地理学视角下城市复杂性研究综述——基于近20年文献回顾

城市作为组织结构复杂的开放人地地域系统,一直是地理学的研究核心之一。论文以2000—2020年相关文献为数据源,构建一套定量分析与定性认知相结合的文献分析判读体系,基于地理学视角从概念内涵、研究主题、技术方法等方面综述城市复杂性研究成果并开展讨论。过去20 a来,中国的城市复杂性研究逐渐从单尺度的格局、过程和机制研究转向于多尺度下复杂交互过程的集成与综合研究,并逐步形成了城市设施网络、城市人居环境、城市经济活动以及城市空间治理4个主要主题,在数据方法上逐步转向于空间技术及社会计算支持下的全景式全生命周期数据支撑的多维场景化分析。今后及未来一段时期,地理学视角下的城市复杂性研究需要进一步加强城市数字基础设施建设及全周期信息采集能力,加深对城市生态经济体系的综合测度及监控,增强跨区域发展机制影响下的城市流空间研究。     

国外城市交通系统的空间研究进展

城市交通空间研究历史悠久,最早追朔到19世纪初,整体上经过了萌芽探索（19世纪初至19世纪末）、深化发展（20世纪初至50年代）、快速发展（20世纪60年代至80年代）和丰富全面（20世纪90年代以来）四个阶段：研究领域主要集中于交通—城市空间耦合、城市交通空间通达性、空间句法及形态、空间复杂性等方面,其中交通—城市空间耦合研究历史久远,贯穿始末,空间通达性兴起于20世纪60年代,空间句法集中于20世纪70-80年代,空间复杂性则起步较晚,兴盛于21世纪初;整体上,国外城市交通空间复杂性研究薄弱,集成复杂系统科学理论／方法,结合GIS地计算的城市交通空间复杂性规律研究势必成为未来研究的重心和中心。     

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.     

中国城市间金融网络的空间演化及其影响因素

基于中国金融业企业网络数据和链锁网络模型建立城市网络,在解析金融网络空间格局的基础上,定量识别与测度了金融网络的影响因素,并探讨了关键因素的作用机理。研究发现：中国城市间金融网络的中心性体系呈现空间指向和路径依赖的特征,链接关系呈现纵深关联和层级分化的特征,核心―边缘结构呈现逐渐深化和有序分布的特征;关键资源、空间距离、区位条件和历史基础是影响金融网络空间格局的关键因素;择优链接、地理邻近和空间集聚是金融网络生长发育的动力机制。在网络发展环境下,中国城市化政策需要做出相应调整,支持城市在金融网络中选择差异化的发展路径,充分发挥金融网络对城市经济增长的供给引导功能,同时在更大空间尺度上推动城市之间的网络协作。     

基于政府采购活动交易数据的东北地区城市网络研究

政企联系是企业外部联系的重要组成部分,基于政府采购活动交易数据构建的城市间供需网络可为城市网络研究提供一个新的视角。采用2018年中国政府采购活动的交易数据,构建东北地区供需城市网络,结合GIS空间分析和社会网络分析方法,揭示东北地区城市网络的空间联系格局和网络结构特征,并对其影响机制进行探讨。结果显示：中央项目层面,空间联系结构呈现出以长春为辐射中心,以哈大城市走廊为主要轴线的联系格局;地方项目网络主要表现为三省内分别以哈尔滨、长春及沈阳为中心的辐射状联系特征;且两种网络涉及节点和联系轴线数量明显不同。哈尔滨、长春及沈阳三大省会城市在网络中占据绝对中心位置,主要扮演着供应商的角色,同时城市网络中存在多个凝聚子群。基于政企联系的东北地区城市供需网络的空间结构受城市经济实力、行政壁垒、地理距离、项目预算来源以及政策引导等多方面的影响。     

世界城市网络研究方法论

20 世纪70 年代以来,随着全球贸易自由化的进程、多国公司逐渐确立了其经济全球化主要组织载体的地位以及国家决策权向城市的分散,国家作为独立的经济单元的重要性下降,国际竞争日渐被具体化为以城市为核心的区域间的竞争;城市作为经济单元的重要性迅速上升,成为全球治理体系中的重要行动者。作为全球经济的组织节点,世界城市按其在全球生产过程中的作用与地位的不同而构成具有一定经济控制能力和社会经济联系的网络体系。世界城市网络研究立足于世界/全球城市和世界城市体系中的城市间关系研究,经由基础设施、企业组织和社会文化等多个研究途径,以定量化的分析方式揭示了世界城市间的关系并探讨了世界城市网络形成的多重动力机制,是学术界对当代交通和通讯技术变革、企业组织变革及全球治理方式变革等对世界城市发展所施加影响的积极回应。最后,本文从城际关系秩序、空间组织逻辑、关系型数据的生产和获取、空间尺度和城市经济类型对城市网络的影响等5个方面探讨了世界城市网络研究对中国相关领域研究的借鉴和启示。     

国内外城市新区发展理论研究进展

基于梳理城市新区研究的发展脉络,国外城市新区的研究可分为3个阶段：1）19世纪90年代至20世纪50年代以功能疏导和社会需求为研究导向,研究领域包括城市新区的功能形态、卫星城开发实践等;2）20世纪50―90年代以功能平衡和经济需求为研究导向,研究领域包括新城开发、新产业区等;3）20世纪90年代以来以政策引导和生态需求为研究导向,研究领域包括生态新城、郊区化与边缘城市、城市新区规划设计、新区产业与社会问题等。与之相比,我国的城市新区研究也大致分为3个阶段,依次是1978年至20世纪90年代初的国外理论借鉴研究,20世纪90年代至21世纪00年代初期的开发区研究,以及21世纪00年代以来的综合型城市新区研究,相关研究领域包括产业发展、土地利用、空间结构、交通发展、管理体制、生命周期与转型,以及城市新区开发个案等。国内外研究在研究背景和目的、研究内容、研究方法上都具有显著差异。此外,文章还展望了我国城市新区未来的主要研究方向：1）城市新区开发对城市空间增长的作用;2）城市新区的演化及其生命周期;3）基于节约理念的城市新区开发模式;4）城市新区开发研究方法的应用。     

1990年代以来基于重力法的中国城市网络结构复杂性分析

以城市非农业人口作为城市质量,以空间直线距离分别在距离衰减参数b=1和b=2情况下作为空间联系的衰减方式,采用重力引力模型对全国地级城市进行了城市网络的构建,选取最大城市联系强度网络结构进行复杂性分析,借鉴复杂网络分析中的度、网络结构熵及网络标准结构熵等概念研究城市体系空间组织,这样将地理空间约束机制的概念引入到统计物理所忽略的复杂网络研究中,也为城市体系研究带来了新视角。分析得出了1990年代以来"大集中、逐步小分散"的城市网络组织的基本结论,最后对全国城市体系进行了空间等级划分。     

中国城市群技术知识单中心与多中心探究

城市空间组织的多中心、网络化特征受到区域经济研究关注。但由于发展阶段、空间尺度、研究视角的差异,城市区域多中心格局有待商榷,知识经济时代解读知识流作用下的城市空间组织应成为经济地理学重点破解的命题。基于中国知识产权局2014年申请和联合申请发明专利数据,运用社会网络分析法和基尼系数,从知识生产和知识网络层面,对京津冀、长三角、珠三角、长江中游、成渝五大城市群技术知识形态多中心和多尺度功能多中心进行测度。研究发现：① 城市群技术知识创新呈现网络化模式,但在形态和功能上多呈现单中心格局,与已有研究基于城市间基础设施联系、企业联系、科学知识联系广泛认同城市群呈现多中心格局的观点不同;② 城市群技术知识网络结构具有空间异质性,国家尺度技术知识流强度的空间不均衡性更加显著,强联系由少数核心城市控制;③ 形态和功能多中心程度存在区域差异,同城市群创新基础、经济实力、协同发展水平有关;④ 功能多中心程度具有尺度敏感性,区域尺度功能多中心程度高于国家尺度。研究结论有助于引发对城市空间组织理论的再思考。     

全球城市技术合作网络的拓扑结构特征与空间格局

采用2015年PCT专利数据,构建全球城市技术合作网络。利用复杂网络分析和空间分析方法研究全球城市技术合作网络的拓扑结构与空间分布。研究发现：拓扑结构上,全球城市技术合作网络的密度较低,城市节点对外联系强度极不均衡。网络为无标度网络,社团结构明显。空间格局上,全球技术合作网络中城市节点的专利总量和对外联系次数都呈一定区域性,城市节点主要通过全球知识网络获取知识。巴黎和东京无论是专利产出还是合作数量都具有领先优势,对外联系紧密,枢纽性强。网络中城市节点度中心性的空间分布上与专利产出的分布格局基本相同,而介数中心性的分布格局更为集中。     

基于个体网交易约束的北京市产业网络结构规模绩效分析

区域产业间规模差异性是各产业间竞争与合作的表征性结果。这种竞争、合作建立在产业间的供给—需求交易关系之上。产业间的多向供给—需求联系构成了复杂的交易关系网络。本文利用2002 年北京市投入产出表数据,构建了42×42 产业的（0,1）两值对称的链接交易网络,分析了该网络的结构特征及其外部绩效。研究结果发现：① 北京市不同产业的交易产业数量差异悬殊,各产业的交易链接网络规模为线性分布,网络有效规模表现为指数分布;② 北京市废品废料、服装皮革羽绒及其制品业、金属矿采选业、非金属矿采选业等10 个产业受到的网络约束最大,各产业约束量随产业交易网络规模的扩大而趋于减少,表现为非线性变动;③ 北京市各产业的网络竞争结构可以分为强约束—非均衡—小网络型、中约束—中均衡—中规模网络型、微约束—高均衡—大规模网络型,分别有13 个、18 个和8 个产业;④ 网络约束量、约束层级系数、制造业虚拟哑变量均对产业规模均产生了负向影响。交易约束量、制造业虚拟哑变量对产业规模的影响最大,且产业规模变动中的前者相对贡献要大于后者。网络交易约束量对制造业的绝对影响要小于非制造业。     

基于企业母子联系的中国跨国城市网络结构——以中韩城市之间联系为例

从基于企业活动为城市经济活动的主要动因、企业组织联系为城市网络基础的认识出发,以企业跨国母子组织联系为根据,建立网络基本要素和联系密度等概念与指标。以中韩城市联系为例,分析了中国城市跨国网络结构特点。结果表明:跨国城市网络不断扩大的同时,网络基本要素分布呈现区位倾向性,集聚于环渤海和长三角;城市对和结点城市联系密度位序—规模分布显著,形成青岛、上海、北京、天津与首尔主导轴和青岛、天津、上海、北京等主导结点;城市对和结点城市的联系密度规模位序不断调整,同时在高位序群中保持相对稳定性;结点城市呈现专门性、综合性的分化,如北京和上海显示综合性,青岛和天津显示专门性等;受企业母子相互关系影响网络联系键具有矢量性,进而结点城市中形成源结点和受结点之分。     

中国城市空间关联网络结构的时空演变

使用复杂网络的分析方法,研究了1983-2006 年中国城际航空网络的空间结构特征和格局变迁。主要结论有：① 城际航空网络作为典型的小世界网络,网络的稠密化趋势显著;②“轴-辐”空间组织模式已成为我国城际航空网络发展的基本模式。已形成以北京、上海、广州和深圳为轴心,以其他城市与轴心的空间联系为“辐网”的多轴心网络。同时,以乌鲁木齐和昆明为单轴心的两个相对独立的局部“轴-辐”网络日益完善;③ 城际航空网络演进效果具有明显的区域差异性,呈现出“鞍型”模式。东部比中西部地区航空的网络结构更加完善;④ 城际航空网络城市之间的空间关联表现出社群结构特征。枢纽性城市、地域邻近的城市以及城市职能相近的城市之间具有相似的空间关联特征;⑤ 随着城际航空网络的演进,35个大中城市在网络中的枢纽性地位表现出差异化趋势。此外,黄山、丽江等旅游城市、大连、青岛等沿海城市以及拉萨等西部城市航空联系的空间指向性特征明显。     

中国海洋科研合作网络的空间联系

将中国海洋科研合著论文作为衡量海洋科研合作网络的重要指标,借助复杂网络分析方法及可视化软件,分别对2007和2017年海洋科研合作网络的整体结构特征和空间差异进行分析.结果表明:1)海洋科研合作网络具有明显的"小世界"和"无标度"特征,具有较强的通达性和集聚性,网络的开放程度有所提高,但同时呈现离散趋势和不均衡特征.2...     

A Review of: “Three Dimensional Applications in Geographical Information Systems”. Edited by J. RAPER. (London: Taylor & Francis, 1989.) [Pp. 189.] Price £30·00. ISBN 0850667763.

Studies on the structural properties of road network and its close relationship with the traffic flow distribution have received intensive interdisciplinary attention. However, most of these attempts were theoretical. It is also a challenge to understand the relationship between the structure and morphology of a road network and peoples' movement. We developed a new methodology to deal with this challenge in this study. The first attempt was to apply the ego network analysis (which is rooted in social science) to the formation of hierarchical road networks. Then, the ego network was improved to become weighted ego network by assigning a weight to each of the links in a network. A measure called weighted average centrality rank is developed to define the order of links in a complex network. The ego network and the weighted ego network are both evaluated with a notional network and two sets of real-life road networks. Traffic flow data were used as a benchmark for the evaluation of the two approaches. The results show that they both perform well. But the hierarchies formed by weighted ego network analysis are more consistent with the real-life traffic flow, and the improvement is clearly observable.     

中国城市网络关联格局的演变及影响因素：基于企业网络视角

基于企业网络视角,利用隶属网络模型,研究中国城市网络关联格局的演变,利用QAP模型识别影响因素,结果发现：（1）网络整体呈现扁平化特征,城市网络在越来越扁平化的同时等级性并没有消失;（2）从网络联系趋势上看,城市之间联系越来越紧密,网络规模越来越大,但总体联系仍比较松散,且东部发育完善,中西部发育不完善,东部城市对其他地区城市的辐射作用越来越强;（3）我国城市网络存在典型的“小世界”效应且“小世界”效应越来越明显;（4）通过凝聚子群分析,发现子群数目越来越多,但是只有少数城市出现在子群中,说明联系大部分发生在核心城市之间;（5）城市规模、城市资源和生产成本对城市网络关联格局的形成有显著影响,城市规模、城市资源差距越小和生产成本差距越大的城市之间越容易发生联系,并且城市网络的发展深受历史因素的影响。     

山东省城镇网络结构与城镇网络角色识别——基于民国时期土货／洋货流通网络的分析

本文运用复杂网络分析方法,基于1932年的山东省城镇间土洋货流通的基础数据,建立了城镇间的关系矩阵,讨论了1932年时山东省城镇间土洋货流通网络的全网结构特征,并识别出网络中的城镇角色和关键链接。研究发现：第一,城镇度符合幂律分布,绝大多数城镇度值较低,少数几个城镇度值较高。网络连通性差,城镇节点度与聚集系数为负相关关...     

Exploring Co-offending Networks by Considering Geographic Background: An Investigation of Electric Bicycle Thefts in Beijing

Co-offending refers to illegal activities that are committed by multiple parties together. Little attention has been paid to co-offenders' geographic background when examining co-offender groups. To investigate the impact of geographic homophilous relation on co-offending networks, we analyzed the offender data of electric bicycle thefts in Beijing between 2010 and 2012. Geographic information system and social network analysis methods were used. Three major findings are reported in this article. Most electric bicycle thieves in Beijing are immigrants to the city, and most of them are from a number of clustered places in Central China. Most co-offender groups are formed through inward offending ties, meaning that the co-offenders are from the same town or city; however, for the cross-area co-offenders, the co-offending networks tend to be complex. For the co-offending networks formed by cross-area co-offenders, a few key areas play important roles in the formation of co-offending networks as they supply more and dynamic co-offenders. The findings have theoretical and practical implications for understanding and managing co-offending networks for Beijing's electric bicycle thefts.     

福海叶绿素含量的人工神经网络反演模型

在圆明园福海同时进行光谱测量与叶绿素测定。使用传统经验统计算法、BP人工神经网络和径向基函数(Radial Basis Function,RBF)网络,分别建立光谱值反演叶绿素浓度模型。结果表明,径向基函数网络具有结构自适应确定、输出不依赖初始权值、速度快、结果可靠、能充分利用光谱信息等优良特性,得到了相当好的拟合结果,是一种值得推广的预测叶绿素浓度的神经网络模型。     

集聚外部性、网络外部性与城市创新发展

随着高速交通技术和移动基础设施的迅速发展,城市创新活动已经不再局限于特定的地理空间,在网络空间中彼此远离但有着较强经济活动关联的城市之间是否也可以实现协同创新,目前仍缺乏经验证据。基于2001—2016年中国289个地级市宏观面板数据和微观层面上市公司数据,采用社会网络分析法、工具变量法以及空间杜宾模型等方法,定量研究了集聚外部性与网络外部性对于城市创新发展的影响。结果显示：创新要素依旧存在着向头部企业和中心城市集中的趋势,且正是这种集中所带来的集聚外部性促进了城市的创新发展;城市可通过融入经济关联网络,借助于网络外部性来提高自身创新水平;就集聚外部性与网络外部性促进城市创新发展的传导机制来看,虽然政府科教支出水平、城市基础设施状况以及高铁网络的建设是集聚外部性与网络外部性发挥的重要条件,但经济活动密度的提升所带来的集聚外部性还可以强化网络外部性所带来的创新效应,而外商直接投资活动所分享的先进技术和管理经验则帮助网络外部性突破了地理空间的限制。因此,政府在探索城市创新发展路径的过程中,就无需囿于创新要素的空间集聚这一条路径,积极融入城市群内的国际科技创新中心建设,凭借网络外部性所分享的新知识与新技术,同样也能实现创新发展。