基于复合城市流的武汉城市圈交通经济混合联系强度研究

肖宇松， 赵 欣

(武汉理工大学 交通学院，湖北 武汉 430063)

0 引 言

人、货物、资源、信息等通过各种方式在城市间来往的现象称为城市流，具体包括交通流、人流、物流、经济流等，在一段时间内人、货物、资源、信息等从一个城市到另一个城市是城市流的基本要素。城市流有许多不同的分类，包括人口流、经济流、交通流、信息流等。所有城市网络的稳定发展都离不开城市流的健康流动，二者息息相关。城市流强度指的是网络内城市之间流动、传输、辐射等相互作用的功能的相互影响强度，即为城市间的联系的紧密程度，其联系强度在可视化的过程中可用不同的颜色或者不同粗细的线条来表示。在城市流中，各种不同类型的城市流之间都有一定程度的关联和影响，比如交通流是人口流、物流、经济流的保障，信息流传播媒介。

城市圈内每个城市都有不同的辐射与吸引的能力，这些是城市流不断流动存在的原因。城市的辐射能力是城市之间相互联系的一种方式，各种要素从辐射能力强的城市流动到周边城市，带动了经济的发展，使得城市圈的整体地位实现提升。城市的吸引能力指的是吸引力更强的城市对周边城市的吸引和产生的各种要素流动的现象。城市间的吸引程度变大后，各种要素都会开始流动，包括资金流、信息流、技术流等，而不仅只是一开始对人、物的吸引。在这个过程中，各种要素不断地被吸引，会很快地提升城市的经济水平，从而强化城市间的吸引能力，带动了整个城市圈的发展。城市的吸引能力会提升城市的整体地位，使得城市的辐射能力更强，辐射能力的加强又会使得城市吸引能力更强，如此循环往复，二者息息相关。城市流健康与稳定的流动最关键的就是交通条件的支持，拥有便捷综合交通运输网络和高的交通通达性是其基本条件，同时会使各种要素流联系更加紧密。

李珂等[1-3]基于城市流的理论，对城市圈内城市进行等级划分，在此基础上构建了城市流强度模型，并实证分析了城市圈各城市的经济联系；鲁晨[4]等分别对武汉城市圈多种城市流进行分析，并对不同的城市流进行评价，对武汉城市圈的功能布局与城市联系提出了建议。

1 研究区域概述

武汉城市圈(Wuhan Metropolitan Area)，又称武汉“1+8”城市圈，成立于2007年12月14日，是指以湖北省省会武汉为中心，覆盖仙桃、天门、潜江(省直辖县级市)与孝感、咸宁、黄冈、黄石、鄂州(地级市)等周边8个大中型城市所组成的城市群，其中武汉为中心城市，黄石为副中心城市。武汉城市圈作为中国中部地区的中心城市群、长江经济带的核心城市圈之一，城市化水平不断提高，城市圈交通发展迅速，城市圈优越的经济地理位置已经得到了凸显，铁路、公路、航空、水运等交通基础设施得到了全面的建设和发展，同时城市圈的产业分布广泛，教育、科技、经济、交通、人文、地理位置和经济优势十分突出。武汉城市圈的行政区划如图1所示。

图1 武汉城市圈范围

研究数据来源于2017年与2018年的中国城市年鉴、湖北省统计年鉴及武汉城市圈各城市的统计年鉴。

目前我国对城市联系的研究起步较晚，同时存在以下几个问题：① 使用的模型不够多样,仅使用比较常见的模型如引力模型、重力模型和强度模型等，而且只选其中某一个来研究对象，“综合型”模型十分缺乏;② 研究的要素不够丰富,仅研究比较常见的要素如经济流、交通流等，而且只针对一种类型的要素进行研究，无法得到综合全面的结果。

基于上述两个问题，本文以城市圈交通流和经济流为研究要素，构建城市交通流模型和经济流模型，并构建出复合型的城市流联系强度模型，定量分析武汉城市圈的交通、经济联系度，以此来研究武汉城市圈交通经济混合联系强度。

交通流指的是人、货物在城市间采取各种交通方式以及交通工具进行来往流动的现象。交通流可以用来评价城市间相互作用强度、城市联系紧密程度以及城市交通通达性等重要指标。通过铁路、公路、航空、汽车站、火车站、机场、港口等交通基础设施来实现其过程，这些交通基础设施即为交通流的载体。经济流指的城市之间发生的商业、业务、投资等活动，使得资金在这个过程中流动的现象。经济流可以用来评价城市圈中各城市之间的经济联系强度，通过资金的规划、商业投资、支付方式以及设置金融机构等来实现其过程，这些手段即为经济流的载体。交通经济混合联系强度是结合了交通联系强度与经济联系强度的复合型概念。对单一的交通联系强度或经济联系强度进行分析，仅能得到单一的结论，为了更好地反映城市间的相互联系强度，将二者结合进行建模可以更加综合地反映城市间的联系。

2 模型构建

2.1 交通流模型构建

城市间的交通联系强度体现了城市间的相互吸引，城市间相互吸引越强，交通联系强度也越强。作为衡量城市圈内城市间交通联系强度大小的指标，交通联系强度不仅可以衡量核心城市对周边城市的吸引与带动作用，还可以衡量周边城市对其的接受能力。

以牛顿万有引力定律F=GMmr2为基础，建立城市圈的城市交通流模型,如式1所示[5]：

F1ij=PiGi·PjGjR2ij

(1)

式中：F1ij为城市i与城市j的交通流联系强度；Pi、Pj为城市i与城市j的人口数,万人；Gi、Gj为城市i与城市j的GDP,亿元；Rij为城市i与城市j间的公路里程,km。

在实际进行分析时，由于两城市之间的公路里程并不容易确定，且并不完全具有代表性，因此在此基础上，将该公式优化修正，使用城市空间阻隔来代替，如式2所示：

F1ij=PiGi·PjGjC2ij

(2)

式中：Cij为i城市与j城市间的空间阻隔。

2.2 经济流模型构建

城市经济流强度指的是城市圈内各个城市间的经济联系吸引与向外辐射的能力，这种能力产生的影响量称为经济流强度，其计算如式3所示[6]：

F=EN

(3)

式中：F为经济流强度；E为城市外向辐射量；N为城市功能效率，即各城市间单位辐射量所产生的实际影响。

通过计算i城市j部门的区位商Lij来得到城市i的向外辐射量，其计算如式4所示：

Lij=(Gij/Gi)(Gj/G)

(4)

式中：Lij为i城市j部门从业人员的区位商；Gij为i城市j部门从业人数；Gi为i城市从业总人数；Gj为全国j部门从业人数；G为全国总从业人数。

若Lij<1，则表示i城市j部门不存在外向辐射功能，即Eij=0;若Lij>1，则表示i城市j部门存在着外向辐射功能，分配给某一部门的城市总就业人口比例超过了上级区域的分配比例，即该部门是城市中相对于上级区域的专业部门，并且具有向城市周边地区提供服务的能力。因此，i城市j部门的外向功能Eij为：

Eij=Gij-Gi(Gj/G)

(5)

i城市m个部门总的外向功能量Ei为：

Ei=∑mj=1Eij

(6)

另外，i城市的功能效益Ni用i城市从业人数的GDP表示：

Ni=GiGi

(7)

基于上述计算，为了更好地计算城市间经济流，将模型进行优化修正，其计算如式8所示：

F2ij=FiFjC2ij

(8)

式中：F2ij为i城市与j城市经济流联系强度；Cij为i城市与j城市的空间阻隔。

2.3 交通经济混合联系强度模型构建

根据前两小节的模型，分别计算出武汉城市圈交通流与经济流联系强度，见表1、表2。

表1 武汉城市圈交通流联系强度

表2 武汉城市圈经济流联系强度

通过对武汉城市圈交通流联系强度与经济流联系强度进行相关性确定，将各个城市对应的交通流联系强度与经济流联系强度值输入SPSS，进行线性回归曲线拟合，并将两者数据进行标准化处理，进行因子分析，得到相关性矩阵，得到结果指出两者有显著的线性相关性，如图2、表3所示。

图2 交通流、经济流联系强度曲线拟合

表3 交通流联系强度与经济流联系强度矩阵

分析发现，武汉城市圈内各个城市间的交通联系强度与经济联系强度呈线性相关，城市间交通联系越紧密，经济联系强度也越高，二者吻合度较高，几乎所有城市间的交通流联系强度与经济联系强度保持一致，说明二者具有很强的正相关性。

这里在不考虑其他城市流类型的情况下，将综合交通流联系强度与经济流联系强度作为交通经济混合联系强度，通过SPSS因子分析计算二者的权重，总方差解释见表4。

表4 总方差解释表

计算得到两个变量所占权重均为0.500，因此，交通经济混合联系强度计算如式所示：

Pij=F1ij+F2ij2

(9)

式中：Pij为交通经济混合联系强度。

3 结果分析

3.1 交通流联系强度分析

由上述模型计算得到武汉城市圈各城市的交通联系强度，如图3所示。

图3 武汉城市圈各城市交通流联系强度

分析得到：

(1)武汉城市圈交通流联系呈现一极化趋势。武汉市作为武汉城市圈的交通枢纽，理所应当地，外围8个城市想要进行发展，在武汉城市圈内部首先与武汉市进行交通流的交换是第一选择，这导致8个外围城市缺乏相互间的交通联系。

(2)天门市、潜江市、仙桃市和咸宁市4个城市与其他城市的交通流联系较低，虽然有很多公路和铁路经过将这4个城市与其他城市连接起来，但仍然与其他城市(除武汉外)交通流联系不够强，总体来说，武汉城市圈西南地区与其他地区的交通流联系相对较弱，西南地区的城市并未很好地融入武汉城市圈的交通体系。

3.2 经济流联系强度分析

由上述模型计算得到武汉城市圈各城市的经济流联系强度,如图4所示。

图4 武汉市城市圈各城市经济流联系强度

分析得到：

(1)目前武汉城市圈经济流网络结构基本形成，但是尚未达到完善的经济网络水平，主要原因是核心城市武汉市的经济辐射能力不够强，武汉市没有起到很好的带动作用，经济辐射的效果还有待提高。除了与黄冈、黄石、鄂州以及孝感等4个城市经济联系密切很多外，武汉与其他城市的经济联系相对较弱，尤其是对仙桃、天门、潜江、咸宁4个城市的辐射作用明显不足。

(2)武汉城市圈经济流网络结构虽已初步成形，但发展得并不均衡。其中，“武汉-鄂州-黄石-黄冈”的经济联系最为密切，为最主要的发展区域；“武汉-孝感”的经济联系相对弱一些，为次要的发展区域；而仙桃、潜江和天门等3个小城市则完全不能与其他城市相比，处在城市圈发展的最边缘，对外辐射与吸引能力是最弱的。如此一来，整个武汉城市圈的发展呈现出“一边倒”的趋势。

交通经济混合联系强度分析

由上述模型计算得到武汉城市圈各城市的交通经济混合联系强度,如表5、图5所示。

表5 武汉城市圈各城市的城市联系强度

图5 武汉城市圈各城市的城市联系强度图

分析得到：

武汉城市圈的交通经济混合联系强度与交通流联系、经济流联系基本保持一致，交通经济联系最紧密的2个城市为武汉-孝感，其次为武汉-黄冈；交通经济联系最弱的2个城市为天门-鄂州，其次为潜江-鄂州，依然呈现东北部联系紧密，不同的是，西南地区潜江、仙桃、天门、咸宁等4个城市与其他城市的交通经济混合联系强度更低了，说明在将交通、经济联系综合起来之后，这4个城市“边缘化”的现象更加明显。总的来说，结论为：东部城市联系较为紧密，西部地区联系较弱，且武汉与其他8个城市相互之间的联系紧密，其他8个城市相互之间联系度不高。

4 结束语

所有城市网络的稳定发展离不开城市流的健康流动，二者息息相关。本文对城市交通流、经济流分别建立模型，并计算出武汉城市圈各城市间交通流与经济流联系强度，并通过Arcgis绘制出联系强度图；最后对二者进行相关性分析，得出具有显著线性正相关的结论，并将交通流强度与经济流强度合为城市联系强度，分析发现武汉城市圈东部城市联系较为紧密、西部地区联系较弱，且武汉与其他8个城市间联系紧密而其他8个城市相互之间的联系度不高。