中原城市群空间结构演变与影响因素研究

杨蒙蒙,张斯琴

(内蒙古科技大学，内蒙古 包头 014010)

目前中国正处于城镇人口快速增加、土地大规模扩张和由经济非均衡化发展的状态向经济发展转型阶段，城市群的发展已成为促进区域协调发展、国土空间优化、提升新型城镇化品质的重要途径[1]。城市群建设对我国城镇化的发展有着显著推动作用，在十九大报告中习近平总书记明确指出，要以城市群为主体构建大中小城市和小城镇协调发展的城镇格局，加快农业转移人口市民化[2]。在经济全球化、新型工业化、交通网络化、信息化和知识经济等综合因素驱动下，城市群的发展历程越来越多样化，空间结构也越来越成为城市规划、城镇化的重点研究对象[3]。

西方国家对城市群空间结构的研究可以追溯到20世纪80年代，在1986年美国学者Friedmann J研究城市群等级网络结构[4]，到2000年以后对城市群空间结构研究走向成熟。Parr，Musterd Sako研究城市群多中心空间结构[5，6]，Mayhew提出乡村协同发展“中心+组团”这种特征空间结构模式[7]。同时期，也出现许多研究城市群空间结构的研究方法，以因子分析(FA)、系统动力学方法(SD)、层次分析法为主(AHP)[8]等方法为主。国内对城市群空间结构的研究稍微晚一些。较早时期姚士谋对长江三角洲城市空间结构演化进行了分析[9]。

方创琳在研究中国城市群紧凑度分析时引入西方的理论和方法，为城市群空间结构的研究奠定了基础[10]。现国内对城市群空间结构研究基于空间结构的演变特征、演变形式[11]、空间结构特征[12，13]、多中心化[14]等方面均有深入研究。研究方法在前人的基础上进行了创新改造，现在国内主要的研究方法有探索性空间数据分析(ESDA)及实证性空间数据分析(CSDA)[15]、规模序位法则(Rank-Size Rule)[16]、社会网络分析法(SNA)[17]等。空间结构理论基于“点-轴系统理论”“中心地理论”“核心边缘理论”“中心-外围理论”[18，19]等一些基础理论。

综上可知，现在国内外对城市群空间结构多以整体视角进行研究，对于单个城市的变化很难描述。同时，对城市群空间结构的演变的研究很多，但是对影响因素探究的不多。因此，在此基础上对城市群空间结构的研究进行多视角分析，对于驱动因素进行深层次的挖掘。中原城市群是城市群规模最大、一体化程度最高、人口最密集的城市群，是中部承接发达国家以及我国东部地区产业、西部地区资源输出的核心区域，作为中部崛起战略的重要引擎，合理的空间结构有利于促进城市群协同发展以及高质量发展。基于此，笔者以中原城市群为研究区域，以引力模型、社会网络分析法探讨空间结构演变特征。选取2007年、2014年、2018年3个时间截面，从整体、个体、群体3个维度对中原城市群结构进行分析以及运用QAP模型实证分析空间结构演变的影响因素，为优化中原城市群空间结构，实现区域协调高质量发展提出可参考的建议。

1 研究方法与数据来源

1.1 研究对象

中原城市群位于我国中东部地区，是以河南省为主体的中原地区，是国家批复的十大国家级城市群之一。中原城市群地处平原，交通运输相对便捷，目前以郑州为中心的“米”字形高铁路线基本开通。2018年中原城市群GDP经济总量达到72 077.78亿元，常住人口达到15 361.38万人，占地面积28.7万km2。根据2016年《中原城市群发展规划》行政划分河南省18个地级市及非主体区的邯郸、邢台、长治、晋城、运城、蚌埠、宿州、淮北、阜阳、亳州、聊城、菏泽，共计30个城市。文中以《中原城市群发展规划》中城市个数为研究单元，对2007年—2018年中原城市群的经济联系空间格局演变特征及驱动因素进行研究。

1.2 研究方法

1.2.1 评价方法构建

城市由于其资源要素、创新能力、产业结构、城市规模等不同，经济质量存在较大差距，单一指标并不能对其经济质量进行全面的衡量。参考相关研究以及结合实际[20]，笔者从经济规模水平、经济结构水平、社会发展水平、居民生活质量4个方面选取若干独立又能反映城市综合实力的18个指标构建城市综合经济质量指标体系，见表1。为了消除量纲影响，对其数据进行标准化处理；考虑到主成分分析的可行性，用Stata中工具进行SMC检验和KMO检验，SMC检验值处于(0.74，0.99)中间，KMO检验值为0.76，因此适合对综合经济质量Mi进行主成分分析，得到经济质量原始得分值Mit,由于原始得分值可能为负，通过对其数据处理将其值调整为(0，1000)，得到修正后的城市质量。

表1 城市综合评价指标体系

1.2.2 修正引力模型

引力模型是常被广泛应用于测度空间联系的数学模型，主要用来衡量空间相互作用大小。引力模型最先由美国学者捷夫用引力模型测算城市空间联系强度，为以后研究城市群相互作用奠定了理论基础[21]。后来，随着引力模型不断地改进，适用于空间结构、人口布局、城市间相互作用强度等方面并且在各个领域取得了很有价值的研究成果[22]。引力模型主要借鉴牛顿的万有引力定律，将任意两个物体间的引力大小与物体的质量和两物体间的距离建立关系。一般来说，城市间经济联系与城市间距离成反比，城市间距离近，城市间经济联系强；城市间距离远，城市间的经济联系强度较强。其修正后的引力模型为：

(1)

(2)

其中：Rij为城市i、j间的经济联系强度；Kij为经验常数；Mi、Mj分别为城市i、j的综合经济质量；Dij分别为城市i、j的经济距离。一般在修正引力模型中，将经验常数设置成1，但是有学者认为在不同时代和背景下，经验常数应该不同[23]。参考相关研究[24]以及结合本文实际情况将经验常数K修改为城市占两关联城市综合质量的比值。

1.2.3 社会网络分析法

社会网络分析法(SNA)现主要是被用来测度城市群空间结构。通过借助Ucinet 6.0工具，从网络密度、中心性、核心-边缘结构3个方面对城市群网络空间结构特征进行刻画。

1.2.3.1 网络密度。网络密度是反映城市群整体经济联系网络的紧密程度，网络密度越大，则该城市群经济联系就越紧密，代表该城市群经济网络建设更加完善，一般网络密度取值范围在[0,1]之间，越接近于1代表整体经济联系网络越紧密。网络密度公式如下：

(3)

式中：D为整体网络密度；M表示经济联系中的关系数；N表示城市的个数。

1.2.3.2 中心度分析。中心度分析一般采用点度中心度(DC)及中介中心度(BC)指标刻画网络节点的中心性，本文选择点度中心度、中介中心度衡量城市群节点城市位置分布特点。

点度中心度(DC)是反映城市群中节点城市的中心程度的指标。在经济联系网络结构中点度中心度表示城市i与其他城市之间的存在经济联系的程度。某城市的点度中心度越高，则说明该城市与其他城市存在越多的经济联系，就越处于网络中心的位置。点度中心度分为点入度(Ind)和点出度(Out),城市i点入度(Ind)表示该城市接受其他城市发出的经济联系的个数，城市i点出度(Out)表示该城市主动向其他城市发出经济联系的个数。点出度(Out)越大表示该城市经济溢出程度就越大，点入度(Ind)越大表示该城市经济发展受益程度就越大。其公式为：

DC=(Indi+Outi)/2(N-1)

(4)

式中:N为节点的个数，下同。

中介中心度(BC)用于测度一个城市多大程度上处于中间位置去构建经济联系网络，如果一个城市的中介中心度较大则说明这个城市有足够的能力控制着其他城市间的经济联系关系，起到“中介”与“桥梁”的作用。其公式为：

(5)

式中：gjk(i)表示节点k、j之间经过节点i最短关联路径的数目,gjk表示节点k、j之间所有的最短关联路径数目,其中,k≠j≠i,并且j

1.2.3.3 凝聚子群分析。探索在经济联系网络中内部联系较为紧密的子群构成，对子群间联系情况进行分析，是对整体经济联系网络的一个补充。通过Ucinet 6.0的Concor算法对城市群进行聚类分析，进而分析子群内部演化特征。

1.3 数据来源

统计数据主要来源于2008年、2015年及2019年《河南省统计年鉴》《山东省统计年鉴》《山西省统计年鉴》《河北省统计年鉴》《安徽省统计年鉴》《河南省国民经济和社会发展统计公报》《山东省国民经济和社会发展统计公报》《山西省国民经济和社会发展统计公报》《河北省国民经济和社会发展统计公报》及《安徽省国民经济和社会发展统计公报》，其缺失数据通过平均法和线性插值法进行补充。地理距离通过百度地图(官网：https://map.baidu.com)获得相关数据。

2 中原城市群空间结构特征

为了更加清楚了解中原城市群空间结构的特征，下文将从整体、个体、群体3个维度对中原城市群空间网络结构特征及演化进行分析。对网络整体分析就要关注网络的整体空间结构特征。个体分析就是分析节点城市在空间网络处于哪种地位。群体分析就是对整体分析进行的一个补充，探究子群内部与子群之间的一种关系。

2.1 整体网络空间结构演变特征

2.1.1 经济联系强度分析

运用引力模型测算2007年、2014年及2018年城市间经济联系强度。通过Arcgis 10.7软件对中原城市群经济联系强度进行可视化分析，由于经济联系网络复杂，则采取经济联系强度值小于均值时为弱联系，将其排除，并在此基础上对经济联系强度分为5个联系强度等级进行分析，结果如下：①2007年—2018年第一等级经济联系引力线由1条增加到3条，前四等级经济联系引力数占总经济引力数的比例由36%增长到53%，表明城市间经济联系强度在此期间逐渐增强。②第一等级联系强度的城市是鹤壁—安阳一条引力线，到2018年变成郑州—焦作、郑州—许昌、鹤壁—安阳，由此可见，在此期间逐渐形成以郑州为中心，引领中原城市群协同发展的良好布局。③中原城市群内部经济联系网络密集处始终为郑州及郑州周围城市，对于中原城市群南面方向城市蚌埠、淮北等，联系网络较为稀疏。

原因分析：①首先，随着国家中原崛起战略的实施，越来越多的资源开始向中西部倾斜，尤其是2008年金融危机之后，国家开始不断地调整产业结构，我国中西部地区开始承接我国东部地区产业，人口开始往中西部地区集聚，因此中西部地区迎来了发展。其次，交通运输业的发展缩短了城市间联系成本，促进了城市间的联系，因此中部地区城市间经济联系逐渐增强。②中原城市群发展规划中提出，建设现代化郑州大都市区，推进郑州的发展，把支持郑州建设成国家中心城市作为提升城市群竞争力的首要突破口。因此，中原城市群在经济发展过程中逐渐形成以郑州为中心的空间布局。

2.1.2 网络密度演变分析

通过借助Ucinet 6.0工具计算网络密度值(见图1)，得知:①2007年—2018年中原城市群网络密度值处于递增趋势，可知中原城市群经济联系水平呈递增形式。②因为整体网络密度处于(0.2，0.3)区间，可知整体网络密度处于中等偏下水平，这表明中原城市群整体经济联系水平较低。

图1 2007年、2014年、2018年经济联系整体网络密度

原因分析：随着科技的发展，城市间资源要素、信息、知识等流通更加便利，促进了城市间的联系，因此经济联系水平在未来的时间里会越来越高。但是由于中原城市群跨度较大，以及政府行政壁垒或者地区资源禀赋差异等因素，导致城市间发生经济联系会有一定的阻碍，因此中原城市群整体联系的水平增长速度并不会太快。

2.2 个体空间网络结构特征

为了解中原城市群个体网络空间结构演化特征，利用Ucinet 6.0工具测度了2007年、2014年、2018年点度中心度、中介中心度指标。

2.2.1 点度中心度分析

通过借助Ucinet 6.0工具测度个体中心度可知：①2007年—2018年，信阳和开封点出度一直位居前列，表明信阳和开封在中原城市群经济关系中处于溢出地位，对要素资源禀赋处于引领地位。②在2007年—2018年，新乡点入度排名一直前四，表明新乡在经济关系中处于集聚资源阶段，并且在经济联系关系中处于受益状态。③省会城市郑州点入度波动较大，点出度变化较小，表明郑州在此期间集聚要素能力逐渐增强，对周边城市的辐射作用变化不大。

原因分析：①因为开封、信阳历史文化悠久，旅游业相对发达，因此开封、信阳在经济发展中起到辐射周围地区的作用，在要素资源流动上很大程度上取决于旅游经济的发展。②因中原地区经济发展受到国家重视，而郑州作为中原城市群中心城市且是河南省省会，在经济发展中占有巨大的地理位置及政治优势，因此在此期间经济发展水平领先于其他城市。郑州在2013年建立国家第一个国家级航空港经济综合实验区、2016年建立郑洛新国家自主创新示范区、2017年郑州发挥大都市市区及中原城市群核心城市引领作用等，促进了郑州以及周边地区的发展。通过引入新的企业，同时吸引了大量人才资源到郑州，使得郑州经济发展快速提高。

2.2.2 中介中心度分析

通过测算中介中心度值可知：中原城市群中中介“桥梁”逐渐发展变化，并且郑州、商丘的中间作用逐渐增强。①2007年中原城市群中介中心度等级较高的城市有5个，到2018年中介中心度等级较高的城市发展成为6个，其中一直没有发生变化的城市有新乡、开封、周口、菏泽这4个城市，这4个城市在经济联系关系中一直承担着中间“桥梁”作用，因此我们应当重点关注这些城市，因为这些城市的存在使得中原城市群间的节点城市联系更加紧密。②商丘、郑州中介中心度值在此期间变大，表明郑州、商丘中间“桥梁”作用逐渐增强，焦作在此期间中介中心度值逐渐变小，表明焦作中间“桥梁”作用逐渐减弱。

原因分析：中间“桥梁”作用与城市的经济发展水平有关，在2007年—2018年期间城市之间由于政府行政能力、资源禀赋、人口要素等众多因素，导致城市间经济发展水平不同，在此期间经济发展良好的城市在经济联系网络中开始承担其“桥梁”作用，经济发展较差的城市则在经济联系网中逐渐失去经济网络中的中介“地位”。

2.3 凝聚子群分析

中原城市群经济联系网络子群受到地理位置限制及分空间结构变化明显。①2007年—2018年凝聚子群的分布具有周边城市抱团发展现象，4个凝聚子群城市构成都是临近城市的组合。②凝聚子群结构在此期间有明显的变化。第一子群内城市结构数目、城市构成有较大的改变，原先子群由10个城市构成，后发展成5个城市构成，并且以郑州、洛阳、济源等城市形成凝聚子群，逐渐发展成由郑州、许昌和平顶山等城市形成的联系密切的子群，地理分布由郑州的西部地区发展成郑州南部方向。 同样，第二子群内部结构变化显著，以新乡为核心的集群转变成以洛阳为核心的集群，并且在中原城市群的北部逐渐发展成中原城市群的西北方向。第三子群由周口、驻马店等城市形成的集群逐渐形成新乡、开封等城市的集群，地理位置由在中原城市群内部发展成为城市群的北部。第四子群逐渐形成商丘、周口、亳州等城市的集群，逐渐形成子群位于城市群的东南方向。

原因分析：子群形成与地理位置分布有关，中原城市群包含中部五省，跨度范围大，城市间经济联系受到地理距离、交通设施、行政壁垒等多个因素影响，导致城市间贸易往来受到限制，致使形成周边城市抱团发展，排斥其他城市，或者由于政府行政方针不同导致省际城市交流减少。因此，中原城市群要实现高质量协同发展在未来需要打破行政区划界、增强城市群内外经济联系，加快子群间要素的流通，推动中原城市群的高质量发展。

3 中原城市群经济联系空间结构影响因素分析

3.1 影响因子指标选取

中原城市群经济联系强度受到多方面因素的影响。交通技术的创新降低了城市间的交流成本，增加了城市间经济往来的次数。产业结构的变动完善了市场结构，从而促进城市经济增长。要素资源的流动，带来城市之间资源互补，促进城市经济发展。经济全球化带来了商业机遇，打开了国内外市场，增加了国内生产制造商品销售渠道，从而带来利益。综合这4方面的因素确定影响因子如表2所示，分析中原城市群经济联系空间格局演变的影响因素。

表2 中原城市群经济联系空间格局演变影响因子

3.2 影响因子相关性分析

由于文中的数据形式是“关系数据”，即矩阵数据为主，而QAP法是测量两种“关系数据”之间相关性的重要方法，因此本文是利用Ucinet工具中的QAP算法进行分析。①通过对表2中7个影响因子在中原城市群30个城市间分布的数据差值进行绝对值处理，构建7个影响因子在30个城市间分布的差值矩阵；②分别以各个差值矩阵为自变量，以城市间经济联系强度矩阵为因变量，进行相关性检验；③根据分析结果对可能的影响因子与中原城市群经济联系空间格局演变特征进行相关性分析。

表3所示，交通技术创新、产业结构变动、要素资源流动、经济全球化通过不同的影响因子均对城市群的经济联系空间格局演变产生一定的影响。其中：①高铁动车班次因子回归系数是正值，且显著，表明高铁动车班次与城市群经济联系强度呈正相关关系；时间成本因子回归系数是负值，表明时间成本与城市群经济联系强度呈负相关关系。②二、三产业增加值及就业人数因子系数为正值，表明产业结构优化与城市群经济联系强度呈正相关关系。③社会消费品零售总额及固定资产投资完成额因子回归系数正值且显著，表明要素集聚与扩散对经济联系强度产生积极影响。

表3 影响因子QAP相关分析结果

3.3 影响因子的实证结果分析

3.3.1 交通技术创新因素

随着交通技术的发展和不断完善，逐渐形成高铁、公路、航空等交通出行方式。特别是高铁的开通压缩了信息流、人流、物流等时空距离，大幅度地降低了城市交流的成本，加快了城市间人才、信息、资本等要素流动。2007年—2018年，中原城市群内部铁路通车里程增加了1.41倍，公路通车里程增加了1.13倍，飞机场现有10个。交通技术的创新使交通运输工具更加便捷，促进了城市间交流，增加了城市群内节点城市的经济联系强度。

3.3.2 产业结构因素

产业是经济增长的主要来源，产业发展一般根据当地资源禀赋，突显产业和资源禀赋优势，推动当地产业发展，实现经济的高质量发展。在2007年，中原城市群第二、三产业增加值为19 206.75亿元，到2018年时已经增长到65 279.83亿元，增长了3.4倍，在此期间二、三产业的比重逐渐上升，第一产业比重逐渐缩小，产业结构通过不断调整优化，促进城市经济高质量的发展，从而提高了节点城市间的经济联系水平。

3.3.3 要素资源流动因素

中原城市群内含有丰富的自然资源、人力资源等，由于交通的便利，促进了要素资源的流动，从而提高了要素资源的利用效率。中原城市群内农业发达、制造业密集，合理配置资源有利于加快城市群的经济发展。在2007年—2018年，中原城市群内社会消费品零售总额增长了4.01倍，由此可见城市群要素流动性较高，有利于促进城市间经济联系强度。

3.3.4 经济全球化因素

经济全球化对中原城市群经济发展带来机遇与挑战，引进国外资金、技术以及先进的管理经验，同时也可以参与国外投资，利用国外资源，坚持“引进来走出去”并重。中原城市群内平均每年实际利用外资都有所增加，有利于城市群经济发展，从而促进城市间经济联系强度。

4 结论与讨论

4.1 结论

文章运用了引力模型、社会网络分析法及QAP模型探讨分析了中原城市群空间结构的演变特征及影响因素。①中原城市群整体经济联系强度有所提升，且逐渐形成以郑州为中心的经济联系网络；在中原城市群内部地区经济联系网络较为密集，边缘城市经济联系网络较为稀疏，整体经济联系网络逐渐往复杂方向发展。②中原城市群空间结构布局不稳定，节点城市角色变化差异性较大。个体网络测度中，部分节点城市中心度、中介中心度值变化较大，节点城市在经济联系网络中承担“角色”变化明显。③中原城市群凝聚子群内部空间结构变化明显，并且子群分布具有明显的地理特征，地跨不同的省域，政府行政方针、策略不同等众多因素导致子群分布变化较为明显。④运用QAP相关性分析得出交通技术创新因素、产业结构因素、要素资源流动因素、经济全球化因素4个因素影响中原城市群经济联系强度。

4.2 讨论

通过对中原城市群空间结构演变特征和驱动因素探讨，笔者提出以下参考意见：①优化中原城市群经济空间格局。坚持核心带动、轴带发展空间布局，增强中心城市集聚与辐射能力，完善服务体系，建设生态城市，使之发挥“龙头”作用；打破行政壁垒，促进邻省城市间合作交流，发挥节点城市产业优势，合理布局，争取实现中原城市群城镇化协同发展。②增强中原城市群间经济联系强度。提高交通技术创新能力、完善产业结构、促进要素流动，适应经济全球化宏观环境，从而提高中原城市群经济联系强度，实现协同高质量的发展。