Vol.53 No.2
Apr.2021
第53卷第2期2021年4月
西安建筑科技大学学报(自然科学版)
J. Xi'an Univ, of Arch. 6 Tech. (Natural Science Edition)
DOI
： 10. 15986/j. 1006-7930. 2021. 02. 015
范晓鹏】，庞鹏飞2
西安建筑科技大学建筑学院，陕西西安710055$ 2.西安建筑科技大学陕西省新型城镇化和人居环境研究院，陕西西安710055)
摘要
：伴随着西安城市服务辐射功能的不断加强，周边咸阳、渭南％铜川的相关区县已与西安形成紧密的经济％人口联
系•本文从交通等时圈％城市吸引力％城镇人口密度％历史文化资源密度等4个角度出发，运用遥感(RS )%地理信息
(GIS )、导航％人口经济统计等多源数据，采用多维定量计算的方法$考虑都市圈的发展能级％内部联系及空间集聚特征$ 以区县为单元进行测算$确定西安都市圈核心区％综合界定的西安都市圈空间范围•通过对西安都市圈空间特征提取与规
律挖掘，首先运用交通等时圈法划定西安都市圈空间分析范围，其次通过城市引力模型初步定量测算西安都市圈核心圈层 和扩展圈层，用经济社会数据计算研究区内各区县的综合实力，结合城市引力模型计算核心城区的吸引力范围，最后计算 各区县的人口密度和历史文化资源密度，辅助调整西安都市圈核心圈层范围.结果表明基于多源数据源综合界定的西安都 市圈空间范围更加具有合理性和科学性• 关键词：
空间范围；西安都市圈；多源数据
中图分类号：TU984；
K9O9
文献标志码：
A
文章编号：
1006-7930(2021)02-0254-11
Spatial range recognition of the Xfan metropolitan area based on multi-source data
FAN Xiaopeng 1 , PANG Pengfei 2
(1. School of Architecture $ Xi'an UnivHof ArchH6 TechH $ Xi'an 710055$China ；
2. ShaanxiInstitute ofNew Urbanization and Human Se t lements $ Xi'an UnivHof ArchH6 TechH $Xi'an 710055$China )Abstract : With the continuous enhancement of Xi'an's urban service radiation function , the surrounding districts and
countiesofXianyang $ Weinan $ and Tongchuan have formed close economic and population ties with Xi'an.This paper starts from the three perspectives of tra f icisochronous circle $ urban a t
ractiveness and urban population density , using remote sensing (RS) , geographic information (GIS), navigation , demographic economic statistics andothermulti-sourcedata.With multi-dimensionalquantitativecalculation methodstoconsiderthedevelopment
level ,internal connections and spatial agglomeration characteristics of the metropolitan area and with districts and countiesas calculation unit , the paper determines the core area of the Xi'an metropolitan area and the comprehensivelydefined spatialscope ofthe Xi'an metropolitan area.Through the extraction ofthe spatial
characteristics and the rule generaliztion of the Xi' an metropolitan area, firstly, the traffic isochronous circle
method is used to delimit the spatial analysis scope of the Xi ' an metropolitan area. The data is used to calculate the comprehensives:reng:hof:hedis:ric:sandcoun:iesin:hes:udyarea , combined wi:h:heurbangravi:y model:o
calcula:e:hea :racivenessof:hecoreurbanarea , andfina l y:hepopulaiondensiyofeachdis:ric:andcoun:yis calcula:ed:oassis:inadjus:ing:hecoreareaof:heXi'anme:ropolianarea.Theresul:sshow:ha::hespaialscope
of :he Xi'an me:ropoli:an area comprehensively defined on muli-source da:a sources is more reasonable
and scientific.
Key words : spatial scope ； Xi'an metropolitan area ； multi-source data
都市圈是区域城市化发展到一定阶段的产物， 是以超大城市、特大城市或辐射带动功能强的大
城市为核心，以核心城市的辐射距离为半径，所 形成的功能互补、分工合作、经济联系比较紧密
的区域⑴.2019年12月，习近平总书记在《推动
形成优势互补高质量发展的区域经济布局》中指 出，我国当前的区域经济空间结构发生深刻变化,
中心城市与城市逐步成为承载发展要素的主要 空间形态，在此背景下必须对区域协调发展的新
思路进行谋划⑵•随着经济全球化和区域一体化进
收稿日期：2020-11-12
修改稿日期：2021-03-20
基金项目：陕西省教育厅重点科学研究计划(20JT031)；陕西省发展改革委委托项目(Z20200005).第一作者：范晓鹏(1982—)，男，博士生，研究方向为区域规划与城镇化.E-mail ： ***************.
通信作者：庞鹏飞(1987—)，男，硕士生，研究方向为区域经济• E-mail ： ****************.
第2期范晓鹏，等：基于多源数据的西安都市圈空间范围识别255
程的推进，都市圈已成为世界主要国家和地区参与国际竞争与分工合作的重要地域单元.都市圈作为介于中心城市和城市间的空间单元，在我国城镇化格局中具有承上启下的关键作用，是大中小城镇协调发展的有力支撑［3〕，而健康的都市圈发展对缓解特大城市住房短缺、城市公共服务供给不足、环境恶化等城市病有重要作用⑷.
有关都市圈的研究引入我国后，周一星在分析中国城市概念和城镇人口统计口径时［5］，借鉴西方城市不同尺度空间单元体系，较早提出了“都市连绵区”概念［69］.随后国内出现了“都市区”“大都市区”等相似提法［1012］，虽然表述各异，但均认同都市圈的基本要素是核心城市、外围地区及两者间的紧密联系.在此基础上，国内学者将各种定性和定量的技术手段运用到都市圈空间范围界定中，具体为：一是密度集聚分布法.综合选用人口、GDP等都市圈核心特征指标，计算其占区域的比例，从而界定都市圈核心区域的空间范围.二是交通通勤分析法.通过测算外围区域与都市圈中心城市间的通勤人口占比，从而界定都市圈的空间范围.三是城市引力测算法.基于城市场强、引力、断裂点理论、加权Voronoi等算法或模
型，结合城镇体系理论，确定研究区都市圈中心城市在一定空间范围内的影响区域.四是交通等时测算法.考虑都市圈中心城市的对外交通状况，以及在不同交通方式和技术条件下，一定时间范围内能够到达的距离，以此明确都市圈的空间范围.五是网络联系强度分析法.基于手机定位数据、高铁客流、金融投资流、客车班次等大数据源，利用复杂网络、流分析等技术手段得出不同区域的联系强度.六是综合校核法.结合都市圈所处区域的生态环境资源、重大基础设施以及历史文化资源等，通过定量计算或定性分析，对都市圈空间范围进行校核［1314］.为便方法的选取，本文对以上六种方法进行了系统解析（表1）.
表1都市圈空间范围划定的常用方法分类与解析
Tab.1Cla sification and analysis of common methods for delimitation of metropolitan area 方法类别方法简介据源应用评价
都市汽车通过对都市圈内各区县中一项多用于分析空间上指标的形态聚集密度集聚分布法或的指能够—鷲市分核豊城镇人口密度、GDP等数据：析简鷲行数但］法8现城市间征的指标进行计算，分析得出分析简便易行，但无法呈现城帀间
市圈内的聚H的关联H
通过传统交通调查法或基于大历史交通调杳抽样数据或手机多用于判断中心城市与周边区县的右和甬勤分核法数据的通勤分析，分析都市圈煮；豊匚:TBAT黒联人口联系强度，但研究维度过于单交通通勤分析法内的通勤人口分布和占比，从j位皆服：加BAT互联「需辅助使用其他方法进行综合而划定都市圈空间范围.网位置服务等数据研究.
城市引力测算法基于断裂点理论、加权Voronoi
场强、引力等算法或模型，结合
城镇体系理论，确定都市圈核心各类城市的社会经济统计数据
城市其空间
围内的影响区域.
多用于测算城市的势力范围，但该
方法是由空间距离和两城市的经济
实力客观决定的，无法判断两城市
是功能互补或同质化竞争关系•
各种中心地的交通吸引范围，多用于通过当前交通条件计算城市
测法以各条交通线路上的交通流分
界点所包围的范围来表示，一
般指以某地为中心在一定时间
遥感（RS）、地理信息（GIS）、
导航等数据
交通联系的极限范围.能够最直接
反映出城市腹地范围，但研究视角
较为单一，无法呈现城市的发展水内的可及范围.
和联系.
联系分析法借助复杂网络等理论，计算各指标据的地理空间关联
度，采用门槛阈值、最大联系方法，确研究内核城市/镇的主要联系区域范围.
综核分析法基于区域历史文化、生态环境
资源等方面，通过相关定量或
性方法，核市圈.
手机信令、高铁班次、投资关
联度、汽车班次、人口迁徙以
BAT联位据
域历史资源、生境
的各类统计数据与空间数据
分析较大空间城市间的
联系，了般的空间
界，但研究指标往往需要合适的定
性选取，不同地区需要因地制宜.
对已市圈空间行
综核.了历史、生
环境等分析视角，但分析结果较为
主观.
256西安建筑科技大学学报（自然科学版）第53卷
2018年，《关中平原城市发展规划》（以下简称“规划”）明确了构建“一圈一轴三带”的总体空间格局，其中，《规划》中提及的“一圈”为由西安、咸阳主城区及西咸新区为主组成的大西安都市圈，但随着近年来西安城市服务辐射功能的不断加强，周边咸阳、渭南、铜川的相关区县已与西安形成紧密的经济、人口联系.本文将基于多源数据进一步对西安都市圈空间范围进行综合界定.
1研究方法与数据来源
综上所述，都市圈是由中心城市和周边区县组成的一种空间形态，圈域内的市场、产业、基础设施、社会、文化、制度等多方面存在一体化发展趋势，并最终实现都市圈整体的经济、社会、生态等多维度的高质量发展.在这个发展过程中，伴随着人口越来越集聚、城市间的经济社会联系越来越密切、圈域内的交通网络体系越来越完善等特征，因此交通可达、城市引力以及城镇人口密度应该作为界定西安都市圈空间范围的核心维度.同时，西安都市圈是中华民族和华夏文明的重要发祥地之一，承载了中华文明悠久深厚的历史文化，与我国其他都市圈相比，历史文化资源是西安都市圈的核心特优势之所在.
了可、城市、城人口密历史个，行西安市圈空间范围界定.①公路等时交通圈划定方法：运用手机信令和百度热力图数据选取出行基点，通过百度地图、高德地图及导航数据，画出全样本都市圈常规交通（小汽车为主）等时线，根据其涵盖范围选定区县单元作为基于公路等时交通的西安都市圈相关圈层.②城市场强势力圈划定方法：运用经济社会数据计算研究区内各区县的综合实力，结合城市引力模型和场强模型测算各区县的势力强度，并分为高强度区、较高强度区、中强度区、较低强度区、低强度区，从而得出基于城市引力场强的西安都市圈的不同圈层.③城镇人口密度圈划定方法：分别计算各区县的城镇人口密，GIS中，自然的聚分
析方法，将场强强度分为高密度区、较高密度区、中密、较低密、低密，
得出基于城镇人口密度的西安都市圈的不同圈层•④城镇历史文化资源核密度圈划定方法：在研究区域范围内，选取省级及以上历史文化资源点，运用核密度分析法测算出每个历史文化资源点的密度分布，并对相同位置处的密度进行叠加，从而得出整个研究区域的历史文化资源核密度分布情况，与各区县的行政区划进行叠加，最终得出基于城镇历史文化资源核密度的西安都市圈的不同圈层.
公路测、城市势测、城人口密测城历史资源核密度测算等四种方法.其中，城市场强势力测算和城镇人口密度测算方法运用的数据是由陕西省统计局提供的2019年各区县的相关经济社会统计数据；公路等时交通测算方法运用了3种数据，分别据、据、西安市路
据.其中职住点数据由2019年10月的手机信令数据提取，职住点提取是按照在某人在某地有七天以上，驻留时长超过半小时，则该点被识别为职住点，其中白天识别的点是职住点，夜晚识别的点为居住点.热力图数据是从百度地图APP中获取.西安市路网数据是通过调用高德地图开放平的API口获.城历史资源核密测算运用的数据包括全国重点文物保护单位、国家历史文化名城、中国历史文化名镇、中国历史文化名村、中国传统村落、省级文物保护单位、省级历史文化名城、省级历史文化名镇、名村、历史文化街区、世界灌溉工程遗产等省级及以上历史文化资源点，分别来自国家住房和城乡建设部、文物局以及国际灌溉排水委员会等官方公布的相关名.
2基于“1小时”等时圈的研究区域划定
全国科学技术名词鉴定委员会关于交通圈有明确的定义，即交通圈是指各种中心地的交通吸引范围，以各条交通线路上的交通流分界点所包围的范围来表示，一般指以某地为中心在一定时间内的可及范围.如北京市将利用高速铁路建成至全国绝大部分省会城市的1〜8小时交通圈，长三角很多地级和县级城市都提出了融入上海1小时、2小时交通圈的交通发展战略+15〕，珠三角的主要城市也提出组建区域3小时通勤圈，河北省正在打造环北京的1小时交通圈，湖北省提出打造环武汉1小时交通圈等.相关学者已从时间距离和经济成本［16］的角度对区域的可达性进行综合评价，有学者分别对武汉、南京都市圈进行过交通分析［1718］.目前国内学术界针对1小时等时圈仍缺乏定量化分析与计算.因此本文以西安都市圈为例，利用遥感（RS）、地理信息（GIS）、导航、人口经济
第2期范晓鹏，等：基于多源数据的西安都市圈空间范围识别257
统计 源数据，
计算的方法，地研究西安都市圈空间
与区域识别.2. 1确定西安都市圈核心区
中 市圈内最为核心的区域，其内部各行
元已无明显的城市边界，人口和经济高聚.本文以西安市 为研究对象，在国家地理数据云网站获取2020
年的Landsat ETM /OLI 8影像，发现西安市碑林区、雁塔区、
未央区、*桥区、莲 、新城区和 市的秦
、渭城
西咸新区的建成区基 为一
体（图1），该区域国土空间面积为1 780 km 2,
2019年的人口和GDP 已达到664. 04万人和7 545.38万元，该区域以全省不到1%的国土面积， 集聚了全省17%的人口和29%的GDP 是全省人口
和经济最为密集的区域，可以作为西安都市圈的 中心区.
2.3测算通勤范围
历年 行报告数据显示大城市的平均通
勤时间在50 min 以上，通勤时间在1小时内的人
占总人数的82%，所 择1 勤
圈作为基
行时长.从10个基 发，运用
格路径计算法，分别测算出常规 （ 车
为主）1 行 .除泾渭工业园外，其基点1
行
已
西安主城区，平
面积为0.45万km 2，其中 最大的
空港新城基点，面积为0.64万km 2，具体
[
表2.将各基
行覆盖空间
行叠
成 最 勤 空 间 ， 面 为 2.16 万 km 2
（3）.
图2出行基点选取图
图1 西安市及周边区县Landsat ETM/OLI 8影像图 Fig. 1 Landsat ETM/OLI 8 image map of Xi'an and
surroundingdistrictsandcounties
2.2选取出行基点
本文利用联通手机信令数据识别西安都市圈 中
空间分布，明确
勤集聚点，并
据对测 的人口空间分布进
行验证，确现状的通勤基点.同时，通过分析
土地利用总体规划数据，从土地利用和开发 ：
两个角度，确规划基点位置.根据上述方法共
选取10个基点（图2）.
图3常规交通1小时出行覆盖图
Fig. 3 One-hour travel coverage map of conventional traffic
Fig.2
Selection of travel base point
区
图例单位：万平方千米• 026以下
• 0.26-0.35• 0.35—0.45• 0.45—055■ 055-0.65
小汽车等时圈范围 丨 县级行政区边界
表2各基点工作日等时圈分布图
Tab. 2 Distribution map of the isochronous circle of working days at each base point
基编12345
6789
1$
基点名称
航天港务区
高新
高新
泾渭咸阳汉汉空港/西新城
12
业园
主城区
新城1
新城2
新城
新城
覆壷氾围 /万 km 2
$.49
$.45
$.34
$.36
$.26
$.41
$.59
$.52
$.64
$.46
2.4明确西安都市圈研究区域
都纳入西安都市圈研究范围，经测算，西安都市
中心城区纳
勤圈范围的区县 圈研究 共涵盖28个 ，向西至扶风县，
向
258
西安建筑科技大学学报（自然科学版）
第53卷
东至临渭区，向北至耀州区、向南至长安区，其 中，西安、
主城区和西咸新区为研究区核心（图 4）.
泾川县灵台县
千阳县
凤翔县金酿笊演區陈仓区
太白县
匚二）都市圈研究区 匚二］都市圈核心遂
长武县旬邑县彬县 2耀州区国
宜君县 |‘ S ruu ~~I __I _千米S — . 0 S 10 20 30 40
飞印台区西 主安 城区长安区
图4西安都市圈研究区域
Fig. 4 Xi'an Metropolitan Area Research Area
3基于经济社会数据的都市圈圈层
识别
综合实力是判断各区县实力高低、中心性强
弱、对 域吸 大小的重要依据.本小节
通过构建县都市圈区县综 指标体系,
测算其综 计算.
对西安都市圈空间特
与规律挖掘，
圈法划定
西安都市圈空间分析 ，其 城市 J 模
型初 测算西安都市圈核心圈层和 圈层，
用经
据计算研究区内各
的综
，
结合城市 型计算核心城区的吸
，
最后计算各
的人口密度，辅助调整西安都市
圈核 圈层 .
3. 1综合 计算
为研究单元，充分借鉴前人关于
城市综
指标体系的研究成果，考 〔
据的可获取性和完整性，选取了城市规模、经
长、开放创新、绿发 4个核 的19
项指标，构建 综
指标体系（表3），
并 爛权法计算各 的综
大小（表4）.
结果显示，包西安、 主城 西咸新区
的核 域综 高于其
，其中心性
与《关中平原城市发展规划》所予的定位相
匹配.
表3区县综合实力评价指标体系表
Tab. 3 Comprehensive strength evaluation index system of districts and counties
指标权重
（标准化处理后）
二级指标
一级指标
面积/km 2
0.055城市规模
年
人口 /人
0.166城镇化率（常住人口口径）/%
0.189地区生产总值（现价）/万元0.349
工业增加值占生产总值比重/%0.248经济增长
服务业增加值占生产总值比重/%
0.024固定资产投资/万元
0.328社会消费品零售总额/万元
0.054居民人均可支配收入/元
0.259
规模以上工业企业R6D 经费内部支出（上年度）/万元0.354规模以上工业企业R6D 经费投入强度（上年度）/%
0.240开放创新招商引资实际到位资金/万元
0.363营商环境指数/%
0.233
高新技术企业数量/个
0.334/%
0.175
绿发展
万元生产总值能耗（上年度）/t 标煤-万元
万元生产总值能耗降低率（上年度）/%
0.1000.072空气质量综合指数/%
0.213单位GDP 建设用地下降率（上年度）/%
0.016
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