大城市边缘区城镇化区位特征和发展阶段研究

徐晓勇， 韩增林， 王 利

(1.辽宁师范大学 城市与环境学院， 辽宁 大连 116029；2.辽宁师范大学 海洋经济与可持续发展中心， 辽宁 大连 116029)

大城市边缘区城镇化区位特征和发展阶段研究

徐晓勇1，2， 韩增林1， 王 利1，2

(1.辽宁师范大学 城市与环境学院， 辽宁 大连 116029；2.辽宁师范大学 海洋经济与可持续发展中心， 辽宁 大连 116029)

基于系统聚类、空间聚类NDBI指数和监督分类分析方法，分析全中国省会城市、副省级城市和计划单列市的城市边缘区城镇化区位特征和发展阶段.研究表明：以距离大城市政府中心距离为衡量标准，研究样本区位特征可以划分为延续型(近距离)城市边缘区、毗连型(中等距离)城市边缘区以及飞地型(远距离)3种类型，3种不同类型所对应的指标存在明显的空间类型差异.在边缘区城镇化发展阶段可以划分为初期发展阶段、中期发展阶段和后期发展阶段三大类，以及中期发展阶段中的7个亚类，与其对应的人口密度和开发强度存在较大的空间差异.产业园区的发展、人口集聚的加速以及生活设施的不断完善在大城市边缘区城镇化发展过程中体现的不同区位特征和发展阶段特征方面发挥着重要的作用.

大城市边缘区；城镇化；聚类分析；NDBI；监督分类

在当前国家新型城镇化的背景下，农业现代化前提下，居住在农业地区的农民加速向城市地区转移；城市化问题引发的城市居民产生明显向郊区转移倾向；以及信息化和现代物流发展使得传统的制造业服务业化等诸多新情况，促使大城市边缘区城镇化出现许多新情况，也呈现出诸多新的特点，城镇化发展的进程、模式、分异规律及差异化的发展道路是未来对城镇化研究的领域[1]，关于城镇化的研究还在不断深入，逐渐成为跨学科研究的热点问题，Solecki等建议成立城市化学科，来专门围绕相关问题进行研究[2].边缘区作为城镇化发展的重点地区尤其值得关注，其发展类型及阶段特征需要深入开展研究.

目前关于边缘区城镇化发展的研究主要侧重大城市边缘区城镇化过程空间扩展[3]、大城市边缘区城镇化进程方面的实证分析[4-5]，大城市边缘区相关概念的辨析和划分[6]、发展背景分析[7]、区域城镇化发展水平综合测度[8]、海水入侵对城镇化发展影响[9]等，也有侧重边缘区内部的某一方面的研究，如经济发展研究[10]、土地利用变化与经济发展关系[11]等方面研究.

关于边缘区类型及城镇化发展阶段方面的研究不是较为系统全面，鉴于此，本文以全中国省会城市、副省级城市和计划单列市的城市边缘区为主要分析对象，对其边缘区类型、发展阶段特征及形成原因进行分析，以期为大城市边缘区城镇化总体定位及发展规划编制提供一定的依据.

1 研究方法与数据来源

1.1 聚类分析

聚类分析基本思想是依照事物的数值特征来观察各样品间的亲疏关系，样品之间的亲疏关系则由样品之间的“距离”来衡量.一旦样品之间的距离被测定之后，就把距离“近”的样品归为一类.设Xik为第i个样品的第k个指标，每个样品测量变量数为q，样品Xi和Xj距离Dij为

(1)

其中，D为明可夫斯基距离，其中，n为大于0的正数.

当q=∞时，距离Dij为

(2)

其中，D为契比雪夫距离.

1.2 监督分类

监督分类是通过地形等相关特征建立训练区，依据其中的样本计算特征参数.根据参数及分类方法对影像分类.较为常用的分类方法主要有最小距离分类和最大似然分类.其中最小距离主要应用绝对距离和欧几里得距离两种函数，公式为

(3)

其中，D为绝对值距离或Manhattan距离.

(4)

其中，D为欧几里得距离.

最大似然分类中X发生时ai发生概率为

(5)

其中，n为分类数量，对应于a1,a2,…,an，发生概率分别为P(a1,a2,…,an)，X代表未知区域，P(X|ai)为ai发生时X发生的概率.具体分类准则为

(6)

1.3 NDBI指数分析

NDBI指数即为归一化建筑指数，是建设用地提取分析的基本方法之一.依据城市建设用地(多为不透水面)在TM5波段的反射率显著高于TM4波段的特点创建[12].计算公式为

(7)

具体计算过程中式中，对于Landsat TM及ETM+影像采用NDBI=(TM5-TM4)/(TM5+TM4)计算，对于Landsat 8 OLI_TIRS影像采用NDBI=(TM6-TM5)/(TM6+TM5)计算.

1.4 研究对象确定与指标选取处理

选择全中国省会城市、计划单列市，城区人口为250万以上的城市作为研究对象.去除直辖市及深圳、厦门等权限规模存在特殊性的城市，最终确定城市为广州市、西安市、南京市、成都市、武汉市、哈尔滨市、杭州市、长春市、济南市、大连市、太原市、郑州市、青岛市、南宁市、昆明市.对选取的城市中辖区进一步筛选，剔除县、县级市(有机场、编组站、与建成区相邻的除外)、城市建成区(同时包含建成区和郊区的除外)、飞地型区级单位，共选择广州市白云区等79个分析单元.

选取X1总人口/万人、X2非农业户口人口比重/%、X3距市政府距离/km、X4区域总面积/km2、X5铁路编组站区/(有、无)、X6国家级开发区/(有、无)、X7民用机场/(有、无)、X8高速公路出口个数/个、X9建设用地总面积/km2、X10区域建设用地比重/%、X11地区生产总值/亿元、X12人均地区生产总值/万元、X13人口密度/(人·km-2)等13项指标.其中人口和经济数据采用2013年数据，为明确各区建设用地总面积，通过对2013年及部分2014年遥感影像监督分类识别.

对各项指标采用“极差标准化法”进行无量纲处理，对有铁路编组站区的辖区赋值为1，无铁路编组站区的辖区赋值为0，区内有国家级开发区的赋值为1，无国家级开发区的赋值为零；区内有民用机场的赋值为1，无民用机场的赋值为0.采用土地利用数据，与影像提取数据对比，建设用地吻合度达到80%，具有相对较高的可信度.

2 区位类型分析

2.1 系统聚类分析

分析可知，全部单元被划分为3种类型：第一类区域，包括龙泉驿区、旅顺口区、金州区、南沙区、江南区、东陵区、小店区、东西湖区、蔡甸区、未央区、长安区、管城回族区.这些区域都为国家级开发区所在区域，与市政府距离相对较远，区域建设用地比重较大，有发展为“卫星城”趋势.第二类区域包括双流区、甘井子区、白云区、花都区、道里区、历城区、官渡区、江宁区、城阳区、苏家屯区、黄陂区、二道区.共同特点都有机场，交通设施带动明显，高速公路出口较多，基础设施建设超前，建设用地面积较大，为中心城区向外扩展主要方向，因此人口数量较大.其他为第三类区域，非农人口比重较大，面积较小，高速公路出口较少，建设用地面积较小，地区生产总值和人均地区生产总值较少.

2.2 空间聚类分析

图1 延续型(近距离)城市边缘区

延续型主要有西安市未央区等22个研究样本，得出结论如图1所示.除济南市槐荫区、太原市尖草坪区、哈尔滨市松北区、青岛市李沧区、沈阳市东陵区外，其他区域人口总数基本保持在较高水平，非农人口比重平均值为63.2%.区域总面积相对较小，除沈阳市东陵区、哈尔滨市松北区、成都市双流区、济南市历城区外，大部分区域面积在300 km2以下.建设用地总量为114.4 km2，比重为40%，处于较高水平.从铁路编组站和国家级开发区、民用机场及高速公路出口等其他方面来看，本类型区域处于相对较高水平.共有铁路编组站5个，国家级开发区4个，民用机场6个，除济南市市中区外，其余区域均有高速公路出口.

毗连型主要有长春市朝阳区36个研究分析样本，得出结论如图2所示.除郑州市惠济区、太原市晋源区、哈尔滨市香坊区、南宁市兴宁区、沈阳市沈北新区、广州市萝岗区、大连市旅顺口区等少数大城市边缘区外，其他区域人口总数基本接近或略高于平均水平.同时非农人口比重平均值为49.5%，略低于总样本平均水平.从土地面积来看，除长春市朝阳区、郑州市惠济区、长春市南关区、哈尔滨市道外区、太原市晋源区、哈尔滨市南岗区、哈尔滨市平房区、成都市温江区等少数区域面积低于平均水平外，其他区域总面积均高于500 km2，建设用地总量也低于平均水平，但是总体建设用地比重为27.3%，处于中等水平.从铁路编组站和国家级开发区、民用机场及高速公路出口等其他方面来看，共有铁路编组站8个，国家级开发区3个，民用机场6个，除长春市双阳区、广州市萝岗区和哈尔滨市平房区外，均有高速公路出口.

图2 毗连型(中等距离)城市边缘区

图3 地型(远距离)城市边缘区

飞地型主要有南宁市西乡塘区21个研究样本，得出结论如图3所示.此类型样本人口总数和非农业人口比重低于平均水平，非农人口比重平均值为35.9%.昆明市盘龙区、郑州市上街区、大连市金州区等小部分边缘区非农业人口比重超过平均水平，仅占该类型边缘区数量的19%.从土地面积来看，除昆明市盘龙区、成都市郫县、郑州市上街区、成都市青白江区、昆明市五华区和广州市南沙区少数区域面积低于平均水平外，其他区域总面积均高于800 km2.建设用地总量也高于平均水平，从建设用地比重来看，除郑州市上街区、广州市花都区和南沙区超过50%外，其余边缘区建设用地开发强度还相对较低.

3 阶段特征分析

3.1 总体特征分析

分析总体样本可知，人口密度最大的城市边缘区是哈尔滨市南岗区，人口密度达到7 821人/km2；人口密度最小的城市边缘区是哈尔滨市阿城区，人口密度为213人/km2；最大值是最小值近37倍，相差较大.人口密度在平均水平之上的为29个，占总数量的36.7%；开发强度平均值29.34%，其中，开发强度最大的是郑州市管城回族区，达到84.14%；开发强度最小的是西安市临潼区，为2.91%.最大值是最小值近29倍，相差较为悬殊.开发强度在平均水平之上的为29个，占总数量的36.7%.

借鉴全国主体功能区技术规程中开发强度计算方法，计算区域单位面积的建设用地百分比.按照20%、40%为临界值，将79个大城市边缘区划分为低、中、高3个层次.按照1 000、2 500人/km2为临界值，将79个大城市边缘区人口密度划分为低、中、高3个层次.得出结论如图4所示，并按照其发展阶段具体划分为城镇化初期阶段、城镇化中期阶段和城镇化后期阶段.

区块链技术在物联网中的身份认证研究……………………………………………杨惠杰，周天祺，桂梓原 24-6-35

图4 城市边缘区波士顿分析

3.2 阶段类型划分

3.2.1 初期发展阶段

开发强度和人口密度均属于较低水平的大城市边缘区发展阶段类型，即为低人口密度低开发强度型，涵盖了临潼区、长安区、双阳区、阿城区、二道区、六合区、长清区、呼兰区、宽城区、浦口区、沈北新区、历城区、西山区、苏家屯区、兴宁区、新洲区、江夏区、邕宁区、金州区、青秀区、黄陂区、江南区、松北区、晋源区、旅顺口区等25个单元.

3.2.2 中期发展阶段

开发强度和人口密度不同时处于极低或极高水平，包括7个亚类.其中人口密度中等、开发强度较低的单元，主要有盘龙区、龙泉驿区、朝阳区、青白江区、双流区、于洪区、新都区等7个边缘区属于中密度低强度型.人口密度较高，开发强度属于较低的单元，只有五华区1个边缘区属于高密度低强度型.人口密度较低，开发强度属于中等的单元，包括西乡塘区、江宁区、蔡甸区、崂山区、东西湖区、东陵区、良庆区、香坊区8个边缘区属于低密度中强度型.人口密度和开发强度均属于中等水平的单元，涵盖温江区、尖草坪区、郫县、栖霞区、官渡区、道里区、灞桥区7个边缘区属于中密度中强度型.人口密度较高，开发强度属于中等的单元，主要有天桥区、南关区、绿园区、万柏林区、市中区、杏花岭区、平房区、小店区、槐荫区、道外区、甘井子区11个边缘区属于高密度中强度型.人口密度较低，开发强度较高的单元只有余杭区、花都区2个边缘区属于低密度高强度型.人口密度属于中等，开发强度较高的单元主要有萝岗区、城阳区、萧山区、上街区、番禺区、惠济区、南沙区7个边缘区属于中密度高强度型.

3.2.3 后期发展阶段

开发强度和人口密度均属于较高水平的大城市边缘区发展阶段类型，即为高人口密度高开发强度型.包括南岗区、洪山区、西湖区、迎泽区、二七区、白云区、李沧区、金水区、未央区、中原区和管城回族区等11个单元.

4 原因分析

4.1 产业园区发展

随着城市的发展，中心城区土地价格上涨，用地集约化，同时对城市环境提出更高要求.随着运营成本不断提高，分布在中心城区的工业企业开始外迁，中心建成区同时引进服务于城市的第三产业.城市边缘区成为中心城市企业外迁的首选区位，既可以减少企业外迁费用，同时也能够保持原有的市场.低地价低人力资本以及政府主导的新城开发招商活动，店铺促进城市边缘区产业不断积聚发展壮大，逐渐形成产业集聚区.随着城市扩展，大型交通枢纽类、能源类基础设施建设会优先建设在城市边缘区内及毗连地区，会逐渐聚集一批利用便利交通或廉价能源的产业，这些产业的积聚也在城市边缘区形成产业集聚及相应园区.

综上各类因素综合作用，各类产业不断向边缘区内集聚，促进产业园区不断发展，由集聚效益引发的规模经济效益得到不断强化，又进一步促进城市边缘区产业集聚及园区发展壮大.园区发展带来边缘区城镇化进程和发展阶段的改变，突出体现在不同类型和不同阶段的边缘区发展过程中，如图5所示.

图5 产业园区发展

4.2 人口加速集聚

受城市技术扩散的影响，传统农业逐渐集约化、现代化，产生大量游离农业劳动力.郊区非农产业发展，农用地征用增加以及满足中心城区居民需要的边缘区商业房地产项目不断增加，农用地征用也随之增加.大量游离出的农民就地转变为产业工人，非农产业园区发展配套的生产性服务业壮大，需要大量的劳动力从事生产和生产性服务业.除了本地劳动力外，大量来自城市中心建成区及城市边缘区以外的劳动力在城市边缘区集聚增加，在城市边缘区特别是产业园区周边“暂住”人口不断增加，进而劳动力不断集聚并带动人口加速集聚过程.在边缘区城镇过程中发挥重要的作用，如图6所示.

图6 人口加速集聚

4.3 生活配套设施完善

随着产业集聚及园区在城市边缘区不断发展壮大，城市边缘区土地利用由农业用地逐渐转变为城市用地，从事农业的劳动力逐渐转变成工人、服务业人员.由于产业园区规模不断扩大，城市中心建成区及城市边缘区以外的劳动力在城市边缘区集聚，商业房地产项目不断增加，进而促进基本及非基本公共服务设施不断完善，城市边缘区逐渐形成完备的城市功能.在城市边缘区的打工者逐渐由暂时居住变为定居，边缘区内呈现居住区、产业区、服务业区与农业区、自然生态区的新格局.随着边缘区城市化的空间结构趋于稳定，完成一个周期的城镇化过程.

5 结论与讨论

借助聚类分析、NDBI指数分析、监督分类等分析方法，分析全中国省会城市、副省级城市、计划单列市的城市边缘区区位类型特征和城镇化发展阶段特征.研究发现研究的样本中区位可以划分为延续型(近距离)城市边缘区、毗连型(中等距离)城市边缘区以及飞地型(远距离)3种类型.发展阶段的特征可以总结为初期发展阶段、中期发展阶段和后期发展阶段三大类以及中期发展阶段的7个亚类.并从产业园区发展、人口加速集聚和生活设施完善三方面分析了其产生的主要原因.

受数据搜集方面的限制，仅对一个时点的城镇化类型和特征进行了分析，对于城镇化这个复杂的动态过程而言，还需要结合多时点多维度的样本数据，进一步深入研究，以期更加全面地把握城镇化发展的全过程，这些问题有待在下一步研究中深化.

[1] 陆大道,陈明星.关于“国家新型城镇化规划(2014—2020)”编制大背景的几点认识[J].地理学报,2015,70(2):179-185.

[2] SOLECKI W, SETO K C, MARCOTULLIO P J. It’s time for an urbanization science[J].Environment: Science and Policy for Sustain-able Development,2013,55(1):12-17.

[3] 吴铮争,宋金平,王晓霞,等.北京城市边缘区城市化过程与空间扩展——以大兴区为例[J].地理研究,2008,27(2):285-293，483.

[4] 朱振国,许刚,姚士谋.大城市边缘区城市化进程的实证分析——以南京江宁区为例[J].地理与地理信息科学,2003,19(3):76-79，87.

[5] 韩勇,梅昀.特大城市边缘区城市化进程分析——以武汉市江夏区为例[J].国土资源科技管理,2005(2):9-13.

[6] 魏伟,周婕.中国大城市边缘区的概念辨析及其划分[J].人文地理,2006,21(4):29-33.

[7] 张杰峰,许拓.湖南地区中心城市边缘区城市化发展的背景分析[J].中外建筑,2006(6):64-65.

[8] 张金忠,马慧强,丛志颖.辽宁省区域城市化水平综合测度分析[J].辽宁师范大学学报(自然科学版),2012,35(1):120-124.

[9] 张德君,李雪铭,单灵芝,等.海水入侵对滨海城市化发展的影响研究——以大连市为例[J].辽宁师范大学学报(自然科学版),2014,37(3):422-430.

[10] 杨上广,吴柏均.大城市边缘区经济发展研究——以宁波市江北区为例[J].学习与实践,2010(4):32-38.

[11] 许月卿,崔丽,孟繁盈.大城市边缘区土地利用变化与社会经济发展关系分析——以北京市平谷区为例[J].中国农业资源与区划,2008,29(4):16-21.

[12] 查勇,倪绍祥,杨山.一种利用TM图像自动提取城镇用地信息的有效方法[J].遥感学报,2003,7(1):37-40，82.

Research on urbanization location characteristics and development stage of metropolis fringe

XUXiaoyong1，2,HANZenglin1,WANGLi1，2

(1.College of Urban and Environmental Science， Liaoning Normal University， Dalian 116029， China；2.Research Center for Marine Economy and Sustainable Development， Liaoning Normal University， Dalian 116029， China)

In the process of rapid urbanization, the metropolis fringe is always the frontier and core space of urbanization. The urbanization location characteristics and development stage of metropolis fringe is affected by many factors. Analyzing these factors and its impact mechanism is of great significance to promote orderly and coordinated development of metropolitan fringe. Based on three methods of system clustering, the NDBI index of spatial clustering and the supervised classification, we make an analysis of the urbanization location characteristics and development stage of metropolis fringe in provincial capital cities, sub provincial cities and separately planned cities. The results suggest the following findings: First,taking the distance between government center of metropolis and its fringe as a measuring criterion, the location characteristics of research samples can be divided into three types, which are “continuation” type area which is very close to the government center of metropolis, “adjacent” type area which is a little farther from the government center of metropolis than above type area, and “enclave” type area which is far away from the metropolis center and has no direct connection with the metropolis in space. The indicators, corresponding to the three different location characteristics types, exist obvious spatial type differences.Second,the urbanization development stage of the metropolis fringe can also be divided into three stages: the initial stage of development, the middle stage of development and the late stage of development. In addition, the middle stage of development can be divided into seven subclasses. The corresponding indexes to the middle stage of development are population density and development intensity and there is a large spatial difference in the corresponding mdexes.Third,the development of industrial parks, the acceleration of population agglomeration and the continuous improvement of living facilities play an important role in the characteristics of different location and development stage embodied in the process of urbanization in the metropolitan fringe.

metropolis fringe;urbanization;cluster analysis;NDBI;supervised classification

2016-11-22 基金项目：省部共建人文社会科学重点研究基地重点项目(10JJD790014) 作者简介：徐晓勇(1976-)，男，辽宁沈阳人，辽宁师范大学博士研究生.

韩增林(1956-)，男，山东商河人，辽宁师范大学教授，博士，博士生导师.

1000-1735(2017)01-0110-08

10.11679/lsxblk2017010110

F291.1

A