城市边界识别的概念廓清与实践进展_王子涵.pdf

【文章编号】1006-3862(2022)12-0035-08都市圈城市发展研究 29 卷 2022 年 12 期 Urban Development Studies Vol.29 No.12 202235 城市边界识别的概念廓清与实践进展王子涵(北京大学 城市与环境学院城市与经济地理系,北京,100871)【摘要】鉴于城市行政边界与实体地域之间的普遍偏离,相对客观、合理地刻画城市边界是研究城市空间扩展进程、开展城市经济社会要素统计和建模城市生长演化规律的基本前提。城市边界的识别和定义,目前至少有两种倾向:一是行政倾向,二是自然倾向,分别得到城市功能边界和城市景观边界。前者重视城市管理现状,尽量维持基础行政单元的完整性,利于与现实接口;后者重视城市发育的自然景观和物理形态,利于寻找抑或验证城市演化的数学规律。在对相关概念廓清的基础上,分别梳理了识别城市功能和景观边界的值得关注的方法,这些方法的共性是具有显著的技术基础、现实可行,最后进行了技术总结与未来展望。【关键词】城市实体地域;城市边界;城市边界识别;城市聚类算法;自然城市【中图分类号】K901.8 【文献标识码】A 基金项目:国家自然科学基金资助项目(编号:42171192)0 引言 理论上,城市边界是城市化地区与郊区在空间形态上的地理实体分界线。实际上,由于城市形态具有无标度性(scaling invariance),城市边界很难进行标准的统计学定义、也无法在空间上直接对应1。城市形态无标度性的表现之一是,随着观测尺度的精细化,城市化地区会不断呈现出更多细节,因此难以刻画一条绝对客观稳定的空间边界。出于行政管理的需要,政府会制定城市的行政边界。城市行政边界非常容易获取,但世界各国城市的行政边界与城市实体地域都普遍存在着偏离2。我国的城市概念和相关统计尤为混乱,行政上的“市”都是以城镇为核心、以乡村空间为主体的城乡混合地带,统计口径与实际情况差异很大,一度导致国际学者认为中国城市的人口统计存在“无法解开的谜”3-4。城市研究的第一科学问题是基本概念的正确性5。我们需要首先厘清城市的概念,才能进而识别相对客观的城市边界,开展相关的城市研究。早在 1986 年,我国著名城市地理学者周一星就提出明确我国城镇概念的倡议6。1995 年,周一星将我国的城市地域概念分为三种类型:城市行政地域、城市功能地域和城市实体地域,分别与国际上的城区(city proper,CP)、都市区(metropolitan area,MA)和城市化地区(urbanized area,UA)等术语概念建立了准确的对应关系7-9。在 20 世纪我国城市行政地域多次大规模调整的背景下,我国城市行政地域与实体地域之间的偏差经历了一定偏离、严重偏离到逐渐接近的变化过程10,导致不同时间、不同地域的人口统计资料并不可比7。以我国的大规模人口普查为例,由于行政区划调整、统计口径不一等种种原因,我国历次人口普查统计时并没有稳定、可比的城市边界,普查数据衔接性较差。相应地,由人口统计资料计算得到的城市化率偏离其本来意义,不能真实地反映城市发展水平,又导致了虚假城市化、城市化质量跟不上速度等实际问题11-12。按照 2008 年国家统计局发布的统计上划分城乡的规定中的城市概念作为城市边界进行统计,我国 2010 年的城镇化率仅有 30.18%,与同时期第 六 次 人 口 普 查 公 布 的 数 据 49.68%相 差甚远13。城市边界识别是对城市的人口、用地等经济社会要素进行统计的基本前提。如果城市边界本身就不具有可比性,按照边界统计的数字或过分高估、低估、或偶尔趋近真实值,在时间和空间上都不具备可比性。于是,城市行政管理就很难得到科学、准确的城市数据资料。此外,从城市化、城市蔓延、齐普夫定律都市圈王子涵:城市边界识别的概念廓清与实践进展36 城市发展研究 29 卷 2022 年 12 期 Urban Development Studies Vol.29 No.12 2022到空间相互作用,大量城市地理研究都需要一系列客观可比的城市边界才能开展14-18。目前城市边界的识别和定义,至少可以分为两种倾向:一是行政倾向,二是自然倾向。前者出于城市行政管理的目的,重视城市管理的现状,已经有许多国家建立了相对完善的标准,如美国的大都市统计区、日本的人口集中地区等19。后者出于城市地理研究的目的,重视城市发育的自然景观和物理形态,前人文献进行了大量的探索20-25。传统的经济社会指标和地块连接性是识别城市边界的重要依据,随着地理信息系统和计算机技术的发展,建筑物二维矢量图、高分辨率遥感影像、夜间灯光数据和社交媒体大数据等多种数据源也成为划分城市边界的有力支撑26-29。然而,目前为止,无论是国内还是国际上,城市边界识别还未形成完全统一可比的标准和范例,仍然对统计机构和研究者的主观定义有一定的依赖性。本文将对城市边界相关概念进行廓清,并在此基础上对近年来城市边界识别的实践进展进行回顾与方法总结,从而为城乡划分的研究与应用提供启示。1 概念廓清1.1 城市地域概念 厘清城市地域概念是科学识别城市边界的理论前提。城市地域概念作为城市地理研究的基础概念之一,在我国经历过一段较为混乱不明的时期:城市市区、城市化地区、都市区、城市建成区等常用的城市空间概念所指的地域范围并不重合,同一个城市在相同时期基于不同空间概念下的地域也不相同。周一星在 1995 年提出城市地域的三分概念:城市的行政地域,即根据国家行政区划方案所规定的一个城市在法律意义上管辖的地域范围;城市的功能地域,即城市建成区和与其有密切社会经济联系、具有一体化倾向的城市外围地域的集合体,以县为基本组成单元;城市的实体地域,国外文献亦多称为景观地域,是以非农业用地和非农业经济活动为主的城市景观实体,在分形城市相关的文献中也称为城市聚集体(urban agglomeration)7,30。以北京市为例,三种地域概念在实际空间上的体现非但不能重合,而且往往相差较大(图 1)。图 1 基于三种不同概念的北京市域资料来源:作者自绘王子涵:城市边界识别的概念廓清与实践进展都市圈城市发展研究 29 卷 2022 年 12 期 Urban Development Studies Vol.29 No.12 202237 城市的行政地域实际上是城市与乡村的混合体,与城市的实体地域、功能地域偏差较大。这种情况实际上在世界各国都是普遍存在的。美国人口普查局为了解决城市建成区常常扩张超过行政边界的问题,在 1951 年以普查小区为基本单元建立了城市化地区的地域统计概念,在 1980 年后建立了大都市统计区(united states metropolitan statistical areas)的统计概念,2000 年将相邻的大都市统计区合并称为联合统计区(combined statistical areas),同时引入大都市区划(Metropolitan Division)的概念。日本由于 1953 年町村合并促进法与 1956 年新市町村建设促进法的颁布,出现大量合并市、町、村和建立新市的现象,导致统计上的市区面积增大与人口密度下降31。因此日本总理府统计局于1958 年开始使用人口集中区的地域统计概念,将满足一定人口密度和邻接性标准的普查区划入人口集中区。我国 20 世纪 80 年代时的大批撤县设市、并县入市的城市行政地域变动,同样导致了行政地域与实体地域的严重偏离。基于行政地域的城乡划分往往不能满足行政统计和学术研究的需要,因此基于实体地域或景观地域概念的城乡划分应运而生。1.2 城市边界概念 类比于城市地域的三种概念,可以将已有的城市边界研究归为三种类型:基于行政地域的行政边界,基于实体地域的功能边界,基于景观地域的景观边界。行政边界是法律意义上的城市管辖范围,由政府管理者划定。功能边界的重要目的之一是开展行政统计,因此需要尽量保持基础行政单元或者普查小区的完整性。景观边界是城市物质实体边界的直接反映,边界仅受城市扩张变动的约束,而不受行政区划的制约。虽然实体地域与景观地域是同一个概念,但由于侧重点的差别 前者侧重在行政、功能和实体三分法中的实体属性,而后者侧重于不断变动的城市实体本身,于是形成两套有所差别的城乡划分标准体系:最为显著的差别在于,功能边界在接近实体地域的基础上还需要尽量保持县、村等基本单元的完整性,而景观边界与行政单元基本脱钩、是由实体地域提取出的空间边界。简而言之,功能边界是实体地域的近似,受行政区划设置的影响;景观边界是实体地域的空间边界,不受行政区划设置的影响。行政边界、功能边界和景观边界的概念可以分别和国外城市地理研究中 的 operational(亦 称 administrative,political)boundary,functional(亦称socioeconomic,attractiveness)boundary,和 morphological(亦 称physical)boundary 建立起严格对应的关系(表 1)。下面给出更进一步的说明。表 1行政边界、功能边界和景观边界的内涵与区别类别基础内涵对应与实体地域的关系行政边界城市行政地域政府管理者出于管理要求,人为制定的城市地域边界,受到区划调整的影响。operational/administrative/political boundary 呈现不同程度的偏离功能边界城市实体地域以实体地域为基础,尽量保证基层行政单元或基层普查小区的完整性而绘制的城市功能地域边界。是划分城乡人口、建立统计标准的重要手段。functional/socioeconomic/attractiveness boundary 以实体地域为基础,较为接近景观边界城市景观地域是城市实体部分的空间边界,也是城乡二元概念在空间上的直接分割线。往往不断变动,是城市地理研究的热点话题之一。morphological/physical boundary是实体地域的空间边界1.2.1 基于行政地域概念的城市行政边界 城市行政边界是政府管理者出于管理目的对城市地域划定的管理范围,具有相对的稳定性。而城市实体地域的扩张收缩则往往处于较快的变动中。因此城市行政边界和城市实体地域之间的偏离是难以避免的,这种偏离以不同的形式和程度在世界各国普遍出现。我国城市的行政边界与城市实体的地域偏离经历了一定偏离、严重偏离到逐渐接近的变化过程10。而我国近几十年来的城市研究相关资料,尤其是人口资料,严重依赖于统计时的城市边界。一方面,行政边界随时间跨度会发生调整变动,使得不同时间的统计资料并不可比;另一方面,不同地区的行政边界与实体地域存在不同程度的偏离,使得不同空间上的统计资料也不可都市圈王子涵:城市边界识别的概念廓清与实践进展38 城市发展研究 29 卷 2022 年 12 期 Urban Development Studies Vol.29 No.12 2022比7。20 世纪 80 年代,我国的大规模区划调整促生了大量被划入“城镇区域”而发展质量未达到城镇标准的地区,这些地区的产业结构并未完成转型,也缺乏相应的城镇基础设施供应,其人口实质上属于农业人口而因为区划调整被划为城镇人口,以这种方式增加的城镇化率的质量跟不上速度12。由于城市行政边界在行政统计和学术研究上的种种不便,有必要采用功能边界和景观边界概念。1.2.2 基于实体地域概念的城市功能边界城市功能边界的产生正是为了减少城市实体地域与行政边界之间的偏离给城市资料统计带来的影响。以城市实体地域为基础,对县、村等行政单元或普查小区进行判别和归类,就形成了城市功能地域。宋小东等提出了实体地域城乡划分的要求,主要包括:统一标准,使国内城市基本可比、与国外相应概念基本可比;信息可测,以县域为基本行政单元,指标简明扼要;操作可行,尽量保持最基层单元完整性,方便统计机构实施统计职能,等等32。2008 年,国家统计局发布最新版统计上划分城乡的规定(简称为“2008 年标准”),以村级行政单位为基本单元,划定