第 1 章 绪论
1.1 背景论述
中国城镇化发展的本质是以城市为核心的发展，城市是我国区域要素流动的基本单元，也是区域生产力发展布局的核心支点。而城市土地不仅是城市成长的根本承载要素，也是城市居民最基础的生存支撑，还是最具竞争力及最具发展潜力的公共资源，更是各级行政部门提升城市发展动力、主导社会公共治理的有力工具[1]。土地资源在不同维度上的差异及其在各行业不同的分配会给城市带来不同的经济效益、社会效益和生态效益。改革开放以前，对土地的利用主要依靠于行政规划，这种低效率的土地分配方式导致城市土地利用结构极端不合理，城市的功能布局趋于紊乱，同时也造成了部分土地资源的巨大浪费及使用错位，进而产生了严重的“城市病”问题，迫切需要采取相应措施缓解城市土地的供需矛盾，改善土地使用结构，提高土地优化配置效率。中国的城市发展历经了曲折的过程，而且中国特殊的政治体制及社会进程也形成了极具特色的城市土地利用结构。中国在过去十年虽然取得了丰硕的城市化成果，但城市发展对土地的依赖性越来越强，人们对土地资源的需求不断增大，内需也呈现出后劲不足的态势。非合理的土地资源配置不仅造成土地利用秩序的紊乱，也给生态环境和城市发展带来了巨大的压力，随着城市土地的日益匮乏和城市土地利用面临的种种矛盾，需要从经济、社会、生态等多个角度关注和研究土地利用的模式及优化路径，探索出最合理的土地管理政策，为城市的下一阶段发展提供动力。京津冀地区作为中国经济发展的“增长极”，人地矛盾越来越突出，建设无序问题日益严重，现有的土地利用规划在顶层设计方面重视基本农田保护但轻视土地利用的总体优化布局，没有发挥出土地生态系统的综合效益。京津两地存在一定程度的粗放利用问题，虽然建设用地外延扩张较为迅速，城市化水平较高，但实际利用效率较低，间接引起了“孤岛效应”，拉大了与周边区域的贫富差距。河北由于工业化和城市化程度不高，在土地利用问题上比京津两市更为严重。同时由于天津、河北具有自身的竞争力和资源优势，其在承接非首都功能疏解时在产业用地项目布局方面需要更加科学准确，这就更需要对土地利用结构及空间布局进行深入剖析：这一区域的土地利用强度到底已达到什么水平？空间分布呈现什么样的规律？与理论模型是否吻合？具有什么样的显著特征？土地利用强度变化及改进的途径是什么？深入研究这些问题，对于更精确的制定实施京津冀地区土地相关政策及促进区域经济发展都具有重要的指导意义。
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1.2 研究内容
对城市中的土地资源优化配置进行研究一直是城市经济学和土地管理学领域的重要学术课题。由于土地利用强度是贯穿整个土地利用过程的各项影响指标共同作用而产生的效果，是不同土地类型效应化的具体体现，直接反映人类活动对土地系统的影响活动，故本研究选择京津冀地区主要城市的土地利用强度作为研究标的。依照最新出台的《京津冀协同发展规划纲要》，本研究将京津冀地区主要城市确定为北京、天津两大直辖市及河北省 11 个地级市。通常来说，土地利用强度指区域内每一单位的土地所承载的劳动力、资本及其他生产要素，可以用容积率、建筑密度和建筑高度及其他相关指标来衡量。本研究在京津冀地区主要城市土地利用现实状况的基础上，结合土地的多维属性构建土地利用强度指标体系，利用 GA-BP 神经网络模型对其进行测算，找出土地利用强度变化的影响因素，并绘制出京津冀区域主要城市的土地利用强度图谱，从宏观方面初步探究各城市的土地利用结构及时空分异特征；然后通过引力模型进一步深入研究各城市之间的关系，分析区域中心城市对周边区域的引力大小，计算城市间引力均衡的断裂点，并根据结果划分区域层级；最后依托产业集聚理论及引力效应对测度出的土地利用强度值进行耦合分析验证，进而总结出复杂环境下北京市土地利用强度的空间延展规律，并得出研究结论。
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第 2 章 研究基础
在中国城镇化的发展进程中实现土地资源优化配置，需要在借助国际成熟经验的同时要与中国的具体实际国情相结合，要和中国城市的发展经历相结合，深入的研究和分析在中国当前特殊的国情下，如何有效的优化土地系统结构以促进区域土地市场的进一步完善。
2.1 文献综述
2.1.1 土地利用强度研究
国外对于土地利用的研究源远流长，最早可追溯到农业生产中劳动者租种土地与土地所有者获取地租的双方博弈机制。很久以前，李嘉图[3]、Alonso[4]等人在研究中就已发现了农业生产中的收益递减规律。在此基础上，有些学者结合供需模型、区位理论及区域功能论对城市土地集约节约利用的内涵和规律进行了分析。如 Mills（1967）以芝加哥为例对土地租金的演变规律进行了探究，并经过实证检验得出该城市的租金梯度为21%[5]；McDonald（1981）利用 Melbourne 的研究成果，在土地利用强度和土地价值关系的基础上研究了土地与资本的转换形式，并获取了详细的研究数据[6]；Fujita M（1982）等进一步扩充了土地利用强度的内涵，采用统计分析方法对均衡系统内的土地利用效率进行了评价，并使用图形解释方法来确定既定约束条件下土地利用强度的最优值[7]。在区位与土地价格方面，Bertauda（1989）[8]、Dowall and Leaf（1991）[9]、Ferguson（1992）[10]三位著名学者详细分析了雅加达土地利用规划的政策结果，他们认为，雅加达内部高密度区域和土地资源未能实现充分利用的区域同时存在，而这种状况的发生受到基础设施不完善及城市功能不健全等多种因素的影响，这也使得该城市的土地租金梯度非常陡峭。在此基础上，Dowall 和 Lea（f1991）将研究对象延展到亚洲南部各级城市，利用类似方法得出的研究结论为该区域内土地租金梯度呈现普遍下降的态势，出现这种状况的主要原因在于政府加大了对公共基础设施的投入，这就间接提升了大城市对周边区域及具有产业联系的小城市的吸引力，降低了二者间的通勤成本，进而抬高了后者的土地价格，创造了大城市逆郊化的有力条件[9]；除此之外，McMillen（1996）在研究美国芝加哥的土地利用系统时发现，核心区域的土地价值并不是单边趋势变化，而且随着经济水平的提升，核心区域的影响范围虽然也在扩大，但其土地价格仍处于“倒 U 形”曲线的峰值部位[11]。
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2.2 相关基础理论
土地的价值要依靠产业来体现，若要探寻土地利用的布局优化，首先就要研究产业集聚相关的学术理论。追溯理论的发展脉络，可以把相关研究成果分为三个方面：一是以传统古典经济学为基础；二是以新经济地理学和空间经济学为基石；三是在新近年份发展起来的新型产业区位理论。以亚当·斯密为代表的古典经济学者认为生产过程中的专业化分工是社会财富增加的主要动力，也是生产性规模收益递增的根本原因。新古典经济学大师马歇尔继承了亚当·斯密对分工理论的独特性思考，从不同的视角分析了产业集聚的具体成因。他认为企业集聚在一起的原因在于追求正的外部规模收益，它们可以通过共享创新的发展环境、专业化的劳动力池及进行面对面的交流来降低生产运营的成本。传统或当代空间经济地理学主要从地理学的视角来研究集聚问题，其中韦伯在他的《工业区位论》中首次提出了集聚经济的概念，把影响企业区位的经济因素分为两个方面：一个是区域因素，另一个是位置因素。其中区域因素主要指劳动要素支出和冰山成本，而位置因素则包括集聚和分散两种作用导向。法国学者佩鲁在研究非均衡增长理论时首次提出“增长极”的概念，他认为经济空间与传统意义上的现实空间有本质上的区别，它表征城市间生产要素间的联系而非地理空间上的接邻[34]，各种企业的成立会在地理上分散并形成各自的影响区域。克鲁格曼在新经济地理学中说明了工业活动倾向于空间集聚的趋势特性，他认为产业集聚的空间格局在不同环境的制约下会呈现出不同的表现形式，能够改变要素分配或生产效率的重大事件会在区域产业集聚的过程中形成路径依赖，而且一般情况下产业空间集聚建立之后就会由于自我强化效应而不断持续下去。
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第 3 章 京津冀地区主要城市土地利用强度测度.....19
3.1 基于 GA 的 BP 神经网络优化 .......19
3.1.1 BP 神经网络简介 ....19
3.1.2 BP 神经网络模型 ....21
3.2 土地利用强度测算指标体系构建 ..........23
3.3 BP 神经网络模型的实现....25
3.4 土地利用强度结果分析 ....29
3.4.1 时空特征....29
3.4.2 空间自相关分析.....30
第 4 章 京津冀地区主要城市引力研究......33
4.1 引力模型的构建 ..........33
4.2 断裂点的测算 .....37
4.3 断裂点时空变化分析.......38
4.4 城市引力值时空变化分析..........39
4.4.1 时间序列下引力大小变化....40
4.4.2 引力变化的空间分析........41
第 5 章 土地利用强度与引力效应耦合协调验证.....43
5.1 土地利用强度与城市引力耦合协调机制 ....43
5.2 土地利用强度-城市引力耦合协调模型的构建 ......43
5.3 耦合关系分析 .....45
第 5 章 土地利用强度与引力效应耦合协调验证
5.1 土地利用强度与城市引力耦合协调机制
耦合的概念来源于物理学，是指多个系统通过各种相互作用而对彼此产生影响的现象，是对系统之间或系统要素之间协调性及一致性的描述和度量。而协调是两个或两个以上要素之间的一种良性互动关系，用以描述系统内各要素之间是否具有共同的发展导向。城市土地利用与城市引力具有显著的耦合性特征。两者间关系主要体现在两个方面：一方面土地资源的优化配置能够增强城市产业集聚能力，壮大城市经济实力，并带动其他相关产业发展，提升城市竞争力。另一方面城市引力的增强也为土地利用的效率及效益提升提供了保障。两者互为背景，相互影响。土地利用强度与城市引力的耦合关联如下图所示：土地利用从土地产出的发展水平、地价与产业的匹配程度及其自身的增长潜力来推动城市吸引力的提升；而城市引力从人口流动、经济影响及空间相互作用来促进土地资源实现更好的发展。其中，发展水平反映了土地利用的数量规模，增长潜力反映了土地利用的状态和后续发展能力，产业与地价匹配程度反映了现阶段城市土地利用的质量；在城市引力形成过程中，人口流动反映人口向城市集中的过程，经济影响反映城市发展过程中结构的非农化转变，空间作用反映城市的外延式扩张。各因素相互统筹配置，共同推动城市发展。
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结论
本研究将理论分析和实证研究有机的结合在一起，首先分析了京津冀地区主要城市土地利用及城市发展的现状，并对国内外学者的相关学术研究进行了评述。其次较为详细的阐述了土地利用强度研究中用到的理论方法，为下一步的实证研究做了理论铺垫和技术支撑。然后构建了基于 BP 网络的土地利用强度测度模型及中心城市引力模型。最后对土地利用强度和中心城市引力的相关性进行了耦合验证。基于此，本研究得出了如下的具体结论：
（1）京津冀城市群近 10 年来的土地利用强度总体上呈增长趋势；城市间土地利用强度差异明显，并且具有明显的空间集聚特征，形成了以北京市、天津市为核心的高强度区域，这与目前京津冀城市群经济增长极相吻合[61]；各节点城市土地利用强度值整体表现为从中心城市到京津冀城市群外围由高到低的趋势。其中，2006-2013 年北京市的土地利用强度是最大的，天津次之，2014 年天津超越北京位列第一；石家庄、唐山和保定的土地利用强度呈现逐年增长势态，在十年间基本属于适度集约状态。
（2）从 2006 年到 2015 年京津冀地区主要城市的城市综合质量都有了显著提高。其中增长速度最快的是廊坊市，2015 年的城市综合质量为 2006 年的 2.48 倍。天津市与河北省地级市的综合质量差距越来越大，长此以往，势必会形成双中心的城市群空间模式。天津市和河北省各地级市 2006 年、2010 年、2015 年三个年份受中心城市引力作用的断裂点位置变化各有不同，增加。减少、先减后增及先增后减的情况都有。其中，天津市、承德市及邯郸市距离断裂点的位置随时间变化越来越远，石家庄市和邢台市里中心城市断裂点的位置随时间变化越来越近，其他城市没有表现出明显的变化趋势。天津市和河北省各地级市 2006 年、2010 年、2015 年三个年份的引力大小都有明显的增加趋势。其中增幅最大的是天津市，增长幅度高达 606%，增长幅度最小的城市在 2015 年也有 2006年的 3.05 倍。中心城市引力的快速增长是京津冀地区快速城市化的结果，城市化进程极大的增强了要素的流动。
（3）天津和河北省地级市土地利用强度与中心城市引力值存在很强的正相关性，具有耦合互动关系：土地利用强度的增加使得城市服务功能和基础设施建设更加全面，增强了城市的吸引力。中心城市引力的增强促进了北京市扩散效应的发挥，给周边城市赋予了新的活力，为其经济发展纵深跃进提供了后续动力。
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参考文献（略）