基于GIS的京津冀城市群空間關(guān)聯(lián)測度

1、基于GIS的京津冀城市群空間關(guān)聯(lián)測度摘要：京津冀的發(fā)展不協(xié)調(diào)問題由來已久，而京津冀城市群作為京津冀地區(qū)的空間骨架，對協(xié)調(diào)三地發(fā)展具有決定性作用。本文將基于GIS空間分析技術(shù)考察京津冀城市群內(nèi)部城市之間的空間關(guān)聯(lián)程度，以正視當前京津冀城市群內(nèi)部各節(jié)點城市之間的真實經(jīng)濟關(guān)聯(lián)狀況，并提供決策支持。關(guān)鍵字：京津冀；協(xié)調(diào)發(fā)展；空間自相關(guān)；GIS一、引言京津冀城市群是以北京市和天津市兩大直轄市為核心城市，以河北省唐山市、秦皇島市、廊坊市、保定市、張家口市和承德市等為節(jié)點的城市群。在“京津冀城市群”提出之前，就已存在幾個與其相似的提法，比如“環(huán)渤海經(jīng)濟區(qū)”、“首都經(jīng)濟圈”、“京津唐城市群”。北京市早在198

2、2年的北京市城市建設(shè)總體規(guī)劃方案中就提出了“首都圈”的概念；而1992年黨的十四大中提出要加快環(huán)渤海地區(qū)的開發(fā)、開放，又衍生出了“環(huán)渤海經(jīng)濟區(qū)”的提法。提出時間早，說明政府重視，也說明經(jīng)京津冀地區(qū)實現(xiàn)協(xié)調(diào)發(fā)展的愿望強烈、由來已久。由于京津冀三地之間涉及資源、環(huán)境、產(chǎn)業(yè)、人才等方面的利益沖突一直沒能很好解決，京津冀一體化一直停留在紙面上而沒能落實2004年11月國家發(fā)改委正式啟動京津冀都市圈區(qū)域規(guī)劃編制，但至今沒有獲批。這些問題給京津冀城市群的進一步發(fā)展壯大帶來了歷史包袱。京津冀城市群作為京津冀地區(qū)的空間骨架，京津冀城市群的內(nèi)部協(xié)調(diào)能夠直接帶動京津冀區(qū)域的協(xié)調(diào)。而引導京津冀城市群的科學、協(xié)調(diào)發(fā)展

3、，不能忘記城市群發(fā)育和城鎮(zhèn)化都是產(chǎn)業(yè)集聚的空間表現(xiàn)，是發(fā)展的結(jié)果而非手段。政府在此過程中的職能一方面是解決以往資源錯配造成的問題，比如解決河北省規(guī)范化生態(tài)補償渠道的缺乏問題（陸大道，2015）；另一方面是順應市場發(fā)展并及時提供公共服務，比如基礎(chǔ)設(shè)施。因此我們需要從理論出發(fā)，考察京津冀城市群的城鎮(zhèn)之間經(jīng)濟聯(lián)系的緊密程度，以正視當前京津冀城市群內(nèi)部各節(jié)點城市之間的真實經(jīng)濟關(guān)聯(lián)狀況，并提供決策支持，這是本文研究意義。二、基礎(chǔ)和前提怎么解構(gòu)“城鎮(zhèn)之間經(jīng)濟聯(lián)系的緊密程度”？這必須是一個細致且量化的解釋。首先需要明確，城市群空間關(guān)聯(lián)測度要以城鎮(zhèn)為單位，這是因為城鎮(zhèn)是城市群空間中比較微觀的單位，理論上其可以

4、是鎮(zhèn)區(qū)，以城鎮(zhèn)為單位來分析比以在其級別之上的空間單位（如地級市市轄區(qū)）更為連續(xù)，描述經(jīng)濟聯(lián)系更為準確。但由于鎮(zhèn)一級數(shù)據(jù)較難獲得，本文將在連續(xù)的京津冀縣級城市單元上考察“城鎮(zhèn)經(jīng)濟聯(lián)系緊密程度”。其次，關(guān)于“城鎮(zhèn)經(jīng)濟聯(lián)系的緊密程度”，可以直接按照定義以城鎮(zhèn)經(jīng)濟聯(lián)系為指標，然后做比較。但事實證明這些指標也是很難得到的，需要尋找替代指標。比如，周一星早在1990年代初期就進行了中國都市區(qū)的研究，其鑒于中國缺乏通勤流的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，提出了用非農(nóng)化指標替代通勤率表達經(jīng)濟社會聯(lián)系度 轉(zhuǎn)引自黃金川等（2014）。但客觀而言，替代指標存在的信息缺失對研究可靠性的影響是不確定的，增加了研究成本?？梢姡_定恰當?shù)闹笜耸?/p>

5、本類研究的關(guān)鍵，本類研究是一次“讓數(shù)據(jù)本身說話”的過程，是典型的探索性空間數(shù)據(jù)分析（ESDA）。在此我們將關(guān)注點放到城市群中城市之間的空間關(guān)系上，因為城市是產(chǎn)業(yè)的聚集區(qū)，城市之間的經(jīng)濟聯(lián)系歸根結(jié)底是產(chǎn)業(yè)的內(nèi)部交換。所以說，城市的空間關(guān)聯(lián)是產(chǎn)業(yè)布局分工的空間表現(xiàn)，而從空間關(guān)系來透視城市的經(jīng)濟聯(lián)系是可行的，在這方面已經(jīng)有不少研究進行了探索。三、文獻回顧城市群識別是空間關(guān)聯(lián)的代表性研究，其所用指標可作為本次研究參考。國內(nèi)外現(xiàn)有關(guān)于城市群識別的研究情況見表1（王麗等，2013）：國外國內(nèi)時間名稱識別標準名稱識別標準1949年美國大都市(metropolitan area)中心城市人口5萬非農(nóng)人口比例&

6、gt;75%或人口>1萬人人口密度不低于50人/平方英里通勤率單向不低于15%或雙向不低于20%1957年Gottmann提出的都市連綿帶(megalopolis)區(qū)域內(nèi)城市較密集不少大城市形成都市區(qū)，核心與外圍地區(qū)有密切聯(lián)系各都市區(qū)之間無間隔必須達到相當大的總規(guī)模具有國際交往樞紐的作用1950-1960年代日本都市圈中心城市為中央指定市，或人口100萬、鄰近有50萬人以上城市中心城市GDP占圈內(nèi)1/3以上外圍到中心城市的通勤15%圈內(nèi)貨物運輸量總量25%圈內(nèi)總?cè)丝诖笥诘扔?000萬。1986年周一星提出的都市連綿區(qū)（MIR）有2個以上特大城市大型海港、空港及定期國際航線綜合交通走廊中小

7、城市數(shù)量較多，總?cè)丝?500萬，密度達700人/km2各城市、城市和外圍之間聯(lián)系緊密。1987年McGee提出的Desakota區(qū)域人口密集且與周圍地區(qū)交通方便城市外圍當天可通勤非農(nóng)產(chǎn)業(yè)增長迅速人口流動性較強越來越多的婦女參與非農(nóng)產(chǎn)業(yè)。1990年代至今方創(chuàng)琳等提出的中國城市群標準大城市多于3個，且至少一個城鎮(zhèn)人口100萬人口規(guī)模2000萬、城鎮(zhèn)化率50%人均GDP超過3000美元經(jīng)濟密度500萬元/km2有高度發(fā)達的綜合運輸通道非農(nóng)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值比70%核心城市GDP的中心度>45%。表1 國內(nèi)外目前主要城市群識別標準從表1可看出，由于我國是個經(jīng)濟后發(fā)國家，國內(nèi)各大城市群的出現(xiàn)也晚于國際知名城

8、市群，因此對城市群的研究也晚于國外。而從具體指標來看，城市群識別主要從空間結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)兩大方面進行定性判斷，然后展開出各次級指標。這些指標實際上可大體分為兩種：一是城市規(guī)模指標，主要是人口規(guī)模和經(jīng)濟規(guī)模指標，其次是城市銷售額、城市收入、城市購買力、非農(nóng)人口、城市綜合規(guī)模等指標（王麗等，2013）；二是經(jīng)濟地理“引力”指標，主要是場強指標（黃金川等，2012）和中心職能強度（魯金萍等，2015）。基于經(jīng)濟地理指標的研究出現(xiàn)較晚，總體上仍以城市規(guī)模指標為主。與城市群研究相比，城市空間關(guān)聯(lián)分析是一種數(shù)據(jù)挖掘，是通過數(shù)據(jù)分析找出現(xiàn)實規(guī)律；而城市群識別是一個客觀規(guī)律推廣應用的過程，其研究目的是城市群的

9、識別，即在總結(jié)現(xiàn)有城市群發(fā)展和現(xiàn)狀特征并提出識別標準后，再將其應用到所要識別的城鎮(zhèn)體系上。由于研究目的不同，一般城市群識別研究中的中心度、國際影響力等指標不適用于空間關(guān)聯(lián)分析，何況就算相比長三角和珠三角，京津冀城市群的成熟度和國際影響力也是不夠的。四、測算方法本文主要利用ArcGIS軟件對各城市指標進行空間自相關(guān)運算。（一）指標的確定前面說到，城市是產(chǎn)業(yè)的聚集區(qū)，確切說聚集的是非農(nóng)產(chǎn)業(yè)，那么我們在確定指標時可以沿用非農(nóng)產(chǎn)業(yè)聚集的邏輯。非農(nóng)產(chǎn)業(yè)聚集，首先意味著聚集地的企業(yè)單位數(shù)就大于周邊一定范圍內(nèi)的企業(yè)單位數(shù)，那么就可以選擇企業(yè)單位數(shù)作為分析指標。但在數(shù)據(jù)上不可行，因為很多地方統(tǒng)計的企業(yè)單位數(shù)是

10、規(guī)模以上的，對規(guī)模以下的企業(yè)不能反映到，況且國有企業(yè)與其他企業(yè)在經(jīng)濟影響上存在“權(quán)重”差異問題，而企業(yè)單位數(shù)指標不能反映出這個問題。其次，產(chǎn)業(yè)的聚集歸根結(jié)底也是人的聚集，產(chǎn)業(yè)布局歸根結(jié)底是人的“理性”決策問題，那么可以選組非農(nóng)產(chǎn)業(yè)就業(yè)的占比作為測算指標，然而遺憾的是京津冀三地2013年在從業(yè)人員指標的統(tǒng)計上變動過統(tǒng)計口徑，且由于技術(shù)方面的要求，在北京城市擴展區(qū)范圍內(nèi)的通州、昌平等區(qū)縣的數(shù)據(jù)必須要單列出來，而筆者無法找到這些區(qū)縣與津冀兩地口徑相同的相關(guān)就業(yè)數(shù)據(jù)。因此最后決定沿用傳統(tǒng)的城市規(guī)模指標，即非農(nóng)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值的占比（簡稱非農(nóng)產(chǎn)值占比）。這個指標的不僅易查、口徑變動不大，而且與城市產(chǎn)業(yè)聚集程度也

11、正相關(guān)。（二）方法的確定前面還說到，城市之間的經(jīng)濟聯(lián)系歸根結(jié)底是產(chǎn)業(yè)的內(nèi)部交換，而根據(jù)地理學第一定律，任何事物存在空間相關(guān)，距離越近的事物空間相關(guān)性越大；那么同理，城市群中越相鄰或相近的城市聯(lián)系就越緊密，這種現(xiàn)象在城市經(jīng)濟中更加普遍，因為集聚經(jīng)濟具有很強的外部性，不斷吸引周邊要素集聚。因此我們將基于非農(nóng)產(chǎn)業(yè)占比指標對京津冀各區(qū)縣進行空間自相關(guān)分析。在此我們選擇用Anselin（1995）提出的Local Morans I指標公式（局部MORAN指數(shù)），并用ArcGIS軟件進行測算，即：Ii=xi- xSi2j=1,j inwi,jxj- X （1）在ArcGIS軟件中，xi被稱為要素i的屬性，

12、在此即是我們選定的非農(nóng)產(chǎn)值占比指標，要素則是各縣級市。局部Moran指數(shù)可以實現(xiàn)基于京津冀區(qū)縣非農(nóng)產(chǎn)業(yè)占比，對京津冀城市群的關(guān)聯(lián)程度進行高值聚集區(qū)、低值聚集區(qū)以及異常值區(qū)域。局部Moran指數(shù)是一個隨機變量，局部Moran指數(shù)有一個標準化檢驗指標Z值，在得到Z值概率累積分布函數(shù)后，給定置信區(qū)間即可求的P值。其中E(I)=-1/(n-1)，VIi=EI2-(EI)2。ZIi= Ii E IIi V Ii （2）在用ArcGIS計算時，還需要選擇“空間關(guān)系概念”，空間關(guān)系概念的選擇涉及到兩個Moran指數(shù)的運算結(jié)果，具體見表2：空間關(guān)系概念解釋反距離、反距離平方要素距離越遠影響越小，適用于對連續(xù)的

13、數(shù)據(jù)（比如溫度變化）固定距離將空間網(wǎng)格化，網(wǎng)格內(nèi)任意點所發(fā)揮的影響僅與網(wǎng)格位置有關(guān)，與格內(nèi)位置無關(guān)無差別的區(qū)域在一定的區(qū)域內(nèi)按固定距離處理，區(qū)域外按反距離處理面鄰接有共享邊或共享邊+共享點的兩個區(qū)塊視為相鄰表2 空間關(guān)系概念及其解釋由于京津冀縣級城市指標非連續(xù)，因此不考慮選擇反距離；固定距離和無差別區(qū)域的柵格內(nèi)部各點影響力相同，但是這個理論只有在較小的柵格內(nèi)才能實現(xiàn)，而縣級城市區(qū)劃是一個比較大的范圍，故不考慮固定距離和無差別區(qū)域；因此選擇面鄰接概念進行計算。（三）數(shù)據(jù)的選取由于各地統(tǒng)計數(shù)據(jù)公布進度不一樣，有的已經(jīng)公布到了2014年有的才公布2012年，因此為了盡量保證數(shù)據(jù)口徑的一致本文選取20

14、12年的京津冀縣級城市GDP和一產(chǎn)GDP數(shù)據(jù)，本文數(shù)據(jù)絕大部分來自于前瞻網(wǎng)數(shù)據(jù)庫（其數(shù)據(jù)來自各地統(tǒng)計局），唐山市的數(shù)據(jù)來自于唐山統(tǒng)計年鑒2013。經(jīng)測算得到表2：市轄區(qū)/縣/縣級市非農(nóng)產(chǎn)值占比市轄區(qū)/縣/縣級市非農(nóng)產(chǎn)值占比市轄區(qū)/縣/縣級市非農(nóng)產(chǎn)值占比市轄區(qū)/縣/縣級市非農(nóng)產(chǎn)值占比北京市99.827%玉田縣81.360%沙河市97.040%平泉縣72.176%通州區(qū)95.701%遵化縣92.614%保定市98.760%灤平縣83.678%順義縣97.718%遷安縣95.763%滿城縣79.106%隆化縣75.502%昌平縣98.181%秦皇島市98.593%清苑縣74.352%豐寧縣75.65

15、4%大興縣98.321%青龍區(qū)80.586%淶水縣76.491%寬城縣92.651%懷柔縣95.913%昌黎縣63.626%阜平縣75.950%圍場縣59.971%平谷縣89.079%盧龍縣72.921%徐水縣81.920%滄州市98.940%密云縣89.701%撫寧縣71.558%定興縣69.715%滄縣86.636%延慶縣87.476%邯鄲市99.070%唐縣74.722%青縣71.138%天津市99.113%邯鄲縣93.740%高陽縣90.815%東光縣80.318%武清縣94.542%臨漳縣72.802%容城縣81.606%海興縣79.549%寶坻縣93.241%魏縣80.354%淶源

16、縣93.803%鹽山縣87.283%寧河縣90.665%涉縣96.124%望都縣67.536%肅寧縣81.267%靜海縣95.403%武安市96.857%安新縣86.704%南皮縣75.488%薊縣90.910%成安縣79.947%易縣73.651%吳橋縣57.967%石家莊市99.470%大名縣73.767%曲陽縣82.221%獻縣80.386%鹿泉市92.767%磁縣90.986%蠡縣82.375%孟村縣90.402%井陘縣91.539%肥鄉(xiāng)縣71.552%完縣67.123%泊頭市87.403%正定縣86.992%永年縣69.452%博野縣70.497%任丘市96.596%欒城縣81.02

17、1%邱縣75.501%雄縣86.623%黃驊市88.979%行唐縣79.567%雞澤縣77.475%涿州市90.413%河間市90.041%靈壽縣82.122%廣平縣82.892%定州市72.473%廊坊市94.721%高邑縣83.453%館陶縣73.234%安國市77.656%固安縣69.674%深澤縣82.034%曲周縣75.512%新城縣87.786%水清縣56.896%贊皇縣82.606%邢臺市98.471%張家口市97.451%香河縣84.498%無極縣83.372%邢臺縣91.864%宣化縣72.455%大城縣83.476%平山縣91.205%臨城縣86.294%張北縣72.033

18、%文安縣90.436%元氏縣85.500%內(nèi)丘縣90.065%康?？h54.734%大廠縣83.945%趙縣81.563%柏鄉(xiāng)縣72.232%沽源縣58.233%霸州市94.174%辛集市86.860%隆堯縣76.873%尚義縣70.298%三河市91.692%藻城市86.778%任縣71.038%蔚縣85.077%衡水市90.939%晉州市86.698%南和縣63.235%陽原縣80.030%棗強縣76.474%新樂市83.410%寧晉縣81.836%懷安縣81.521%武邑縣69.630%唐山市95.496%巨鹿縣74.111%萬全縣76.837%武強縣76.674%豐南市93.477%新河

19、縣76.310%懷來縣86.257%饒陽縣65.852%豐潤縣91.045%廣宗縣61.818%涿鹿縣67.145%安平縣85.546%唐海縣93.958%平鄉(xiāng)縣74.823%赤城縣72.909%故城縣68.952%灤縣89.619%威縣54.570%崇禮縣78.778%景縣80.996%灤南縣74.865%清河縣92.114%承德市98.070%阜城縣74.379%樂亭縣75.363%臨西縣77.227%承德縣79.706%冀縣82.700%遷西縣94.347%南宮市81.286%興隆縣80.501%深州市74.023%表3 京津冀縣級城市非農(nóng)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占比（個別區(qū)縣名仍是舊稱）四、測算結(jié)果及

20、檢驗基于面鄰接空間概念的局部Moran指數(shù)、z值、p值以及聚集類型的測算結(jié)果見表4（僅顯示統(tǒng)計顯著部分），京津冀城市聚集分類圖見圖1：NPRLMiIndexLMiZScoreLMiPValueCOType0.54738.65966.18030.0000LL0.582312.74135.81030.0000LL0.618211.01944.60590.0000LL0.977211.16954.33810.0000HH0.991110.88633.75710.0002HH0.95709.99363.64610.0003HH0.98187.61943.48020.0005HH0.67548.3033

21、3.22910.0012LL0.72036.93973.17100.0015LL0.94547.97523.10220.0019HH0.5690-6.1289-3.09540.0020LH0.96867.74223.01200.0026HH0.99075.01902.94020.0033HH0.54576.19582.83250.0046LL0.99837.71152.81750.0048HH0.7114-6.6079-2.54010.0111LH0.98473.39312.42690.0152HH0.9380-6.1504-2.21530.0267HL0.63634.80242.19860.

22、0279LL0.74825.46152.12960.0332LL0.9211-4.6399-2.09700.0360HL0.75504.91672.06350.0391LL0.93245.26072.05190.0402HH0.93484.87872.04770.0406HH0.59972.81182.01270.0442LL0.94724.73701.98860.0467HH0.96122.76411.97870.0479HH表4 京津冀城市群的聚集類型測算結(jié)果表明，京津冀城市群中大多數(shù)城市并沒有顯著的空間聚集關(guān)系，統(tǒng)計顯著性足夠高的、也就是說p值小于0.05的城市聚集區(qū)也比較分散。其中，高值聚集區(qū)不出所料位于京津核心區(qū)，低值聚集區(qū)分散與京津冀邊緣地帶，但處在河北省南部邊緣的邯鄲市部分區(qū)縣表現(xiàn)出了一定程度的高值聚集傾向。低值異常值分布在邢臺市東邊和京津地區(qū)南部與河北省接壤的兩個縣，而高值異常值出現(xiàn)在保定市淶源縣，表明“環(huán)京津貧困帶”的說法不無道理。圖1 京津冀城市聚集分類圖我們常常能再國內(nèi)外知名城市群案例中找到城市點軸分布的案例，比如長三角城市群中的蘇南部分。但本次測算表明，京津冀城市群除了京津兩地間有著顯著的聯(lián)系，其他城市相互之間可以說幾乎不存在有實質(zhì)的經(jīng)濟關(guān)聯(lián)。此外，圖1還顯示出，京津冀城市群的主體框架實際上仍沒有超出京津唐城市群