Интеграция сеток экономико-географических районов

УДК: 911.3 П.А. Чистяков1

ИНТЕГРАЦИЯ СЕТОК ЭКОНОМИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИХ РАЙОНОВ

Предложена методика ретроспективного анализа сеток интегрального экономико-географического районирования с применением алгоритмов кластеризации, которую можно использовать для исследования территории, а также в качестве вспомогательного инструмента для проведения нового интегрального районирования. Проведена апробация методики на примере территории Урало-Поволжья, получена карта обобщенных границ интегральных экономико-географических районов, выделены типы границ, приведены факторы, определяющие их конфигурацию.

Ключевые слова: экономико-географическое районирование, математические методы в экономической географии, Урало-Поволжье.

Введение. В географической науке понятие «районирование» традиционно трактуется как конечная цель и как метод исследования. Такой дуализм — одна из концептуальных основ всех теорий районирования, в частности, он служит «точкой конвергенции» объективного, субъективного и конструктивного понимания района. Если исследователь постулирует объективное существование районов, то его цель — выявить эти районы, но одновременно это и метод получения нового знания о территории (например, о характере распространения тех или иных явлений, о функциональных связях и пр.). Если исследователь придерживается позиции, что районы субъективны, его цель — выделение районов, но одновременно это и один из методов создания образа территории. В случае конструктивистских взглядов цель исследования — проектирование районов, но в то же время — метод целевого структурирования пространства.

В российской истории экономико-географического районирования устойчиво воспроизводилось объективистское понимание района. Возможно, уверенность в существовании целостных (функционально либо типологически) частей пространства России способствовала созданию значительного числа работ по этой теме. С конца XVIII в. до настоящего времени было составлено более 20 сеток районирования России, множество работ посвящено методике районирования [4—6, 9]. Многие исследователи проводили ретроспективный анализ сеток выделенных районов, главным образом в целях верификации собственных научных результатов и их позиционирования (сетки или методики районирования) в поле созданных ранее работ. Формально это выражалось в принятии или использовании одних методов и результатов исследования и критике других. Исключения — работа А.И. Трейвиша [12], а также А.С. Титкова, где методом наложения ареалов выделены «ядра» районов Европейской России [11].

Таким образом, информационный ресурс созданных ранее сеток районирования недоиспользован. Методико-целевой дуализм районирования позволяет не только обобщать результаты в ходе ретроспективного анализа, но и использовать его как метод исследования территории, а также как один из вспомогательных методов для создания новой сетки районирования .

Обоснование выбора методики исследования. Первичным материалом для работы стали более 20 сеток экономико-географического районирования, созданных с начала XIX в. до конца ХХ в. Эти сетки созданы учеными дореволюционной России (К.А. Арсеньев, Д.И. Менделеев, П.П. Семенов-Тян-Шанский и др.), группами ученых, работавших в довоенное советское время (ГОЭЛРО, КЕПС и др.), а также сотрудниками Госплана и других учреждений в послевоенные годы. Наиболее поздняя сетка районирования, включенная в анализ, — работа Т.М. Калашниковой (географический факультет МГУ), выполненная в 1990-е гг. При отборе сеток использованы следующие критерии: районирование должно быть либо таксономическим, либо функциональным. В первом случае один и более параметров типологии должны характеризовать социально-экономические явления или процессы, во втором — районообразующие связи должны быть социально-экономическими. Кроме того, необходимо, чтобы районирование имело формализованную методику, покрывало всю территорию страны и имело картографическое изображение либо детальное описание границ.

Каждую сетку районов наносили на геоинформационную основу с точностью до современных муниципальных границ3. Если муниципальные границы разбивались границей района, то включение муниципалитета в тот или иной район определялось положением его современного центра.

1 Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова, кафедра экономической и социальной географии России, науч. с.; e-mail: chipal@yandex.ru

2 В порядке уточнения методологических позиций: автор придерживается конструктивистских позиций в районировании и видит основной целью экономико-географического районирования формирование географических основ управления.

3 Границ муниципальных районов или городских округов.

Такое наложение сеток районов позволило провести анализ «устойчивости» границ, а также склонности территориальных ячеек к группировке (в данном случае — групп муниципальных образований) к тем или иным районам и выделить обобщенные районные границы. Апробация методики проведена на всей территории России, но результаты приводятся на примере Поволжья, точнее, территорий, хотя бы в рамках одного районирования входивших в район (или один из районов), расположенный между Центром и Уралом. Выбор Поволжья или территории так называемой Большой Волги обусловлен тем, что результаты обобщения созданных ранее сеток районирования России наименее очевидны на этой территории. Здесь наблюдалось максимальное разнообразие конфигурации районных границ в разных сетках, что позволяет продемонстрировать преимущества формализованных методов анализа.

Задача определения устойчивости районных границ сводится к последовательному решению двух подзадач:

1) введение «коэффициента группировки» муниципальных образований (МО), отражающего тенденцию к их объединению в район;

2) выделение устойчивых кластеров [1, 8] на множестве МО.

В качестве коэффициента группировки между парой МО будем рассматривать число раз, когда эти МО были отнесены к разным районам. Этот параметр рассчитан для всех пар МО России (чуть менее 2000). Затем был реализован алгоритм4 [7] объединения МО в кластеры, имевший следующую последовательность шагов:

1) найти все МО, расстояния от которых до данного МО (называемого центром кластера) не превышает заданную величину, т.е. радиус кластера, а затем объединить в кластер все найденные образования;

2) выбрать в качестве нового центра кластера первое из МО, не попавших ни в один кластер, а если таких не нашлось, завершить работу алгоритма.

Достоинства этого алгоритма — концептуальная простота, а также автоматически определяемое при заданном радиусе число кластеров. Основной недостаток — результат работы алгоритма существенно зависит от порядка, в котором анализируются МО. Для устранения основного недостатка первого алгоритма к задаче применены методы агломеративной (иерархической) кластеризации [8]. Этот метод позволяет построить иерархическую структуру близости МО, на основе анализа которой автоматически определяется подходящее число выделяемых кластеров и группируются территориальные единицы.

В результате получен набор разбиений МО на группы при различном числе кластеров. Граница между Центром (условно) и Севером проявляется уже

при выделении 5 кластеров, а граница между Центром и Поволжьем — только при 8, следовательно, первая граница более устойчива.

Содержание «устойчивой границы» в данном случае заключается в том, что большинство ученых, несмотря на разные задачи, типы и методики районирования, проводили эту границу одинаково.

Однако сами объединения МО малоинформативны при рассмотрении их отдельно от склонности к группировке. Устойчивость границы кластера не всегда тождественна устойчивости границы района, т.е. бывают случаи, когда кластер не является ни функционально целостной, ни типологически однородной территорией, де факто это тождество выполняется для всех границ лишь при малом числе кластеров (до 8). При дальнейшем увеличении числа кластеров тождественность границ района и кластера может как выполняться, так и не выполняться, так как процесс дробления границ идет в двух направлениях.

Во-первых, от крупных групп МО отделяются фрагменты территории, которые с большой вариативностью относились к разным районам в различных сетках районирования. Предельно дробная конфигурация групп МО показана на рисунке пунктирными линиями. Они разделяют группы МО, характеризующиеся нулевым расстоянием между всеми членами группы, т.е. при дальнейшем увеличении заданного числа кластеров не будет изменяться конфигурация границ (для России в целом такое число кластеров равно 108). При любом районировании эти территории выступали как единое целое, т.е. ни разу не были разбиты границей какого-либо района (подобные группы МО будем называть неделимыми кластерами или территориями, а их границы — микрограницами). Некоторые из этих границ весьма устойчивы. Например, северо-восточные территории Татарстана (Агрызский, Балтасинский, Елабужский и Менделеевский районы, а также г. Набережные Челны) выделяются в отдельный кластер уже начиная с 17 кластеров, поскольку в различных сетках эта территория то была включена в состав района вместе с Казанью и Самарой, то входила в состав Татарстана как отдельного района, то объединялась с Ижевском и Кировом. Границы этого кластера устойчивы, но это ничего не говорит об устойчивости районных границ.

Во-вторых, при увеличении числа кластеров крупные группы МО разделяются на части по линии «разломов» группировок. Элементарной территориальной ячейкой для определения склонности к группировке служат неделимые кластеры. Ключевая проблема при анализе склонности к группировке — это определение ее объекта. С точки зрения алгоритма объектом склонности к группировке может быть любая группа МО, но каждый ученый, проводя районирование, объединял территории в район во-

4 Был реализован так называемый жадный алгоритм, находящий на каждом шаге локально оптимальное решение и не возвращающийся к предыдущим шагам для оптимизации с учетом полученной далее информации.

Схема обобщения сеток районирования (на примере Большой Волги). Составлено автором

круг какого-то центра или системы центров (в случае функционального районирования эти центры могли быть узлами связей, а в случае таксономического — центрами территорий, изотропных по заданным параметрам). В связи с этим объектами были выбраны группы МО, объединенные при числе кластеров, равном 8. Границы кластеров при их числе, равном 8, показаны на рисунке черной жирной линией и далее будут называться макрограницами.

С одной стороны, заданное число кластеров (8) не превышает максимальное число кластеров, при котором выполняется тождество кластерных и районных границ, что позволяет исключить ситуации, в которых результатом формализованного анализа может стать тяготение крупной полицентричной группы МО к небольшой неделимой территории. С другой стороны, это число не меньше минимального числа районов, выделяемых в какой-либо из используемых для ана-

лиза сеток. Это позволяет избежать ситуации, когда неделимая территория тяготеет к кластеру, размеры которого превышают выделяемый в какой-либо сетке район. Для территорий, входящих в «Поволжье», объектами группировки являются кластеры, границы которых совпадают с границами экономических районов госплановской сетки 1973 г.: Центрального, ЦЧР, Северного, Южного, Уральского, Волго-Вятского, Поволжского, а также Казахстанского5.

Склонность к группировке неделимой территории рассчитывалась как доля попаданий в тот или иной кластер (при 8 кластерах). На рисунке оттенками серого цвета показана первичная склонность к группировке неделимых территорий — к тому кластеру (или району, что в данном случае тождественно), к которому она максимальна. Направление стрелок от неделимой территории указывает на кластер, степень тяготения к которому занимает второе место. Длина стрелок пропорциональна интенсивности тяготения. Границы зон вторичной группировки неделимых территорий, или «мезограницы», показаны на рисунке штриховой линией и совпадают с границами кластеров, выделенных при их заданном числе от 15 и выше. В этом случае тождество границ района и кластера выполняется.

Таким образом, на рисунке представлены следующие виды границ:

1) макрограницы, или границы зон первичной группировки неделимых территорий, они же являются границами кластеров при их числе, равном 8, и максимально близки к границам госплановских экономических районов по сетке 1973 г. Территория, объединенная в этих границах, в соответствии с большинством сеток районирования имеет признаки как функциональной, так и типологической целостности, следовательно, эти границы можно считать обобщенными границами макрорайонов. Суть применяемого метода связана с обобщением информации, которую несут разные сетки районирования, что определяет вероятностный характер обобщенных районных границ. (Приставка «макро» имеет в данном случае относительный характер и обозначает, что при использовании для анализа данного набора сеток районирования, конфигурация полученных макрограниц отражает минимальный уровень дробности территории);

2) мезограницы, или границы зон вторичной группировки неделимых территорий, также выделяют территории с определенной функциональной и/ или типологической целостностью. Эти границы не совпадают с макрограницами и менее устойчивы по сравнению с последними. Они демонстрируют альтернативную, более дробную конфигурацию районных границ и могут служить вспомогательным материалом при проведении мезорайонирования;

3) микрограницы, или границы неделимых территорий, — МО, которые ни в одной сетке не разделялись районными границами, т.е. их устойчивость равна 100%. В одних случаях они обладают функциональной целостностью или типологической однородностью, в других — не обладают. Это «элементарные» территориальные ячейки для определения направления и склонности к группировке территорий, их можно использовать как один из уточняющих критериев при проведении микро- и мезорайонирования. Принципиально, что неделимые территории не могут быть функциональными ядрами районов.

Обсуждение результатов. На территории Большой Волги в современных границах Приволжского федерального округа выделяются 3 макрорайона. В состав первого входят Нижегородская и Кировская области, Республика Марий-Эл, Республика Мордовия и Чувашская республика. Такой состав идентичен составу Волго-Вятского экономического района по госплановской сетке 1973 г. (за исключением трех северных районов Кировской области, которые в большинстве сеток тяготели к территориям Республики Коми и Вологодской области). Второй район близок к Поволжскому госплановскому району, за исключением трех крайних западных районов Калмыкии, которые чаще относили к южным районам (вместе со Ставропольем и Ростовской областью). Наконец, третий район — Уральский — не замыкается в границах Большой Волги и включает также Свердловскую, Челябинскую и Курганскую области.

Такая конфигурация границ при числе кластеров, равном 8, свидетельствует, что госплановские районные границы — наиболее «репрезентативные» макрограницы из всей исследованной выборки сеток. Однако расчет склонности к группировке показывает, что целостность этих трех районов различна. Наиболее устойчив Уральский район. Здесь максимальные площади (весь Пермский край, большинство территории Башкирии и весь запад Оренбуржья) более чем в 80% случаев были относены к Уральскому району и нет ни одной территории, которая бы тяготела к Уралу с интенсивностью менее чем 50%.

Наибольшая неустойчивость границ наблюдается на юго-востоке Оренбургской области, которую часто объединяли в один район с территориями современного Казахстана.

Существенно менее целостен Поволжский район (в котором наиболее устойчивая склонность к группировке наблюдается на территории Самарской, Ульяновской и на востоке Саратовской областей, а минимальная — на западе Волгоградской области и в Республике Калмыкия) с меньшей склонностью к группировке с южными районами.

Наименее внутренне целостен Волго-Вятский район, на территории которого первичная склон-

5 Территория современного Казахстана, как и других бывших советских республик, не включена в расчеты кластеров на территории России. Если какая-то часть территории России относилась в той или иной сетке к району с центром на территории одной из бывших республик, то в расчетах кластеров она отнесена к прочим территориям.

ность к группировке нигде не превышает 65%, а крупнейший г. Нижний Новгород находится на границе трех неделимых территорий и группируется с Центральным районом с частотой более 30%. Именно на территории Волго-Вятского района наблюдается максимальная плотность мезограниц.

Границы зон вторичной группировки, или мезограницы, выделяют на территории Большой Волги семь районов: Нижегородский (включает всю территорию современной Нижегородской области); Вятский (Кировская область, Удмуртская Республика, северная часть Республики Марий-Эл); Пермский (вся территория Пермского края), Средневолжский (запад Самарской области, Ульяновская, Пензенская, Саратовская области), Казанско-Уфимский (Татарстан, Республика Башкортостан (кроме горных районов), восток Самарской области, запад Оренбургской области), Нижневолжский (Волгоградская, Астраханская области, большая часть Республики Калмыкия).

Заключение. Полученные результаты позволили сделать ряд обобщений. С точки зрения участия в создании нового районирования этот метод позволяет уточнить (в случае спорных ситуаций), как именно пройдет граница нового района: при прочих равных условиях, если граница воспроизводилась в различных сетках районирования на протяжении многих десятилетий, то велика вероятность ее объективного существования. Однако подобный ретроспективный анализ сеток районирования, как любой формализованный метод, не раскрывает факторов, которые повлияли на конфигурацию «усредненных», интегральных границ (рисунок). Можно выделить несколько групп таких факторов.

1. Объективные факторы, или критерии, которые использованы учеными для выделения районов. На конфигурацию районных границ влияли природные рубежи (особенно в сетках XIX в.), экономическая специализация территорий, инфраструктурная и в первую очередь транспортная связность. Вклад этих факторов в конфигурацию обобщенных границ — наиболее ценен с точки зрения создания нового районирования, поскольку представляет собой обобщение различных критериев районирования.

2. Субъективные факторы — это в первую очередь целевые установки проводимого районирования и информационная обеспеченность исследователя. Воздействие этих факторов на результаты исследования нивелируются на этапе отбора сеток районирования, т.е. используются только те работы, которые претендуют на интегральное районирование. Наиболее сложно снизить влияние факторов информационной обеспеченности. В частности, размер выделяемых

районов определяется не только целевыми задачами районирования (если вообще ставятся целевые задачи), но и «разрешающей способностью» исследователя, его методическим аппаратом и качеством имеющейся у него информации.

3. Объективизирующие факторы, в первую очередь это границы административно-территориальных образований — регионов или губерний. Сопоставление сеток районирования показало, что чем дольше существует административная граница, тем реже она «разрезается» районной границей. Это может быть связано с совпадением природных (чаще всего водоразделов) и административных границ, с наличием инфраструктурных разрывов на границах административных образований, с экономической целостностью отдельных регионов. Многие исследователи проводили границы районов в соответствии с границами административно-территориального деления, что позволило ликвидировать отдельные информационные пробелы, но в то же время делало методический аппарат районирования менее чувствительным к значимости межрегиональных связей, особенно тех, которые существовали недолго.

Один из ключевых факторов, влияющих на конфигурацию обобщенных границ районов, — фактор времени. Территориальные системы претерпевают постоянные изменения, и чем раньше выполнено районирование, тем менее адекватно оно социально-экономическим параметрам настоящего времени. В связи с этим в методику ретроспективного анализа сеток введен вес, повышающий вклад более новых сеток районирования в интегральную схему районирования.

Феномен высокой неустойчивости районных границ на территории Большой Волги во многом объясняется высокой концентрацией границ разных типов. Здесь велика плотность рек, достаточно крупных для того, чтобы служить барьерами, присутствуют реликтовые лесные массивы, а крайне северные и южные территории характеризуются низкой социально-экономической плотностью. Сочетание разных социально-экономических укладов и разной динамики развития частей изучаемой территории наряду с высокой плотностью крупных городов привело к формированию значительного числа границ, разграничивающих исторически сложившиеся зоны влияния крупных городов. Часть из этих границ актуальна до сих пор, другая часть носит рудиментарный характер, но систематизация и изучение их генезиса позволяют внести существенный информационный вклад в создание новой сетки экономико-географических районов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Айвазян С.А., Бухштабер В.М., Енюков И.С., Мешал-кин Л.Д. Прикладная статистика: классификация и снижение размерности. М.: Финансы и статистика, 1989.

2. Алампиев П.М. Экономическое районирование СССР. Кн. 1. М.: Госпланиздат, 1959

3. Бабурин В.Л. Неизвестные и малоизвестные страницы отечественного районирования. М.: УРСС, 2006.

4. Белоусов И.И. Основы учения об экономическом районировании. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1976.

5. Вопросы географии. Сборники 60. М.: Мысль, 1959.

6. Колосовский Н.Н. Теория экономического районирования. М.: Госполитиздат, 1958.

7. Кормен Т., Лейзерсон Ч., Ривест Р., Штайн К. Жадные алгоритмы. Гл. 16 // Алгоритмы: построение и анализ = Introduction to Algorithms / Под ред. И.В. Красикова. М.: Вильямс, 2005.

P.A. Chistyakov

8. Мандель И. Д. Кластерный анализ. М.: Финансы и статистика, 1988.

9. Родоман Б.Б. География. Районирование. Картоиды. Смоленск: Ойкумена, 2007.

10. Семенов-Тян-Шанский П.П. Населенность Европейской России в зависимости от причин, обусловливающих распределение населения империи. СПб., 1880.

11. Титков А.С. Проблема социально-экономического районирования Европейской России в начале ХХ века // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. География. 2009. № 2.

12. Трейвиш А.И. Город, район, страна и мир. Развитие России глазами страноведа. М.: Новый хронограф, 2009.

13. Шрейдер Ю.А. Что такое расстояние? // Популярные лекции по математике. Вып. 16. М.: Физматгиз, 1963.

Поступила в редакцию 24.03.2010

INTEGRATION OF THE SCHEMES OF ECONOMIC-GEOGRAPHICAL REGIONS

Procedure of the retrospective analysis of the schemes of integrated economic-geographical regionalization is suggested, which is based on the clustering algorithm and could be applied for investigation of territories as well as for the advanced integrated regionalization. The procedure was tested for the territory of the Urals and the Volga River region. A map of general boundaries of the integrated economic-geographical regions was compiled; types of boundaries were identified, as well as the factors responsible for their configuration.

Key words: economic-geographical regionalization, mathematical methods in economic geography, the Urals and the Volga River region.