毕业论文-基于GIS 的中原经济区城市势力圈划分及类型分析

1、PAGE 编号：08009210311南阳师范学院2012届毕业生毕业论文（设计） 题 目：基于GIS的中原经济区城市势力圈 划分及其特征分析 完 成 人： 班 级： 2008-03 学 制： 4年 专 业： 地理信息系统 指导教师： 完成日期： 2012-4-25 目录摘要（1）0 引言（1）1 势力圈的分析模型（2）1.1 城市综合规模获得（2）1. 2 场强模型（2）2 研究方法2.1 数据来源（3）2.2 数据处理（3）2.2.1 指标选择（3）2.2.2 计算城市综合规模（3）2.2.3 场强计算与栅格归类（5）3 结果分析3.1 城市势力圈分布特征（6）3.2 各城市势力圈面积与空

2、间关系（6）3.3 势力圈与行政范围的叠合分析（6）3.3.1市域内势力圈构成分析 （7）3.3.2势力圈跨市域分析 （7）3.3.3叠置结果的综合分类（8）4 结束语 （8）参考文献 （9）Abstract （9）第1页（共9页）基于GIS 的中原经济区城市势力圈划分及类型分析摘要：借助场强模型，利用GIS空间分析方法，对中原经济区28个城市的势力圈进行了划分，再与各个城市的行政区进行叠加分析。结果表明，中原经济区各城市的势力圈相差较大，并且与各自行政区的吻合程度不同。为以后我们对中原经济区各城市行政区的重新规划提供辅助决策。关键词：空间分析；中原经济区；城市势力圈; 地理信息系统城市势力圈

3、是指城市的吸引力和辐射力对城市周围地区的社会经济联系起着主导作用的地域1 。城市势力圈的形成是区域内同级城市空间相互作用力量平衡的结果, 势力圈范与中心相对应, 空间极化的结果使空间特化, 形成了中心-腹地结构,势力圈一方面为中心城提供生产原料、生产要素,一方面受中心城经济影响而变化。 测定城市势力圈对于城市经济区划、区域空间分析、行政区划的调整和城镇体系的等级结构分析等具有一定的指导意义。中原经济区位于中国中部地区, 除省会郑州跻身全国一线城市之列, 其他城市基本处于中小规模的发展水平上, 聚集效应不显著, 并且城市发展不平衡, 城市化水平差距较大。为了合理配置地区资源, 应打破行政界限,

4、根据各地区经济发展水平, 形成功能鲜明、布局合理的区域开发格局, 故有必要对中原经济区城市的势力圈做明确、科学的划分, 以寻求区域内集约发展最合理的模式。 我国学者从城市势力圈的概念、界定、划分方法等多角度作了研究2, 但这些研究往往仅把人口作为衡量城市规模的标准, 手段上也鲜见GIS空间分析方法的应用, 且研究区域全部集中于东、中部形状较均匀、城市首位度不高的省份。学生在GIS 和空间统计分析软件支持下, 以2011年中原经济区七省28个城市为研究对象, 基于场强模型, 进行城市势力圈的测定, 并与市域行政区范围进行了叠合分第2页（共9页）析, 以期为中原经济区的经济区划和城市体系布局研究提

5、供参考。1 势力圈的分析模型11 城市综合规模获得城市势力圈的大小由城市本身的规模和经济实力决定, 随周边城市的竞争力强弱而发生变化。城市规模应是一个复合性指标, 要求能比较全面地反映城市对区域的多方面影响. 而传统的评价方法往往采用单一指标(如人口) 或少数几个指标, 不能全面、客观、综合地反映城市的实力地位。 因此,学生采用综合指标体系来分析城市影响区域系统,考虑反映城市影响的主要因素及其现状影响与潜在影响能力。由于各原始指标间相关性较高且数据量庞大, 加之各指标的权重较难确定, 学生利用主成分分析法进行综合规模值的计算.。主成分分析方法是多元统计分析中一种重要的方法, 通过多个指标的线性

6、组合, 将众多具有错综复杂相互关系的一系列指标归结为少数几个综合指标, 既能使各主成分相互独立, 舍去重叠的信息,又能更集中更典型地表明研究对象的特征, 还能避免大量的重复工作3 。对选取的主成分通过特征值加权累加成一个综合的数值, 即得到研究区域内各城市的综合规模值。12 场强模型城市作为一定区域空间结构的核心, 具有集聚和扩散的功能,对周围的区域产生影响。借用物理学的概念, 城市腹地可称为城市影响力的“力场”,影响力的大小称为“场强”以城市的综合规模F作为评价城市地理场场强的综合变量, 则区域内任一点k 都接受来自区域内各城市的辐射。强度计算公式为4Fik = Zi / Daik , (

7、1 )其中, Fik 为 i城市在k点上的场强; Zi为i 城市的综合规模; Dik 为i 城市到k 点的距离; a 为距离摩擦系数, 一般取标准值2.0 。由于地域内的任意一点k 受到来自区内各城市的辐射, 其中有一个城市的辐射强度最大, 因此可分别求出来自各城市的辐射强度, 并根据“取大”原则来确定每一点所受到第3页（共9页）的场强, 以及该场强来源于哪个城市, 从而定出该点的归属。将各城市的吸引范围用不同的形式表示, 即可直观地显示各城市的势力圈。2 研究方法2.1 数据来源以中原经济区七省28个城市作为研究对象。指标数据资料取自河南统计年鉴2011和其它各个城市2011年度的统计年鉴5

8、,政府所在地作为市域中心位置, 中心坐标和市域行政区界限取自国家基础地理信息中心1400 万数据库6在ArcGIS 中转换到Albers等积圆锥投影系下, 椭球体取Krasovsky。2.2 数据处理2.2.1 指标选择选取以下8个指标来测度城市综合规模: X1各市生产总值 / 亿；X2各市常住人口/万；X3工业总产值/亿；X4财政收入/亿；X5财政支出/亿；X6教育经费/万；X7邮电业务总量/亿；X2.2.2 计算城市综合规模对原始数据进行标准化处理, 为排除数量级和量纲不同带来的影响, 同时为避免标准化之后指标产生负值而不利于后面的相关运算, 文中采用平均值标准化方法, 即Mij=Xij/

9、Xj，其中, Mij为第i城市第j个指标标准化后的新值;Xij 为第i 城市第j 个指标的原始统计值; Xj =1/n iXij ,为各个城市第j个指标的算术平均值。运用SPSS 11 （SAS）统计软件对标准化后的数据使用因子分析（Factor Analysis）功能获得因子分析初始解, 利用主成分分析法构造因子变量, 方差极大法作因子旋转, 得到方差贡献分析表(表1) ,选取的指标具有相关性, 可以进行主成分分析7。一般按照特征值大于1以及累积贡献率大于80 %的原则提取主成分因子 。 表1 中第1 、2、3主成分方差贡献率达到89.974 % , 即保留了原有指标89.974%第4页（共

10、9页）表1 解释的总方差成份初始特征值提取平方和载入合计方差的 %累积 %合计方差的 %累积 %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 , 因此只选取主成分1、2和3即可。表2为因子旋转后第1 主成分在各变量上的载荷.

11、综合规模值的计算式为Zi = km=1Akj13=1CkjMij , ( 3 )其中, Zi 为i 城市的综合规模值; Ak 是第k 主成分的贡献率; m 是特征值大于1 的主成分个数, 此处为3 ; k 是主成分编号, 也取3; Ckj 是第k 主成分在第j 变量上的载荷; Mij 同( 2 ) 式。表2 主成分的载荷成份123X1生产总值亿.947.204-.204X2城市人口万.720-.543.342X3工业总产值亿.830.371-.303X4财政收入亿.744.598.062X5财政支出亿.978.016.051X6教育经费万.906.044-.026X7邮电业务总量亿-.069.

12、453.880X8客运量万人.865-.252.115X9货运量万吨.688-.525.126第5页（共9页）2.打开Arcgis软件，利用其中的Data Management Tools Feature Class-Create Fishnet 功能直接生成10 km10 km 的格网。然后用中原经济区行政边界裁切格网, 即可得到中原经济区格网图。 建立拓扑关系并提取它们的label 点; 利用pointdistance 功能计算出28个城市到每个格网点的距离, 与综合规模值一同带入( 1 ) 式,计算各网格地块受到的28个城市的场强值, 按“取大”的原则确定每一网格的场强值及其归属。按照各

13、个网格的归属作出势力圈专题地图, 以不同颜色表示各网格所受场强的唯一归属, 即可显示各城市的势力圈范围 ,然后再与现行的中原经济区各市行政区划图进行叠加，即可得到对比效果明显的综合图。图1 中原经济区城市势力圈划分3 结果分析第6页（共9页）3.1 城市势力圈分布特征考虑到计算出的场强值过小, 为更好地显示结果, 可将计算出的各场强值同时扩大10000倍。由于它们反映的是城市之间比较关系, 因此所作处理不会对分析造成影响。不难看出场强值较大的“中心”区域基本沿着经过郑州中心的两条经纬线分布, 其中最大的场强范围出现在郑州及河南省边界地区, 其次是南阳、周口、焦作、信阳等, 再次是驻马店和安阳等

14、。远离“经纬线”场强逐渐减弱, 远离各城市的区域呈现出弱场强的“边缘化”态势。3.2 各城市势力圈面积与空间关系从计算所得场强数据和图1可以看出, 河南省内城市密集区域的城市势力圈面积较小, 而周边城市如徐州、邯郸、襄阳、长治、阜阳等的势力圈面积较大。城市势力圈面积并不完全与城市综合规模成正比, 省内市域面积较小，城市分布相对集中, 城市间的竞争比较激烈; 周边城市位于河南与其它各省的交界处, 省内大城市如郑州、洛阳的影响很难到达, 城市形成的腹地反而较大。 王德将城市势力圈间的空间相互作用关系概括为四种类型：并存、包含、半包含和竞争8 。根据他的理论, 2010年中原经济区城市势力圈关系主要

15、体现为竞争、并存和包含，高一级的城市和其周边地区的城市构成竞争的关系, 竞争的结果是这些城市的势力圈紧紧相挨，并存下来。比如郑州和洛阳、许昌、新乡、平顶山之间。另外，同一级城市相邻时也构成并存关系，如信阳和驻马店、阜阳，新乡和鹤壁，许昌和漯河等，从整体上，这些城市在综合规模上都相差不大。3.3 势力圈与行政范围的叠合分析将中原经济区各城市势力圈与各市域行政区进行叠加分析得到图2。不难发现城市势力圈与市级行政范区的吻合度并不高, 经济区的中心城市和副中心城市以及重要城市（郑州、洛阳、徐州、南阳等） 势力圈超出其行政范围, 比如洛阳的势力圈面积是其行政区面积的51 倍。此外, 因为各城市位置不一定

16、位于各自市域的几何中心, 而导致城市势力圈大大超出其市域范围。所以, 需要对获得的结果做进一步的分析。第7页（共9页）图2 中原经济区城市势力圈与市域行政范围的叠置3.3.1 市域内势力圈构成分析根据各城市势力圈在市域行政范围内的面积比例, 可将28个城市分成三类: 第1类为势力圈在本市行政区域占据绝对优势( 80 %) 的城市, 包括郑州、洛阳、周口、南阳、邯郸、荷泽、襄阳、徐州、阜阳等, 此类城市空间发展应采取单中心的大城市拉动战略，带动周边地区的发展; 第2类为占据较大优势(50 %80 %) 的城市, 包括平顶山、商丘、蚌埠、长治、运城、许昌、漯河等, 此类城市制定空间发展策略时则应考

17、虑其他城市对本地区发展的影响; 第3 类（ 50%）为势力圈在本市行政区域内仍占或不占优势, 其他城市势力圈已占据一大部分，只能对部分地区产生影响，这类城市只包括开封、信阳、晋城3.根据各城市势力圈在市域内外的面积比例, 亦可将28个城市分第8页（共9页）成三类:第1类为势力圈中本市面积小于40% 的城市, 这些城市是典型的区域中心城市, 对周边地区影响比较强，包括郑州、洛阳、许昌、阜阳、漯河等; 第2类为势力圈中市域面积占40%80%的城市, 此类城市具有一定的区域中心城市的特征, 包括平顶山、三门峡、商丘、濮阳等; 第3类为势力圈大部分在本市范围内(80%) , 此类城市仅为市域内强中心城

18、市, 对周边地区的作用力较小, 包括南阳、周口、开封、襄阳、蚌埠、徐州等。3.将既属于3.3.1 节中1 、2 类, 又属于3.3.2 节中1 、2 类的城市综合划分为第1 类, 此类城市具有较强辐射力, 不仅在本市具有绝对的作用力, 而且对周边地区具有相当的影响力, 包括郑州、洛阳、平顶山、阜阳、邯郸等; 把既属于3.3.1 节中3类, 又属于3.3.2节中1 、2 类的城市划分为第2 类, 此类城市在本市内势力圈只占市域面积较小比例, 而在周边地区却占较大比值, 属于势力圈和其行政区相互错位的类型, 包括三门峡、新乡、濮阳、许昌等; 既属于3.3.1 节中1 、2 类,又属于3.3.2 节

19、中3类的城市划分为第3 类,这类城市在本市内势力圈占市域面积的较大比例,势力圈主要范围在本市内, 对周边的影响作用较小，势力圈和行政管辖范围基本重合, 包括南阳、周口、襄阳、菏泽、蚌埠、徐州等; 在3.3.1节和3.3.2节中均属3类的城市划分为第4 类,这类城市在本市内势力圈只占市域较小比例, 又不能辐射到它市范围内, 势力圈远小于行政范围4 结束语由于目前对城市势力圈的划分仍处于探索阶段, 文中尚有需要完善之处, 如各个城市数据资料的统一、格网大小选取的不同、城市综合规模指标选取不同都将导致结果的差异, 这是需要进一步研究深化的地方, 但文中的结论仍对中原经济区的划分有一定的参考意义。第9

20、页（共9页）参 考 文 献1 王德, 赵锦华. 城镇势力圈划分计算机系统的开发研究与应用J . 城市规划, 2000 , 24 (12) : 37O41.2 王德, 郭洁. 沪宁杭地区城市影响腹地的划分及其动态变化研究J . 城市规划汇刊, 2003 (6) : 6O11.3 叶依广, 周蕾. 长江三角洲各城市综合实力的主成分分析J . 长江流域资源与环境, 2004 , 13 (3) :197O202.4 张莉, 陆玉麒1河北省城市影响范围及空间发展趋势研究 J . 地理学与国土研究, 2001, 17 (1) : 11 - 152001 , 25 (4) : 533O536.5河南省201

21、0年统计年鉴电子版6 国家基础地理信息中心. 国家基础地理信息系统1400 万数据库 EB/ OL . (2005O10O24) 2006O12O18 7 王德, 程国辉. 我国省会城市势力圈划分及与其行政范围的叠合分析J . 现代城市研究, 2006 (6) :4O9.8 闫卫阳, 郭庆胜, 李圣权. 基于加权Voronoi 图的城市经济区划分方法探讨J . 华中师范大学学报:A Gis-based repartition and feature analysis in Central Plains Economic RegionXU PengpengAbstract : The urban