【创新论坛】复杂网络视角下的中国区域格局再探讨——基于迁徙流数据的分析
随着区域性交通基础设施、信息通信等技术的不断发展，当前社会各种网络和联系所发挥的作用也越来越重要。从地区发展的视角来看，人口流、物质流、信息流等传播网络，构成了今天真实社会运转的核心基石。对城市来说，每个城市不再是一个孤立的个体，城市在自身发展的同时，不可避免地与其他城市建立了各式各样的连接，构成了一个国家或区域的城市网络体系。
如何从整体上认识一个复杂的城市网络体系，并把握演化规律，在现实和理论两方面都具有现实意义。从现实问题来看，在城市化的时代背景下，城市网络提供了一个国家和区域的主要发展驱动力，同时也是每个城市发展重要的外部环境，城市发展中的许多重要问题，包括产业转型、区域竞合等，都需要将自己与周边直接和间接的联系对象进行关联分析，充分了解自己的比较优势。从理论研究来看，网络是对复杂交织相互联系的客观世界的一种表达，通过将实体抽象为由许多节点（nodes）和连接节点之间的边（edges）构建而成的“网络图”（network graph）来进行表达。近年来，从物理学、数学学和系统论出发，对各类复杂网络的基础性方法开展研究已成为学术热点之一。但如何在区域和城市规划实践中应用这些最新的研究成果，依然是值得规划师不断探索的话题。
（1）数据
移动通信技术的发展，使得采集大量用户定位信息成为可能。从2014 年起，针对春运这一主题，中国几大互联网公司均推出了表达其海量用户移动统计数据的“春运迁徙”可视化项目，并逐步成为一项常态运行的监测工具，虽然其仍然存在一定的数据标准等问题，但也不影响其成为人类历史上首次高时间分辨率的、海量的人口移动统计监测信息的开放数据源。在这样的数据条件支持下，每一位用户都成为了国家尺度传感器网络的一部分，其行为的匿名的统计信息被用来展现每一个时刻这个国家、区域和各个城市的人口流动状况。
笔者对几个数据源进行了一定的对比分析后，选择腾讯发布的迁徙流数据，并借用复杂网络分析的方法和指标，对中国区域格局进行了初步研究。
（2）方法
基于地理邻接的簇群分析
对了解一个复杂网络来说，最基本的入手方式便是将其不断分解，了解其不同组成部分之间关联的强弱程度，并根据强弱程度的差异，将其划分为不同的簇群。使得每个簇群的连接程度显著高于对簇群外部的连接程度。这个步骤可以是持续反复的，最终得到一种上下相互嵌套的多层级结果。从复杂网络中提取出相互包含的层次性信息，对整体把握网络的特征提供了重要的信息。
具体来说，首先需要计算簇群划分所依据的度量指标，再寻找较弱的边进行切分。在此笔者选取了复杂网络分析中最常用的模块性（Modularity）作为度量指标，计算每个城市作为节点在整体网络中的模块性水平，从而得到包含全部城市的加权有向网络图。然而传统网络分析里的簇群划分并不考虑邻接情况，而簇群划分结果的空间连续性对地理和规划研究而言意义重大。因此笔者还根据最新的研究成果，进一步引入了城市与城市之间的地理邻接关系，再判断簇群的切分位置。通过循环调用得到最优解，最终获得既满足空间相邻、同时也满足内部关联紧密双重标准的簇群划分结果。
基于特征变量的中心性评估
簇群划分之后，还需要了解的是各个城市/ 节点与其他节点相比的差异程度。对于城市网络而言，让人感兴趣的差异也即其在网络中的重要性水平，也即复杂网络分析里的中心性（Centrality）概念。对于中心性的评价方法有很多方法，包括度中心性（Degree）、封闭中心性（Closeness）、介中心性（Betweenness）、特征中心性（Eigenvector）等等。从本次研究的问题出发，我们选择特征中心性作为分析指标。特征中心性是一种网络节点的影响力测度指标，与其他特征值高的节点直 49 30610 49 15231 0 0 1306 0 0:00:23 0:00:11 0:00:12 2940 49 30610 49 15231 0 0 1202 0 0:00:25 0:00:12 0:00:13 2755 49 30610 49 15231 0 0 1165 0 0:00:26 0:00:13 0:00:13 3088相连将提升该节点自身的中心性。
对应中国传统的次区域划分方式，笔者提取了4 区、7区和27 区的簇群结果，分别与中国自然、经济和行政次区域划分进行比较。也即从人口迁徙和流动的视角出发，探讨自然条件、经济条件和行政管理对区域划分的差异和影响。
从自然地理的角度看，传统上中国按照气候和地形被分为4 个区域，即北方地区、南方地区、西北地区和青藏地区。结果显示，在在迁徙4 区的时，某些自然差异的因素对人口的流动起到了隔离作用，而有的则没有。例如划分中国北方和西北的大兴安岭- 阴山- 贺兰山一线几乎没有起到任何隔断作用，从人口流动来看华北和西北融为了一体。而划分中国南北方的秦岭、淮河一线被很好的保留了下来，虽然此时南方内部已经发生了很大的改变。
从经济地理的角度来看，传统上中国一般被划分为西北、华北、东北、西南、华中、华东和华南7 个区域。其中经济相对发达地区差异最小，西部、北部等相对落后地区差异最大。中部等中等发达地区则互有差异。与相应数量的迁徙簇群分区相比，人口迁徙分区与经济地理区划的相似程度要远高于自然地理区划，经济格局对迁徙的影响更加明显。
此外从人口迁移的角度来看，中国区域的纬向分割效应明显强于经向分割，这与美国的类似研究形成有趣的对比。在相关研究中，美国的高等级分区呈现了较明显的经向分割格局。
从行政管理的角度来看，笔者选取了27 区的簇群结果（考虑直辖市等情况），与现行省界进行了比较。部分省界被完整地保留了下了，如贵州、江西、山东等，部分省界被打破，如湖南、四川等，还有部分省则被整体融为一体，包括京津冀、新甘青、东北等。
此外，笔者还对不同簇群数量下，各分区内部按特征中心性的前几位情况进行了分析。主要呈现为三类城市：政治中心（省会）、经济中心（人均GDP 较高的城市）以及区位中心（簇群边界处的城市）。从另一个方面来看，一些省会并未在该区域人口流动网络中体现中心作用，例如贵州高中心性城市是遵义而非贵阳。这对区域中心城市的判断提供了更丰富的视角。
对城市复杂网络来说，簇群分析意味着寻找关联更加紧密的组团，在地理、社会、经济和文化等因素的共同作用下，这些组团中的城市有着更高的互补性，在区域规划中可以借用这样的趋势，进一步强化区域发展伙伴。而中心性评价在现实世界中则对应人口和经济流动的极化和拉动效应，对于相对落后的地区，识别同一个簇群分区中，而非单纯的空间距离临近，重要性较高的城市，作为其生产或消费资源对接和引入的对象，对驱动其发展具有重要的现实意义。
此外，地理研究和城市规划研究具有典型的交叉学科特征，充分借用相关领域的方法和成果，破解本领域的面临的挑战和问题，是每一位青年规划师都应关注的方向。
作者：李栋（北京清华同衡规划设计研究院有限公司技术创新中心）
本文为第5届“金经昌中国青年规划师创新论坛”——分论坛四“研究方法与技术创新”宣读论文精简版。