辽宁省特色小镇空间结构分形及优化研究

吕 波，王 辉，何 悦，周仲鸿

（1.渤海大学 管理学院，辽宁 锦州 121013）

特色小镇是坚持新的发展理念，聚焦新兴特色产业，融合文化、旅游等多种功能的非镇非区的发展平台。2016 年7 月，国家三部委明确提出“到2020 年将培育特色小镇1 000 个左右。”2016 年8 月，辽宁省人民政府发布《关于推进特色乡镇建设的指导意见》提出创建特色乡镇总体要求、责任明确、重点任务等工作安排。建设综合型特色小镇为辽宁省区域经济发展提供了新的方向。特色小镇对促进地区新的经济增长点、推进新型城镇化、缩小城乡差距以及推动城乡协调发展具有重要的作用。

国外学者较早开展相关研究，主要侧重于特色小镇类型研究[1-2]、影响研究[3-4]、开发模式研究[5-6]，分别探讨了不同视角下划分类型、城镇化过程中产生影响、规划理论和方法等方面。在借鉴国外学者研究的基础上，国内学者在研究内容上主要集中在发展现状研究[7-8]、建设路径研究[9-10]、存在问题研究[11-12]。近年来，从空间角度研究特色小镇逐渐增加。在研究方法上多采用GIS 技术与核密度分析、空间基尼系数、最邻近指数等数理方法相结合[13-14]，但从分形角度研究较少。在研究范围上涉及全国、省域以及市域，研究区域逐渐精细化[15-17]。总体而言，以辽宁省为案例，定量研究特色小镇空间结构的文献相对较少，且运用聚集维数、网格维数、关联维数等分形理论从3 个不同的角度研究特色小镇空间结构特征文献也尚不多见。因此，运用分形理论独特的意义和测量方法结合GIS 技术，以便更加直观、具体地研究辽宁省国家级特色小镇分形特征，并由此提出相应优化策略，为辽宁省特色小镇区域资源合理配置提供科学依据。

1 数据来源及空间基本状况

1.1 研究区域

辽宁省位于我国的东北部，邻近渤海，与朝鲜接壤，与日本和韩国隔海相望，是构建东北亚和环渤海经济圈省份之一。辽宁14 个地级市，面积为14.86 万km2，人口为4 351.7 万人。截至目前，获批13 个国家级特色小镇，占全国3.2%。分布于11 个地级市，其中盘锦和辽阳最多，占全省总数30.8%。特色小镇多以农业、传统和高端制造业、历史文化、康养旅游等主导产业和其他相关产业作为支撑。按照产业类型划分为农业服务型、制造主导型、旅游发展型三大类。其中，农业服务型占30.8%，制造主导型占46.2%，旅游发展型占23.1%。

1.2 数据来源

从辽宁省文化和旅游厅公布数据整理得出，辽宁省总共有13 个国家级特色小镇。借助百度坐标拾取工具定位空间位置，利用ArcGIS10.2 软件将数据矢量化。运用点距离工具测量特色小镇之间欧氏距离（乌鸦距离）；百度地图查询交通实际距离（乳牛距离）。研究所需辽宁省、高速公路、国道等矢量数据来源于中国科学院资源环境科学数据中心。

1.3 空间基本状况

利用ArcGIS10.2 软件中空间分析工具对特色小镇进行核密度分析，从图1 中可知，特色小镇在空间上主要表现为沿高速公路和国道干线分布；形成2 个特色小镇集聚区，其中，锦州、盘锦交界处集聚区核密度最大，其次是辽阳。受资源禀赋、经济和人口因素、交通建设水平等影响，特色小镇空间分布极不均衡，呈现“中部密集，周边稀疏”的特征（图1）。下面将运用3 种分形维数进一步探究辽宁特色小镇的空间结构特征。

图1 特色小镇分布密度分析

2 特色小镇空间结构分形研究

2.1 空间结构测算方法

2.1.1 聚集维数

聚集维数研究特色小镇围绕几何区域内中心特色小镇的聚集状态。假定辽宁特色小镇满足自相似规律围绕中心特色小镇成凝聚态分布，且分形体是向周围均匀变化的，则可借助几何测度关系，确定以中心特色小镇为圆心，到其任意点的长度R(U)为半径的圆内的特色小镇个数U与相应半径的关系，有:

由于半径所选取的长度会影响分维数值，所以将回旋半径转化为平均半径，计算公式为:

式中，RU为特色小镇平均半径；ti为第i个特色小镇到中心特色小镇的欧氏距离；U为特色小镇的数量；D为聚集维数，表示从中心特色小镇向周围腹地的密度衰减特征，反映特色小镇空间结构的紧凑性特征。当D＜2 时，密度衰减，中心特色小镇聚集作用强，呈聚集态分布；当D＞2 时，密度增加，中心特色小镇聚集作用弱，呈离心态分布。

2.1.2 网格维数

网格维数研究特色小镇的多层次空间网格结构。对区域进行网格化分割，特色小镇所占网格数N(t)值会随着网格尺寸t而变化。若特色小镇空间分布具有无标度性，N(t)与t的关系为:

式中，α=D0为容量维；观察行号为i；列号为j的网格；其中特色小镇个数为Xij，总数为X，定义概率为Pij=Xij/X，所以信息量:

式中，K=1/t为区域各边的分段数目，如果特色小镇是分形的，则有:

式中，I0为常数；D1为信息维；网格维数D在0 ～2之间，D越大表明空间各要素分布越均衡；当D→1时，说明各要素具有集中在线状区域分布的趋势；当D0=D1时，特色小镇空间分布属于简单的分形。

2.1.3 关联维数

关联维数研究特色小镇间的相关关系来分析各要素之间的分布状况，在二维空间里其公式为:

式中，t为码尺；Tij为任意2 个特色小镇之间的欧氏距离（乌鸦距离）或交通实际距离（乳牛距离）；S为特色小镇总数，若特色小镇是分形的，则具有无标度性:C(t)∝tD，D表示乌鸦维数或者乳牛维数。乳牛维数与乌鸦维数的比值为牛鸦维数β，当β→1 时，表明交通的通达性越好，特色小镇在空间上关联度就越高。

2.2 空间结构分析

2.2.1 聚集维数分析

以研究区域内中心特色小镇西柳镇为测算中心，利用ArcGIS10.2 软件中点距离工具，求出西柳镇到各个特色小镇的直线距离ti，再求出平均距离RU，以（U,RU）生成双对数散点图（表1、图2）。从图中得出，在一定测算范围内（无标度区间），辽宁特色小镇空间分形特性较为明显。测定系数R2=0.956 5，聚集维数D=1.652 6＜2，并且小于有限扩散集团聚集模型的理论分维值1.78，说明辽宁省特色小镇空间聚集作用较强，西柳镇中心性明显，对其他特色小镇具有一定的吸附作用，但由于吸附半径有限，分布密度从中心特色小镇向周围衰减的速度快。拟合曲线并非线性，具有2 个无标度区间，说明西柳镇附近存在多分形特征。第一标度区间（1.791 8～2.564 9）内R2=0.989 4，D=1.104 6 ＜2，表明在该区域特色小镇聚集作用强，主要集中在盘锦、锦州；第二标度区间（0.693 1 ～1.609 4）内R2=0.985 4，D=1.736 7＜1.78，说明特色小镇仍然具有聚集作用，主要集中在辽阳。

表1 特色小镇聚集维数测算数据

图2 特色小镇聚集维数双对数散点图

2.2.2 网格维数分析

将特色小镇所在的区域进行网格划分，把各边分成K等份，统计出特色小镇所占网格的数量N(t) 和信息量I(t)，最后将（N(t),K）和（I(t),K）分别生成双对数散点图（表2、图3），求出容量维和信息维。从图中可知，辽宁省特色小镇具有分形特性。容量维D0=0.712 2（测定系数为0.931 4）趋向于1，表明在发展过程中特色小镇集中于线状区域的趋势。信息维D1=0.409 3（测定系数为0.921 2），容量维大于信息维且相差较大，说明特色小镇在分形后分布概率变化大，空间分布不均衡分形也相对复杂，存在特色小镇局部集聚的现象。结合图1 可知，国道（G102、G201、G202、G305）、沈山高速、丹锡高速、沈海高速、丹大高速等可能是特色小镇系统的吸引子和系统演化要素流动的通道。综合容量维和信息维测算结果可知，辽宁特色小镇系统空间演化是以局部区域部分城市为节点，通过内部道路系统要素进行能量传递而形成的分形特征。

表2 特色小镇网格维数测算数据

图3 特色小镇网格维数双对数散点图

2.2.3 关联维数分析

计算各个特色小镇之间的欧氏距离（乌鸦距离）和实际交通距离（乳牛距离），绘制13×13 的乌鸦矩阵（乳牛矩阵）。设码尺t1=20,40,…,520（△t=20），得到对应的坐标（t,C(t)）生成双对数散点图（表3、表4、图4）。利用最小乘二法求点集拟合曲线公式和系数分别得出，乌鸦维数为0.970 7，其拟合系数为0.961 2；乳牛维数为0.953 2，其拟合系数为0.945 5，存在明显的无标度区间，其维数均小于2 且趋向于1，进一步表明辽宁省特色小镇空间结构具有明显分形特征并且分布较为集中。其牛鸭维数β=0.981 9 趋近于1，表明辽宁省特色小镇之间的交通通达性较好。这种结构有利于资源整合构建特色小镇产业群，促进区域旅游业的可持续发展。

图4 特色小镇关联维数双对数散点图

表3 特色小镇乌鸦距离测算数据

表4 特色小镇乳牛距离测算数据

3 特色小镇空间结构优化研究

3.1 加强特色小镇之间的合作

特色小镇的发展要处理好竞争与合作的关系。根据距离衰减规律可知，旅游景点距离越近，游客的认知度越高，对旅游景区的选择影响越大，所以辽宁省特色小镇之间必然存在竞争的关系。距离越近，产品相似度越高，竞争越激烈，这种模式不利于长久的发展，应改变发展模式结合优势资源推动良性发展。第一，临近特色小镇凭借地理区位因素的优势，实现资源要素交换、加快游客流量及流速，打造差异性较强的旅游产品，而不单单是对产品的复制，要做到存量升级，增量引领。第二，城市边界系统的局限性对各市特色小镇的影响是客观存在的，应以辽宁省特色小镇整体发展为重点，各个特色小镇要重视自身在辽宁整个旅游系统中的作用、地位以及所承担的角色，打破边界限制，加强区域间的合作，正确认识竞合的关系。

3.2 提高交通网络通达度

便利的交通网是加快资源要素整合、促进区域旅游合作、形成旅游空间格局的基础。其主要方式是兴建和修缮特色小镇之间的旅游廊道，提高城市间旅游景区交通网覆盖率，节省游客旅游线路上所消耗的时间。其中，二棚甸子镇距离其他特色小镇较远，应合理规划交通路网，提高旅游交通通达度，优先完善永桓高速、丹大高速、国道G201 等方向上交通线路；王家镇由于地理区位的因素处在岛屿上，要优化王家镇与海港之间的路线、合理设计客船数量以及运客工作的时间，减缓海港旅游交通压力。

3.3 构建旅游空间格局

由特色小镇空间结构特征以及资源特色综合考虑，将辽宁省特色小镇分为北部、中部、南部三大产业群，培育区域增长极（点），通过交通路线（轴）实现资源要素的转换，最终形成点—轴系统带动整体的发展。

加大对北部的开发，北部特色小镇产业群包括:十家子玛瑙小镇、十间房航空小镇、二棚甸子山参小镇组成。其产业类型属于制造主导型，特色产业差异明显，能够增加旅游目的地对游客的吸引力。沈阳旅游资源丰富吸引力大，游客数量多，加大对玛瑙小镇和山参小镇的营销宣传活动，可在航空小镇服务区设立专门的直达车辆，并规划好旅游线路，打造“体验飞行、观赏玛瑙、品尝山参”特色服务。

重点发展中部和南部，打造环状旅游环线。中部特色小镇产业群包括:胡家稻蟹小镇、沟帮子熏鸡小镇、汤河温泉小镇等。产业类型分别为农业服务型、制造主导型、旅游发展型。充分挖掘当地资源特色，结合市场和游客的需要，建设具有差异化特色小镇，围绕辽中环线高速-沈山高速-丹锡高速-沈海高速打造中部环状旅游环线。南部特色小镇产业群中王家镇和谢屯镇都是现代农业乡镇，孤山镇属于历史文化名镇，熊岳镇文化旅游和温泉养生为特色主导产业，构建“田园风光、康养旅游”一体化的旅游产业带。打造沈海高速-皮长高速-丹大高速南部环状旅游环线。合理设计中部、南部旅游环线，一方面有利于地区之间经济、资源要素的快速流动，实现地区优势互补；另一方面方便游客进行旅游体验活动，提高游客满意度。

4 结 语

本文以辽宁省国家级特色小镇为例，采用聚集维数、网格维数、关联维数等分形理论方法，通过ArcGIS10.2 软件研究特色小镇空间结构特征及优化。主要结论如下:

1）以研究区域内中心特色小镇西柳镇作为测算中心，聚集维数D=1.652 6＜2，且小于理论分维值为1.78，说明辽宁省特色小镇空间聚集作用较强，西柳镇中心性明显，对其他特色小镇具有一定的吸附作用。拟合曲线并非线性，具有2 个无标度区间，说明西柳镇附近存在多分形特征。

2）容量维D0=0.712 2 趋向于1，表明在发展过程中特色小镇具有集中于线状区域的趋势。综合容量维和信息维测算结果可知，辽宁特色小镇系统空间演化是以局部区域部分城市为节点，通过内部道路系统要素进行能量传递而形成的分形特征。

3）乌鸦维数、乳牛维数均小于2 且趋向于1，进一步表明辽宁省特色小镇空间结构具有分形特征和分布较为集中。其牛鸭维数β=0.981 9 趋近于1，表明辽宁省特色小镇之间的交通通达性较好。

4）加强特色小镇之间的合作、提高交通网络通达度、构建旅游空间格局对优化空间结构有重要影响。

由旅游地生命周期理论可知，辽宁省特色小镇发展处于投入期，构建特色小镇产业群是一个循序渐进的过程，需要考虑更多驱动因素影响。从多角度出发，为区域旅游整体发展提供参考。