基于空间句法的武汉城市圈城乡道路网通达性演化分析

将空间句法理论与GIS相结合,基于1989~2010年武汉城市圈城乡道路网数据,定量分析城乡道路网发育的空间通达性演化规律:1 1989~2010年,城乡道路网拓扑连接位序-规模结构日益发育典型,形成稳定的"金字塔"结构,高等级、高控制力的高通达性轴线发育水平较低,导致整个网络伺服效率和应对"拥堵"能力的低下;2武汉城市圈城乡道路网生长发育具有时空惯性,呈现典型的"核心-边缘"和"等级圈层"复合结构;并生成两条带状城乡交通走廊和多个不同等级有序融合的"轴-辐"网络体系;3城乡道路网这种通达性等级空间格局与圈域城镇体系、交通设施和社会经济发展状况密切相关,尤其是与高速公路为代表的高等级路网发育水平,表现出复杂的共轭协调关系,表现出周期性和螺旋式的空间嬗变,是城乡道路网自组织生长机制支配,以及路网扩张和细分两种内力共同交互作用的结果。     

基于复杂网络的道路网拓扑结构信息度量

地图是空间信息传输的重要工具,地图拓扑结构信息的有效度量对地图更新、多尺度表达、制图综合等十分重要。信息熵已被用于描述地图信息,但对地图拓扑结构信息熵的研究多局限于单一层次或尺度,缺乏系统、多层次、多尺度刻画地图结构复杂性的方法。该文以道路网为例,基于复杂网络理论,从整体与局部两个层次,考虑网络的集聚性、连通性、可达性及邻域完整性特征,构建地图拓扑结构信息熵指标,将其用于不同模式道路网及其对应同等规模的随机网络的结构特征定量描述。结果表明该方法能揭示道路网内在的小世界与无标度网络结构特征,并可有效刻画不同模式道路网的结构差异,可用于制图综合、多尺度表达、地图更新设计等。     

基于复杂性科学的绿洲城镇化演进理论探讨

基于复杂性科学,引入涌现、协同、“吸引盆”等概念和模型,从涌现生成、协同维生、临界相变三个维度构建绿洲城镇化演进的理论框架。对绿洲城镇化的生成、演化和转型的过程与机理进行系统剖析,并据此对诺瑟姆曲线进行新的解读。研究表明：① 绿洲城镇是以人为核心的绿洲地域系统在多时空维度上的结构和功能的整体涌现现象,涌现形成的条件包括生成主体、自组织与受限生成机制、环境策略;② 竞争与协同机制维持了绿洲城镇化系统的生命活力与进化稳定,是系统演化的根本动力,系统不同层级具有不同的协同维生机制,根据协同学和耗散结构理论构建的绿洲城镇化演进的协同度和有序度可以识别系统演化方向;③ 绿洲城镇化过程实质上也是系统的自组织临界相变,该过程是一个渐变与突变、有序与混沌、稳态与非稳态的辩证统一;④ 时空间的正负反馈机制使绿洲城镇化复杂性与有序性不断提高,且不断向自组织临界态靠近,城镇化系统外在表现为活力与多样性增强。     

复杂城乡道路网异质性的空间演化分析——以武汉城市圈为例

基于1989—2011年武汉城市圈城乡道路网拓扑空间数据库,引入复杂网络统计特征量对武汉城市圈城乡道路网系统结构的空间异质性及其演化规律进行实证研究。武汉城市圈城乡道路网各拓扑指标值差异日益缩小,节点关联作用存在明显的空间异质化:节点度值空间分布较均匀,呈现点状特征和弱集聚性,表现出一定的"中心—边缘"和"等级圈层"的复合结构;节点紧密度值差异日益缩小,空间渐趋均衡化和离散化,也呈现典型的等级圈层格局;节点介数分布向心极化明显,但存在一定离心化趋势,呈侧"N"形伸展;节点平均路径长遵循距离衰减律,具有明显的时间惯性,与圈域城镇体系空间"靶形分布"一致;网络的集聚性空间差异显著,高簇系数节点空间弱集聚成半月形展布,低簇系数节点分布则较为离散,整个网络在空间上社团性比较明显,社团的等级规模差异较大。     

国内外城乡空间复杂性研究进展及其启示

我国新时期城乡统筹发展及城乡空间一体化规划仍然面临着城乡关系的恶化和城乡空间分离的挑战。从本质上看,新时期城乡空间统筹规划应是以优化"城乡关系"为重点的城乡空间融合规划,其基础工作则是认识城乡空间的复杂性。当前,在国内掀起新一轮城乡统筹规划热潮的背景下,回顾、梳理国内外城乡空间复杂性研究进展,对指导国内城乡空间统筹规划具有重大意义。文章认为,目前城乡空间复杂性研究仍然以城市单系统为中心,乡村空间"被边缘";研究方法上应加强方法的集成综合,同时强调质性研究和定量分析的结合;在研究内容上应深化城乡关系空间复杂性、城乡关联空间复杂性、城乡空间自组织演化机制与模拟、城乡社会网络空间复杂性等方面的研究。     

非线性视角下的上海旅游地复杂系统演化过程及动力学特征

随着旅游地发展复杂性的增加,非线性研究方法成为旅游地演化研究的有效选择。以上海为案例地,运用水平可视图算法,将旅游需求作为旅游地复杂系统动态行为表征,探讨旅游地复杂系统演化过程及动力学特征。研究发现：旅游地复杂系统演化具有小世界和近似无标度网络特性,混沌动态行为特征,表现为混沌确定非线性动力系统;上海旅游地复杂系统演化处于“无序中的有序”混沌或混沌边缘,原有秩序已瓦解,系统新的属性和结构逐渐涌现,有待新的高级有序态生成;旅游地复杂系统遵循“有序—混沌（边缘）—涌现—新有序”,从低级有序向高级有序演化跃升的过程;外部环境和主体系统主导下的重要事件是旅游地复杂系统由低级有序向高级有序演化的“关键要素”,政府学习创新能力的提升对系统阶段性演进起到“推进器”作用,旅游企业开始显现主导地位,成为未来推动上海旅游地复杂系统演替发展的主导力量。上海国际入境旅游客源国（日、韩、新、德、英、法、加、澳）和国内旅游外地游客市场处于不稳定的混沌区域,是影响上海旅游地复杂系统混沌行为的重要因素,应进行混沌控制,加强管理和引导,促进上海旅游地复杂系统新演化阶段有序态的生成。     

城市化:相变与自组织临界性

城市化的本质是一种自组织临界相变过程 ,在时间和空间上分别联系着自组织临界性(SOC)和空间复杂性。城市化过程作为SOC有 3个方面的标志 :时间方向的 1/ f涨落、空间方面的分形结构和等级方式的Zipf定律 ,其共性是无标度性。分形中心地景观和位序 -规模分布分别是城市化自组织临界过程在空间和等级两个领域的实证判据。在城市化的临界相变过程中 ,城市体系通常演化为无标度网络 ,而位序 -规模法则乃是空间领域的无标度性在等级领域的结构性“投影”。基于SOC思想研究城市化过程有助于理解自组织城市网络的复杂空间动力学 ,从而为发展城市演化的模拟实验方法提供理论思路     

交通运输网络的复杂性研究

通过分析复杂网络理论在航空、轨道交通(地铁和铁路)、城市交通(公交和道路)等中的应用,指出系统复 杂性是交通运输网络复杂性的根源,以及复杂网络分析方法中忽视地理空间性所引起的问题,即一般性地认为交 通运输网络为小世界网络或无标度网络。目前基于统计物理学的交通运输网络的复杂性研究多为拓扑化的理论分 析或数据建模,与实际网络结构特征及动力学机理仍存在较大差距。研究进一步指出,交通运输网络由需求网络、 组织网络、径路网络和设施网络四种网络结构组成,是一类具有“开放性”复杂系统的网络化复合结构。交通运输作 为一门实践应用性较强的学科,应围绕“理论→模型与方法→实践”模式前向性循环推进。综合分析复杂网络的理 论与实践情况,提出未来交通运输网络的复杂性研究的主要内容：①对交通运输系统的网络结构复杂性的基础认 识;②以地理空间特性为基础的网络复杂性分析;③基于组织与效率的网络结构复杂性分析及应用;④相互作用产 生的各种流与网络结构的互动关系;⑤网络局域结构特征及对广域结构的影响;⑥系统开放性对网络演化的影响。     

武汉城市圈城乡道路网的空间结构复杂性

以武汉城市圈为研究区,借助ArcGIS9.3、Pajek2.7和SPSS16.0等软件,从节点重要性、可达性、集聚性3个方面定量揭示了复杂城乡道路网的空间异质性:①高度节点重要性呈幂律分布,表现出无标度性,低度节点重要性则基本呈钟型泊松分布,呈现一定的随机性,导致整个圈域节点的重要性分布曲线既不遵循钟型泊松分布也不遵循幂律分布,出现"涌现"性;节点度值空间分布较均匀,呈现点状特征和弱集聚性,具有明显间断性和跳跃性,表现出一定的"中心-边缘"和"等级圈层"的复合结构;②节点的可达性主要由网络平均路径长度、紧密度和介数指标表达,其中道路网平均路径长度较大,节点交通联系呈线状组织,遵循距离衰减律,成等级圈层分异,但受快速干道影响明显,空间收敛减慢,发生"摄动"变形,形成两条以南北京珠高速和东西宜黄高速为轴的城市交通走廊;节点的紧密度系数较随机网络小,但高紧密度节点在空间分布上较为集中,呈现出一定的"中心-边缘"空间格局;节点的介数指标相对较高,呈现指数分布,空间分布较均匀,但仍呈现出一定的"等级圈层"分异;③网络的集聚性空间差异显著,形成多个大型网络社团,网络的聚类系数近似为零,局部呈现耦合性质,高聚类系数节点集聚成"半月形"展布,低聚类系数节点分布较为离散。     

武汉城市圈城乡道路网分形的时空结构

构建加权长度-半径分维模型,基于武汉城市圈城乡道路网空间数据,运用GIS空间分析方法,探讨武汉城市圈城乡道路网的密度分形特征及其时空演化规律。武汉城市圈城乡道路网不同程度表现出分形性即具有结构自相似性;不同等级路网的密度分维值普遍遵循距离衰减规律,路网具备较大的扩展潜力;高等级路网发育相对迟缓,由中心向边缘的密度衰减较快,且在分布形态上围绕圈域核心武汉市呈强凝聚态展布;低等级道路则相对发育成熟,分布均匀,覆盖效果较好;不同等级路网的普通和加权长度-半径维数均表现为圈层式结构,遵循中心-外围的距离衰减律;不同时段城乡道路网的分维值不断上升,路网结构渐趋优化,且存在明显的双标度区的双分形结构。     

村域尺度的城郊乡村多功能演化与发展路径——以徐州市铜山区为例

城郊地域是乡村多功能发展典型区域,文章选取典型的城郊乡村地域——徐州市铜山区的319个行政村为研究对象,构建乡村地域多功能评价指标体系,揭示2009—2019年研究区乡村经济发展、农业生产、生态保育和生活保障等4类功能的时空演化特征,利用Spearman相关系数分析功能间交互变化,总结功能演化类型,探究城郊乡村发展路径,以期为推进城乡融合发展提供科学依据。结果表明：(1)从村域层面看,城郊乡村地域多功能演化的数量结构分异性与空间格局的集聚性并存;(2)根据乡村地域功能间的相关性与交互性演化过程,功能间交互演化的总体关系与局部关系存在一致性,也存在一定差异性,可将其归纳为5种功能演化类型;(3)乡村地域功能演化的路径具有动态性和复杂性特征,可划分为功能融合发展、主导功能引领发展、双功能协调推进发展和多功能综合发展等4种路径。     

乡镇综合通达性时空格局及其与SERE系统的耦合机理——以湖北省荆州市为例北大核心CSSCI

通达性发育及其演化的根本动力是城乡社会经济—资源环境系统(SERE)要素非线性关联作用的结果。针对传统最短路径通达性模型的缺陷及研究视角的狭隘,本文基于2000年~2014年荆州市道路网空间数据库,重构最短通行时间通达性模型,定量刻画荆州市乡镇综合通达性的时空演化格局,并从区域交通与社会经济资源环境要素耦合的视角,引入耦合协调度模型,揭示乡镇综合通达性演化的非线性机理,研究表明:(1)荆州市乡镇综合通达性发育良好,基本呈正态分布,表现出一定的随机性;(2)中心区位偏好、荆江"天堑"作用、快速干道建设,共同引致荆州市乡镇综合通达性围绕市域中心呈不规则的圈层分布;(3)乡镇综合通达性与其SERE系统耦合协调度全局呈弱空间正相关,但局域空间相关作用复杂,四种基本类型呈"抱团"分布;(4)乡镇综合通达性与其SERE系统耦合协调度虽持续优化,但存在明显的交通滞后性发展,同时空间分异明显,整体呈高耦合度——低协调度的异配性特征。     

新疆绿洲系统自组织演化与机理

应用自组织理论为指导思想,从绿洲的系统性、整体性、复杂性角度出发,以新疆为例进行实证分析,深入研究绿洲系统的发展特征与演化机制.分析结果表明:[1]自组织理论在解释绿洲复杂系统的发生、发展、演化过程方面是一种非常强大而有效的理论依据;[2]绿洲系统的发展是由干旱环境背景下的特殊自然地理要素的自发演化所构成的自组织与由人为进行的规划与干预所构成的他组织的复合发展过程;[3])绿洲系统具有开放性、非平衡性、非线性、涨落等明显的自组织特征,有着从非组织到组织、从组织程度低到组织程度高、复杂度不断增长等自组织演化过程;[4])绿洲系统中自组织与他组织的相互影响机制决定着绿洲系统运行态势及其特征.新疆绿洲系统发展的特征分析充分揭示并验证了绿洲系统的自组织与他组织特征与演化过程,充实了绿洲研究的理论体系及其内容,为提高我们对绿洲发展规律的认识、科学实施他组织、有效长期的组织绿洲,为正确引导绿洲系统发展过程与方向提供了科学的理论依据.     

复杂度、关联度与城市技术演化路径——基于北京、上海、深圳的对比分析

演化经济地理强调与本地的技术关联对技术演化的影响,在建设科技创新中心的过程中,向复杂技术的升级需要充分考虑本地技术结构及演化特点。论文以北京、上海和深圳3个国际科技创新中心建设城市为例,将复杂性和关联性纳入研究框架,比较分析技术关联和复杂性对城市技术演化的影响。研究发现,北京、上海和深圳的技术结构、技术关联度、复杂性和演化路径存在明显的差异。上海的技术关联度较高,而复杂度偏低;深圳的技术关联度最低,技术复杂度最高;北京居中。从演化趋势看,北京经历了明显的向复杂技术演化的过程;深圳的整体技术复杂度上升幅度最大,但在2006年以后出现向低复杂度技术多元化发展的趋势;上海的技术复杂度上升幅度最小。计量分析表明,与本地技术关联越强的技术越有利于成为3个城市下一阶段的优势技术,但复杂度高的技术更容易成为北京下一阶段的优势技术,对上海和深圳的技术演化没有显著影响。未来国际科技创新中心建设需要充分考虑本地技术基础和演化特征,并制定针对性的技术发展策略。     

城市化与生态环境交互耦合系统的基本定律

城市化与生态环境之间存在着客观的动态耦合关系,这种耦合关系可以看作是一个开放的、非平衡的、具有非线性相互作用和自组织能力的动态涨落系统,称其为城市化与生态环境交互耦合系统。根据耗散结构理论和生态需要定律理论,从理论上分析了城市化与生态环境交互耦合系统满足的六大基本定律,即耦合裂变律,动态层级律,随机涨落律,非线性协同律,阈值律和预警律,这六大定律是研究分析城市化与生态环境交互耦合过程必须遵循的基本定律。对系统揭示城市化过程与生态环境演变过程之间的交互胁迫和动态耦合关系具有重要的理论指导意义。     

国外创新网络演化机制研究

创新网络研究是创新地理学研究的热点,其中创新网络的演化机制是当前创新网络研究的核心问题之一。论文通过CiteSpace知识图谱定量分析和文献深度分析相结合,对国外创新网络演化机制的研究进行全面解析,结果表明：① 网络内生效应,包括网络的整体特征、根植性、外部性、技术守门员与吸收能力等,对创新网络的演化主要体现在组织要素对当地的依赖程度、对外部知识的吸收能力,以及对整体网络的控制能力;② 网络组织要素的规模、性质和大小等对创新网络的形成演化也有一定的作用;③ 多维邻近性对于创新网络的形成和演化具有重要作用,单一邻近性和邻近性之间的综合作用对于创新网络的演化具有阶段性特征;④ 不同发展阶段创新网络的演化机制不同,机制之间的组合模式也存在差异。最后,在总结国外创新网络演化机制研究的主要内容和方法的基础上,提出了当前该领域研究中存在的不足及未来研究的方向。     

乡镇综合通达性时空格局及其与SERE系统的耦合机理——以湖北省荆州市为例

通达性发育及其演化的根本动力是城乡社会经济—资源环境系统(SERE)要素非线性关联作用的结果。针对传统最短路径通达性模型的缺陷及研究视角的狭隘,本文基于2000年~2014年荆州市道路网空间数据库,重构最短通行时间通达性模型,定量刻画荆州市乡镇综合通达性的时空演化格局,并从区域交通与社会经济资源环境要素耦合的视角,引入耦合协调度模型,揭示乡镇综合通达性演化的非线性机理,研究表明:(1)荆州市乡镇综合通达性发育良好,基本呈正态分布,表现出一定的随机性;(2)中心区位偏好、荆江"天堑"作用、快速干道建设,共同引致荆州市乡镇综合通达性围绕市域中心呈不规则的圈层分布;(3)乡镇综合通达性与其SERE系统耦合协调度全局呈弱空间正相关,但局域空间相关作用复杂,四种基本类型呈"抱团"分布;(4)乡镇综合通达性与其SERE系统耦合协调度虽持续优化,但存在明显的交通滞后性发展,同时空间分异明显,整体呈高耦合度——低协调度的异配性特征。     

空间生产视角下的旅游地空间研究范式转型——基于空间涌现性的空间研究新范式

面对中国经济、社会转型的实践背景和地理学"文化转向"、社会学"空间转向"的理论背景,空间生产为旅游地空间研究提供了新的重要视角,推动着旅游地空间研究范式的转型。在认识旅游地空间系统性的基础上,界定了空间涌现性的概念,提出了空间生产视角下的旅游地空间研究新范式。这一新范式主要表现在:1新的空间研究视角,厘清旅游地空间生产研究的理论逻辑和学科理路;2新的空间观,树立以内涵复杂性、尺度嵌套性、过程非守恒性为核心特征的新的旅游地涌现空间观,实现空间认识从要素到系统、从简单环境系统到过程系统再到复杂耦合系统的转变;3新的空间研究路径,更加注重社会空间、微观解构、尺度转换;4新的空间研究框架,遵循"过程-格局-机制"的研究路线,建立复杂系统涌现空间研究框架,开展多尺度、多类型旅游地空间生产的系统研究。空间生产视角下的旅游地空间研究范式转型,将有助于拓展旅游地理学研究视角和范式,增强旅游地理学对中国旅游发展实践的响应和指导。     

基于耗散结构理论的千岛湖旅游地演化过程及机制

从耗散结构理论的视角,认为千岛湖旅游地是以外部自然与社会经济环境为支撑,以吸引物子系统、设施子系统、服务子系统和支持子系统为基础的旅游地耗散结构系统(TDSS)。分析了其演化过程,认为从1959 年新安江水库建成到1981 年“富春江-新安江”被确定为国家首批重点风景名胜区,千岛湖旅游系统处于萌芽状态,各子系统尚未完善成形;1982 年至1994 年为系统形成期,各子系统发展逐渐完善,旅游系统整体效应开始初步显现;从1995 年起,千岛湖旅游地系统进入发展期,各子系统基本上发育成熟完善,子系统之间相互作用明显,系统的整体效应显著;2000 年以后,千岛湖旅游地系统处于优化发展状态,各子系统之间进一步协调发展,旅游系统整体效应大大增强,并推动了旅游地的转型发展。探讨了其演化机制,认为旅游地系统演化的本质是耗散结构的负熵输入过程,系统要素的非线性作用是其演化动力,并通过基于外部环境和政府主导的中心控制的系统他组织与基于供给与需求、人地关系、区域协调以及利益主体平衡四类非线性作用的系统自组织而实现。     

城镇化与生态环境“耦合魔方”的基本概念及框架

城镇化与生态环境耦合系统是人地关系地域系统的重要一环,面对新时代全球尺度的远程联系、时空压缩与社会经济重构,传统的研究框架急需转型和升级。借鉴人地关系地域系统、远程耦合和星球城市化等理论,从复杂性科学视角出发,首先解析了城镇化与生态环境耦合系统的内涵,进而从空间、时间、表象和组织四个维度,提出了一个解释城镇化与生态环境耦合机理的分析框架——“耦合魔方（CHNC）”,并论述了其概念、内涵、演化规律和分析框架：魔方中的系统与系统、系统与要素、要素与要素间通过各种“耦合线”相互联系与作用,形成一个彼此嵌套、相互联系、对立统一的有机整体;魔方的旋转代表了不同地域间城镇化与生态环境的时空非线性耦合作用,系统通过不断能量交换,产生临界相变与整体涌现性,长期处于有序与无序之间的中间状态;“耦合魔方”包括近远程耦合、近远期耦合、组内间耦合和显隐性耦合,共四个维度,八种类型。重点剖析了远程、远期、组间和隐性耦合的科学内涵、研究方法与典型案例,并形成更具普遍意义的人地关系耦合矩阵。“耦合魔方”为揭示城镇化与生态环境耦合系统的演化和机理提供一个更加全面系统的跨学科研究范式,拓展了人地系统耦合研究的分析维度,为面向人类福祉的区域可持续发展政策制定提供科学支撑。