基于分形理论的城市群城市结构研究

The project is targeting the three major urban in the Northeast of China, using fractal theory and methods, in-depth analysis of the urban structure characteristics of urban agglomerations and study the health situation of the urban agglomerations development from three aspects: scale structure, spatial structure and transportation network. In order to reveal the fractal evolution rule of urban structure, fractal dimension is estimated by the different spatial dimension on the rating scale structure of the urban agglomeration, the algometric growth relationship between the population measurement and output value measurement is established by using the urban system generalized dimension analysis method,from random aggregation, spatial equilibrium and space-related degrees in three dimensions to compare the spatial structure of the urban agglomeration, the transportation network covering formation and accessibility are researched. The urban structure relations and the future trends of the urban agglomerations are make clear through the comparison between the three major urban agglomerations, then the research results provide the scientific theoretical foundation for the development plan and correlation study of the northeast region, and it also gives the policy suggestions for the urban structure and function optimization of the urban agglomerations.

本项目以东北地区三大城市群为对象，利用分形理论与方法，从规模结构、空间结构和交通网络三方面深入分析城市群城市结构特征，研究城市群结构发育的健康情况。通过不同空间维数对城市群等级规模结构进行分维测算，利用城市体系的广义维数分析方法建立人口测度和产值测度的异速生长关系，从随机聚集度、空间均衡度和空间相关度三个维度对城市群空间结构进行比较，研究城市群的交通网络覆盖形态和通达性，以此来揭示城市结构的分形演化规律，并通过三大城市群之间的比较，明确城市群城市结构之间的关系和未来变化趋势，研究结果可为东北区域的发展规划提供科学理论基础，为城市群的城市结构与功能优化提出政策性建议。

本项目运用分形理论和方法全面深入地研究了中国东北地区三大城市群城市结构的分形特征。主要内容与结论有（1）从分形理论在城市规模结构研究中的应用入手，以Hausdorff维数为依据，通过Zipf公式对东北地区三大城市群规模结构进行了分维测算。结果表明东北城市群具有分形特征，三个城市群人口分布比较均衡，首位城市规模不是很突出，中小城市发育比较成熟；（2）利用城市体系时空演化的广义维数分析方法从人口和工业产值角度研究了辽宁省城市体系异速生长关系，得出辽宁省东部及中西部城市人口广义分形退化，需要城市系统自身进行自组织优化。从人口和产值综合要素的空间分享能力看，由于辽宁省人口要素的权重是产值要素的4倍之多，因此其城市对资源的空间分享能力排序基本同人口要素的排序，大连的综合增长趋势最高，盘锦、沈阳、葫芦岛、营口较高，而铁岭、朝阳、鞍山较低。辽宁省的城市对资源的分享能力主要取决于人口发育状况，其城市人口要向沿海城市集聚，而工业要向北部城市发展；（3）研究东北三省城市人口—城区面积的异速生长关系，研究结果表明辽宁省的土地资源得到了高效利用，而吉林省和黑龙江省的土地利用存在着浪费，在土地规划中引导城市建筑向高空发展，限制城区的无规蔓延；（4）利用城市动力系统的异速生长模型和城市产出的C-D函数，研究东北地区副省级城市沈阳、大连、长春、哈尔滨这四个城市的人口、土地和产值之间的动力相似关系。研究结果表明这四个城市的人口增长为城市带来的经济效益比土地扩张要大，推动城市的经济发展要以引进人口为主，注意土地的集约利用；（5）运用分形理论，对东北三省城市体系空间结构进行定量分析。通过计算空间聚集维数和空间关联维数，分析其空间结构特征；（6)运用分形理论，对东北三省交通网络进行定量分析。通过计算交通网络的空间关联维数，分析其网络覆盖形态及空间分布特征。研究结果表明，各省交通网络具有明显的分形特征，发育较为成熟，整体通达性较好，应充分利用发达的交通网络来带动经济的发展。结合研究结论，对东北地区城市群的城市结构与功能优化提出政策性建议，为东北区域的发展规划提供科学理论依据。