基于改进引力模型的武汉城市圈经济联系分析 肖琨，叶琳，李黎，张欢，刘琳(武汉市测绘研究院，湖北 武汉 430022)1 引 言武汉在经历了由沿江向主城、都市发展区逐步拓展后，发展区域同城化、一体化成为迫切需要《武汉市城市总体规划(2017-2035年)》提出，要加快武汉大都市区规划建设，推进武汉城市圈空间协调发展武汉城市圈一体化研究在空间结构、交通可达性和人口流动方面较多，但在经济联系方面量化分析较少当前，经济联系多选取改进的引力模型，如钱春蕾等通过引入相对引力常量、改进城市引力模型，并以武汉城市圈为例，探讨城市经济联系空间结构及引力格局划分方法[1]；周逸欢通过改进引力模型和社会网络分析法分析了中部五省范围区县间的经济网络结构特征[2]；曾扬基于引力模型测度了贵州省城市间经济联系网络[3]；高兴亮等基于引力模型测度了山东省城市经济联系格局演变[4]；孟德友等借助引力模型对苏南、苏中和苏北三大地区内以及三大地区间的经济联系强度的地域分异特征进行分析，并尝试确定各地区的主要经济联系方向[5]现有研究主要以地级市为单元，面向大区域范围，针对小区域或区县单元较少，引力模型的改进主要考虑了距离因素。
本文以区县为单元，考虑经济贡献度和实时路径规划距离对引力模型进行改进，识别武汉城市圈内部经济联系的空间分布及差异特征，并与规划进行验证，为区域战略制定和规划实施提供重要依据2 研究方法与模型构建2.1 数据来源武汉城市圈，包括武汉、鄂州、孝感、黄石、黄冈、仙桃、天门、潜江和咸宁共9个城市，面积约5.8万平方千米本文选取城市圈内49个区县为单元，其中武汉市内按实际行政管理考虑武汉经济开发区(汉南区)和武汉东湖新技术开发区GDP、常住人口数据来源于2020年《湖北统计年鉴》《武汉统计年鉴》和《武汉经济开发区(汉南区)统计年鉴》，武汉东湖新技术开发区GDP来源于网络报道，单位分别为亿元和万人区县间的距离来源于高德地图公路路线规划数据，即利用Python爬取2019年10月底夜间22：00-次日6：00车流稀少排除拥堵干扰的情况下区政府所在地之间的车行距离，单位为千米2.2 改进的引力模型(1)经济联系强度在区域联系的定量研究中，通常使用引力模型来分析城市间的相互吸引力引力大小与区域经济体的社会经济规模成正比，与区域经济体之间的距离的平方成反比研究对传统引力模型进行两个方面的修正：一是采用实时路况下最短交通距离修正D。
二是采用某个节点GDP占互相联系节点间GDP总量的比重来体现节点对经济联系的不同贡献程度，进而修正经验常数K[3、6、7]传统的模型如下：(1)修正的引力模型如下：(2)式中，Rij表示节点i和节点j之间的引力值，即经济联系强度；Pi和Pj表示节点i和节点j的常住人口；Gi和Gj表示两个节点的GDP，Dij表示两个节点间的距离Kij为经验常数2)经济联系总量在经济联系强度基础上，测算每个节点与其他所有节点的经济联系强度之和，即为该节点的经济联系总量[5]公式如下：(3)式中，Ri表示节点i的经济联系总量，Rij表示节点i和节点j之间的经济联系强度3 武汉城市圈经济联系分析3.1 经济联系强度分析根据改进的引力模型，计算得到武汉城市圈区县间经济联系强度，在ArcGIS中展现，并采用自然间断点分级法进行可视化，得到经济联系强度分布，进而分析经济联系强度的分布差异整体来看，区县间经济联系单中心集聚特征明显，呈现以武汉市为中心，圈层递减分布特征可分为4个层级，如表1、图1所示武汉城市圈区县间经济联系强度分级统计 表1图1 武汉城市圈区县间经济联系强度分布图第一层级(图1b)，在武汉市7个中心城区间以及东西湖-硚口存在强联系，经济联系强度占比近6成。
第二层级(图1c)，在武汉、黄石和孝感市内，鄂州鄂城和黄冈黄州之间存在较强的经济联系，占比约 1/4在武汉市内，东西湖、东湖高新与其他各区经济联系较为突出第三层级(图1d)，武汉市与其周边的孝感、鄂州、黄冈和黄石的经济联系主要集中在这一层级，沿“鄂孝黄黄”轴线态势明显武汉与咸宁、天门和潜江尚未出现联系，仙桃、天门和潜江出现独立的三角联系在武汉市内，武汉东西湖区与孝感的汉川、孝南，东湖高新区与鄂州的华容、鄂城联系紧密这一层级占比6.6%第四层级(图1e)，城市圈外围区县与武汉市及周边出现较弱联系，占比4.4%但仍存在英山、大悟和通城3个孤点第五层级(图1f)，城市圈形成网状格局，但联系微弱，占比仅为4.3%3.2 经济联系总量分析根据区县间经济联系强度，计算各区县的经济联系总量，其分布及统计图如图2所示从城市看(图2a)，武汉城市圈的经济联系中心集聚效应明显，武汉市占绝对优势，达城市圈经济联系总量的92.6%其次为黄石和孝感，占比仅在2%左右，咸宁、天门、仙桃和潜江合计占比不足2%从区县看(图2b)，区县经济联系总量呈明显的“长尾”结构由江汉、江岸和武昌区3个区组成的“头部”，占比均超过15%，总占比53.2%。
中部”由除蔡甸和新洲之外的武汉市其他9区组成，总占比38.0%；东西湖区和东湖高新区，联系强度分别为5.1%和3.8%，仅次于硚口、洪山和汉阳，高于青山区(化工区)剩余37个区县组成的“尾部”，占比仅为8.8%；占比排名前8位依次为大冶、蔡甸、鄂城、新洲、汉川、仙桃、孝南和黄石港区，占比在0.4%～0.9%之间从分布看(图2c)，经济联系轴向分布明显，东西向强、南北弱，尤其是东南-西南向最强，沿“鄂孝黄黄”轴线发展势头显著图2 武汉城市圈经济联系总量分布图3.3 与规划验证分析武汉大都市区由《2035总规》提出，以武汉1小时交通通勤距离为基础(60 km～ 80 km半径)，包括武汉、鄂州全域，黄冈黄州区、团风县，黄石市辖区、大冶市，孝感孝南区、汉川市，咸宁咸安区、嘉鱼县，以及仙桃市、洪湖市的部分地区，总面积约2.1万平方千米将分析结果与武汉大都市区范围线叠加如图3所示，以武汉为中心的“核心-近域-外围”3个层次的空间格局已初步形成，但近域发展不平衡核心区为武汉7个中心城区，但受惠于临空经济和科技创新，东西湖区(临空港开发区)、东湖高新区势头强劲，快速向核心区聚拢近域在孝感的孝南、汉川，鄂州的鄂城、华容，黄石的大冶、黄石港，以及仙桃市联系紧密，与咸宁的咸安联系不够紧密，与黄冈的团风、咸宁的嘉鱼联系相对较弱。
图3 武汉城市圈经济联系验证分析4 结 语研究有以下几个特点：以区县作为研究尺度，分析单元在空间分布上更加均匀考虑不同节点的经济贡献度，采用实时路况下最短交通距离，改进了传统引力模型，结果更真实通过分层可视化和层级分析，细化了城市群内部经济差异特征，并叠加武汉大都市区规划范围进行验证分析，结论可靠研究结果表明：武汉城市圈经济联系单中心集聚明显，“核心-近域-外围”3个层次的武汉大都市区格局已显雏形武汉沿“鄂孝黄黄”轴线联系显著，与咸宁、天门和潜江联系较弱；东湖高新区、东西湖区与周边区县经济联系强劲武汉外，鄂州和黄石间存在较强的经济联系，仙桃、天门和潜江存在独立的三角联系研究仅采用常住人口和GDP表征社会经济规模，存在一定的局限性，后续可通过构建综合经济发展评价指标体系进一步修正模型；通过收集多年份经济数据，分析联系强度的纵向变化，从而动态监测武汉城市圈经济联系的发展变化，为区域一体化发展的宏观决策和规划制定提供有力支撑 -全文完-。