中国城市体系等级结构及其空间格局——基于DMSP/OLS夜间灯光数据的实证

完善的城市体系可以不断优化各个城市的时空资源并强化区域城市的集聚效应,切实推动区域可持续发展与城市综合效益最大化。受惠于城市因素流与城市作用潜力的显著相关关系,节点体系研究可以准确测度城市体系内部各个城市之间的相互作用关系,又避免了功能体系研究所需矢量数据的难以获取与测算庞杂,而DMSP/OLS夜间灯光遥感数据可以综合地定量测度城市地区人类活动的广度与强度。基于夜间灯光指数的引力模型定量测度中国341个城市之间的相互作用关系,并通过二阶段聚类法综合分析其城市体系等级结构与空间格局。中国节点城市被划分为7 大国家节点城市（包括北京、天津、上海、广州、重庆、哈尔滨与沈阳）、26 个区域节点城市与107 个省域节点城市,而中国城市体系则被划分为2 个国家城市体系（北方城市体系与南方城市体系）、8 个区域城市体系（华北城市体系、东北城市体系、西北城市体系、黄河中游城市体系与华东城市体系、华南城市体系、西南城市体系、长江中游城市体系） 与31 个省域城市体系。城市体系的地域范围是相对的、局部的,没有明确的识别界线,不过通过对基于DMSP/OLS夜间灯光数据的中国城市体系等级结构与空间格局与顾朝林实证研究的分析结果进行进一步的综合比对评估,总体而言,基于DMSP/OLS夜间灯光数据对城市体系的等级结构与空间格局进行实证研究是可信的和可行的。     

城市中心体系研究的理论基础与分析框架

“经济—空间”视角下城市中心体系的理论与实证研究之间缺少相互衔接的分析框架。论文通过对经典理论的系统归纳与演绎,建立整体视角下理解城市中心体系形成与发展的理论框架,将城市中心体系的发展规律概括为空间竞争和空间联系2个机制,体现在本地服务功能和非本地功能的空间组织过程,分别形成等级网状结构和专业化点状结构,并相互融合形成“半网格”的城市中心体系,扮演着本地与宏观区域结构之间的“转换发动机”。最后探讨了对实证研究的若干启示,提出城市中心的定义和识别方法应注意与理论研究相互衔接;认为城市中心的本地/非本地功能特征及相应的发展机制亟待实证;认为中心及其空间影响的调控潜力是制定规划政策的前提。     

复杂网络视角下的城市人流空间概念模型与研究框架

城市内人流特征研究一直是城市地理学和城市空间研究的重要领域之一。针对已有相关研究存在仅侧重于从人口规模、密度视角分析空间分布及格局特征,而对隐藏于空间分布背后,因人流动而建立的空间交互关系关注不足的问题。本文以流空间理论、复杂网络理论、空间行为交互理论为理论基础,立足基于流、网络剖析城市内部空间中各要素间的相互作用及关系,选取人流为观测研究对象,将城市空间、人、设施、服务和地理环境等要素之间的互动关系抽象为网络,提出了基于复杂网络视角的城市人流空间概念模型。在此基础上,进一步构建了城市人流空间研究框架,即基于理论融合、数据支撑与研究方法的整合创新,以探究人流视角下的城市空间特征、功能结构、人流与建成环境时空耦合关系及流动的时空模拟预测为重点的研究内容体系,并探讨其在规划实践业务中的方法技术支撑与应用拓展。以期为未来开展实证研究提供指导,提升城市感知数据在城市空间规划及管理中的应用价值,丰富“以流定形”的理性城市规划方法体系。     

中国城市体系的空间格局研究评述与展望

构建科学合理的城市空间格局,是推进中国新型城镇化的重要内容.本文从中国城市体系的空间分布与空间结构、等级规模结构、职能结构与城市网络的空间格局等方面,对国家尺度城市体系的空间格局现状特征、演变过程及形成机理等方面的研究进展进行了梳理,并据此得出:当前基于社会经济发展的中国城市体系的空间格局研究虽较多,但仍需深化和完善;基于生态环境和自然资源安全的城市体系的空间格局研究较少,不能满足现实需要;而城市体系空间格局优化理论与合理性评价研究较为缺乏,系统模拟与优化模式研究则更为薄弱.因此,未来应在深化和完善现有研究内容的基础上,强化中国城市体系的生态安全格局、资源环境格局、经济社会发展格局的空间耦合研究,加强中国城市体系空间格局的优化理论、合理性评价方法、系统模拟方法、优化模式及优化对策研究,并形成综合集成体系.     

基于重力模型的中国城市体系空间联系与层域划分

新中国成立以来,中国大陆城市体系空间格局发生了深刻的变化。传统的城市体系空间联系主要从人流、物流、技术流、信息流、金融流进行数据的收集和分析,也有运用图论原理进行Rd链分析。近来,随着社会主义市场经济的迅速发展,城市之间的联系变得异常复杂、数据不易得到。本文试图运用重力模型方法对中国城市间的空间联系强度进行定量计算,据此刻画中国城市体系的空间联系状态和结节区结构。从研究结果看,所得结论与实际情况基本吻合。     

大数据时代城市时空间行为研究方法

信息技术的快速发展带来了“大数据”时代的到来,改变了城市的空间组织和居民行为,并使得城市时空间行为研究方法面临变革。本文在总结传统城市时空间行为研究方法存在问题的基础上,对影响其变革的数据获取与处理技术进行梳理,重点从居民时空行为、城市空间及城市等级体系3个方面综述了国内外应用大数据进行城市时空间行为研究的最新进展,构建了基于大数据应用的城市时空间行为研究方法框架。本文认为,大数据时代城市时空间行为研究方法的变革主要取决于对反映居民时空行为的网络或移动信息设备数据的挖掘、处理及应用,但是还需要进一步推动相关学科间的交叉与融合,加强社交网站等网络数据在居民时空行为和城市空间研究中的应用,并指导城市规划编制与管理方法的创新。     

基于智慧城市的可持续城市空间发展模型总体架构

在智慧城市建设上升为国家战略的大背景下,以城市人口、经济、资源、环境等历史数据分析为基础的传统城市空间发展模型面临着数据来源与研究框架的革新。本文首先阐述了智慧城市与可持续发展理念产生的时代背景、概念内涵、相互关系,进而在梳理国内外可持续发展视角下的城市模型相关研究基础上,认为智慧城市建设为城市模型研究提供了更为精细、实时、全面的数据来源,拓宽了城市模型研究的时空尺度,并在城市系统运行模拟与仿真方面提供新的技术手段。本文从城市数据监测采集与互联共享、城市系统运行问题梳理与综合分析、城市空间发展模拟仿真与决策评估、城市空间发展规划体系4个层面尝试构建基于智慧城市的可持续城市空间发展模型总体架构,对于丰富城市可持续发展研究理论框架,指导智慧城市空间规划与建设实践具有重要意义。     

多元交通流视角下的空间级联系统比较与地理空间约束

交通运输联系是区域空间级联系统与城市体系结构研究的重要视角之一,而不同交通运输方式表达的级联体系结构亦存在一定的差异。为综合研究交通运输体系刻画的空间级联系统及克服单一交通方式的局限性,基于长途汽车、高铁和航班时刻表数据,比较分析了多元交通网络的空间级联体系结构及其表达的城市网络组织体系,并进一步揭示了地理空间的约束作用。研究发现：① 每种交通运输方式适合在一定的空间尺度和行政范围内刻画和表达城市网络体系结构与城市联系,公路客运受省域行政范围约束,高铁联系具有廊道影响效应,航空运输体现全国和区域尺度较高层次的社会经济联系。② 从旅客直达视角分析,长途汽车与高铁的城际运输市场重叠最大,近年来长途汽车的运输市场受高铁影响明显。③ 地理空间是影响陆路交通运输和组织的重要约束因子,距离衰减效应明显;结合设施空间、行政空间和管理体制的作用,长途汽车和高铁运输在空间上形成分异的社区结构;航空运输由于具有超空间连接特性,既不遵循距离衰减规律,社区结构也并不明显。     

20世纪90年代以来我国商务办公空间研究综述

对上世纪90年代以来我国商务办公空间的文献进行系统全面综述,总结办公空间研究的内容体系,包括对办公活动、办公业的概念讨论、办公空间的区位与布局研究、办公产业空间、总部经济空间、城市CBD空间以及商务办公空间与城市发展的互动关系等方面;概括了商务办公空间研究的理论框架和研究方法演变,前者包括基于办公空间选址的空间区位论、基于集聚与扩散趋势的办公空间结构论和基于企业行为主体的空间决策论,后者包含从简单的定性描述到注重理论解释、数量和模型化趋势等演变过程.展望未来,办公空间的研究将会是地理学研究的一个热点,无论是研究内容、理论框架和研究方法,都将会进入一个高峰期.     

基于引力模型的城市空间互相关和功率谱分析——引力模型的理论证明、函数推广及应用实例

空间相互作用是先于城市体系而存在的重要概念 ,引力模型是描述空间相互作用的基本函数之一 ,但引力模型的理论基础不明确而且实际应用有局限。本文首先从城市地理系统的广义分形假设出发 ,推导出引力模型的幂函数形式 ,使其从一个经验模型上升为理论模型 ;进而引入时变函数和时滞参数将引力模型推广为更为一般和更加实用的形式 ,为发展城市引力过程的空间互相关分析和功率谱分析方法奠定了理论基础。借助 194 9～ 1998年 5 0年的人口演化数据 ,以北京 -天津的空间相互作用为实例 ,对基于城市引力关系的空间作用进行了相关分析和波谱分析 ,从而提供了城市网络空间相互作用广义引力分析的典型范例。     

Spatiotemporal data model for network time geographic analysis in the era of big data

There has been a resurgence of interest in time geography studies due to emerging spatiotemporal big data in urban environments. However, the rapid increase in the volume, diversity, and intensity of spatiotemporal data poses a significant challenge with respect to the representation and computation of time geographic entities and relations in road networks. To address this challenge, a spatiotemporal data model is proposed in this article. The proposed spatiotemporal data model is based on a compressed linear reference (CLR) technique to transform network time geographic entities in three-dimensional (3D) (x, y, t) space to two-dimensional (2D) CLR space. Using the proposed spatiotemporal data model, network time geographic entities can be stored and managed in classical spatial databases. Efficient spatial operations and index structures can be directly utilized to implement spatiotemporal operations and queries for network time geographic entities in CLR space. To validate the proposed spatiotemporal data model, a prototype system is developed using existing 2D GIS techniques. A case study is performed using large-scale datasets of space-time paths and prisms. The case study indicates that the proposed spatiotemporal data model is effective and efficient for storing, managing, and querying large-scale datasets of network time geographic entities.     

元胞自动机的地理过程模拟机制及扩展

地理空间、地理梯度、地理流和空间关系是经典地理学进行地理过程分析常用的4个基本概念,元胞自动机(CA)作为复杂空间系统研究的重要工具。分析表明,其与经典地理过程分析理论具有类似地表达机制,因而能有效地进行地理过程模拟。但由于标准CA是一种更广泛抽象的空间模型,其对地理特征的描述存在一定局限,限制了其更真实地模拟地理过程的能力。论文提出了基于地理特征的CA概念模型,深圳特区土地利用演化的实证研究表明,地理特征CA概念模型具有极大的应用价值。     

地理大数据挖掘的本质

针对地理大数据的内在本质以及地理大数据挖掘对于地理学研究的意义,本文解释了地理大数据的含义,并在大数据“5V”特征的基础上提出了粒度、广度、密度、偏度和精度等“5度”的特征,揭示了地理大数据的本质特点。在此基础上,从地理大数据的表达方式、地理大数据挖掘的目标、地理模式的叠加与尺度性、地理大数据挖掘与地理学的关系等4个方面阐述了地理大数据挖掘的本质与作用,并从挖掘目标的角度对地理大数据挖掘方法进行分类。未来地理大数据挖掘的研究将面临地理大数据的聚合、挖掘结果的有效性评价以及发现有价值的知识而非常识等几方面的挑战。     

自然地理因素对城镇体系空间结构影响的样式分析

由于微波可以对地表的微起伏、建筑及地表粗糙度等具有敏感的响应,使得雷达遥感在这些方面研究中成为最有用的工具之一。本文利用由加拿大遥感中心 PCI提供的Radarsat Scan SAR数据,对黄、淮、海平原城镇体系空间结构提出自然因素影响下的样式研究。自然条件是城市形成和发展的自然基础。本文通过自然地理因素中水文 (河流、古河道 )、地形这两个重要要素对城镇体系空间结构形成的影响,分析了华北平原区在不同要素影响下的城镇体系空间结构样式 :1在水源充足的准“均质”河北冲积平原上,基本满足六边形形成条件,但由于周边中心地发展竞争力不同,故使得正六边形发生畸变——覆盖面积减小而周长却保持不变 ;2构建了在一条河流影响下的六边形网络结构朝五边形网络演变的模型 ;3构建了在平行状河流作用下六边形网络向四边形网络演替的模式 ;4指出了在水源充足的狭长地理空间,城镇体系空间结构发育成等间距的现象与原因。     

地理计算及其前沿问题

地理计算是地理信息科学的核心内容之一， 主要研究地理信息科学的方法学问题， 内容 包括建模、算法、计算体系和一般方法学问题。本文介绍了地理计算的五个前沿问题: (1)地学数据 挖掘从地理学问题出发， 对各种数据作地理学的模型处理和结果计算以发现地理知识； (2)空间运 筹在地理学中的应用日益广泛， 它的算法更加简单严密、精度也更高； (3)多自主体系统模拟已经 成为地理学科学研究中除归纳和演绎之外的第三种重要研究方法； (4) 离散空间的定性计算是进 行地理空间计算的必要基础； (5)本体论的发展是地理信息科学乃至整个地理学发展的需要。     

Spatial chromatic model in high-dimensional spaces and the uniqueness of chromatic code: a new perspective of geographic entity–space relationship

The abstraction, representation, and computation of entity–space relationship are keystones of geographic information science (GIS). The newly proposed spatial chromatic tessellation (SCT) provides a novel model to explore this relationship. SCT has demonstrated a variety of potential applications in GIS, such as reasoning spatial topology, point pattern analysis, and Voronoi diagrams. This study aims to theoretically investigate SCT by focusing on two aspects: (1) extending SCT to higher dimensional spaces. Results show that cells missing in lower dimensional spaces are hidden in higher dimensional spaces; (2) exploring the uniqueness of chromatic codes, particularly the chromatic codes of 2-cell and 3-cell clusters: their codes are proved to be unique. In a mathematical perspective, the observed phenomena from the above two aspects bring some new thoughts into the first law of geography and spatial heterogeneity. Based on these new understandings of entity–space relationship, SCT is replaced by spatial chromatic model (SCM) in which spaces are created by entities themselves rather than by partitioning the space preexisted. This makes a change from an absolute geographic space to a relative geographic space.     

GIS空间数据库的"一库两用"策略研究

GIS有两种普遍的应用需求:空间分析和数字制图,但两种需求对空间数据的要求不完全一致,导致空间数据在同一GIS中无法充分共享。该文探讨能够同时满足两种需求的GIS构建方法。分析地理空间数据存在的冲突,引入"一库两用"思想,建立空间分析型数据模型;利用专家系统机制实现空间分析数据向数字制图数据的转换,转换过程中补充的信息源于专家知识库。该研究有助于解决GIS中数据不一致问题,使GIS更实用、功能更完善。     

虚拟地理环境的多维数据模型与地理过程表达

该文通过剖析虚拟地理环境所表达的地球表层空间与其在计算机空间的映射之间的关系,定义了一维、二维、三维及多维虚拟地理环境;指出虚拟地理环境与传统地图、GIS的区别及联系。阐述近年来虚拟地理环境研究对地理学乃至地球科学研究方法和手段的影响以及对地理科学思维方式和重点研究领域的影响。     

GIS research to address tensions in geography

The rise of Geographic Information Systems (GIS) technologies has been producing powerful tools for spatial data processing, management, analysis, modeling, and visualization. While supporting many tasks, GIS technologies have evoked new thinking and advanced intellectual inquiries in geography. Technological advances in other fields often stimulate new research questions and lead to revolutionary discoveries. The Hubble telescope revolutionizes our understanding of the universe, and 3D digital microscopes transform our knowledge of the coordination among biological, neurological, and physiological systems in living organisms. Can GIS claim similar revolutionary effects on geography? The answer is much up for debate. With GIS technologies, geographic studies can explore a broader extent across multiple scales in space and time and tackle problems through increasingly complex spatial statistics, visual analytics, computation, simulation, machine learning, and artificial intelligence. Both the Hubble telescope and 3D digital microscope were built based on scientific research that subserves the technological advances for inquiries into space and life systems. Likewise, GIScience research innovates GIS methods that enable novel geographic investigations and therefore contribute to geographic knowledge production. For the sake of simplicity, the term GIS used here represents both GIScience and GIS technologies. This essay attempts to clarify the intellectual contributions of GIS to geography on the following two questions: (1) What novel geographic thinking is driven by GIS? (2) How may GIS provoke new geographic inquiries and knowledge? Building on Nystuen's notion of four tensions that trigger geographic questions, the essay discusses how GIS innovations mediate historical tension, space‐time tension, dimensional tension and scale tensions.     

城镇产业布局基础空间信息数据库系统的设计与实现

建立城镇产业布局基础空间信息数据库的目的是避免城镇基础空间数据集的重复采集,减少浪费,协调空间数据的使用,加强对信息资源有效而经济的管理。针对城镇产业布局分析中对基础数据的实际要求,综合利用地理信息系统技术、数据库技术和空间数据库引擎技术,设计了城镇产业布局基础空间信息数据库的系统框架结构和建库技术路线,并在此基础上建立了一套分布式城镇产业布局数据库原型系统。该系统能够对城镇产业布局分析相关的海量空间数据进行有效的组织、管理和应用,并预留了数据接口,可为相关的城镇产业布局分析软件提供数据支持服务。此外,该系统还可实现不同部门和用户的数据共享,为城镇建设决策提供数据支持。