外服务能力的空间格局分异特征与时空演变规律进行分析得出以下结论：关中平原城市群空间联系整体不强；城市对外服务能力空间格局变化不大，呈现出以西安市为中心的圈层结构；各城市对外服务能力处于不断上升的趋势，呈现出时间阶段性特征。

关键词：关中平原城市群；对外服务能力；城市流强度；时空演变

中图分类号：F127 文献标识码：A

文章编号：1001-9138-（2018）03-0045-52 收稿日期：2018-01-10

随着“一带一路”战略与新型城镇化的推进，关中地区对我国西北地区发展的核心引领作用与向西部发展的战略支撑作用得到进一步强化与发展。关中平原城市群是在关中-天水经济区的基础上进一步升华与扩大，以建设具有国际影响力的国家级城市群为目标，打造内陆改革开放新高地。关中平原城市群与成渝城市群、长江中游城市群、中原城市群等新兴城市群在新时期的发展将会对我国经济空间格局形成重要的影响。

城市群是指在特定的地域范围内，以一个特大城市为核心由至少三个以上的城市为构成单元，依托发达的交通通信等基础设施网络所形成的空间组织紧凑、经济联系紧密、并最终实现高度同城化和高度一体化的城市群体，是工业化与城镇化发展到较高阶段的地域单元。城市群作为新的区域发展单元，将会有力促进经济要素流动、资源配置与市场融合。在城市群发育过程中区域间各种要素不断流动，空间联系更加活跃并呈现出网格化的特点。城市的经济活动按照服务对象划分可以视作两部分组成即为本城市服务与为城市以外服务，为城市以外服务的部门是城市存在和发展的经济基础。因此探索城市中各行业部门的对外服务能力是研究城市发展与区域经济联系的重要一环。通过区位商与城市流强度描述城市在区域中经济活动产生的人流、物流、信息流、资金流等经济流交互作用，表征城市对外服务能力。城市流强度值高的城市则对外服务能力较强，具备良好的经济基础和集聚人口与劳动力的效应，反之则对外服务能力较弱甚至只能提供本地服务。这是城市中心性的重要指征。

国外在研究城市及区域聯系方面起步较早，提出了一系列定律与模型对城市空间相互作用进行分析，建立了城市空间相互作用的理论基础。国内现有研究通过城市功能网络、城市引力、城市经济空间联系等方法研究城市间经济联系与城市群体系已有较多成果。从区位商与城市流强度视角研究城市对外服务能力与区域空间经济联系的研究多集中在经济发达、内部联系紧密的东部沿海地区，对中西部新兴城市群关注较少，且多从静态时间截面对城市群进行测算分析，忽略时间尺度变化。

本文将通过城市流强度模型对2005年至2015年关中平原城市群的11个城市对外服务能力的空间分布特征、时空演变规律及空间分布与增长格局进行研究，采用连续年度数据可以精确刻画与揭示城市对外服务能力的阶段性与区域性特征。

1 研究区与数据指标

关中平原城市群以西安为核心城市，包括陕西省铜川市、宝鸡市、咸阳市、渭南市、杨凌区、商洛市及山西省运城市、临汾市和甘肃省天水市、平凉市、庆阳市（见图1）。本文研究区域选取关中平原城市群主要城市，由于杨凌区数据缺失较多，因此未纳入研究。研究选取2005年至2015年《中国城市统计年鉴》国民经济分类中第二产业与第三产业的分类共16个行业部门从业人口及地区生产总值数据，选取的行业部门分别为制造业、电力、燃气及水的生产和供应业、建筑业、交通运输、仓储和邮政业、信息传输计算机服务和软件业、批发和零售业、住宿和餐饮业、金融业、房地产业、租赁和商业服务业、科学技术服务和地质勘探业、水利环境和公共设施服务业、教育、卫生社会保障和社会福利业、文化、体育和娱乐业以及公共管理和社会组织。

2 研究方法

2.1 城市流强度模型

城市流强度是用于表示城市对外服务能力，即城市在区域系统中向其他城市输出的经济流量值，由城市的经济活动外向功能所产生的城市之间相互影响的定量关系，用F表示通常由城市功能效益N与城市外向服务功能量E这两部分组成。公式为：

F = N * E （1）

式中：N为城市功能效益，反映了城市之间单位外向功能量所产生的影响；E为城市外向功能量，表示城市外向功能的大小。

（2）

（3）

（4）

（i=1，2，…，n；j=1，2，…，m）

（5）

式中，GDPi为i城市全市地区生产总值，Gi为i城市选取行业部门从业人员总数，Ni为i城市的城市功能效益，通过计算从业人员人均GDP来表征，由于缺少各行业部门的产值和占比，这里仅测算所有对外服务部门的城市功能效益；Eij为i城市j行业部门的外向服务功能量，n为行业部门数量，i为城市数量；Gij为i城市j行业部门从业人员数量；Lqij为各城市各行业部门从业人员的区位商值。

城市是否具有外向功能量取决于城市的行业部门从业人员的区位商值，若Lqij>1，则i城市j行业部门存在外向功能，表示i城市j行业部门中从业人员超过研究区内该行业部门的分配比例，即可以为研究区内其他地区提供服务；若Lqij<1，则i城市j行业部门不存在外向功能，即Eij=0。

2.2 K-means算法

K-means算法是基于划分的经典非监督聚类方法，通过不断迭代将数据对象划分到不同的类中，使每一类都尽可能紧凑且远离其他类。基本原理是设定参数K值，确定将数据划分成K类，从数据对象中随机选取K个数据作为初始聚类中心，再将数据划分到距离最近的初始聚类中心，如此反复迭代至标准测度函数收敛则结束迭代。通过迭代不断变化中心点的位置，使得所有数据对象到其类别中心点的距离总和最小。本文通过利用K-means算法聚类对研究区域城市流强度值进行时空聚类，以期揭示城市流强度时空变化的演变规律与特征。

3城市对外服务能力空间格局及演变规律

3.1 城市流强度总体特征

根据选取研究区数据运用城市流强度模型，可得出关中平原城市群2005年至2015年各城市各行业部门及城市流强度值并制作表1及图2。

一般认为，城市流强度值越高，与外界联系越紧密，能够为外界提供服务越多；城市流强度值越低，与外界联系越松散，能够为外界提供服务越少。关中平原城市群各城市2005年至2015年，城市流强度值大多呈现出不同程度的上升趋势，但是在2015年多个城市出现下降。2005年西安市城市流强度值为193.66亿元，第二位的临汾市仅为69.36亿元，仅有西安市的三分之一左右；最后一位的铜川市仅有6.53亿元，只有第二位临汾市的十分之一左右，与核心城市西安差距巨大；城市群总城市群强度值为586.41亿元。2015年西安市城市流强度值为801.28亿元，第二、三位的临汾市与宝鸡市城市流强度值分别为317.14亿元与300.61亿元；最后一位铜川市城市流强度值为50.84亿元；城市群总城市群强度值为2659.66亿元，西安市占城市群总量的占比持续稳定在三分之一左右。综上所述，西安市作为城市群核心城市地位无可动摇，但是其余各城市虽然发展态势向好，仍有巨大差距。

在城市流强度测算过程中，城市各行业部门的区位商也展现出一定特征。区位商不仅可以反映城市某行业部门的专业化水平，还可以反映城市该行业部门外向功能量的强弱。在关中平原城市群中，没有城市的区位商值全部大于1，说明城市群中缺乏各产业综合发展的集聚城市。作为城市群核心西安市，主要外向服务部门的区位商值都大于1且远高于其他城市，说明西安市在城市群中的核心地位，在各行业部门中制造业、科学技术服务和地质勘探业与交通运输、仓储和邮政业这三个行业部门的区位商值在连续年份中持续大幅高于其他行业；2015年铜川、商洛、天水、庆阳区位商值大于1即具有外向功能的行业部门不足6个，且具有外向功能的行业部门区位商值也较低，说明城市群整体发展不够均衡，部分行业部门集聚和辐射作用不足。总体来说，通过对关中平原城市群区位商值的分析发现关中平原城市群总体发展水平较低，规模较小，核心城市西安市仍不具备各产业综合发展的集聚与辐射能力，部分城市发展水平与综合实力较低。城市群发展不均衡，处于发育初级阶段。

3.2 城市对外服务能力等级划分

聚类分析是定量研究地理要素分类的重要方法，通过对2005年至2015年关中平原城市群各城市的城市流强度值计算结果运用K-means聚类法对各城市进行聚类，发现当K值取3时聚类效果较好，并依据聚类结果进行城市等级划分。

由K-means聚类法得到每个聚类中个案数量与最终聚类中心可以将关中平原城市群依据城市流强度水平划分为三类（见表2）。高水平城市为西安市；中水平城市为宝鸡市、咸阳市、渭南市、庆阳市、临汾市与运城市；低水平城市为商洛市、铜川市、平凉市与天水市。

高水平城市只有西安市一个城市，作为陕西省省会城市与国家中心城市，是关中平原城市群核心城市，可以为城市群全区域提供服务。西安市是陕西省政治、经济、文化中心，处于关中平原中心，其区位优势与交通优势非常显著，在新时期“一带一路”的政策与陕西省“米”字形铁路建设下将进一步增强。

中水平城市为宝鸡市、咸阳市、渭南市、庆阳市、临汾市与运城市。这六个城市从动态视角来看，在2013年之前均呈现稳定增长态势，在2011年至2013年呈现快速增长，但是2013年之后只有咸阳市保持持续增长的态势，其余城市均出现过不同程度的下降。咸阳市与西安市邻近，区位优势明显，拥有非常好的交通优势。通过对比宝鸡市与渭南市同年地区生产总值与城市流强度发现，两个城市的地区生产总值保持了高速增长，增速高于全国平均值，但是城市流强度值仍然出现增长放缓甚至下降态势，说明城市在综合实力与经济实力提升的同时，城市集聚与吸引力并未随之迎来高速增长。渭南市距离西安市较近，且交通便利，部分区县与西安市协同发展，受影响较大，其增长趋势与西安市趋同。庆阳市由于油气等资源丰富，经济发展较好。总体来说，这六个城市虽然经济与综合实力有了长足发展，但是经济辐射与集聚能力仍然不足。

低水平城市为商洛市、铜川市、平凉市与天水市。这四个城市的城市流强度值均呈现出稳步增长态势，但总体水平仍然较低。铜川市在整个时段内几乎一直处于最后一位，与其余城市差距巨大。对比地区生产总值增长率，铜川市地区生产总值保持了高速发展的趋势，增速持续高于全国平均水平。除天水市之外几乎没有客运铁路线路，受制于地形险峻，交通基础设施建设难度极大，交通主要依靠公路。总体来说低水平城市对外服务能力较低，社会经济要素难以聚集。

3.3 城市对外服务能力时空演变特征

为进一步探索城市群内不同水平层次城市对外服務能力特征与阶段性发展变化，运用K-means聚类法对关中平原城市群2005年至2015年城市流强度的时间尺度进行聚类，当K值取3时聚类效果较好，根据最终聚类中心作为中心点值制作图3并利用IDW插值法（反距离权重法）绘制图4。

聚类结果表明将研究时段分为2005-2007，2008-2011与2012-2015三个阶段。每个城市在对比上一阶段城市流强度均呈上升趋势，绝对值变化大体相同，呈现出相似的阶段性特征。

在整个时段内西安市一直处于区域核心地位；关中平原城市群的对外服务能力整体格局基本保持不变，呈现出以西安市为中心沿关中平原地带向周围递减的圈层结构，并呈现出东高西低的格局，减小趋势与地形平坦程度和交通通达性成正相关关系，且趋势越来越明显。究其原因在于我国整体发展格局为东部地区较为发达，与东部地区相距较近的城市拥有较好的基础，交通等基础设施建设更为完善。以地区生产总值为例，2015年临汾市地区生产总值约为1161亿元，渭南市地区生产总值约为1469亿元，而处于关中平原城市群西部的平凉市地区生产总值约为348亿元，庆阳市地区生产总值约为609亿元。可以看出处于城市群东西两侧由区位因素带来的差异性。另一方面原因在于交通通达性与地形因素带来的差异。宝鸡市与渭南市为陇海铁路沿线城市，运城市与临汾市为京昆铁路沿线城市，并处于平原地带；而庆阳市与铜川市地形以山地丘陵为主，至今未能有客运铁路开通，导致城市间人流、物流、信息流等各种要素难以汇聚。虽然地区生产总值高速增长，但是城市对外服务能力增长仍然较为缓慢。可见由交通带来的城市对外服务能力增长有着重要影响。

西安市三个阶段中心点值分别为239.83亿元、492.07亿元与772.09亿元，三个阶段间增长绝对值大体相同。西安市作为西北地区的龙头城市及与中东部地区连接的节点，并处于国家“一带一路”政策“丝绸之路经济带”的起点，是东西部交通枢纽城市，区位优势明显。西安市在2011年举办世界园艺博覽会，使得社会经济要素聚集，在2010年至2012年带来城市流强度高速增长。说明重大事件的举办对于城市服务能力的上升存在短期促进效应。其余各城市对外服务能力均低于西安市，区域内各城市处于良好的发展态势，整个时段内增速趋势大体一致。但是由于区域间联系较为松散，城市集聚程度较低，导致社会经济要素流动集聚效应不强。在未来发展中应进一步加强区域间联系与区域协同发展，如渭南市富平县与西安市阎良区协同发展。

4 结论

基于城市流强度模型对关中平原城市群11个城市2005年至2015年的城市对外服务能力进行了测算，对其空间格局分异特征与时间演变规律进行分析。主要得到以下结论：①关中平原城市群各城市对外服务能力整体不强，城市间联系较为松散，社会经济要素集聚能力较弱；且没有各产业综合发展的大城市。②在空间格局分布没有太大变化，西安市处于城市群核心地位，其余城市呈现出以西安市为中心沿关中平原地带向周围逐渐减小的圈层结构。③各城市在时间演变过程中对外服务能力处于不断提升中，在增长中呈现出空间等级性与时间阶段性的特征，并与基数大小、区位差异等呈现出相关关系。

通过对关中平原城市群2005年至2015年连续年份城市流强度总体特征、空间等级与时间阶段的研究，总体来说关中平原城市群各城市对外服务能力处于持续增长的状态，在增长中存在显著的空间等级性与时间阶段性的特征，并与经济实力、地形、交通等要素呈现出相关关系。随着进一步发展，加强区域合作，提升交通通达性，关中平原城市群的对外服务能力空间格局与增长态势将发生深刻变化。

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2020-10-04