中国城市实际与潜在人口流动网络的韧性评估与优化策略

《RELIABILITY ENGINEERING & SYSTEM SAFETY》：Resilience assessment and optimization strategy for China’s urban real-potential population mobility networks

　　# 摘要高效且富有韧性的人口流动是区域整合与城市可持续发展的基石。然而，现有的城市韧性研究往往忽视了实际流动模式与其潜在吸引力之间的联系，限制了对人类流动网络在动态区域系统中适应性与鲁棒性的深入理解。本研究通过基于引力模型校准潜在流动网络，并将其与基于人口流动数据的实际网络进行对比，构建了"实际—潜在"流动网络。研究整合了五个静态结构指标（层级性、通达性、兼容性、集聚性和多样性）与动态攻击模拟，开发了多维度框架来评估随机与定向干扰下的网络韧性。结果表明，实际网络与潜在网络具有相似的空间组织特征，但展现出不同的韧性机制。潜在网络因更高的连接冗余性而表现出更强的随机鲁棒性，但由于对核心节点的依赖更强，其面对定向攻击时更为脆弱。相比之下，实际网络的层级集中度较低，适应性更强，能够更好地抵御定向干扰。此外，实际网络与潜在网络的对比揭示了以连接过载和过度连接为特征的空间错配，指明了脆弱区域和韧性优化机会。研究结果有助于从理论层面理解空间相互作用，并为不确定性条件下区域整合与可持续城镇化提供实践启示。---# 引言在全球化加速与信息技术迅猛发展的背景下，人员、货物和信息的流动日益超越传统行政边界，推动城市走向更深层次的区域相互依赖。这一趋势加剧了推进区域整合的紧迫性。区域整合是指不同城市或区域在都市区内经济、交通、制度、公共服务等方面实现高度协调与一体化的过程[1,2,3]。区域整合的本质是区域内各类要素自由流动并形成网络化的城市联系，这从根本上回应了关于城市动态成长与演化规律的问题[4,5,6,7]。在这一过程中，人口流动网络发挥着核心作用——它既是区域整合的表现形式，也是其关键驱动力[8]。作为区域整合的空间表达与功能基础，人口流动网络蕴含了城市在经济、社会与空间领域的多维耦合[9,10]。它深刻影响着资源配置效率、要素可达性以及一体化发展进程。本质上，流动网络的结构与动态特征直接塑造了城市系统的适应力、韧性与协同增长潜力[11]。尽管高度的互联互通带来了效率与繁荣，但也使城市更易受到外部冲击的影响。在此背景下，城市系统的韧性已成为衡量区域城市群在冲击面前能否维持功能稳定、快速恢复并实现结构优化的重要维度[12]。特别是在应对突发事件、应急管理或经济波动等冲击时，城市能否依托稳定的人口流动网络实现资源再配置与功能互补，直接影响区域整体的恢复力与适应性[13,14]。然而，现有的城市韧性研究大多聚焦于城市内部系统或宏观经济、生态维度[15,16]，忽视了城市间流动性结构的脆弱性识别与韧性分析。在此语境下，评估并提升城市网络的韧性已成为推动城市发展质量与区域整合可持续发展的关键挑战。用于表征区域空间结构的现有城市间相互作用测量模型可明确分为两类。一类是数学模型，以引力模型、辐射模型、机会模型及其改进模型为代表[17]。其中，引力模型最为典型，是新经济地理学领域研究空间相互作用的核心工具[18]，它通过考量出发地的客流生成能力、目的地的吸引力和区域间障碍来确定区域间相互作用的强度或建立连接的概率。在一定程度上，它反映了区域内城市的经济社会环境，城际交通基础设施的建设可能触发城际要素流动，从而塑造城市间相互作用的预期格局，这可被视为**潜在网络**[19,20]。另一方面，借助大数据技术的快速发展，基于实际人口流动数据的移动性研究正在焕发新生，为城市间相互作用的测量提供了新范式。具有精细空间属性的人口流动观测数据在一定程度上接近于**实际网络**的流动模式，可用于描绘区域的实际运行格局[21,22,23]。大量文献表明，通过多维网络的视角审视韧性是必要的[24,25]——尤其是考虑到实际网络可被视为从潜在的概率驱动机制中涌现，而这些机制往往阻碍了城市间合作潜力的充分且精确实现[10,26]。具体而言：(1) 大多数研究仅基于数学模型或实际流动数据（如迁移、通勤和出行记录）构建网络，缺乏通过耦合实际-潜在网络来考虑"潜在流动能力"或"未实现的连接"。(2) 缺乏从区域整合发展水平视角出发，系统评估人口流动网络韧性的研究。(3) 城市人口流动网络的多维韧性构建与测量体系尚不完善，难以提供区域政策的操作性建议。基于上述考量，数据驱动的范式与多网络耦合视角使城市韧性研究得以以前所未有的频率与粒度获得更深入洞察[27]。针对城市流动系统韧性研究中的上述局限，本研究提出了一个实际-潜在一体化韧性评估框架，用以考察区域城市系统中人口流动网络的结构与功能鲁棒性。本研究的主要贡献如下：1. 我们将实际人口流动概念化为潜在迁移概率的可观测表现，构建了耦合的"实际-潜在"流动网络，从而弥合了实际研究中被分开处理的实际流动模式与潜在吸引力结构之间的鸿沟。这一概念整合为理解城市空间相互作用与网络韧性的内部驱动机制提供了新的分析视角。2. 我们开发了一套综合韧性评估体系，将静态的五维结构指标框架——层级性、通达性、兼容性、集聚性和多样性——与定向攻击及随机攻击的动态模拟相结合。通过对扰动-响应全过程的结构与功能层面进行联合评估，该框架实现了对实际流动网络与潜在流动网络鲁棒性与恢复能力的系统性比较。3. 所提出的框架揭示了实际与潜在流动结构之间在韧性表现上的系统性差异，并识别了实际与潜在流动关联之间的空间错配。通过定位脆弱区域和未挖掘的优化空间，本研究为不确定性条件下面向韧性的区域整合战略与可持续城镇化提供了直接启示。为系统实现上述研究目标，本文结构如下：第2节阐述实际-潜在人口流动网络韧性的理论分析框架。第3节介绍研究数据与方法，包括网络构建以及结构与功能韧性评估。第4节呈现韧性评估与优化结果。最后，第5节总结研究贡献、政策启示并展望未来研究方向。---# 部分内容摘要## 人口流动网络韧性的定义与维度网络韧性通常被定义为网络系统在面临外部冲击时维持功能、适应变化并快速恢复的能力[28]。该概念聚焦于网络的拓扑结构、动态特征及其在风险扰动下的响应能力[11,29]。韧性并非由单一网络属性决定，而是源于多种结构特性及其相互作用。相应地，本研究在……## 研究区域与数据来源本数据集的分析单元为中国2019年的地市级及以上城市。每个样本城市代表城市体系中的一个重要节点，其特征为经济活动活跃、人口高度集中且基础设施成熟[36]。这些城市提供了一致且可比的空间单元，能够捕捉城市间相互作用与潜在人口流动的复杂性。选择2019年作为研究时段是因为……## 实际-潜在流动网络概览首先对城市人口流动网络与潜在网络的有向连接边进行空间映射（图4）。基于连接权重大小，采用Jenks自然断点法将网络边划分为五个等级，从大到小依次定义为：主导性、主要、中等、正常和非显著连接。在映射过程中，非显著连接被隐藏……## 结论与讨论本文聚焦于城市间人口流动网络的结构与功能韧性问题，即网络在面对结构扰动时维持整体功能与适应性的潜力[44]。通过基于实证校准的引力模型构建潜在流动网络，并将其与基于LBS数据的观测流动网络进行对比，本研究识别了结构差异、网络脆弱性及……## 数据可用性支持本研究结果的数据可在合理请求下获取。## 利益冲突声明无。## CRediT作者贡献声明**雷威谦：** 写作—审阅与编辑，写作—初稿撰写，可视化，方法论，数据整理，概念构思。**罗媛媛：** 写作—审阅与编辑，资金获取，概念构思。**王建军：** 写作—审阅与编辑，资源提供。**刘洋：** 写作—审阅与编辑，资源提供。