基于多源数据的南京市域城乡融合水平测度研究_谢智敏.pdf

谢智敏,甄峰.基于多源数据的南京市域城乡融合水平测度研究 J.地理科学,2023,43(1):1-10.Xie Zhimin,Zhen Feng.Measuring urban-rural integration level inNanjing based on multi-source data.Scientia Geographica Sinica,2023,43(1):1-10.doi:10.13249/ki.sgs.2023.01.001基于多源数据的南京市域城乡融合水平测度研究谢智敏1,2，甄峰2,3（1.香港中文大学地理与资源管理学系，香港 999077；2.南京大学建筑与城市规划学院，江苏 南京 210093；3.南京大学江苏省智慧城市设计仿真与可视化技术工程实验室，江苏 南京 210093）摘要摘要：以特大城市南京市作为实证分析对象，通过耦合协调度和二分 K 均值聚类算法进行量化评价，利用多源数据创新市域城乡融合水平测度的思路与方法，探索性构建由城镇化发展水平、土地集约利用水平、设施均等化水平与城乡联系水平四大子系统所组成的评价指标体系。分析结果表明：南京市域城乡融合系统耦合协调度的空间分布呈现出圈层扩散与点轴扩散并存的蛛网结构；各子系统发展水平的分布特征具有一定差异，其中土地粗放利用与设施建设短板是制约发展协调地区进一步提升的关键因素，发展失调地区多受限于交通区位，城乡联系较为薄弱，因而发展动力不足。各项指标发展水平的聚类特征明显，呈现出城市、城市边缘、小城镇、乡村 4 级 9 类的城乡融合单元。其中城市边缘地区细分为边缘新城、郊区副城、郊野公园 3 类单元，乡村地区则包括城市辐射型、观光休闲型、人口聚居型与偏远独立型 4 类。关键词关键词：多源数据；大城市地区；城乡融合水平；耦合协调度；二分 K 均值聚类中图分类号中图分类号：F291.3文献标识码文献标识码：A文章编号文章编号：1000-0690(2023)01-0001-10 伴随着城市空间的快速发展与蔓延，乡村地域空间格局不断重构，城乡界限趋于模糊1-3，在国家新型城镇化与乡村振兴战略要求下，如何实现城乡融合发展成为当下中国社会的焦点话题之一4-5。2019 年国务院正式出台关于建立健全城乡融合发展体制机制和政策体系的意见，将促进城乡要素自由流动、平等交换和公共资源合理配置明确为城乡融合的核心内涵，并要求经济发达地区、都市圈和城市郊区应在体制机制改革上率先取得突破。而高度城镇化的大城市地区正是国家推进城乡融合发展的重要试验地，亟待更多维度的城乡融合评价与实践以支撑科学决策。城乡融合水平测度及其空间格局分析的相关研究持续地成为地理学界关注的焦点。当前研究主要集中在两个方面：基于静态空间面板数据的区域城乡融合水平测度，其指标选取往往涵盖城乡空间、社会、经济、生态、设施等多维度，以国家6、省域7和城市群8等为主要分析对象，对地级市或县域单元内部城乡发展差距与整体水平进行测度，评价方法主要包括层次分析法9、主成分分析法10、灰色关联11、耦合协调度模型12等，在评价结果基础上通过探索性空间数据分析、空间自回归模型与地理探测器模型等方法进一步探讨城乡融合空间格局与影响因素13-15。综合要素流动与相互作用的市（县）域城乡融合评价探索，多以城市周边的边缘区和乡镇等为研究对象，通过其自身发展水平以及与城市多方面要素的联系来进行综合评价16。McGee 在亚洲大都市研究中提出的“desakota”模式17全面催生了城乡间的联系和相互作用等方面的研究，以重力模型模拟18、人流联系19以及交通联系20等为表征的城乡联系指数在城乡融合评价中也不断涌现。伴随着夜间灯光数据、POI 数据与手机信令数据的出现，多源数据在市县域城乡融合研究中的应用逐渐展开21-23，刘春芳等指出利用多源数据对城乡人口、土地、生态等要素进行流动性的刻画与评价十分重要24。总体而言，大数据的出现 收稿日期收稿日期：2021-03-10；修订日期修订日期：2021-11-15基金项目基金项目：国家社会科学基金重点项目（20AZD040）资助。Foundation:National Social Science Fund of China(20AZD040).作者简介作者简介：谢智敏（1997），男，福建莆田人，博士研究生，主要从事时空大数据分析与城市规划研究。E-mail:通讯作者通讯作者：甄峰。E-mail: 第 43 卷第 1 期地理科学Vol.43 No.12023 年 01 月Scientia Geographica SinicaJan.,2023将促进研究方法由传统单一数据向多源数据转变，也能够为城乡发展评估带来新的思维模式和技术手段25。综上，城乡融合水平测度方面研究已经形成较为完善的理论方法体系，但仍存在 3 个方面的不足。囿于传统统计数据的精度限制，对中微观层面城乡发展水平分布梯度的深入研究较少，故对市（县）域层面城乡规划编制工作指导意义不足26。大数据技术的应用不足，特别是对城乡空间人的日常动态联系关注还相对较少27。研究结论往往偏向单一的评分量表而缺乏因地制宜的类型推导，无法支撑更加精细化特色化的城乡融合发展策略。基于此，本文探索性利用多源数据创新市域城乡融合水平测度的思路与方法，统筹考虑城乡联系水平与城镇化、土地、设施等发展水平，通过耦合协调度模型与聚类模型综合分析水平高低与发展类型，并以特大城市南京市作为实证分析对象，以期对未来国内大都市郊区城乡融合发展的空间模式提供相应建议与参考。1 数据来源与研究方法1.1研究区域研究区域南京市位于中国东部沿海的长三角区域，第七次全国人口普查显示南京市常住人口为 931 万人，其中城区人口 791 万人（http:/ 年）草案，南京市未来将构建“1 个中心城区（江南主城、江北新主城）、3 个副城、9 个新城、29 个新市镇和若干新社区”的市域城镇体系。目前，南京市正处于城乡融合发展关键阶段，在市域层面表现出明显的主城郊区、城乡二元结构，其中远郊近郊、江南江北的发展差异明显，“人地矛盾”突出，土地低效利用给都市长期可持续发展构成较大威胁28。为进一步聚焦在南京市域兼具城乡二元属性的地域空间，将江南主城绕城路以内的城市核心区域（下文简称为主城区）剔除，进而得到本文的研究区域，并以其中的 64 个乡镇街道作为研究单元，研究区域内研究单元、三类空间、道路交通和人口分布的基本概况如图 1 所示。1.2数据来源数据来源文章基于研究范围提取 2019 年份多源数据，其中生产（农业）、生活（建设）、生态 3 类空间数据为南京市测绘局官方提供的地理国情数据（http:/ Python 进行爬取，通过类别以及名称筛选得到小学 534 个，中学 288 个，市区级医院 546 个，社区卫生服务设施 592 个，超市便利店 2 573 个，公共厕所 4 414 个。企业数据通过企查查网站（https:/ 506 个。道路交通矢量数据来自 OpenStreet-Map 网站（https:/www.openstreetmap.org/），交通换乘时间数据来自百度路线规划（https:/ GIS 开发与城市遥 图 1 2019 年研究区域概况Fig.1 Overview of the study area in 20192地理科学43 卷 感团队发布的降噪处理后的开源数据29。手机信令数据为 2019 年 6 月 1 日30 日全月南京市联通用户的出行活动数据，基于 SQL 语句在联通智慧足迹平台上进行清理筛选，将用户白天最长驻留时长的地点确定为就业地，夜间最长驻留时长的地点确定为居住地，休息日期间非居住地和工作地的地点则视为休闲地，从而能够筛选出通勤出行起讫点（OD）、休闲出行 OD 与人口驻留数据等，最终得到20 个工作日通勤出行人流量 1.92 亿人次，10 个休息日休闲出行人流量 2.31 亿人次，全景居住人口数量 996.40 万人。在此基础上通过 Python 与 GIS 等工具将各类数据连接到研究单元进一步汇总处理，以便于后续相应的数理统计和空间可视化分析。1.3研究方法研究方法 1.3.1 评价指标体系构建文章利用多源数据分析手段选取 18 个相应的指标，分别对应城镇化发展水平、土地集约利用水平、设施均等化水平与城乡联系水平 4 个子系统，各子系统的选取原因如下：城镇化的过程会带来要素的集聚，促进经济效率的提升与产业结构的转型，国际历史经验表明不同的城镇化发展阶段与社会现代化进程相互对应，未来中国城镇化水平依然处于稳步上升阶段，高水平的城镇化是实现城乡融合的根本动力。在国土空间规划改革与生态文明发展理念背景下，优化三生空间布局，促进土地集约利用则是城乡融合的基础载体。基础设施的均等化布局关乎社会公平与城乡日常生产、生活的稳定运行，既是城乡融合的基本保障，也是政府推进城乡融合工作的重要抓手。新时期城乡间居民的往返流动日益加快、产业协作愈发紧密，城乡间基于人与产业的联系协作也成为城乡融合的重要表征。因此，相比于传统静态的以年鉴统计为主的数据，大数据在精度、覆盖面、时效性方面具有显著的优势，并且能够相对真实地测度城乡间的日常联系水平（表 1）。需要特别说明的是：景观破碎度指数与景观集聚度在Fragstats 软件中进行计算。设施服务的相关指标参照城市 15 min 生活圈的相关概念内涵，进一步考虑了乡村地区的特点，将服务半径进行相应扩展。城乡联系水平主要通过测算主城区与外围乡镇街道之间居民交通换乘时间、通勤、休闲人次数量、总部分支企业数量等 4 个方面来表征。其中交通成本将研究单元切割成 500 m500 m 的网格，通过百度路线规划获取交通换乘时间，利用手机信令居住人口数量进行加权，最后汇总得到研究单元的平均水平，具体公式如表 1 所示，人流根据手机信令出行 OD 数据获取，企业流则根据聂春祺等30的文本分析方法筛选出满足总部分支对应关系的企业数量。1.3.2 均方差决策法文章采用极差标准化法对各子系统中的指标进行无量纲处理，需要特别指出的是，由于居民日常出行的流量高低差异过大具有无标度特征，为便于研究单元间的横向对比，对变量先取对数之后再进行标准化处理，最后选择均方差决策法确定各项指标权重。均方差决策法基于信息熵原理，具有一定的客观性优势31，即通过信息熵反映指标的不确定性或变异程度，指标的变异程度越大，提供的信息量越大，其权重也应越大，反之亦然。1.3.3 耦合协调度模型耦合协调度模型是最为常见的多系统协调发展水平评价模型之一，通过系统间的耦合度以及综合发展水平两个指标进行综合计算求得，具体计算方式参见文献 12,32。借鉴已有研究12,32确定耦合协调度如下判断标准：00.20 为严重失调，0.200.35 为轻度失调，0.350.50 为基本协调，0.500.80 为中度协调，0.801.00 为高度协调。1.3.4 二分 K 均值聚类聚类分析根据数据的分布情况将相似的数据组合在一起，有助于对大量数据进行降维分析，从而发现单元的主要特征。相关研究一般采用层次聚类和 K 均值聚类法，相比于层次聚类法，K 均值聚类法需要预先确定划分的组数，其结果不同数据组合中的样本数量差异相对较小，但无法进一步分析各组合间的层级关系。二分 K 均值聚类法33则融合了上述两种方法的原理，通过不断的二分迭代过程使各组合间的层级关系能够被解释。文章选择该方法对评价指标进行聚类分析，根据划分结果的各类指标平均值与空间分布情况对各组合进行分类，直至进一步细分的意义不大为止34，最终划分出合适的城乡融合单元。2 城乡融合系统耦合协调水平分析2.1总体耦合协调度空间分布总体耦合协调度空间分布研究范围内城乡融合系统耦合协调度均值为1 期谢智敏等：基于多源数据的南京市域城乡融合水平测度研究3 0.52，系统整体处于基本协调状态，具有较大的发展潜力。如图 2a 所示，总体上高耦合协调度地区与主城区关系紧密，在空间上呈现出由主城区向外围圈层递减的趋势，并且具有明显的点轴扩散效