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摘要：基于中国内地城市航线数据及现有的城市间网络关系和城市群落分布特点，根据相关系数阐述航线密度、航线连接度、运输能力、活力指数等因子的内涵及关系，对城市跨区域发展进行分析，丰富以中心城市为核心向周围辐射的城市群的发展模式并优化城市发展格局。此外，研究利用可视手段直观展现地理空间现象，以郑州市为例进行验证。结果表明：1、城市间距离与航线密度不相关，利用航线数据研究城市跨区域发展是合理的；2、东西部地区发展水平存在差距，通过城市跨区域发展，推动西部地区发展，弥补城市群结构的不足，实现优劣互补；3、城市跨区域发展配合时间因素，能在时空关联角度上辅助城市规划。

关键词：航线数据；城市跨区域发展；航线密度；航线连接度；运输能力；活力指数；郑州市 copyright dedecms

0 引言

城市发展历来是国家发展战略的重要组成部分。近年来，以中心城市为核心、辐射周边地域的发展模式使城市发展呈现不均衡，暴露出相邻地域在资源、环境、气候、人文等方面空间配置的不协调问题。十八届三中全会中提出“要建立和完善跨区域城市发展的协调机制”、探索城市跨区域发展的模式、优化协调发展机制等重要方针，为城市跨区域发展提供了政策支持[1-2]。 本文来自织梦

城市跨区域发展深刻影响城市的空间格局和社会发展。国外学者围绕航空网络、机场选址与布局、空间服务范围等方面对航空联系进行了较为系统的研究，如R.Guimera等、B.Derudder等分别根据社区连接模式和客流数据进行航空运输网络结构的研究；T.M.Vowles、G.Burghouwt等和S.J.Appoht等分别基于市场份额、航空管制和就业空间等开展航空服务范围的地理区域优势研究；G.Burghouwt等根据网络集中度指标研究航空交通枢纽的空间集中趋势。国内由于城市发展研究开展的时间较晚，对城市发展内涵、发展水平和发展模式等并未形成共识，而更关注城市群、省级和地级区域的研究，如王姣娥等[3-5]进行机场空间格局、服务水平以及空间表达等方面的研究；张玉[6]对时空发展的演变规律进行探索；尚正永[7]基于城市空间形态的演变进行多尺度的研究。这些研究或侧重航空网络或侧重城市发展，鲜有将这两部分内容结合起来共同探讨的。本研究利用航线数据进行城市跨区域发展研究，剖析跨区域发展的前景，对区域地理和城市计算等方向的研究和实践具有重要意义。

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1 研究数据与方法

1.1 研究数据 织梦内容管理系统

1.1.1 航线数据。中国内地航线数据来源于携程网（http：//flights.ctrip.com/），包括203个机场以及65536条航线数据。由于以城市为研究对象，因此将包含2个或2个以上机场的城市的相关数据进行合并，如将上海浦东机场和虹桥机场的两组数据一一对应合并。此外，除天气等不可抗因素外，每天的航班较为稳定，一日航线数据具有普适性，可作为研究数据集，不必使用可能产生巨大冗余的年度数据。

1.1.2 城市统计数据。机场吞吐量数据来源于国家统计局网站（http：//www.stats.gov.cn/）发布的2016年度各个地区机场吞吐量数据；城市GDP和人口数据来源于2017年各地市统计局的统计公告。

1.2 研究方法

1.2.1 研究思路。基于空间关联分析和统计学方法对航线数据及其相关数据进行分析和计算，首先，给出相关分析的变量因子；其次，利用空间关联分析对变量问的相互关系进行计算，构建航空网络架构并探索变量之间的内在联系。最后，以郑州市为具体案例，进行验证。 copyright dedecms

1.2.2 相关因子。网络分析中复杂网络模型的拓扑结构有4个基本参数，即度数、直径、聚集系数和中心度[8]。本研究结合航线数据以及衡量城市发展的主要经济指标，对上述参数进行分析，归纳出以下因子，便于接下来分析处理数据时使用。

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1）距离连接度（distance connectivity）。距离连接度是根据机场坐标数据来反映的城市间距离的远近程度。具体来说，是由机场所在城市到另一机场所在城市的距离来衡量的，距离越近连接度越高。计算公式如下：

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4）城市运输能力（urban transport capacity）。城市运输能力用每日内所在城市的机场吞吐量来表示，可反映出城市的容纳程度和运输水平。

5）城市活力指数（urban vitality index）。城市活力指数是由一个城市的经济、技术和社会等多方面的开放程度来衡量的，并据此来反映城市的消费水平、开放程度以及发展情况等。将城市活力指数以小时为单位进行时段划分，采用每个时段内航线出发和到达的数量来反映每小时内城市的活力程度。活力增加（减少）指数是某时段到达某城市（某城市出发）的航班数量占全国所有航班数量的比例，活力变化指数是活力增加指数与活力减少指数之差。 织梦好，好织梦

2 基于航空网络的城市发展分析

城市作为与区域发展紧密相连的特定地域结构，是城市间相互关系的研究节点，也是构建城市跨区域发展框架网络的中心，因此，了解城市间相互关系是必要的。城市系统是一个复杂的形态，系统内的城市间紧密地相互作用形成了影响城市发展变化的反馈效应[9]。在城市地理学领域这方面的研究涉及较多，主要包括对某地区城市结构及其发展的研究、对城市间联系和作用的研究及城市发展方向的探究等[10-11]。本研究则基于航线数据进行城市之间跨区域发展的研究，并结合吞吐量数据、人口数据以及GDP数据等因素来研究城市跨区域发展模式的相关问题，阐述各个因素之间的关系并构建航空网络。

2.1 城市距离连接度与航线连接度的关系

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对中国内地203个机场进行编号，分别用i和j表示出发机场和到达机场（i=1，2，…，m，j=1，2，…，n），并根据各机场的坐标位置，构建矩阵Am×n，得到任意两机场间的距离；同理，统计全国内地所有航线的航班数量，构建矩阵Bm×n，得到任意两城市间的航线数量。 织梦好，好织梦

将矩阵转化为向量Am×n，1和Bm×n，1，将其归一化后根据向量相关性计算公式得到向量Am×n，1和Bm×n，1的相关系数为-0.1112，接近于0，可认为城市间航线数量与其距离基本不相关，因此，利用航空数据研究城市跨区域发展是不受城市间距离影响的，是合理的。公式如下：

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2.2 城市活力程度分析 本文来自织梦

机场吞吐量是城市航空运输能力的主要指标，航线密度在一定程度上反映城市作为交通枢纽的中心度，而城市GDP和人口数据在一定程度上也能反映城市的活力指数和开放程度。因此，以机场所在城市为单位统计每日航线数量，按公式（2）进行航线密度的计算，并根据航线数量、机场吞吐量、GDP和人口的相关数据，采用不同大小的点状符号在地图上依次展示航线数量、机场吞吐量、GDP和人口在机场所在区域的分布情况（图1）。 本文来自织梦

为了使变量之间的关系清晰且便于对比分析，将原始数据做归一化处理，并利用回归函数分析得到变量两两之间的相关系数（表1）。表中第2列反映出所有变量的两两相关系数，第3列反映出变量问的F显着性统计量，因值均小于0.05，可认为回归效果比较显着。由相关系数为1反映变量之间相关性强、为0则反映变量之间无相关性的理论依据，可得航线数量与机场吞吐量相关性最强，相关系数达0.970；GDP和人口相关系数为0.868，仅次于航线数量和吞吐量，其他两两变量之间相关性较之略弱；综合图1，航线数量与机场吞吐量相关性强且分布不均、层级分明，而GDP和人口相关性强且分布较均衡。 织梦好，好织梦

2.3 航空网络等级及分析

根据上述4个变量的不同等级（由不同大小的点状符号所呈现）、分布情况及其相关性分析，可以发现航线数量和吞吐量的点状符号层次感分明，而GDP和人口数量的点状符号大小接近度较高。因此，选用的航线数量和吞吐量提取城市一级航空网络架构，在现有基础上，添加GDP和人口数量因子作为二级航空网络架构的考虑因素，补充一级航空网络架构。具体来说，选航线数量和吞吐量两个变量中数据大于平均值的机场交集构建一级概念航空网络（图2a），选4个变量中数据大于平均值的机场差集构建二级概念航空网络（图2b）。 dedecms.com

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根据概念网络中各个机场节点连接度的大小设置真实航空网络机场位置点状符号的大小，并将航线连接度大于平均值的城市间航线高亮显示，获得与实际地理位置相联系的真实航空网络图（图3），这两级真实航空网可作为城市跨区域研究的基本框架。对比分析两级真实航空网络图，可以发现一级航空网络航线分布密集且集中在东部，说明东部地区城市间航线联系强度高。二级航空网络航线分布稀疏且向西部偏移，说明相对于东部地区，西部地区城市间航线联系强度较弱、发展较慢。因此，西部地区发展需借鉴东部地区的发展规划和政策，并依靠东部跨区域带动来促进发展，互惠互利。 本文来自织梦

3 城市跨区域发展案例分析

郑州是中部地区重要的中心城市和国家综合交通枢纽。为促进中部地区崛起，2016年国家发改委印发《中原城市群发展规划》，提出以郑州为中心呈“米”字形发展以及“沿陇海发展轴”“沿京广发展轴”“济南—郑州—重庆发展轴”“太原—郑州—合肥发展轴”4条主要发展轴带[12]，为城市跨区域发展规划提供了依据。本研究从航空数据的视角对郑州进行分析并提出郑州跨区域发展的思路和建议。 dedecms.com

3.1 郑州机场距离连接度和航线连接度分析

将以郑州为中心的机场距离和航线数量的分布进行归一化处理，便于判定连接度等级，按照公式（1）和（3）计算郑州与其存在航班的各城市间的距离连接度和航线连接度，并计算相关性函数进一步分析两个变量间的关系，得到两变量之间的相关性为0.024。其值接近于0，符合本研究提出的研究前提，即城市间航线数量与其距离基本不相关，利用航空数据研究城市跨区域发展不受城市间距离的影响。 织梦好，好织梦

此外，利用MATLAB软件，加载.shp格式的地图文档及飞机的航线数据，依据机场所在地的起降坐标，根据两地间航线连接度的大小画出不同粗细深浅的连线。同样地，利用城市航线密度数据，画出不同大小的点状符号，最终对以郑州为中心的航线连接度进行可视化的展示（图4）。 本文来自织梦

距离连接度和航线连接度相关系数为0.024（接近于0），说明两者不存在相关性，可以认为航线连接度的大小不受距离的影响。因此，利用航线连接度这一变量研究城市跨区域发展较为妥当。同时，根据MATLAB的运行结果，提取与郑州航线连接度较高的城市（图4中航线连接数为90～172所对应的城市），处于一级航空网的城市有上海、重庆、深圳、昆明、广州、成都和杭州，处于二级的有乌鲁木齐和厦门。分析结果中，北京与郑州并未呈现较高的连接度是因为高铁在两地之间的便利程度较飞机更优，是基于航线数据分析研究中的特殊情况。

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3.2 郑州航线时空关联分析 copyright dedecms

在上述分析的基础上，从所有数据中筛选出上述城市的相关数据进行综合计算。将问题归纳为：已知的城市集为A={上海、重庆、乌鲁木齐、深圳、昆明、广州、厦门、成都、杭州}；变量集G={G1，G2，G3，G4}。其中：G1为航线连接度；G2为城市运输能力；G3为所在区域的GDP；G4为所在区域的人口数量。通过分析上述计算所得的相关系数，可知变量集中4个评价因子权重相当，不影响评价结果，直接将变量集中各因子求和可得城市最终排序为：上海、广州、重庆、深圳、成都、昆明、杭州、厦门、乌鲁木齐。按相关因子城市活力指数计算出从郑州出发至上述城市和上述城市到达郑州的航线的变化量，并将一天24小时分成4个时段进行观察，得到不同时段郑州与各个城市集的航线变化情况（图5）（图中实线表示飞机进港航线数量大，虚线表示飞机出港航线数量多，点划线表示进出港相平衡）。由图5看出郑州与东南地区主要是上午进港，下午和夜晚出港；与西北地区主要是凌晨深夜出港，上午进港；与西南地区主要是在夜晚同时进出港。据此得出郑州在不同时段与不同城市的往来关系，对在空间的基础上加上时间要素进行时空分析起到初步的指示作用，有利于政府制定分时段的发展规划。

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根据上述分析，郑州与发展较快的一线城市上海、广州、深圳跨区域协同发展具有良好的基础，视为传统一线城市带动新一线城市发展，可以借鉴传统一线城市的发展政策、模式、规划等；郑州与重庆、成都、昆明（一级航空网所属）的城市跨区域协同发展具有潜力，这些城市的发展水平相当，可以优势互补；与厦门和乌鲁木齐的城市跨区域协同发展，郑州能作为主导带动二级航空网络城市的发展。城市间多样的结合方式能进一步促进双方发展，达到南水北调之效。

4 结论与讨论 copyright dedecms

4.1 结论

1）利用航线连接度及其吞吐量作为重要变量研究跨区域城市发展是合理的。2）基于一二级真实航空网络架构图不难发现，一级航空网络架构主要分布在东部地区，二级航空网络架构主要分布在西部地区，东西部地区差距较大。跨区域发展具有存在的必要性，可以弥补中心辐射周边城市发展的不足，促进航空网络协同发展。3）郑州的案例研究发现城市跨区域发展若配合时间要素，能从时空角度上辅助城市规划，以便合理安排和利用不同时间段的时空关联。 copyright dedecms

4.2 讨论

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在城市跨区域发展的政策下，本研究仅基于城市航线连接密度进行跨区域发展城市选择和时空关联的研究，未分析城市自身的特点，无法在航线连接度较高的城市间实现城市自身特点的择优匹配；未考虑城市跨区域发展的影响因素（城市所在航空网络等级、城市通达性和城市中心度等）以及城市群与城市跨区域发展如何结合等方面的问题，这也是区域地理和城市计算等方向今后研究的重要内容。

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