全少莉，王素娜，吴殿廷，郭　谦

(1.平顶山教育学院旅游与酒店管理部，河南平顶山　467001；2.平顶山教育学院旅游与规划学院，河南平顶山　467001；3.北京师范大学地理学与遥感科学学院，北京　100875)



中原经济区城市中心性及其空间影响力分析

全少莉1，王素娜2，吴殿廷3*，郭谦3

(1.平顶山教育学院旅游与酒店管理部，河南平顶山467001；2.平顶山教育学院旅游与规划学院，河南平顶山467001；3.北京师范大学地理学与遥感科学学院，北京100875)

以中原经济区为研究区域，在对城市中心性相关理论梳理的基础上，建立了城市中心性评价指标体系，并运用主成分分析法、加权Voronoi图分别对中原经济区城市进行中心性评价、城市空间影响力分析.结果表明，中心性强度高的城市集中在京广线及其以西地区，且中心性等级类型齐全；京广线以东地区城市中心性等级普遍较低，主要分布有第Ⅲ级、第Ⅴ级类型；在城市空间影响力上，中原经济区和次区域的中心性强度呈现由中心城市向外围城市递减的特征.据此，并考虑区位条件、交通中介、空间关系等因素，将中原经济区划分为1个Ⅰ级城市经济区、3个Ⅱ级城市经济区和4个Ⅲ级城市经济区.

城市经济区；中心性强度；主成分分析；加权Voronoi图；中原经济区

经济区是一种区域经济的空间组织形式，通常是指在一定地域空间范围内，以中心城市或城市密集区为依托的经济地域单元[1].而城市经济区是经济区的一种重要类型，强调中心城市对周边地区的引领、带动和支配作用[2].因此，加快中心城市发展和培育城市经济区是实现区域再增长的一种重要手段.中原经济区是国家级综合性经济区,其范围以河南省为主体，包括山东、安徽、河北、山西4省部分地区，共涉及5省30市3县区，总面积为28.9万km2.

甄选中心城市和构建城市经济区的关键在于测度中心城市对周边地区的影响程度，即城市中心性.该概念最早由克里斯泰勒提出，他选用电话指数作为度量指标，运用区位商进行城市中心性测度[3].国内学者在选取城市中心性测度评价指标时，结合研究区域的实际情况，有所区别.周一星等构建了劳动力指标、流量指标和开放指标3大类14个要素指标体系，运用最小需求量法和主成分分析法对我国城市的中心性等级体系进行了实证研究[4]；宁越敏等选取非农业人口、工业总产值、邮电业务总量3个指标，通过指标标准化处理叠加的方法测度了城市中心性，分析了我国中心城市的不平衡发展性和空间扩散效应[5]；邹晶等从生产、商贸、信息、交通和科教中心性等5个方面选取15个指标，运用熵值法对淮海经济区的城市中心性进行了测度[6]；程玉鸿等从高消费文化层面选取了31个奢侈品牌城市分布数据，运用社会网络分析方法分析了我国城市中心性[7].

城市经济区的划分方法亦有多种，传统的划分方法采用经济地理勘查法和运费比较算法，但后来又引进先进的数学方法，并逐渐成为一种趋势,如杨吾扬等引用图论中的最短路径算法[8],顾朝林基于图论理论构建的d△系和dR链方法等[9].随着空间相互作用理论的应用研究进展，依据空间相互作用的引力模型和断裂点理论成为城市经济区划分的主要理论方法[10-13].与此同时,数学算法与GIS空间分析技术也得到较快发展，并逐渐应用于城市与区域系统研究中,其中加权Voronoi图分析方法在城市空间影响力分析和城市经济区划中得到了广泛应用[14-16].

基于以上分析，本研究构建了城市中心性多指标评价体系，应用主成分分析法、加权Voronoi图法对中原经济区进行城市中心性测度、城市空间影响力分析，提出城市经济区区划方案，为城市与区域规划以及城市经济区建设提供决策参考.

1　评价指标体系的构建与数据来源

1.1中心性强度指标体系的构建

城市中心性是指中心地为其以外地区服务的相关重要性，是结节区的一部分[17].它既可以用来描述城市体系空间交互作用的结构，也可以用来确定城市的直接吸引范围[18].从中心性的概念可以看出，城市中心性应是一个反映交互作用的综合性指标，而非单一指标.因此，本研究从部门就业基本部分、交互流量、开放指标3个方面构建了中心性评价指标体系(表1).

表1　中原经济区城市中心性评价指标体系

1.2数据来源及处理

本研究采用2013年的相关数据，数据来源于《中国城市统计年鉴》和5省的统计年鉴或经济年鉴，其中就业指标数据的基本部分和社会零售业总额的基本部分运用最小需求量法经过计算获得[19](限于篇幅，计算过程与结果数据略)，而其他指标具有明显的对外服务性质，可直接参与计算.

另外，中原经济区范围中的济源市、淮南市的潘集区、凤台县和泰安市的东平县的数据暂未能获取，故本研究选取了其余29个地级市的数据进行分析.

2　城市中心性强度测算与层级划分

2.1评价方法的选取与中心性强度的测算

运用SPSS统计分析软件对29个城市20个指标的580个数据进行主成分分析，选取特征根大于1，累积贡献率等于84%的2个主成分，再由2个主成分得分与各主成分权重系数相乘，最终得到29个城市的综合得分(表2).

表2　中原经济区城市主成分得分和中心性强度

城市中心性强度值具有非负性，也即城市中心性强度应是大于或等于零的值.但从表2可以看出，部分城市的主成分综合得分出现负值，不宜直接作为城市中心性强度值，需要经过技术处理和数据转换后方可作为中心性强度值.为此，本研究选用最小-最大标准化法，即将原数据列线性变化，映射到一个新的数据区间上，形成新的数据列.其计算公式为[20]75

(1)

其中，v′为规范化处理后的数据；v为原始数据；maxA和minA分别为原始数据的极大值和极小值；new_minA和new_maxA分别为映射区间的极大值和极小值.

按照最小-最大标准化法对原始数据进行转换，使新数据列映射在区间[1，4.38]，最终得到29个城市的中心性强度和排序(表2)，其中城市中心性强度最大的是郑州市为4.38，最小的是淮北市为1.00.

2.2中原经济区城市中心性等级特征

为了便于进一步认识中原经济区城市中心性的等级结构特征，将城市中心性强度分为5个层级(图1、表2).

第Ⅰ级中原经济区仅有郑州市，中心性强度为4.38；

第Ⅱ级包括洛阳、南阳、邯郸3个城市；

第Ⅲ级包括阜阳、菏泽、商丘、安阳、开封、驻马店、聊城、蚌埠、周口、平顶山等10个城市；

第Ⅳ级包括信阳、邢台、长治、新乡、焦作、许昌、漯河、晋城等8个城市；

第Ⅴ级包括运城、濮阳、三门峡、亳州、宿州、鹤壁、淮北等7个城市.

从城市中心性等级空间分布看(图1)，城市中心性等级的空间分布具有显著的非均衡性特征，主要表现为：第Ⅰ级和第Ⅱ级的中心性城市全部分布在京广铁路线及其以西地区，且等级类型分布比较齐全；而京广线以东地区城市中心性等级普遍较低，且只有2种等级类型，即第Ⅲ级和第Ⅴ级.

图1　中原经济区城市中心性等级空间分布Fig 1　Urban hierarchical distribution of centrality in Central Plains economic region

3　城市空间影响力与城市经济区划分

3.1城市空间影响力分析

在ArcGIS Ⅹ环境中利用加权Voronoi图实现城市空间影响力分析[21].中原经济区城市加权Voronoi图为以每个城市点中心性强度值的大小为拓展速度，在一定区域内向四周拓展到平衡时所形成的图形.该图形刻画了每个城市与周边城市的中心性强度在空间上的分布和占有特征，从而反映了城市位能，即城市中心性在空间上的影响范围.

加权Voronoi图在刻画城市空间影响范围时具有以下特征：① 区域内以城市点为中心向周边拓展，形成弧形闭合区域，这就是城市中心性影响力范围，且每个城市的影响边界都是唯一确定的.② 城市中心性强度值越大不一定影响的范围就越大，如洛阳市(1.91)、南阳市(1.89)与阜阳市(1.52)等.城市中心性影响力的范围取决于自身与周边城市点中心性强度值的大小对比以及城市点之间的空间距离.③ 虽然城市空间影响边界与行政区边界表现出非一致性，但却能够刻画出城市之间影响的空间特征.Voronoi图的以上特征可作为城市经济区划的主要依据.

通过城市影响Voronoi图可以看出(图2)，中原经济区城市影响空间格局具有以下特征：① 中原经济区各地区受地级城市中心性影响不平衡，表现为中原经济区和次区域的中心性强度呈现由中心城市向外围递减的特征，特别是中原经济区边地区受城市中心性影响较弱，如中原经济区的西部边缘区、东南边缘区、北部边缘区等；② 中部地区形成了以郑州为中心的城市经济区，其影响范围较大，涉及到开封、许昌、新乡、平顶山、济源、焦作、安阳、商丘、周口、长治、晋城等周边邻近城市的部分地区；③ 从城市中心性影响范围看，中心性影响范围大的城市主要分布在中原经济区周边次区域，如洛阳、南阳、阜阳、邯郸、商丘等为中心城市的次区域，可作为确定次区域中心城市的依据.

图2　中原经济区城市中心性影响范围Fig 2　Spheres of urban centrality influence in Central Plains economic region

3.2城市经济区划分

城市经济区是以区域中心城市为依托，包括若干中小城市、众多城镇和大片农村的经济联系比较紧密的经济区域.其形成是经济力作用的结果，而城市经济力主要来源于自然社会经济诸要素的综合作用，是一种城市位能.城市经济区的划分，不仅有利于城市与区域间的社会经济联系，而且更能有效发挥中心城市的带动、示范和牵引作用.

根据中原经济区城市Voronoi图影响范围的现状和发展预期，综合考虑区位条件、空间联系、交通中介等因素，按照中心城市辐射范围最大化、行政区完整性和周边城市就近归并的原则，可将中原经济区划分为以下3个层级的城市经济区.

郑州Ⅰ级经济区.以郑州为中心，城市中心性影响范围已经超越了郑州市域本身.从Voronoi分析图可以看出，影响范围甚至已经到达山西的晋城和长治、河北的邯郸等地部分地区.但从构建城市经济区的角度，城市经济区范围应适度，同时考虑到经济联系紧密度、地理临近性、经济区不重叠等因素，郑州经济区范围建议包括开封、新乡、焦作、平顶山、许昌和漯河5市.

洛阳Ⅱ级经济区.洛阳中心性影响范围涉及到洛阳、济源两市，以及运城和南阳部分地区.可构建以洛阳为中心，范围包括洛阳市域和济源市域的Ⅱ级城市经济区.

南阳Ⅱ级经济区.南阳城市中心性影响范围涉及南阳、驻马店的部分地区.考虑到南阳市域范围较大，与驻马店所在的其他经济区避免重叠，可构建以南阳为中心，范围包括南阳市域的Ⅱ级城市经济区.

邯郸Ⅱ级经济区.该城市中心性影响范围涉及邯郸、邢台两市.可构建以邯郸市为中心，范围包括邯郸、邢台的Ⅱ级城市经济区.

阜阳Ⅲ级经济区.该城市中心性影响范围包括阜阳市域、淮南市的潘集区和凤台县、亳州市的利辛县、蒙城县和涡阳县，以及信阳市的淮滨县、固始县、商城县、潢川县等.可构建以阜阳市为中心，范围包括阜阳市域、淮南市的潘集区和凤台县、亳州市域，以及信阳市的淮滨县、固始县、商城县、潢川县的Ⅲ级城市经济区.

安阳Ⅲ级经济区.安阳城市辐射范围涉及到安阳市域、鹤壁市市辖区.从地理临接性和经济联系看，濮阳市有融入以安阳市为中心的城市经济区范围的现实条件.因此，可构建以安阳市为中心，范围包括安阳、鹤壁和濮阳等市域的Ⅲ级城市经济区.

驻马店Ⅲ级经济区.当前，驻马店城市中心性辐射范围包括驻马店市域、信阳市辖区部分地区和息县.同时，考虑驻马店市临接周口市，且都属于黄淮地区，经济发展水平和阶段具有一致性，可构建以驻马店市为中心，范围包括以上区域的Ⅲ级城市经济区.

商丘Ⅲ级经济区.商丘市中心性影响范围包括商丘市域、淮北市的砀山县、菏泽市的单县和曹县.可构建以商丘市为中心，范围包括商丘市域、菏泽市的单县和曹县、淮北市的砀山县和萧县的Ⅲ级城市经济区.

4　结论

1)构建了就业指标、流量指标、开放指标3大类20个要素指标的评价体系，并运用最小需求量法对相关数据进行了预处理，从而获得了相关指标数据的对外服务部分，并运用主成分分析法对29个城市中心性强度进行了测度.

2)运用GIS空间分析技术，结果可以直观地表达了城市中心性影响范围和影响强度，为进一步做好城市经济区区划提供了分析依据.

3)城市经济区范围界定要综合考虑各种影响因素，如空间关系、地理临近性、发展基础、区域协调、发展预期等,结合以上因素，提出了中原经济区划分3个不同层级的8个城市经济区的初步方案.

[1]李小建,李国平,曾刚,等.经济地理学[M].第2版.北京:高等教育出版社,2006.

[2]胡序威.中国沿海城镇密集区空间集聚与扩散研究[J].城市规划,1998,22(6):22.

[3][德]沃尔特·克里斯泰勒.德国南部中心地原理[M].常正文，王兴中，译.北京：商务印书馆，1998.

[4]周一星,张莉.改革开放条件下的中国城市经济区[J].地理学报,2003,58(2):271.

[5]宁越敏,严重敏.我国中心城市的不平衡发展及空间扩散的研究[J].地理学报,1993 ,48(2):97.

[6]邹晶,沈山.基于城市中心性评价的淮海经济核心区一体化建设路径探讨[J].国土与自然资源研究,2013(4):4.

[7]程玉鸿,孟俊华.基于高端消费文化视角的中国城市中心性及其网络结构的实证分析[J].经济地理,2014,34(2):28.

[8]杨吾扬,梁进社.关于吸引范围及其模式与划分方法[J].地理学报,1985,40(2):97.

[9]顾朝林.中国城市经济区划分的初步研究[J].地理学报,1991,46(2):129.

[10]刘科伟.城市空间影响范围划分与城市经济区问题探讨——以陕西省为例[J].西北大学学报(自然科学版),1995,25(2):129.

[11]刘德清，陈素青.城市经济区划分方法的初步研究[J].人文地理,1996,11(增刊)：38.

[12]吴殿廷,朱青.区域定量划分方法的初步研究——兼论用断裂点理论进行区域划分问题[J].北京师范大学学报(自然科学版),2003,39(3):412.

[13]徐辉,彭萍.基于引力模型的江西省经济区划与协调发展研究[J].地理科学,2008,28(2):169.

[14]王新生.一种用于界定经济客体空间影响范围的方法——Voronoi图[J].地理研究,2000,19(3):311.

[15]闫卫阳,秦耀辰,郭庆胜,等.城市断裂点理论的验证、扩展及应用[J].人文地理,2004,19(2):12.

[16]卢思佳,张小雷,雷军,等.新疆城市经济区划分及影响范围[J].人文地理,2010,33(2):300.

[17]周一星,张莉,武悦.城市中心性与我国城市中心性的等级体系[J].地域研究与开发,2001,20(4):1.

[18]IRWIN M D,HUGHES H L.Centrality and the structure of urban interaction:measures,concepts,and applications[J].SocialForces,1992,71(1):17.

[19]许学强,周一星,宁越敏.城市地理学[M].北京:高等教育出版社,1997.

[20]HAN Jia-wei,KAMBER M.数据挖掘:概念与技术[M].范明,孟小峰,译.北京:机械工业出版社,2001.

[21]周培德.计算几何——算法分析与设计[M].北京:清华大学出版社,2000.

(责任编辑惠松骐)

Evaluation of urban centrality and division of urbaninCentralPlainseconomicregion

QUANShao-li1,WANGSu-na2,WUDian-ting3,GUOQian3

(1.DepartmentofTourismandHotelManagement,PingdingshanInstituteofEducation,Pingdingshan467001,Henan,China;2.SchoolofTourismandPlanning,PingdingshanUniversity,Pingdingshan467001,Hanan,China;3.SchoolofGeography,BeijingNormalUniversity,Beijing100875,China)

Thepaperfirstlyreviewsthestudyprogressonurbaneconomicregion,thenconstructstheindexsystemofurbancentralityevaluation,andmeasurestheurbancentralitybyusingprincipalcomponentanalysis(PCA)andmin-maxnormalization,analysesthespacialinfluenceofurbanbyusingvoronoiweightedvoronoidiagram.Theresultsshow:theseurbanswithhighcentralityarefocusedontheBeijing-Guangzhourailwaylineanditswestregion,andcentralityleveltypesarecomplete.UrbancentralityintheBeijing-Guangzhourailwaylineeastregionisusuallynothigh,theseurbancentraliyleveltypesarethethirdgradeandthefifthgrade.Oninfluenceofurbanspace,centralitystrengthvaluesofurbansincentralplainseconomicregionanditssub-regionshowadistanceattenuationcharacteristicsfromthecentralurbantotheperiphery.Accordingly,andtakingintoaccountfactorssuchasgeographicalconditions,transportationintermediaries,spatialrelationships,CentralPlainseconomicregionisdividedinto8subregions.

urbaneconomicregion;urbancentrality;principalcomponentanalysis(PCA);weightedVoronoidiagram;CentralPlainseconomicregion

10.16783/j.cnki.nwnuz.2016.03.023

2015-01-19;修改稿收到日期:2016-01-05

国家自然科学基金资助项目(41140007)

全少莉(1981—)，女，河南平顶山人，讲师，硕士.主要研究方向为城市与区域发展.

E-mail:qsl810916@126.com

K901.8

A

1001-988Ⅹ(2016)03-0123-05

*通讯联系人，男，教授，博士研究生导师.主要研究方向为区域分析与规划.E-mail:wudianting@bnu.edu.cn