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基于GIS的中原经济区城市势力圈划分及其特征分析.rar

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    基于 GIS 中原 经济区 城市 势力 划分 及其 特征 分析
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    编号:08009210311南阳师范学院 2012 届毕业生毕业论文(设计)题 目:基于 GIS 的中原经济区城市势力圈划分及其特征分析完 成 人: 许朋朋 班 级: 2008-03 学 制: 4 年 专 业: 地理信息系统 指导教师: 范红艳 完成日期: 2012-4-25 目录摘要………………………………………………………………………………(1)0 引言……………………………………………………………………………(1)1 势力圈的分析模型…………………………………………………………(2)1.1 城市综合规模获得…………………………………………………………(2)1. 2 场强模型……………………………………………………………………(2)2 研究方法2.1 数据来源……………………………………………………………………………(3)2.2 数据处理……………………………………………………………………(3)2.2.1 指标选择………………………………………………………………(3)2.2.2 计算城市综合规模……………………………………………………(3)2.2.3 场强计算与栅格归类…………………………………………………(5)3 结果分析3.1 城市势力圈分布特征………………………………………………………(6)3.2 各城市势力圈面积与空间关系……………………………………………(6)3.3 势力圈与行政范围的叠合分析……………………………………………(6)3.3.1市域内势力圈构成分析……………………………………………… (7)3.3.2势力圈跨市域分析…………………………………………………… (7)3.3.3叠置结果的综合分类…………………………………………………(8)4 结束语 ……………………………………………………………………… (8)参考文献 ……………………………………………………………………… (9)Abstract………………………………………………………………………… (9)第 1 页(共 9 页)基于GIS 的中原经济区城市势力圈划分及类型分析作 者:许朋朋指导老师:范红艳摘要:借助场强模型,利用GIS空间分析方法,对中原经济区28个城市的势力圈进行了划分,再与各个城市的行政区进行叠加分析。结果表明,中原经济区各城市的势力圈相差较大,并且与各自行政区的吻合程度不同。为以后我们对中原经济区各城市行政区的重新规划提供辅助决策。关键词:空间分析;中原经济区;城市势力圈; 地理信息系统城市势力圈是指城市的吸引力和辐射力对城市周围地区的社会经济联系起着主导作用的地域 [1] 。城市势力圈的形成是区域内同级城市空间相互作用力量平衡的结果, 势力圈范与中心相对应, 空间极化的结果使空间特化, 形成了中心-腹地结构,势力圈一方面为中心城提供生产原料、生产要素,一方面受中心城经济影响而变化。 测定城市势力圈对于城市经济区划、区域空间分析、行政区划的调整和城镇体系的等级结构分析等具有一定的指导意义。中原经济区位于中国中部地区, 除省会郑州跻身全国一线城市之列, 其他城市基本处于中小规模的发展水平上, 聚集效应不显著, 并且城市发展不平衡, 城市化水平差距较大。为了合理配置地区资源, 应打破行政界限, 根据各地区经济发展水平, 形成功能鲜明、布局合理的区域开发格局, 故有必要对中原经济区城市的势力圈做明确、科学的划分, 以寻求区域内集约发展最合理的模式。我国学者从城市势力圈的概念、界定、划分方法等多角度作了研究 [2], 但这些研究往往仅把人口作为衡量城市规模的标准, 手段上也鲜见GIS空间分析方法的应用, 且研究区域全部集中于东、中部形状较均匀、城市首位度不高的省份。学生在GIS 和空间统计分析软件支持下, 以2011年中原经济区七省28个城市为研究对象, 基于场强模型, 进行城市势力圈的测定, 并与市域行政区范围进行了叠第 1 页(共 9 页)合分第 2 页(共 9 页)析, 以期为中原经济区的经济区划和城市体系布局研究提供参考。1 势力圈的分析模型1.1 城市综合规模获得城市势力圈的大小由城市本身的规模和经济实力决定, 随周边城市的竞争力强弱而发生变化。城市规模应是一个复合性指标, 要求能比较全面地反映城市对区域的多方面影响. 而传统的评价方法往往采用单一指标(如人口) 或少数几个指标, 不能全面、客观、综合地反映城市的实力地位。 因此,学生采用综合指标体系来分析城市影响区域系统,考虑反映城市影响的主要因素及其现状影响与潜在影响能力。由于各原始指标间相关性较高且数据量庞大, 加之各指标的权重较难确定, 学生利用主成分分析法进行综合规模值的计算.。主成分分析方法是多元统计分析中一种重要的方法, 通过多个指标的线性组合, 将众多具有错综复杂相互关系的一系列指标归结为少数几个综合指标, 既能使各主成分相互独立, 舍去重叠的信息,又能更集中更典型地表明研究对象的特征, 还能避免大量的重复工作 [3] 。对选取的主成分通过特征值加权累加成一个综合的数值, 即得到研究区域内各城市的综合规模值。1.2 场强模型城市作为一定区域空间结构的核心, 具有集聚和扩散的功能,对周围的区域产生影响。借用物理学的概念, 城市腹地可称为城市影响力的“力场”,影响力的大小称为“场强”以城市的综合规模 F作为评价城市地理场场强的综合变量 , 则区域内任一点 k 都接受来自区域内各城市的辐射。强度计算公式为 [4]Fik = Zi / Daik , ( 1 )其中, F ik 为 i城市在k点上的场强 ; Zi为i 城市的综合规模; D ik 为i 城市到k 点的距离; a 为距离摩擦系数, 一般取标准值2.0 。由于地域内的任意一点k 受到来自区内各城市的辐射, 其中有一个城市的辐射强度最大, 因此可分别求出来自各城市的辐射强度, 并根据“取大”原则来确定每一点所第 2 页(共 9 页)受到第 3 页(共 9 页)的场强, 以及该场强来源于哪个城市, 从而定出该点的归属。将各城市的吸引范围用不同的形式表示, 即可直观地显示各城市的势力圈。2 研究方法2.1 数据来源以中原经济区七省28个城市作为研究对象。指标数据资料取自《河南统计年鉴2011》和其它各个城市2011年度的统计年鉴 [5],政府所在地作为市域中心位置, 中心坐标和市域行政区界限取自国家基础地理信息中心1∶400 万数据库 [6]在ArcGIS 中转换到Albers等积圆锥投影系下, 椭球体取Krasovsky。2.2 数据处理2.2.1 指标选择 选取以下8个指标来测度城市综合规模: X 1各市生产总值 / 亿;X 2各市常住人口/万;X 3工业总产值/亿;X 4财政收入/亿;X 5财政支出/亿;X 6教育经费/万;X 7邮电业务总量/亿;X 8客运量/万人;X 9货运量/万吨。2.2.2 计算城市综合规模 对原始数据进行标准化处理, 为排除数量级和量纲不同带来的影响, 同时为避免标准化之后指标产生负值而不利于后面的相关运算, 文中采用平均值标准化方法, 即Mij=Xij/Xj, ( 2 )其中, M ij为第i城市第j个指标标准化后的新值;Xij 为第i 城市第j 个指标的原始统计值; X j =1/n Σ iXij ,为各个城市第j个指标的算术平均值 。运用SPSS 11 (SAS)统计软件对标准化后的数据使用因子分析(Factor Analysis)功能获得因子分析初始解, 利用主成分分析法构造因子变量, 方差极大法作因子旋转, 得到方差贡献分析表(表1) ,选取的指标具有相关性, 可以进行主成分分析 [7]。一般按照特征值大于1以及累积贡献率大于80 %的原则提取主成分因子 。 表1 中第1 、2、3主成分方差贡献率达到89.974 % , 即保留了原有指标89.974%第 4 页(共 9 页)表 1 解释的总方差初始特征值 提取平方和载入成份 合计 方差的 % 累积 % 合计 方差的 % 累积 %1 5.660 62.884 62.884 5.660 62.884 62.8842 1.377 15.305 78.189 1.377 15.305 78.1893 1.061 11.785 89.974 1.061 11.785 89.9744 .401 4.455 94.429 5 .260 2.885 97.314 6 .150 1.665 98.979 7 .064 .708 99.686 8 .023 .255 99.941 9 .005 .059 100.000 的信息,且特征值大于1 , 因此只选取主成分1、2和3即可。表2为因子旋转后第1 主成分在各变量上的载荷.综合规模值的计算式为Z i = Σ km=1〔A kΣ j13=1CkjMij〕 , ( 3 )其中, Z i 为i 城市的综合规模值; A k 是第k 主成分的贡献率; m 是特征值大于1 的主成分个数, 此处为3 ; k 是主成分编号, 也取3; Ckj 是第k 主成分在第j 变量上的载荷; M ij 同( 2 ) 式。表 2 主成分的载荷成份1 2 3X1生产总值亿.947 .204 -.204X2城市人口万.720 -.543 .342X3工业总产值亿.830 .371 -.303X4财政收入亿.744 .598 .062X5财政支出亿.978 .016 .051X6教育经费万.906 .044 -.026X7邮电业务总量亿-.069 .453 .880X8客运量万人.865 -.252 .115X9货运量万吨.688 -.525 .126第 5 页(共 9 页)2.2.3 场强计算与栅格归类 打开Arcgis软件,利用其中的Data Management Tools –Feature Class-Create Fishnet 功能直接生成10 km×10 km 的格网。然后用中原经济区行政边界裁切格网, 即可得到中原经济区格网图。 建立拓扑关系并提取它们的label 点; 利用pointdistance 功能计算出28个城市到每个格网点的距离, 与综合规模值一同带入( 1 ) 式,计算各网格地块受到的28个城市的场强值, 按“取大”的原则确定每一网格的场强值及其归属。按照各个网格的归属作出势力圈专题地图, 以不同颜色表示各网格所受场强的唯一归属, 即可显示各城市的势力圈范围 ,然后再与现行的中原经济区各市行政区划图进行叠加,即可得到对比效果明显的综合图。图1 中原经济区城市势力圈划分3 结果分析
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