摘要
利用移动通信信令数据识别上海—苏州组成的巨型城市区域内通勤联系,应用非参数分析方法识别区域内就业中心,以此测度巨型城市区域的多中心结构。利用移动通信信令数据识别就业者工作地数据,得到整个区域内基于网格的就业密度分布。应用改进的非参数分析方法识别巨型城市区域内就业中心。第一阶段利用局部加权回归识别出候选就业中心;第二阶段识别围绕候选中心的高就业密度网格,与候选就业中心组成就业中心范围。最后,用内外交互指数和水平交互指数验证了该区域的功能多中心程度。研究发现,在通勤联系视角下,上海和苏州组成的巨型城市区域内存在20个有区域影响力的就业中心,已经形成了功能多中心结构。利用移动通信信令数据和非参数分析精确识别具有区域影响力的就业中心范围,避免了既往研究中行政单元对研究结果的影响,为准确认识上海—苏州巨型城市区域的空间结构提供了支持。
巨型城市区域(mega city-region)一词源于西方学术界,用来描述由功能紧密联系的城市组成城市密集地区空间形态。Hall等认为巨型城市区域是由多个核心及周边地区组成的区域,由连续的功能性联系形
多中心是巨型城市区域的特征之一,而巨型城市区域又是由功能相联系的城镇组成,所以功能多中心是巨型城市区域发展的关键目
而在多中心城市、就业次中心等的研究中,欧美学者更加关注大城市地区的多中心和次中心的定义、标准、形成机制、属性类别等研
现有的就业中心识别研究中,不管是基于密度空间聚类的研
在中国几十年快速城市化过程中,国内外越来越多学者关注中国城市密集地区空间形态,如京津冀地
本文将研究上海与苏州两个城市组成范围内的就业通勤联系,分析上海—苏州形成的巨型城市区域内的就业多中心空间结构,从功能性联系角度测度就业中心位置、范围以及就业多中心体系的多中心程度,并以此判断长三角区域的城市密集地区是否也符合西方学者提出的功能性联系形成巨型城市区域的定义。
本研究以上海、苏州两市为主要研究范围,具体范围包括上海及苏州两市的市辖区,以及介于两市辖区范围之间的昆山和太仓市(如

图1 研究范围
Fig. 1 Study area
由于手机开机时,移动通信网络会持续记录手机设备位置,所以移动通信信令数据具有更好的连续性和分辨率。利用移动通信信令数据可以较为准确地识别用户各个时间段的停留位置,从而能更有效地识别出个人活动,也为用户的通勤行为识别提供了可能。已有较多学者利用移动通信信令数据做通勤相关研
本研究使用了中国联通的移动通信信令数据,包含时间从2017年11月1日到2017年11月30日一个月所有用户连接基站信息,其中有22个工作日和8个休息日。依据现有研究算
对于那些通勤距离特别短的用户,当投影到千米网格的时候,他们的居住地网格和就业地网格是相同的,即这部分用户的通勤发生在同一网格内。本研究中把这部分用户从网格通勤数据集中删除,这有两个原因:①1 km以内的通勤都是就近通勤,本文研究区域尺度下巨型城市区域的空间结构,1 km以内的通勤对巨型城市区域的影响较小。②根据Zhang等的研究,虽然利用手机数据计算得到的通勤距离与占比分布和居民出行调查得到的通勤距离与占比分布有很好的相关性,但是会缺失通勤距离最短的0~1 km部分通勤
流入通勤的就业密度不仅表达了该网格就业活动的密集程度,也表达了该网格吸引外部就业的能力,是在整个区域内就业活动的影响力程度的体现,也是通勤的功能性联系在网格尺度上的代理。如

图2 网格流入通勤就业密度示意图
Fig. 2 Schematic diagram of grid employment density of inflow commuting
通勤用户按就业地汇总后得到网格流入通勤就业密度的分布(见

图3 网格流入通勤的就业密度分布
Fig. 3 Distribution of grid employment density of inflow commuting
本研究采用以非参数分析为核心的方法。非参数方法拟合城市密度平面是对参数方法的改进。参数方法需要预先设定密度函数形式,通常需要先假定城市的空间结构,而多数密度函数假定城市是单一中心或对称结构,因此无法解释在不同方向上的密度差异或解释次中心的存在,参数方法应用于现代大城市或者城市区域的研究有其局限
最常用的非参数方法是局部加权回归模型(locally weighted regression),该模型最初由Cleveland提
本研究以移动通讯信令数据计算得到的网格单元的流入通勤就业密度作为拟合的密度值。在研究范围内,非参数分析方法优点在于能发现密度相对较低的地域中,流入通勤人数的相对高值的聚类区域。由于对于每一个网格,流入通勤就业密度表示了这个网格在整个区域与其余地域通勤联系紧密程度,基于流入通勤就业的非参数分析是适合测算巨型城市区域的就业中心体系。
参考McMille
(1) |
式中:表示网格i的权重;表示网格i与邻近范围内其他网格的距离;表示邻近范围内网格i与其他网格的最大距离。局部加权回归对每个网格在其邻近范围内进行加权线性回归,并通过逐点拟合的回归得到平滑的回归表面。经过这一阶段局部加权回归分析,得到每个网格的预测就业密度和拟合后每个网格的残差值,以残差值为正且有显著统计意义的网格作为第一阶段的候选就业中心(见

图4 第一阶段识别的候选就业中心网格
Fig. 4 Grids of candidate employment centers identified in the first stage
第二阶段是识别形成就业中心的网格边界。第二阶段的算法不同于McMille
条件1:高于平均就业密度。
条件2:与中心网格邻边相连。
条件3:与中心网格之间存在满足条件1和2的n阶相邻。
经过非参数分析方法两阶段的分析,可以得到区域内组成就业中心的网格,依据邻边规则融合网格,即可得到各个就业中心的边界范围。上述方法得到就业中心体系,进一步测度其功能多中心程度,由此量化得到上海—苏州巨型城市区域的就业多中心空间结构。
在网格流入通勤就业密度数据的基础上,利用非参数分析方法的两阶段计算,得到在研究范围组成就业中心的网格,将这些网格依据相邻关系融合后,排除面积过小的就业中心,总共得到20个就业中心。
从这些就业中心的统计数据可以看出(见
在这些就业中心中,完全位于上海境内的就业中心14个,完全位于苏州境内的5个,1个就业中心跨越了省界(见

图5 就业中心识别结果
Fig. 5 Result of employment center identification
使用Burger等提出的内外交互通勤指数(exchange commuting index)和水平交互通勤指数(criss-cross commuting index)测度以上得出的就业中心体系的功能多中心程度。内外交互通勤指数与水平交互通勤指数分别反映了Burger等提出的4种多中心模式中的内外交互多中心(polycentric exchange)和水平交互多中心(polycentric criss-cross

图6 多中心模式示意
Fig. 6 Schematic diagram of polycentric mod
内外交互通勤指数与水平交互通勤指数的计算公式如下:
(2) |
(3) |
式中:为内外交互通勤指数;为水平交互通勤指数;为从中心到外围地区的通勤量;为外围地区到中心的通勤量;为外围区域不同部分之间的通勤量。内外交互通勤指数反映了中心与外围地区通勤联系的对称性,越接近50%,对称性越好;水平交互通勤指数是外围地区不同部分之间的通勤联系强度占外围地区所有对外通勤联系的比重,代表了外围地区间水平联系的程度,越接近100%,水平联系比重越高。
将识别的就业中心边界和研究范围内的街道边界叠合后形成的新的街道⁃就业中心边界,以各就业中心范围作为中心地区范围,剩余的街道范围作为外围地区范围(见

图7 街道⁃就业中心边界示意图
Fig. 7 Boundary of sub-district and employment centers
在上海苏州范围内存在20个具有区域吸引力和影响力的就业中心,这些就业中心主要沿上海中心区—昆山—苏州中心区一线分布,位于上海市域内的就业中心14个,苏州市域内5个,1个就业中心跨越市界。在上海、苏州中心区之外,也出现了对整个区域具有重要吸引力的就业中心。同时,研究也发现了如安亭—花桥等不仅承接周边通勤人口也承接上海、苏州中心城区通勤人口的就业中心,是就业功能多中心定义的具体体现。这一范围已经形成一定程度的功能多中心结构,上海、苏州也已经形成了功能上的巨型城市区域。这一研究也表明我国长三角区域的城市密集地区也符合西方学者提出的由紧密功能性联系形成的巨型城市区域的定义。
在识别出的具有区域影响力的就业中心中,面积和就业人数排名前3的就业中心为上海中心区、苏州中心区及苏州工业园区。上海市域范围内就业中心的就业密度普遍高于苏州市域范围内的就业中心,就业密度最高的就业中心为上海中心区。这些就业中心与其外围地区之间的内外交互通勤指数值为28%,水平交互通勤指数值为43%。依据Burger等利用这两个指标在英格兰和威尔士的研
现有西方学者对功能多中心结构的形成机制和发展影响因素有过较多的研究,认为巨型城市区域就业多中心结构主要的影响因素包括城市规
本研究以千米网格为空间单元,表征跨网格就业通勤的流入通勤就业密度作为研究数据,有两个作用。第一,排除了在区域层面影响极小的通勤距离1 km以下的短距离通勤,能更好地反映跨区域功能联系对巨型城市区域空间结构的影响。第二,改变了原有研究中以行政单元作为空间单元带来的中心识别范围不精确的问题,同时打破了行政区划空间单元的限制,不仅将识别中心的精度提高到了千米尺度,能精确识别中心边界,而且能准确识别跨越行政区的中心,为认识和理解巨型城市区域内的多中心结构提供了基础。
跨网格流入通勤也存在一定的局限,在非参数分析方法识别就业中心的过程中,虽然排除了1 km以下的短距离通勤者,但给中距离、长距离及超长距离通勤者均赋予了相同的重要性。在巨型城市区域范围内,不同通勤距离的通勤者对于就业多中心空间结构也会带来影响。如何测度这一影响有待后续研究。
巨型城市区域和功能性城市区域的定义均是从功能联系视角出发的,在这一尺度的研究和实践需要更加关注区域内的功能联系。在长三角核心区域范围内,不仅需要关注建设用地等的形态联系,更需要关注这一区域内的内部功能流动。相关的都市圈一体化规划、上海和苏州的国土空间规划不仅要重视土地使用、基础设施等对接议题,更要重视就业通勤等功能的一体化。
参考文献
HALL P, PAIN K. The polycentric metropolis: learning from mega-city regions in Europe[M]. London: Routledge, 2006. [百度学术]
ANTIKAINEN J. The concept of functional urban area[J]. Informationen zur Raumentwicklung, 2005(7): 447. [百度学术]
COOMBES M. From city-region concept to boundaries for governance: the English case[J]. Urban Studies, 2014, 51(11): 2426. [百度学术]
ANDERSON N B, BOGART W T. The structure of sprawl: identifying and characterizing employment centers in polycentric metropolitan areas[J]. American Journal of Economics and Sociology, 2001, 60(1): 147. [百度学术]
LESLIE T F. Identification and differentiation of urban centers in phoenix through a multi-criteria kernel-density approach[J]. International Regional Science Review, 2010, 33(2): 205. [百度学术]
MODARRES A L I. Polycentricity, commuting pattern, urban form: the case of Southern California[J]. International Journal of Urban and Regional Research, 2011, 35(6): 1193. [百度学术]
HANSSENS H, DERUDDER B, VAN AELST S , et al. Assessing the functional polycentricity of the mega-city-region of central Belgium based on advanced producer service transaction links[J]. Regional Studies, 2013, 48(12): 1939. [百度学术]
BURGER M, MEIJERS E. Form follows function? Linking morphological and functional polycentricity[J]. Urban Studies, 2011, 49(5): 1127. [百度学术]
SALVATI L, VENANZONI G, SERRA P, et al. Scattered or polycentric? Untangling urban growth in three southern European metropolitan regions through exploratory spatial data analysis[J]. The Annals of Regional Science, 2016, 57(1): 1. [百度学术]
LEE B, GORDON P. Urban spatial structure and economic growth in US metropolitan areas[EB/OL]. [2020-03-30]. https://lusk.usc.edu/sites/default/files/working_papers/wp_2007-1001.pdf. [百度学术]
孙斌栋, 王旭辉, 蔡寅寅. 特大城市多中心空间结构的经济绩效——中国实证研究[J]. 城市规划, 2015, 39(8): 39. [百度学术]
SUN Bindong, WANG Xuhui, CAI Yinyin. An empirical study on the economic performance of polycentric spatial structure of mega-cities in China[J]. City Planning Review, 2015, 39(8): 39. [百度学术]
WHITE M J. Urban areas with decentralized employment: theory and empirical work[J]. Handbook of Regional and Urban Economics, 1999(3): 1375. [百度学术]
KLOOSTERMAN R C, MUSTERD S. The polycentric city-region: towards a research agenda[J]. Urban Studies, 2001, 38(4): 623. [百度学术]
MCMILLEN D P, SMITH S C. The number of subcenters in large urban areas[J]. Journal of Urban Economics, 2003, 53(3): 321. [百度学术]
MCMILLEN D P. Employment densities, spatial autocorrelation, and subcenters in large metropolitan areas[J]. Journal of Regional Science, 2004, 44(2): 225. [百度学术]
GIULIANO G, SMALL K A. Subcenters in the Los Angeles region[J]. Regional Science and Urban Economics, 1991, 21(2): 163. [百度学术]
SUN Y, FAN H, LI M, et al. Identifying the city center using human travel flows generated from location-based social networking data[J]. Environment and Planning B: Planning and Design, 2015, 43(3): 480. [百度学术]
MCMILLEN D P. Nonparametric employment subcenter identification[J]. Journal of Urban Economics, 2001, 50(3): 448. [百度学术]
HUANG D, LIU Z, ZHAO X, et al. Emerging polycentric megacity in China: an examination of employment subcenters and their influence on population distribution in Beijing[J]. Cities, 2017, 69: 36. [百度学术]
谷一桢, 郑思齐, 曹洋. 北京市就业中心的识别:实证方法及应用[J]. 城市发展研究, 2009, 16(9): 118. [百度学术]
GU Yizhen, ZHENG Siqi, CAO Yang. The identification of employment centers in Beijing[J]. Urban Development Studies, 2009, 16(9): 118. [百度学术]
孙铁山, 王兰兰, 李国平. 北京都市区人口—就业分布与空间结构演化[J]. 地理学报, 2012, 67(6): 829. [百度学术]
SUN Tieshan, WANG Lanlan, LI Guoping. Distributions of population and employment and evolution of spatial structures in the Beijing metropolitan area[J]. Acta Geographica Sinica, 2012, 67(6): 829. [百度学术]
孙斌栋, 魏旭红. 上海都市区就业—人口空间结构演化特征[J]. 地理学报, 2014, 69(6): 747. [百度学术]
SUN Bindong, WEI Xuhong. Spatial distribution and structure evolution of employment and population in Shanghai metropolitan area[J]. Acta Geographica Sinica, 2014, 69(6): 747. [百度学术]
ROCA CLADERA J, MARMOLEJO DUARTE C R, MOIX M. Urban structure and polycentrism: towards a redefinition of the sub-centre concept[J]. Urban Studies, 2009, 46(13): 2841. [百度学术]
BOURNE L S. Are new urban forms emerging? Empirical tests for Canadian urban areas[J]. Canadian Geographer/Le Géographe Canadien, 1989, 33(4): 312. [百度学术]
丁亮, 钮心毅, 宋小冬. 上海中心城就业中心体系测度——基于手机信令数据的研究[J]. 地理学报, 2016, 71(3): 484. [百度学术]
DING Liang, NIU Xinyi, SONG Xiaodong. Measuring the employment center system in Shanghai central city: a study using mobile phone signaling data[J]. Acta Geographica Sinica, 2016, 71(3): 484. [百度学术]
TAN M, LI X, XIE H, et al. Urban land expansion and arable land loss in China—a case study of Beijing-Tianjin-Hebei region[J]. Land Use Policy, 2005, 22(3): 187. [百度学术]
张占录. 北京市城市用地扩张驱动力分析[J]. 经济地理, 2009, 29(7): 1182. [百度学术]
ZHANG Zhanlu. An analysis of driving forces of urban land expansion in Beijing[J]. Economic Geography, 2009, 29(7): 1182. [百度学术]
YUE W, LIU Y, FAN P. Measuring urban sprawl and its drivers in large Chinese cities: the case of Hangzhou[J]. Land Use Policy, 2013, 31: 358. [百度学术]
周艳, 黄贤金, 徐国良, 等. 长三角城市土地扩张与人口增长耦合态势及其驱动机制[J]. 地理研究, 2016, 35(2): 313. [百度学术]
ZHOU Yan, HUANG Xianjin, XU Guoliang, et al. The coupling and driving forces between urban land expansion and population growth in Yangtze River Delta[J]. Geographical Research, 2016, 35(2): 313. [百度学术]
GAO J, WEI Y, CHEN W, et al. Urban land expansion and structural change in the Yangtze River Delta, China[J]. Sustainability, 2015, 7(8): 10281. [百度学术]
YEH A G O , LI X. Measurement and monitoring of urban sprawl in a rapid growing region using entropy[J]. Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, 2001,67: 83. [百度学术]
黎夏, 叶嘉安. 利用遥感监测和分析珠江三角洲的城市扩张过程——以东莞市为例[J]. 地理研究, 1997(4): 57. [百度学术]
LI Xia, YE Jiaan. Application of remote sensing for monitoring and analysis of urban expansion — a case study of Dongguan[J]. Geographical Research, 1997(4): 57. [百度学术]
王钊, 杨山. 多中心城市区域城市蔓延冷热点格局及演化——以苏锡常地区为例[J]. 经济地理, 2015, 35(7): 59. [百度学术]
WANG Zhao, YANG Shan. Evolution of cold-hot spot pattern of polycentric urban areas urban sprawl — a case study of Suzhou-Wuxi-Changzhou area[J]. Economic Geography, 2015, 35(7): 59. [百度学术]
黄铎, 张珊珊. “同城化”背景下广佛都市圈城镇扩展的时空特征研究[J]. 现代城市研究, 2015(12): 76. [百度学术]
HUANG Duo, ZHANG Shanshan. Temporal and spatial characteristics of the urban expansions in Guangfo city under the assimilation policy between Guangzhou and Foshan[J]. Modern Urban Research, 2015(12): 76. [百度学术]
徐梦洁, 陈黎, 刘焕金, 等. 基于DMSP/OLS夜间灯光数据的长江三角洲地区城市化格局与过程研究[J]. 国土资源遥感, 2011(3): 106. [百度学术]
XU Mengjie, CHEN Li, LIU Huanjin, et al. Pattern and process of ubanization in the Yangtze Delta based on DMSP /OLS data[J]. Remote Sensing for Land & Resources, 2011 (3): 106. [百度学术]
车前进, 段学军, 郭垚, 等. 长江三角洲地区城镇空间扩展特征及机制[J]. 地理学报, 2011, 66(4): 446. [百度学术]
CHE Qianjin, DUAN Xuejun, GUO Yao, et al. Urban spatial expansion process, pattern and mechanism in Yangtze River Delta[J]. Acta Geographica Sinica, 2011, 66(4): 446. [百度学术]
钮心毅, 王垚, 刘嘉伟, 等. 基于跨城功能联系的上海都市圈空间结构研究[J]. 城市规划学刊, 2018(5): 80. [百度学术]
NIU Xinyi, WANG Yao, LIU Jiawei, et al. Spatial structure of Shanghai metropolitan coordination area from perspective of inter-city functional links[J]. Urban Planning Forum, 2018 (5): 80. [百度学术]
ZHANG P, ZHOU J, ZHANG T. Quantifying and visualizing jobs-housing balance with big data: a case study of Shanghai[J]. Cities, 2017, 66: 10. [百度学术]
YAN L, WANG D, ZHANG S, et al. Evaluating the multi-scale patterns of jobs-residence balance and commuting time–cost using cellular signaling data: a case study in Shanghai[J]. Transportation, 2018, 46(3): 777. [百度学术]
钮心毅, 丁亮, 宋小冬. 基于手机数据识别上海中心城的城市空间结构[J]. 城市规划学刊, 2014(6): 61. [百度学术]
NIU Xinyi, DING Liang, SONG Xiaodong. Understanding urban spatial structure of Shanghai central city based on mobile phone data[J]. Urban Planning Forum, 2014(6): 61. [百度学术]
丁亮, 钮心毅, 宋小冬. 利用手机数据识别上海中心城的通勤区[J]. 城市规划, 2015, 39(9): 100. [百度学术]
DING Liang, NIU Xinyi, SONG Xiaodong. Identifying the commuting area of Shanghai central city using mobile phone data[J]. City Planning Review, 2015, 39(9): 100. [百度学术]
ZHOU X, YEH A G O, LI W, et al. A commuting spectrum analysis of the jobs–housing balance and self-containment of employment with mobile phone location big data [J]. Environment and Planning B: Urban Analytics and City Science, 2017, 45(3): 434. [百度学术]
钮心毅, 李凯克. 紧密一日交流圈视角下上海都市圈的跨城功能联系[J]. 上海城市规划, 2019(3): 16. [百度学术]
NIU Xinyi, LI Kaike. Inter-city functional linkages in Shanghai metropolitan region from the perspective of close daily communication area[J]. Shanghai Urban Planning Review, 2019(3): 16. [百度学术]
CLEVELAND W S, DEVLIN S J. Locally weighted regression: an approach to regression analysis by local fitting[J]. Journal of the American Statistical Association, 1988, 83(403): 596. [百度学术]
MCMILLEN D P, MCDONALD J F. A nonparametric analysis of employment density in a polycentric city[J]. Journal of Regional Science, 1997, 37(4): 591. [百度学术]
REDFEARN C L. The topography of metropolitan employment: identifying centers of employment in a polycentric urban area[J]. Journal of Urban Economics, 2007, 61(3): 519. [百度学术]
MCMILLEN D P. Identifying sub-centres using contiguity matrices[J]. Urban Studies, 2003, 40(1): 57. [百度学术]
KANE K, HIPP J R, KIM J H. Los Angeles employment concentration in the 21st century[J]. Urban Studies, 2016, 55(4): 844. [百度学术]
BURGER M J, DE GOEI B, VAN DER LAAN L , et al. Heterogeneous development of metropolitan spatial structure: evidence from commuting patterns in English and Welsh city-regions, 1981–2001[J]. Cities, 2011, 28(2): 160. [百度学术]
SCHWANEN T, DIELEMAN F M, DIJST M. The impact of metropolitan structure on commute behavior in the Netherlands: a multilevel approach[J]. Growth and Change, 2004, 35(3): 304. [百度学术]
GROWE A. Emerging polycentric city-regions in Germany. Regionalisation of economic activities in metropolitan regions[J]. Erdkunde, 2012, 66(4): 295. [百度学术]