畢業(yè)論文-基于GIS 的中原經(jīng)濟區(qū)城市勢力圈劃分及類型分析

1、PAGE 編號：08009210311南陽師范學(xué)院2012屆畢業(yè)生畢業(yè)論文（設(shè)計） 題 目：基于GIS的中原經(jīng)濟區(qū)城市勢力圈 劃分及其特征分析 完 成 人： 班 級： 2008-03 學(xué) 制： 4年 專 業(yè)： 地理信息系統(tǒng) 指導(dǎo)教師： 完成日期： 2012-4-25 目錄摘要（1）0 引言（1）1 勢力圈的分析模型（2）1.1 城市綜合規(guī)模獲得（2）1. 2 場強模型（2）2 研究方法2.1 數(shù)據(jù)來源（3）2.2 數(shù)據(jù)處理（3）2.2.1 指標(biāo)選擇（3）2.2.2 計算城市綜合規(guī)模（3）2.2.3 場強計算與柵格歸類（5）3 結(jié)果分析3.1 城市勢力圈分布特征（6）3.2 各城市勢力圈面積與空

2、間關(guān)系（6）3.3 勢力圈與行政范圍的疊合分析（6）3.3.1市域內(nèi)勢力圈構(gòu)成分析 （7）3.3.2勢力圈跨市域分析 （7）3.3.3疊置結(jié)果的綜合分類（8）4 結(jié)束語 （8）參考文獻 （9）Abstract （9）第1頁（共9頁）基于GIS 的中原經(jīng)濟區(qū)城市勢力圈劃分及類型分析摘要：借助場強模型，利用GIS空間分析方法，對中原經(jīng)濟區(qū)28個城市的勢力圈進行了劃分，再與各個城市的行政區(qū)進行疊加分析。結(jié)果表明，中原經(jīng)濟區(qū)各城市的勢力圈相差較大，并且與各自行政區(qū)的吻合程度不同。為以后我們對中原經(jīng)濟區(qū)各城市行政區(qū)的重新規(guī)劃提供輔助決策。關(guān)鍵詞：空間分析；中原經(jīng)濟區(qū)；城市勢力圈; 地理信息系統(tǒng)城市勢力圈

3、是指城市的吸引力和輻射力對城市周圍地區(qū)的社會經(jīng)濟聯(lián)系起著主導(dǎo)作用的地域1 。城市勢力圈的形成是區(qū)域內(nèi)同級城市空間相互作用力量平衡的結(jié)果, 勢力圈范與中心相對應(yīng), 空間極化的結(jié)果使空間特化, 形成了中心-腹地結(jié)構(gòu),勢力圈一方面為中心城提供生產(chǎn)原料、生產(chǎn)要素,一方面受中心城經(jīng)濟影響而變化。 測定城市勢力圈對于城市經(jīng)濟區(qū)劃、區(qū)域空間分析、行政區(qū)劃的調(diào)整和城鎮(zhèn)體系的等級結(jié)構(gòu)分析等具有一定的指導(dǎo)意義。中原經(jīng)濟區(qū)位于中國中部地區(qū), 除省會鄭州躋身全國一線城市之列, 其他城市基本處于中小規(guī)模的發(fā)展水平上, 聚集效應(yīng)不顯著, 并且城市發(fā)展不平衡, 城市化水平差距較大。為了合理配置地區(qū)資源, 應(yīng)打破行政界限,

4、根據(jù)各地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平, 形成功能鮮明、布局合理的區(qū)域開發(fā)格局, 故有必要對中原經(jīng)濟區(qū)城市的勢力圈做明確、科學(xué)的劃分, 以尋求區(qū)域內(nèi)集約發(fā)展最合理的模式。 我國學(xué)者從城市勢力圈的概念、界定、劃分方法等多角度作了研究2, 但這些研究往往僅把人口作為衡量城市規(guī)模的標(biāo)準(zhǔn), 手段上也鮮見GIS空間分析方法的應(yīng)用, 且研究區(qū)域全部集中于東、中部形狀較均勻、城市首位度不高的省份。學(xué)生在GIS 和空間統(tǒng)計分析軟件支持下, 以2011年中原經(jīng)濟區(qū)七省28個城市為研究對象, 基于場強模型, 進行城市勢力圈的測定, 并與市域行政區(qū)范圍進行了疊合分第2頁（共9頁）析, 以期為中原經(jīng)濟區(qū)的經(jīng)濟區(qū)劃和城市體系布局研究提

5、供參考。1 勢力圈的分析模型11 城市綜合規(guī)模獲得城市勢力圈的大小由城市本身的規(guī)模和經(jīng)濟實力決定, 隨周邊城市的競爭力強弱而發(fā)生變化。城市規(guī)模應(yīng)是一個復(fù)合性指標(biāo), 要求能比較全面地反映城市對區(qū)域的多方面影響. 而傳統(tǒng)的評價方法往往采用單一指標(biāo)(如人口) 或少數(shù)幾個指標(biāo), 不能全面、客觀、綜合地反映城市的實力地位。 因此,學(xué)生采用綜合指標(biāo)體系來分析城市影響區(qū)域系統(tǒng),考慮反映城市影響的主要因素及其現(xiàn)狀影響與潛在影響能力。由于各原始指標(biāo)間相關(guān)性較高且數(shù)據(jù)量龐大, 加之各指標(biāo)的權(quán)重較難確定, 學(xué)生利用主成分分析法進行綜合規(guī)模值的計算.。主成分分析方法是多元統(tǒng)計分析中一種重要的方法, 通過多個指標(biāo)的線性

6、組合, 將眾多具有錯綜復(fù)雜相互關(guān)系的一系列指標(biāo)歸結(jié)為少數(shù)幾個綜合指標(biāo), 既能使各主成分相互獨立, 舍去重疊的信息,又能更集中更典型地表明研究對象的特征, 還能避免大量的重復(fù)工作3 。對選取的主成分通過特征值加權(quán)累加成一個綜合的數(shù)值, 即得到研究區(qū)域內(nèi)各城市的綜合規(guī)模值。12 場強模型城市作為一定區(qū)域空間結(jié)構(gòu)的核心, 具有集聚和擴散的功能,對周圍的區(qū)域產(chǎn)生影響。借用物理學(xué)的概念, 城市腹地可稱為城市影響力的“力場”,影響力的大小稱為“場強”以城市的綜合規(guī)模F作為評價城市地理場場強的綜合變量, 則區(qū)域內(nèi)任一點k 都接受來自區(qū)域內(nèi)各城市的輻射。強度計算公式為4Fik = Zi / Daik , (

7、1 )其中, Fik 為 i城市在k點上的場強; Zi為i 城市的綜合規(guī)模; Dik 為i 城市到k 點的距離; a 為距離摩擦系數(shù), 一般取標(biāo)準(zhǔn)值2.0 。由于地域內(nèi)的任意一點k 受到來自區(qū)內(nèi)各城市的輻射, 其中有一個城市的輻射強度最大, 因此可分別求出來自各城市的輻射強度, 并根據(jù)“取大”原則來確定每一點所受到第3頁（共9頁）的場強, 以及該場強來源于哪個城市, 從而定出該點的歸屬。將各城市的吸引范圍用不同的形式表示, 即可直觀地顯示各城市的勢力圈。2 研究方法2.1 數(shù)據(jù)來源以中原經(jīng)濟區(qū)七省28個城市作為研究對象。指標(biāo)數(shù)據(jù)資料取自河南統(tǒng)計年鑒2011和其它各個城市2011年度的統(tǒng)計年鑒5

8、,政府所在地作為市域中心位置, 中心坐標(biāo)和市域行政區(qū)界限取自國家基礎(chǔ)地理信息中心1400 萬數(shù)據(jù)庫6在ArcGIS 中轉(zhuǎn)換到Albers等積圓錐投影系下, 橢球體取Krasovsky。2.2 數(shù)據(jù)處理2.2.1 指標(biāo)選擇選取以下8個指標(biāo)來測度城市綜合規(guī)模: X1各市生產(chǎn)總值 / 億；X2各市常住人口/萬；X3工業(yè)總產(chǎn)值/億；X4財政收入/億；X5財政支出/億；X6教育經(jīng)費/萬；X7郵電業(yè)務(wù)總量/億；X2.2.2 計算城市綜合規(guī)模對原始數(shù)據(jù)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理, 為排除數(shù)量級和量綱不同帶來的影響, 同時為避免標(biāo)準(zhǔn)化之后指標(biāo)產(chǎn)生負值而不利于后面的相關(guān)運算, 文中采用平均值標(biāo)準(zhǔn)化方法, 即Mij=Xij/

9、Xj，其中, Mij為第i城市第j個指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后的新值;Xij 為第i 城市第j 個指標(biāo)的原始統(tǒng)計值; Xj =1/n iXij ,為各個城市第j個指標(biāo)的算術(shù)平均值。運用SPSS 11 （SAS）統(tǒng)計軟件對標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)使用因子分析（Factor Analysis）功能獲得因子分析初始解, 利用主成分分析法構(gòu)造因子變量, 方差極大法作因子旋轉(zhuǎn), 得到方差貢獻分析表(表1) ,選取的指標(biāo)具有相關(guān)性, 可以進行主成分分析7。一般按照特征值大于1以及累積貢獻率大于80 %的原則提取主成分因子 。 表1 中第1 、2、3主成分方差貢獻率達到89.974 % , 即保留了原有指標(biāo)89.974%第4頁（共

10、9頁）表1 解釋的總方差成份初始特征值提取平方和載入合計方差的 %累積 %合計方差的 %累積 %15.66062.88462.8845.66062.88462.88421.37715.30578.1891.37715.30578.18931.06111.78589.9741.06111.78589.9744.4014.45594.4295.2602.88597.3146.1501.66598.9797.064.70899.6868.023.25599.9419.005.059100.000的信息,且特征值大于1 , 因此只選取主成分1、2和3即可。表2為因子旋轉(zhuǎn)后第1 主成分在各變量上的載荷.

11、綜合規(guī)模值的計算式為Zi = km=1Akj13=1CkjMij , ( 3 )其中, Zi 為i 城市的綜合規(guī)模值; Ak 是第k 主成分的貢獻率; m 是特征值大于1 的主成分個數(shù), 此處為3 ; k 是主成分編號, 也取3; Ckj 是第k 主成分在第j 變量上的載荷; Mij 同( 2 ) 式。表2 主成分的載荷成份123X1生產(chǎn)總值億.947.204-.204X2城市人口萬.720-.543.342X3工業(yè)總產(chǎn)值億.830.371-.303X4財政收入億.744.598.062X5財政支出億.978.016.051X6教育經(jīng)費萬.906.044-.026X7郵電業(yè)務(wù)總量億-.069.

12、453.880X8客運量萬人.865-.252.115X9貨運量萬噸.688-.525.126第5頁（共9頁）2.打開Arcgis軟件，利用其中的Data Management Tools Feature Class-Create Fishnet 功能直接生成10 km10 km 的格網(wǎng)。然后用中原經(jīng)濟區(qū)行政邊界裁切格網(wǎng), 即可得到中原經(jīng)濟區(qū)格網(wǎng)圖。 建立拓撲關(guān)系并提取它們的label 點; 利用pointdistance 功能計算出28個城市到每個格網(wǎng)點的距離, 與綜合規(guī)模值一同帶入( 1 ) 式,計算各網(wǎng)格地塊受到的28個城市的場強值, 按“取大”的原則確定每一網(wǎng)格的場強值及其歸屬。按照各

13、個網(wǎng)格的歸屬作出勢力圈專題地圖, 以不同顏色表示各網(wǎng)格所受場強的唯一歸屬, 即可顯示各城市的勢力圈范圍 ,然后再與現(xiàn)行的中原經(jīng)濟區(qū)各市行政區(qū)劃圖進行疊加，即可得到對比效果明顯的綜合圖。圖1 中原經(jīng)濟區(qū)城市勢力圈劃分3 結(jié)果分析第6頁（共9頁）3.1 城市勢力圈分布特征考慮到計算出的場強值過小, 為更好地顯示結(jié)果, 可將計算出的各場強值同時擴大10000倍。由于它們反映的是城市之間比較關(guān)系, 因此所作處理不會對分析造成影響。不難看出場強值較大的“中心”區(qū)域基本沿著經(jīng)過鄭州中心的兩條經(jīng)緯線分布, 其中最大的場強范圍出現(xiàn)在鄭州及河南省邊界地區(qū), 其次是南陽、周口、焦作、信陽等, 再次是駐馬店和安陽等

14、。遠離“經(jīng)緯線”場強逐漸減弱, 遠離各城市的區(qū)域呈現(xiàn)出弱場強的“邊緣化”態(tài)勢。3.2 各城市勢力圈面積與空間關(guān)系從計算所得場強數(shù)據(jù)和圖1可以看出, 河南省內(nèi)城市密集區(qū)域的城市勢力圈面積較小, 而周邊城市如徐州、邯鄲、襄陽、長治、阜陽等的勢力圈面積較大。城市勢力圈面積并不完全與城市綜合規(guī)模成正比, 省內(nèi)市域面積較小，城市分布相對集中, 城市間的競爭比較激烈; 周邊城市位于河南與其它各省的交界處, 省內(nèi)大城市如鄭州、洛陽的影響很難到達, 城市形成的腹地反而較大。 王德將城市勢力圈間的空間相互作用關(guān)系概括為四種類型：并存、包含、半包含和競爭8 。根據(jù)他的理論, 2010年中原經(jīng)濟區(qū)城市勢力圈關(guān)系主要

15、體現(xiàn)為競爭、并存和包含，高一級的城市和其周邊地區(qū)的城市構(gòu)成競爭的關(guān)系, 競爭的結(jié)果是這些城市的勢力圈緊緊相挨，并存下來。比如鄭州和洛陽、許昌、新鄉(xiāng)、平頂山之間。另外，同一級城市相鄰時也構(gòu)成并存關(guān)系，如信陽和駐馬店、阜陽，新鄉(xiāng)和鶴壁，許昌和漯河等，從整體上，這些城市在綜合規(guī)模上都相差不大。3.3 勢力圈與行政范圍的疊合分析將中原經(jīng)濟區(qū)各城市勢力圈與各市域行政區(qū)進行疊加分析得到圖2。不難發(fā)現(xiàn)城市勢力圈與市級行政范區(qū)的吻合度并不高, 經(jīng)濟區(qū)的中心城市和副中心城市以及重要城市（鄭州、洛陽、徐州、南陽等） 勢力圈超出其行政范圍, 比如洛陽的勢力圈面積是其行政區(qū)面積的51 倍。此外, 因為各城市位置不一定

16、位于各自市域的幾何中心, 而導(dǎo)致城市勢力圈大大超出其市域范圍。所以, 需要對獲得的結(jié)果做進一步的分析。第7頁（共9頁）圖2 中原經(jīng)濟區(qū)城市勢力圈與市域行政范圍的疊置3.3.1 市域內(nèi)勢力圈構(gòu)成分析根據(jù)各城市勢力圈在市域行政范圍內(nèi)的面積比例, 可將28個城市分成三類: 第1類為勢力圈在本市行政區(qū)域占據(jù)絕對優(yōu)勢( 80 %) 的城市, 包括鄭州、洛陽、周口、南陽、邯鄲、荷澤、襄陽、徐州、阜陽等, 此類城市空間發(fā)展應(yīng)采取單中心的大城市拉動戰(zhàn)略，帶動周邊地區(qū)的發(fā)展; 第2類為占據(jù)較大優(yōu)勢(50 %80 %) 的城市, 包括平頂山、商丘、蚌埠、長治、運城、許昌、漯河等, 此類城市制定空間發(fā)展策略時則應(yīng)考

17、慮其他城市對本地區(qū)發(fā)展的影響; 第3 類（ 50%）為勢力圈在本市行政區(qū)域內(nèi)仍占或不占優(yōu)勢, 其他城市勢力圈已占據(jù)一大部分，只能對部分地區(qū)產(chǎn)生影響，這類城市只包括開封、信陽、晉城3.根據(jù)各城市勢力圈在市域內(nèi)外的面積比例, 亦可將28個城市分第8頁（共9頁）成三類:第1類為勢力圈中本市面積小于40% 的城市, 這些城市是典型的區(qū)域中心城市, 對周邊地區(qū)影響比較強，包括鄭州、洛陽、許昌、阜陽、漯河等; 第2類為勢力圈中市域面積占40%80%的城市, 此類城市具有一定的區(qū)域中心城市的特征, 包括平頂山、三門峽、商丘、濮陽等; 第3類為勢力圈大部分在本市范圍內(nèi)(80%) , 此類城市僅為市域內(nèi)強中心城

18、市, 對周邊地區(qū)的作用力較小, 包括南陽、周口、開封、襄陽、蚌埠、徐州等。3.將既屬于3.3.1 節(jié)中1 、2 類, 又屬于3.3.2 節(jié)中1 、2 類的城市綜合劃分為第1 類, 此類城市具有較強輻射力, 不僅在本市具有絕對的作用力, 而且對周邊地區(qū)具有相當(dāng)?shù)挠绊懥? 包括鄭州、洛陽、平頂山、阜陽、邯鄲等; 把既屬于3.3.1 節(jié)中3類, 又屬于3.3.2節(jié)中1 、2 類的城市劃分為第2 類, 此類城市在本市內(nèi)勢力圈只占市域面積較小比例, 而在周邊地區(qū)卻占較大比值, 屬于勢力圈和其行政區(qū)相互錯位的類型, 包括三門峽、新鄉(xiāng)、濮陽、許昌等; 既屬于3.3.1 節(jié)中1 、2 類,又屬于3.3.2 節(jié)

19、中3類的城市劃分為第3 類,這類城市在本市內(nèi)勢力圈占市域面積的較大比例,勢力圈主要范圍在本市內(nèi), 對周邊的影響作用較小，勢力圈和行政管轄范圍基本重合, 包括南陽、周口、襄陽、菏澤、蚌埠、徐州等; 在3.3.1節(jié)和3.3.2節(jié)中均屬3類的城市劃分為第4 類,這類城市在本市內(nèi)勢力圈只占市域較小比例, 又不能輻射到它市范圍內(nèi), 勢力圈遠小于行政范圍4 結(jié)束語由于目前對城市勢力圈的劃分仍處于探索階段, 文中尚有需要完善之處, 如各個城市數(shù)據(jù)資料的統(tǒng)一、格網(wǎng)大小選取的不同、城市綜合規(guī)模指標(biāo)選取不同都將導(dǎo)致結(jié)果的差異, 這是需要進一步研究深化的地方, 但文中的結(jié)論仍對中原經(jīng)濟區(qū)的劃分有一定的參考意義。第9

20、頁（共9頁）參 考 文 獻1 王德, 趙錦華. 城鎮(zhèn)勢力圈劃分計算機系統(tǒng)的開發(fā)研究與應(yīng)用J . 城市規(guī)劃, 2000 , 24 (12) : 37O41.2 王德, 郭潔. 滬寧杭地區(qū)城市影響腹地的劃分及其動態(tài)變化研究J . 城市規(guī)劃匯刊, 2003 (6) : 6O11.3 葉依廣, 周蕾. 長江三角洲各城市綜合實力的主成分分析J . 長江流域資源與環(huán)境, 2004 , 13 (3) :197O202.4 張莉, 陸玉麒1河北省城市影響范圍及空間發(fā)展趨勢研究 J . 地理學(xué)與國土研究, 2001, 17 (1) : 11 - 152001 , 25 (4) : 533O536.5河南省201

21、0年統(tǒng)計年鑒電子版6 國家基礎(chǔ)地理信息中心. 國家基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)1400 萬數(shù)據(jù)庫 EB/ OL . (2005O10O24) 2006O12O18 7 王德, 程國輝. 我國省會城市勢力圈劃分及與其行政范圍的疊合分析J . 現(xiàn)代城市研究, 2006 (6) :4O9.8 閆衛(wèi)陽, 郭慶勝, 李圣權(quán). 基于加權(quán)Voronoi 圖的城市經(jīng)濟區(qū)劃分方法探討J . 華中師范大學(xué)學(xué)報:A Gis-based repartition and feature analysis in Central Plains Economic RegionXU PengpengAbstract : The urban