中国环渤海地区城乡发展转型格局测度-地理学报

国家自然科学基金重点项目(41130748)资助研究成果。论文利用网格和地统计分析方法,揭示了环渤海地区城乡发展转型的中心性、动态性与差异性;利用logistic回归模型,探测了城乡发展转型的空间敏感性概率,揭示出城乡发展转型中心性呈现以中心城市为核心的空间分异格局,城乡发展转型空间拓展呈现“小聚集,大分散”的结构特征,城乡发展转型空间敏感性呈现明显的区域差异性,提出了科学实施城乡空间优化与差别化管控策略。

第70卷第2期

2015年2月地理学报ACTAGEOGRAPHICASINICAVol.70,No.2February,2015

中国环渤海地区城乡发展转型格局测度

刘彦随1,2，杨忍2,3

（1.北京师范大学资源学院，北京100875；2.中国科学院地理科学与资源研究所，北京100101；

3.中山大学地理科学与规划学院城市与区域规划系，广州510275）

摘要：城乡发展转型是城乡要素转移、战略转变、机制转换的综合人文过程。利用网格和地统

计分析方法，揭示了环渤海地区城乡发展转型的中心性、动态性与差异性；利用logistic回归模

型，探测了城乡发展转型的空间敏感性。研究表明：①城乡发展转型中心性呈现以中心城市为

核心的空间分异格局。平原地区逐渐形成以省会城市为一级、中心、地级市为二级集聚中心、

县级市及县城镇为三级集聚中心的空间格局，山区城乡发展转型的中心集聚性尚不明显。②

城乡发展转型空间拓展呈现“小聚集，大分散”的结构特征。以北京、天津、济南、沈阳、大连、石

家庄、青岛为主要城市扩展核心，空间聚核模式持续向外蔓延拓展。沿海岸线的“C”型带和港

口群区域的土地快速非农化，成为城乡快速转型的热点区。③受点—轴—面区位要素综合影

响，城乡发展转型的空间敏感性具有明显的区域差异性，其最佳探测空间尺度为1200m。④

未来城乡发展转型的极强敏感区以北京—天津—滨海新区为轴带，以京津为核心区，以辽东、

山东半岛为两翼的环渤海区域经济协同发展格局初步形成。合理有序的城乡空间开发应以城

乡发展转型空间中心性、动态性和差异性为依据，科学实施城乡空间优化与差别化管控策略。

关键词：城乡发展转型；中心性；动态性；敏感性；空间格局；环渤海地区；中国

DOI:10.11821/dlxb201502006

1引言

改革开放30多年来，中国正以前所未有的速度推进着城镇化进程[1]。而工业化、城镇化的快速发展，促进了区域城乡关系、工农关系，以及产业结构、就业结构、消费结构的快速转型[1]。十八大提出“新型城镇化”战略，对加快建设城乡发展一体化新格局提出了明确要求，深入研究城乡发展转型过程、格局、模式与途径等科学问题，成为统筹城乡发展规划与决策的前沿课题，也是地理学面向国家战略需求发挥综合研究优势的重要领域。城乡发展转型研究具有多层面、多尺度性，在区域层面主要表现为快速城镇化，以城市群、经济区演进为核心的区域发展格局转型，以及工业化、城镇化影响下的广大农村地区，以资源利用、产业结构、就业结构、消费结构转变为特征的乡村经济社会转型，其核心是区域城乡要素转移、战略转变、机制转换的综合人文过程。

综观国内外相关研究进展，国外学者侧重从不同视角对城乡空间演变与景观保护[3-4]、产业发展与模式[5-6]、生态安全与保育[7-8]、社会要素变动[9]等进行深入研究。国内学者主要开展了城乡发展关系[10]、城乡协调模式[11]、土地优化配置[12]，以及农村城镇化[13]、土地非收稿日期：2014-05-21;修订日期：2014-12-20

基金项目：国家自然科学基金重点项目(41130748)[Foundation:KeyProjectofNationalNaturalScienceFoundation

ofChina,No.41130748]

作者简介：刘彦随(1965-),男,陕西绥德人,研究员,博士生导师、长江学者特聘教授,主要从事土地利用和城乡发展

研究,发表论文300余篇,出版著作12部。E-mail:liuys@http://wendang.chazidian.com

通讯作者：杨忍(1984-),男,贵州毕节人,博士,讲师,已发表论文30余篇。E-mail:yangren0514@http://wendang.chazidian.com

248-256页

国家自然科学基金重点项目(41130748)资助研究成果。论文利用网格和地统计分析方法,揭示了环渤海地区城乡发展转型的中心性、动态性与差异性;利用logistic回归模型,探测了城乡发展转型的空间敏感性概率,揭示出城乡发展转型中心性呈现以中心城市为核心的空间分异格局,城乡发展转型空间拓展呈现“小聚集,大分散”的结构特征,城乡发展转型空间敏感性呈现明显的区域差异性,提出了科学实施城乡空间优化与差别化管控策略。

农化[14-15]、乡村发展转型[16]、城市空间扩展[17-18]、空心村整治[19-20]等实证研究。城镇化作为城乡发展转型的主导过程，深受学术研究和政府管理界的广泛关注。城镇空间扩展必然导致土地非农化、城乡空间结构与格局的持续变化，而当前国内城镇化研究多侧重于人口的就业、居住、共享城市社会服务等，对城乡空间结构及其差异的认识，多着眼于不同尺度行政区域的城镇化发展态势及其时空变化差异，而对一定区域城乡发展转型空间构型的探测研究尚未深入开展。尤其是随着地理信息科学发展，为借助于遥感技术、计量模型方法进行城乡空间类型诊断、地域格局识别与测度研究提供了行之有效的途径。

环渤海地区是继“珠江三角洲”、“长江三角洲”地区之后，中国经济增长的“第三

[21]极”。深入研究环渤海地区城乡发展转型，既是科学协调人口资源环境与经济发展关系、探索城乡生态文明建设模式、健全区域协同体制机制的重要课题，也是面向未来建设首都经济圈、完善城镇体系与布局形态、促进环渤海经济区协同与创新发展的有效途径[22]。在城乡发展转型中，协同推进环渤海地区基础设施相联相通、产业发展互补互促、资源要素对接对流、公共服务共建共享、生态环境联防联控，对于促进东中西及东北地区协调发展也具有重要的现实意义。

城乡发展转型的空间构型是城乡发展转型研究的核心内容。本文利用格网和地统计研究方法，综合集成GIS和遥感技术，着眼城镇建设用地利用强度及其空间动态变化视角，探究环渤海地区城乡发展转型的中心集聚性、空间拓展性、区域差异性，探测分析环渤海地区城乡发展转型的过程与格局，重点揭示城乡发展转型的空间中心性、成长性、差异性规律，可为环渤海地区优化国土空间开发战略、促进城乡发展一体化的科学决策提供依据。

2研究方法与数据来源

2.1研究方法

（1）城乡发展转型格网单元分析

地理事物、现象、过程的可视化

研究，一直受到国内外学术界的关

注。为更好地刻画城乡发展转型空间

动态识别与情景预测，本文采用格网

空间统计分析方法，以动态展示城乡

发展转型空间过程。具体作法是采用

不同尺度网格对城乡建设用地面积，

以及单元格内城乡建设用地面积动态

图1矢量数据网格化流程变化量进行统计，使其离散空间分布

Fig.1Theprocessofdatagrid属性归结至每一个网格单元中，初步

探测识别城乡发展转型的空间中心集聚性和动态拓展性，同时为进一步地统计空间自关联“冷点”和“热点”探测识别作好准备。基于格网单元统计研究的优势，还在于方便矢量—栅格数据格式的转换对接和空间情景建模模拟、最优模拟尺度的识别（图1）。

（2）中心集聚性、空间差异性识别

基于ArcGIS10.1软件平台，制作覆盖整个环渤海地区的5km×5km格网，进行城镇建设用地数据与网格图层叠加，以5km×5km格网作为最小研究单元，通过对网格单元内城镇建设用地类型图斑进行disolve

融合，进而汇总统计每个网格内城镇建设用地总面

国家自然科学基金重点项目(41130748)资助研究成果。论文利用网格和地统计分析方法,揭示了环渤海地区城乡发展转型的中心性、动态性与差异性;利用logistic回归模型,探测了城乡发展转型的空间敏感性概率,揭示出城乡发展转型中心性呈现以中心城市为核心的空间分异格局,城乡发展转型空间拓展呈现“小聚集,大分散”的结构特征,城乡发展转型空间敏感性呈现明显的区域差异性,提出了科学实施城乡空间优化与差别化管控策略。

积。以格网统计汇总的城镇建设用地空间分布数据为基础，利用地统计分析空间自相关性的冷热点区域探测方法，进行环渤海地区城镇空间中心集聚性探测，计量模型见公式

（1）、公式（2）。

Getis-OdrGi*用来检验局部是否存在空间统计上的聚集高值区或者低值区域。

Gi*=

ˉwi,jwi,jxj-Xnnj=1j=1

n

j（1）ˉ=Xxj=1

S=（2）

式中：xj是每个网格的属性值；wi,j是网格i和j空间权重，在探测中采取空间搜索半径法，以10km为相关距离构建了空间权重矩阵。

城乡发展转型影响着空间构型，建设用地空间扩张表征了城镇区域成长性特征。本文构建了城乡建设用地扩展强度指标（L）i，表征一定时期内每个单元网格城乡建设用地拓展速度与强度。同时，对5km×5km网格的建设用地平均变化速度进行归一化处理，使其具有横向可比性，测算模型如式（3）。

ΔUiLi=（3）×100%式中：ΔUi为某一时期建设用地拓展增加面积；Δt为时间跨度；TLA为研究单元的土地总面积。在每个单元网格城乡建设用地动态强度测算的基础上，以网格单元统计城镇建设用地扩张强度指标为基础，利用空间“热点”探测的Gi*的计算模型（1）和（2），在ArcGIS平台支持下，深入探测城乡发展转型空间拓展强度差异性，其G指数的高低反映了城镇空间拓展强度空间集中性的强弱，进而揭示城乡发展转型空间成长的热点区域。

（3）城乡发展转型空间变化概率

城乡发展转型空间主要表征为城乡建设用地的空间分异格局。城乡发展转型空间变化遵循空间构型的中心性规则和区域发展的点—轴理论，制作建设用地空间变化栅格概率图是预测空间变化趋向的一种有效方法。其前提是利用logistic逐步回归模型，对城乡建设用地空间动态分布格局与影响因素数据进行逐步回归，计量模型如式（4）：

æPölogçi÷=β0+β1x1,i+β2x2,i+ βnxn,i（4）èiø

式中：Pi表示每个栅格可能出现城乡建设用地类型i的概率；x表示影响因素。首先利用ROC检验方法①，对logistic回归结果进行检验，并探测识别最优模拟尺度，然后进行城乡发展转型空间概率趋向预测。依据回归系数和各影响因素栅格图层，进行加权栅格代数运算，最终得到各种土地利用类型的空间分布概率图。

2.2数据来源

本文使用1980年、1995年、2000年环渤海地区土地利用数据来自中国科学院遥感应①ROC（ReceiverOperatingCharacteristic）曲线，用于二分类判别效果的分析评价。基本原理是通过判断点的移动,斜45度的直线对比，若曲线越接近，则说明自变量对因变量判断价值越差，反之亦然。获得多对灵敏度（sensitivity）和误判率（1-Specificity），以灵敏度为纵轴,以误判率为横轴,连接各点绘制曲线。并与

国家自然科学基金重点项目(41130748)资助研究成果。论文利用网格和地统计分析方法,揭示了环渤海地区城乡发展转型的中心性、动态性与差异性;利用logistic回归模型,探测了城乡发展转型的空间敏感性概率,揭示出城乡发展转型中心性呈现以中心城市为核心的空间分异格局,城乡发展转型空间拓展呈现“小聚集,大分散”的结构特征,城乡发展转型空间敏感性呈现明显的区域差异性,提出了科学实施城乡空间优化与差别化管控策略。

用研究所。2010年土地利用矢量数据,通过对环渤海地区LandsatTM遥感影像进行监督分类和解译得来。刻画城乡发展转型空间特征的各类基础地理要素数据来自1:25万中国电子地图，利用Mapinfo系统将数据格式转换为shp文件。所有气象数据均来自中国科学院地理科学与资源研究所地球系统科学数据共享平台。

3结果分析

3.1城乡发展转型的中心集聚性

城市是区域经济发展的增长极，中心集聚性是其重要特性之一。伴随城乡发展转型，工业化、城镇化快速发展，城镇地域空间成为资金、技术、劳动力、土地等生产要素集聚地。随着产业发展与转型升级，城镇建设用地呈现“聚核式”拓展，从而影响形成区域城乡发展转型的空间结构形态。环渤海地区是中国经济增长的第三极，包括了北京、天津特大城市，以及济南、沈阳、石家庄、青岛、唐山、大连等区域性中心大城市。从城镇建设用地的空间格局来看，城乡发展转型中心性呈现出以若干中心城市为核心展开的空间格局（图2）。

20世纪80年代以来，环渤海地区大城市的中心集聚性不断加强，特别是地级市的中心性日益凸显。基于5km×5km格网统计单元，对城镇建设用地空间集聚的热点区域探测表明，城乡发展转型的中心地域性差异特征不断显现（图3）。环渤海地区以京津两市为中心，以大连、青岛、烟台、威海、秦皇岛等沿海开放城市为扇面，以沈阳、石家庄、济南等省会城市为区域支点，构成了中国北方最重要的集政治、经济、文化、国际交往和外向型、多功能的区域城市化空间体系。

沿海地区形成了三大港口群：一是东北港口群，以大连港为核心，葫芦岛、锦州港、营口港、丹东港为主要支线港；二是山东港口群，以青岛港为核心，龙口港、威海港和烟台港为主要支线港；三是津冀港口群，以天津港为核心，秦皇岛港、京唐港、黄骅港为主要支线港，便捷的海运条件会带动腹地区域城乡产业转换与空间转型。

山地区城镇建设用地拓展和区域城镇中心聚集性不明显。城镇化、工业化、信息化发展直接驱动城乡发展空间构型的演变，“三化”发展的优势区域，其城镇空间集聚性不断加强。传统农区和山区产业发展相对落后，且转型升级难度较大，乡村地域要素非农化呈现出“两栖”远距离外迁务工模式，乡村地域劳动力的就地非农化和安居难度较大，致使城镇化发展内生动力不足，区域空间集聚成长性不强，难以形成具有一定辐射带动能力的区域中心。

平原地区逐渐形成以省会城市为一级集聚中心、地级市为二级集聚中心、县级市及县城镇为区域中心的基本格局。京津唐、辽中南、山东半岛城市群逐渐形成和加强。城乡发展转型的空间构型变化，在区域中心性、城镇集聚性不断增强的背景下，呈现出中心向外围地带不断拓展的演化特征。从地统计探测识别的结果看，城镇集聚中心热点强度值较大的聚集中心主要集中在省会城市、地级市、县级市（图3），其等级层次分明。县城镇及大量中小城镇的中心集聚性较弱，其城镇建设用地热点强度值也较小。

从优化城乡发展转型空间构型视角，应重视统筹城乡土地利用优化配置，着眼完善“自下而上”的城镇空间等级体系，引领新农村建设与中小城镇化协同推进，区域人口、土地、产业耦合发展，促进区域特色产业培育、就业转型与社会服务的一体化。环渤海地区工业化、城镇化与农业现代化同步发展进程中，以制造业为主要引擎的发展模式对土地利用产生重大的影响，第二产业发展在促进经济快速增长的同时，也带来以资源过耗、环境污染为代价的种种弊端。区域中心城市摊大饼式向外扩展，使城市运行与管理

国家自然科学基金重点项目(41130748)资助研究成果。论文利用网格和地统计分析方法,揭示了环渤海地区城乡发展转型的中心性、动态性与差异性;利用logistic回归模型,探测了城乡发展转型的空间敏感性概率,揭示出城乡发展转型中心性呈现以中心城市为核心的空间分异格局,城乡发展转型空间拓展呈现“小聚集,大分散”的结构特征,城乡发展转型空间敏感性呈现明显的区域差异性,提出了科学实施城乡空间优化与差别化管控策略。

图2环渤海地区城镇中心集聚性探测

Fig.2ThecentralagglomerationmeasureofcitiesandtownsintheBohaiRimregionin

China

图3环渤海地区城镇拓展成长性探测

Fig.3ThegrowthmeasureofcitiesandtownsintheBohaiRimregionin

China

图4环渤海地区城镇建设用地空间拓展强度差异性

Fig.4Theintensitydifferenceofcities-townsconstructionlandexpansionintheBohaiRimregioninChina

成本不断增大，城市产业转型带动周边区域发展的功能有待显现。超大城市一味的极核式发展，不利于城乡发展转型的融合一体化，不但难以形成中心—外围的城乡融合互动模式，反而助推了“灯下黑”贫困带的形成和城乡差距的拉大，进而阻碍了区域城乡发展融合和城乡发展一体化的过程。

3.2城乡发展转型的空间差异性

城镇化是城乡发展转型的主导过程，不断驱动着城乡要素集中、空间集聚、用地集约的进程。城镇建设用地扩张会不断改变土地利用结构与空间格局，而城乡空间构型的演化主体主要表现为城乡建设用地规模及其利用强度。环渤海地区是中国改革开发以来逐步兴起的城镇化发展热点区域，随着区域协同发展和城镇化进程的加快，城镇建设用

地的拓展及其用地效率的提升成为城乡发展转型的主要方式。