乌鲁木齐市中心城区土地多功能利用空间分异研究.pdf
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1、研究基于 POI 等城市多源数据,采用空间区位指数法、空间自相关分析法及关联规则挖掘法,探究中心城区土地多功能利用的空间分布特征与差异,得出土地多功能利用类型的空间关联规则。结果表明:(1)中心城区土地多功能利用空间分布特征中,单一功能广泛散布在城区外围,由市区中部呈现出“混合功能双功能单一功能”占位发展与圈层扩张模式。(2)在中心城区土地多功能利用空间差异分析中,生活、生产生活、混合功能区功能为低水平区位熵值,生态、生产功能为中等水平区位熵值,生产生态、生活生态功能为高水平区位熵值。以生产功能与生活功能为主导的生产、生活、生产生活、生活生态及混合功能为正相关类型,以生态功能为主导的生态功能和
2、生产生态功能为负相关类型,且具有明显的边缘效应。(3)根据关联规则分析,生产、生活、混合及生产生活功能之间具有高强度的相互关联性,生活生态功能和生产生态功能与其关联性为中等强度,而生态功能与其他六种功能的关联强度是最薄弱的。关键词:土地多功能利用;空间分异;关联规则;中心城区;乌鲁木齐市中图分类号:F301.2文献标志码:文章编号:1009-4210-(2023)03-061-13On Spatial Differentiation of Multifunctional Land Use in the Central Urban Area of UrumqiYANG Jun-xiao,LIU
3、Xiao,ZHANG Fei-yun(School of Public Management,Xinjiang Agricultural University,Urumqi 830000,Xinjiang,China)Abstract:Based on urban multi-source data such as POI,this paper applied the spatial location index method,spatial autocorrelation analysis method,and association rule mining method to explor
4、e the spatial distribution characteristics and differences of multifunctional land use in the central urban area of Urumqi,and to obtain spatial association rules for multifunctional land use types.The results indicated that:(1)As shown in the spatial distribution characteristics of multifunctional
5、land use in the central urban area,areas with a single function were widely distributed in the periphery of the urban area,and a circle expansion mode of“mixed-use function-dual function-single function”was developed and presented in the central urban area.(2)The spatial difference analysis of multi
6、functional land use in the central urban 收稿日期:2023-03-17基金项目:国家社会科学基金项目(16BGL132)作者简介:杨俊孝(1964),男,教授,从事土地资源管理与农业经济研究。E-mail:国土资源科技管理第 40 卷62area indicated that in terms of the location quotient value,functions of the living,production-living,and mixed-use areas remained at a low level,functions of t
7、he ecological and productive areas were kept at a medium level,and functions of the ecological-productive and ecological-living areas were at a high level.Besides,production,living,production-living,ecological-living,and mixed-use functions dominated by production and living functions were positivel
8、y correlated,while the ecological function and ecological-productive function dominated by ecological function were negatively correlated,showing an obvious edge effect.(3)According to association rules analysis,there was a strong interconnectedness among production,living,mixed-use and living-produ
9、ction functions,a moderately strong interconnectedness between ecological-living functions and ecological-production functions,and the interconnectedness between ecological function and the other six functions was the weakest.Key words:multifunctional land use;spatial differentiation;association rul
10、es;central urban area;Urumqi我国飞速发展的工业化与城市化对城市可持续发展形成一定程度上的阻碍,使城市内部空间结构配置与优化的过程面临着挑战1。在城市化过程中土地利用的单一功能是其发展的基础,多元化功能则能快速催化城市化的进程2。城市功能区作为城市经济社会职能的重要空间载体,借助土地利用方式有效发挥特定的城市功能,实现了社会资源在城市空间上的凝聚3。因此,探究城市土地多功能利用布局状况与空间分异特征,可以详细直观地掌握城市土地多功能利用的空间发展状态,更好地服务于城市未来国土空间规划的配置与布局4。当前,紧张的人地关系制约了城市的高质量发展,城市土地多功能利用受到政府
11、及学界的高度关注。国外学者在城市土地多功能利用区识别和分类的研究起步较早5,并将其运用于城市区域的可持续评价6,探究不同土地利用政策对土地多功能利用布局与发展的影响7。2015 年中央城市工作会议提出要“统筹生产、生活、生态三大布局,提高城市发展的宜居性”8后,基于生产、生活、生态功能(以下简称“三生”功能)的土地利用研究逐渐受到重视9。国内学者主要依据中国实际状况,以发达地区与较大城市为研究对象10,开展土地多功能利用概念与分析框架界定11、时空演变特征分析12、影响因素分析13等研究。随着大数据采集与处理技术不断地进步,为城市土地多功能利用的深入研究提供了新的数据支撑和研究视角14,多基于
12、 POI 数据以格网尺度为研究单元开展研究15。综上可得,一是大部分学者采用 POI 数据对城市土地多功能利用研究时,多以格网尺度为研究单元进行研究,忽略了城市内部多由不规则的多边形组成,格网单元与实际情况不太相符问题。二是土地多功能利用研究在空间尺度上多以国家、省、市为主,而选择以西北地区大中尺度的城市为研究区域的成果较少。乌鲁木齐市作为西部重要的中心城市,对区域经济社会发展的带动作用是无可替代的。其中心城区作为城市高效发展的重要空间载体,是新疆城市化和工业化的核心承载区,合理的土地多功能利用对城市职能的完善、生产空间的高效集约利用、生活空间宜居度的提升至关重要。因此,本文根据城市路网合理划
13、分出具有社会经济功能的地块研究单元,使土地多功能利用的研究单元空间更具有合理性与科学性,基于“三生”功能理论,以乌鲁木齐市中心城区为研究区域,利用城市多源数据并结合路网尺度的研究单元,通过区位熵指数法、空间自相关分析法与关联规则挖掘法,剖析中心城区土地多功能利用的空间分布特征与差异,探究土地多功能利用类型空间分布的关联规则,以期对未来的城市国土空间规划及其格局的优化调整提供借鉴。第 3 期杨俊孝,等:乌鲁木齐市中心城区土地多功能利用空间分异研究63一研究区概况及方法(一)研究区概况乌鲁木齐市位于我国西北部,坐落于天山山脉中段北麓、准噶尔盆地南缘。作为丝绸之路经济带核心节点的大型城市,引领着丝绸
14、之路经济带的高效运作,是带动新疆城市高质量发展的首要动力。根据乌鲁木齐市城市总体规划(20142020 年),乌鲁木齐市中心城区面积 1 435 km2,其行政范围包括经开区、高新技术开发区和天山区全部管辖范围,以及米东区以南、沙依巴克区以北和乌鲁木齐县以北的部分地区(图 1)。中心城区作为乌鲁木齐城市发展的重要空间载体,兼顾城市的生态环境以山水为主要目标,其合理城市土地多功能利用空间的布局是一项重要的战略任务,因此进行中心城区土地多功能利用空间分异特征与关联规则的研究,对城市未来国土空间布局与规划具有重要的科学意义。图 1乌鲁木齐市中心城区区位示意(二)数据来源1.数据来源乌鲁木齐市中心城区
15、行政区划资料来源于乌鲁木齐市城市总体规划(20142020 年);POI 数据来源于高德平台,利用 Python 爬取网络上乌鲁木齐市中心城区 2022 年 POI 数据;POI公众认知度数据来源于学者赵卫峰16、薛冰等17研究,引入 POI 数据的公共认知度,使得 POI数据可以反映城市内部真实信息;城市路网数据来源于 OpenStreetMap 平台的 OSM 路网数据。2.数据预处理为获取乌鲁木齐市中心城区矢量数据,在 ArcGIS10.0 软件中将乌鲁木齐市中心城区规划图国土资源科技管理第 40 卷64作为参考底图,进行图片的地理配准与范围选择,经过不断调试,最终得到中心城区边界矢量数
16、据。首先,对于所获得的 OSM 路网数据,在 Arcgis10.0 软件中对原始路网数据进行拓扑处理,消除连接错误与悬挂道路;其次,根据研究区内的实际情况并结合城市道路工程设计规范,拓宽高速公路 30 m、主干道 20 m、一级道路 10 m,形成研究区道路空间;最后,移除道路空间得到研究单元(图 2)。图 2研究区地块单元本研究由 Python 爬取的原始 POI 数据共有 17 类(表 1 中的三级类),根据 城市用地分类与规划建设用地标准(GB501372011)将 POI 数据划分为 6 类(表 1 中的二级类)。在 ArcGIS10.0 软件中对 POI 数据进行剔除,清除重复数据及
17、公众认知度较低的数据,并按“三生”功能的定义进行归类。3.研究方法(1)土地多功能利用空间类型定量识别法。POI 数据不具备实体规模信息,对研究单元的土地多功能利用性质具有重要影响。目前,大多数学者根据行业平均面积确定各类 POI 面积权重,虽然落实了不同的 POI 实体面积,但每类面积内部存在较大的差异,导致空间上 POI 面积叠加与数据重复。本研究根据各类建筑物的服务范围18,根据 POI 数据公众认知度的权重与排名顺序,建立 100 600 m 的缓冲区,按照公众认知度对各类 POI 点服务范围的缓冲区依次递减。其中,对于建筑面积或占地面积较大且公众认知度较高的地物,缓冲区范围会相应偏大
18、,例如绿地公园、动物园等,最后剔除道路面积后即得到不同 POI 类型的空间服务范围。第 3 期杨俊孝,等:乌鲁木齐市中心城区土地多功能利用空间分异研究65表 1基于 POI 数据的“三生”功能类型重划分一级类二级类三级类对应 POI 类型POI 数量/个 所占三级类 POI 比例/%生产功能(P)工业用地(M)工厂园区工厂、工业村、产业园1610.15仓储物流仓库、仓储区、物流园10961.01道路与交通设施用地(S)交通设施地铁站、公交车站、长途汽车站、停车场等交通相关服务场所54685.03生活功能(L)居住用地(R)居住区住宅、公寓、别墅、家属区39613.64公共管理与公共服务用地(A
19、)政府机构政府机关、社会团体、公检法机构、交通车辆管理机构、工商税务机构、社会团体相关场所、行业协会34473.17医疗保健专科医院、综合医院、医药保健销售店、动物医疗场所、医疗保健服务场所47554.37科教文化学校、传媒机构、博物馆、科教文化场所、培训机构、会展中心、文化宫、研究所29942.75商业服务业设施用地(B)公司企业电子商务、广告装修、商业贸易公司、知名企业、机械和设备修理92948.55金融保险银行、保险公司、证券公司、金融保险服务机构银行、保险公司18361.69餐饮服务餐厅、咖啡厅、酒吧、休闲餐饮场所、小吃店、饮品店1971718.12购物服务便利店、专卖店、市场、超市、
20、商场、商业街等购物相关场所3353730.84生活服务美容美发店、洗浴推拿场所、洗衣店、照相馆、邮局、电讯营业厅、售票处、事务所、彩票彩券销售点1853117.04娱乐休闲运动场馆、娱乐场所、休闲场所、度假疗养场所、影剧院等体育休闲服务相关场所19361.78住宿服务酒店、旅馆、招待所16921.56生态功能(E)绿地与广场 用地(G)公园绿地城市广场、动物园、公园、植物园1640.15风景名胜旅游景点、宗教寺庙、纪念馆、风景名胜1670.15在识别城市地块属性时,通过计算对应 POI 类型的数量与服务范围的缓冲区面积,确定地块单元的土地多功能利用类型,计算公式如下:(1)式中:H 为研究区单
21、元内土地多功能利用类型的权重;Sk为第 k 个研究区面积;Si为第 i 类兴趣点缓冲区在该研究区内的面积;ni第 i 类兴趣点在该研究区内的数量。以单一研究区内的某类兴趣点缓冲区面积占该研究单元内所有缓冲区面积的比重作为该兴趣点在该研究区内的权重。由于生活功能 POI 比重超过 50%,其在单一研究区内 H 值超过 60%则定义该研究区为生活功能;与此相反,生态功能 POI 点占比单一研究区内 H 值超过 40%作为生态功能;其他均以超过 50%作为划分单一功能区的标准;最后,余下研究区划分为多功能利用区,同样方法判断其多功能利用的具体类型。(2)区位熵指数法。区位熵指数主要是用于衡量某一区域
22、内要素的空间分布情况,熵值越大国土资源科技管理第 40 卷66说明要素的空间集中程度越高,更具有发展优势19。部分学者将此应用于城市空间的研究中,用于识别研究单元内城市功能要素的地域集中强度,熵值越大说明研究单元内该功能要素的集中强度越高且专业化程度越强,具有更好的发展优势20。本文采用区位熵指数研究土地多功能利用类型的要素在空间单元中的地域集中强度,计算公式如下:(2)式中:Q 为区位熵;ema为研究单元 m 中功能类型 a 的要素数量与整个区域内功能类型 a 的所有要素总数的比值;em为研究单元 m 中总的要素数量与整个区域中所有要素数量的比值。基于以往研究经验,Q 1,则表明该功能区类型
23、的专业化程度高于平均水平;Q 1.5,则表明该功能区类型的专业化程度在整个区域具有显著优势,发展较为成熟。(3)空间自相关分析法。土地多功能利用的类型空间作为地理上具有连续变化特征的实体,存在空间聚集性规律21。本文借助 Morans I 指数与 Moran 散点图揭示研究区土地多功能利用类型空间的自相关性程度及其聚集性分布的特点。其中,基于全局空间自相关得到的 Morans I指数,其计算公式如下:(3)式中:I 为反映变量空间自相关性强弱的 Morans I 指数,取值范围为 1,1,在通过显著性水平检验的前提下,值趋近 1,表明变量的空间正相关性越强;趋近 1,表明空间负相关性越强;若为
24、 0,则表明在空间上呈随机分布。V、V为空间变量(生产、生活、生态、生态生活、生态生产、生产生活及混合功能区位熵)在空间单元、上的实测值;、S2分别为空间变量的均值与方差;n 为空间单元的数量;W是反映不同空间单元(与)之间空间邻接性的空间权重矩阵,结合局部空间自相关得到的 Moran 散点图,可进一步将研究区的生产、生活或生态空间格局特征进行可视化,即通过第一、第三象限和第二、第四象限将空间单元划分为正相关类型(HH、LL)与负相关类型(HL、LH)。(4)关联规则法。关联规则是反映一个事物与其他事物之间的相互依存性和关联性,是数据挖掘的一个重要技术,用于从大量数据中挖掘出有价值的数据项之间
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