基于GIS的鹽城市區(qū)域發(fā)展時(shí)空特征研究

晏王波，張曉祥,2，姚 靜,3，徐 盼，余其鵬

（1.河海大學(xué) 地理信息科學(xué)與工程研究所，江蘇 南京 210098; 2. Environmental Remote Sensing and Informatics Lab, School of Geographical Sciences and Urban Planning, Arizona State University, Tempe, AZ 85287-5302, USA;3. GeoDa Center for Geospatial Analysis and Computation, School of Geographical Sciences and Urban Planning, Arizona State University, Tempe, AZ 85287-5302, USA）

基于GIS的鹽城市區(qū)域發(fā)展時(shí)空特征研究

晏王波1，張曉祥1,2，姚 靜1,3，徐 盼1，余其鵬1

（1.河海大學(xué) 地理信息科學(xué)與工程研究所，江蘇 南京 210098; 2. Environmental Remote Sensing and Informatics Lab, School of Geographical Sciences and Urban Planning, Arizona State University, Tempe, AZ 85287-5302, USA;3. GeoDa Center for Geospatial Analysis and Computation, School of Geographical Sciences and Urban Planning, Arizona State University, Tempe, AZ 85287-5302, USA）

以江蘇省鹽城市為例，獲取了1975年、1990年、2000年、2004年、2006年和2010年6個(gè)年份的土地利用分類數(shù)據(jù)，研究了鹽城市區(qū)域發(fā)展的時(shí)空變化。選取LISA指數(shù)用于捕捉局部空間聚類特征，探索時(shí)段內(nèi)的發(fā)展集群區(qū)域；同時(shí)利用Getis指數(shù)捕捉集群區(qū)域內(nèi)的發(fā)展峰值，展示發(fā)展冷點(diǎn)地區(qū)和熱點(diǎn)地區(qū)。研究結(jié)果表明，發(fā)展聚類在空間上呈現(xiàn)散點(diǎn)式分布，分布較為明顯，且隨時(shí)間推移范圍逐步擴(kuò)大；熱點(diǎn)分布區(qū)仍然呈現(xiàn)以縣市中心城區(qū)為主的格局，且該時(shí)段內(nèi)逐漸由內(nèi)陸向沿海發(fā)展；冷點(diǎn)區(qū)則呈現(xiàn)明顯的減少趨勢(shì)，北部及部分沿海區(qū)域正逐步轉(zhuǎn)換為熱點(diǎn)區(qū)。

區(qū)域發(fā)展；GIS；空間均一性；空間異質(zhì)性；區(qū)域建模

在城市與區(qū)域研究中，空間和位置對(duì)區(qū)域發(fā)展與資源配置有著重要作用，空間問題存在非常顯著的空間相關(guān)性和空間異質(zhì)性[1]，因此區(qū)域分析與建模成為分析和理解區(qū)域內(nèi)空間現(xiàn)象、過程、機(jī)制的重要方法[2]。一方面，在地理學(xué)研究領(lǐng)域，以數(shù)理統(tǒng)計(jì)為基礎(chǔ)的計(jì)量地理學(xué)革命為空間效應(yīng)的度量作出了基礎(chǔ)性貢獻(xiàn)[3,4]；另一方面，在區(qū)域科學(xué)、區(qū)域經(jīng)濟(jì)學(xué)領(lǐng)域，研究人員重視在經(jīng)典的模型中加入空間要素的影響[5,6]?？臻g相關(guān)性和空間異質(zhì)性普遍存在于空間格局現(xiàn)實(shí)問題中，但由于空間數(shù)據(jù)受空間相關(guān)性的影響，無法滿足經(jīng)典數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)中樣本獨(dú)立性的假設(shè)，因此，如何度量空間相關(guān)性和空間異質(zhì)性的空間效應(yīng)成為城市與區(qū)域建模的重要問題。為此，空間方法的整套理論與方法被提出[7]，用以發(fā)展相應(yīng)的算子進(jìn)行空間相關(guān)性、異質(zhì)性檢測(cè)。王勁峰等[8]提出地理信息空間分析的理論體系，并進(jìn)行了大量的理論探索和應(yīng)用研究[9]。在城市化熱點(diǎn)研究方面，張弛等[10]通過對(duì)南京市城市化聚落動(dòng)態(tài)進(jìn)行分析，探索增長(zhǎng)熱點(diǎn)集中發(fā)生的區(qū)位；宣國(guó)富等[11]則探究上海市城市社會(huì)空間集聚的原因，揭示各影響因素的冷熱點(diǎn)地區(qū)。

本文基于空間相關(guān)性和空間異質(zhì)性，研究了城市發(fā)展中的不均衡性。使用LISA指數(shù)對(duì)江蘇省鹽城市自1975年特別是1990年以來至2010年的建設(shè)用地進(jìn)行空間聚類分析，發(fā)現(xiàn)相同空間特征的地區(qū)聚集。同時(shí)，還探索了該時(shí)段內(nèi)空間發(fā)展的異常峰值，揭示了研究區(qū)內(nèi)區(qū)域發(fā)展的異質(zhì)性，反映了鹽城近年來空間發(fā)展的態(tài)勢(shì)。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

圖 1 研究區(qū)區(qū)位圖

鹽城市位于江蘇省東部沿海地區(qū)（見圖1），下轄9個(gè)區(qū)（縣市），包括138個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、2個(gè)國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)以及一些沿海墾區(qū)與鹽場(chǎng)，毗鄰黃海。鹽城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展呈現(xiàn)顯著的不均衡性，市區(qū)所轄亭湖區(qū)是鹽城歷史上的中心城區(qū)，基礎(chǔ)設(shè)施完善，經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展程度高；鹽都區(qū)近年因新城區(qū)和開發(fā)區(qū)的建設(shè)獲得了飛速發(fā)展，與亭湖區(qū)逐漸形成地區(qū)發(fā)展的核心；東臺(tái)市、大豐市2市人口密度相對(duì)低，土地后備資源豐富，區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度較高；而濱海縣、阜寧縣、響水縣因區(qū)位因素和歷史原因，人口密度較高，經(jīng)濟(jì)發(fā)展也相對(duì)滯后。另外，位于鹽城市區(qū)中部地區(qū)的建湖縣、射陽(yáng)縣經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展程度居中。這種發(fā)展格局導(dǎo)致逐漸形成了鹽城市中心城區(qū)集聚效應(yīng)急劇增強(qiáng)、縣域經(jīng)濟(jì)“南強(qiáng)北弱”的空間發(fā)展態(tài)勢(shì)。

利用研究區(qū)6期（1975年、1990年、2000年、2004年、2006年和2010年）遙感影像并結(jié)合土地利用現(xiàn)狀圖進(jìn)行影像分類，獲取上述6期較為精確的土地利用信息數(shù)據(jù)。結(jié)合格網(wǎng)數(shù)據(jù)，在綜合考慮研究區(qū)范圍及數(shù)據(jù)的疏密性、工作效率的基礎(chǔ)上，將格網(wǎng)大小定為4 km×4 km，將獲取的鹽城市數(shù)據(jù)格網(wǎng)化，對(duì)6期數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的初步準(zhǔn)備工作。

2 研究方法

圖2為技術(shù)路線圖。為了更好地量化空間異質(zhì)性，充分反映鹽城市該時(shí)段內(nèi)城市發(fā)展的趨勢(shì)性及規(guī)律性，分別從空間聚類分析和冷熱點(diǎn)監(jiān)測(cè)2個(gè)方面進(jìn)行分析。利用LISA指數(shù)進(jìn)行空間聚類分析，探索空間局部集聚水平；同時(shí)利用Getis指數(shù)進(jìn)行冷熱點(diǎn)監(jiān)測(cè)分析，識(shí)別不同空間區(qū)位上的高值簇與低值簇、冷熱點(diǎn)區(qū)的空間分布；并利用研究區(qū)各個(gè)單元的擴(kuò)展熱點(diǎn)指數(shù)，依據(jù)數(shù)值大小劃分等級(jí)，揭示鹽城市城市用地和城市群建設(shè)用地的擴(kuò)展程度，同時(shí)對(duì)冷點(diǎn)和熱點(diǎn)地區(qū)以時(shí)間和空間2種視角進(jìn)行分析，更為準(zhǔn)確地探索建設(shè)用地發(fā)展熱點(diǎn)和冷點(diǎn)區(qū)域及建設(shè)用地局部空間聚集特征。

圖2 技術(shù)路線圖

2.1 LISA指數(shù)

由于空間異質(zhì)性普遍存在，全局觀測(cè)指標(biāo)往往難以有效地反映局部的細(xì)微差別，故本文選擇LISA指數(shù)測(cè)度局部空間自相關(guān)，進(jìn)一步探索局部空間集聚。局部空間自相關(guān)LISA公式為：

2.2 Getis指數(shù)

空間冷熱點(diǎn)檢測(cè)是通過監(jiān)測(cè)空間數(shù)據(jù)的總體模式和趨勢(shì)來進(jìn)行熱點(diǎn)評(píng)估。當(dāng)高值和低值同時(shí)聚類時(shí)，它們傾向于彼此互相抵消，如果低值和高值同時(shí)聚類時(shí)測(cè)量空間聚類，則使用空間自相關(guān)工具；當(dāng)存在完全均勻分布的值并且要查找高值的異?？臻g峰值時(shí)，首選Getis-ord General G工具。

為了匯總空間現(xiàn)象聚類的程度，以檢查不同時(shí)期或不同位置的變化，可以比較某個(gè)城市的城鎮(zhèn)發(fā)展以及密度集。選取Getis’G指數(shù)， Getis-Ord Gi*公式為：

式中，E(G*i(d))和Var(G*i(d))分別是 G*i(d)的數(shù)學(xué)期望和方差。如果Z(G*i(d))為正，且顯著，表明位置i周圍的值相對(duì)較高，屬高值空間集聚，即熱點(diǎn)區(qū)；反之，如果Z(G*i(d))為負(fù)，且顯著，表明位置i周圍的值相對(duì)較低，屬低值空間集聚，即冷點(diǎn)區(qū)。

3 分析與討論

3.1 LISA分析

為了反映各個(gè)區(qū)域之間的集聚程度及顯著水平，利用Geoda繪制局部Moran散點(diǎn)圖，采用999次置換方法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，其橫坐標(biāo)為各單元標(biāo)準(zhǔn)化處理后的屬性值，縱坐標(biāo)為其空間鄰接矩陣所決定的相鄰單元的屬性值的平均值。

散點(diǎn)圖分為4個(gè)象限，表達(dá)了某一點(diǎn)(區(qū)域)和其周圍點(diǎn)(區(qū)域)4種類型的局域空間聯(lián)系，即“高高”(HH)、“高低”(HL)、“低高”(LH)和“低低”(LL)。HH類型，空間單元以及周邊單元建設(shè)用地發(fā)展較快，二者的空間差異程度較?。籐L類型，表示區(qū)域自身與周邊地區(qū)的建設(shè)用地發(fā)展較慢，二者差異較小；相反，對(duì)于HL類型，空間單元自身發(fā)展較低，周邊單元建設(shè)用地發(fā)展較快，空間差異較大，而LH類型則表示區(qū)域自身發(fā)展較快，周邊地區(qū)的發(fā)展較慢，二者空間差異依然很大。

圖3 鹽城市建設(shè)用地LISA圖

以時(shí)間角度來看（見圖3），各縣市的中心空間單元呈現(xiàn)“高高”(HH)現(xiàn)象，并且隨時(shí)間的遷移，逐漸以中心單元為軸心呈現(xiàn)“輻射圈”；相反，對(duì)于“低低”(LL)現(xiàn)象，原先集中在北部的響水、濱海，中部的大豐等地，后期這種現(xiàn)象逐漸消失，甚至轉(zhuǎn)化為“高高”(HH)地區(qū)，而“高低”、“低高”則仍呈零散分布。

以空間角度來看，原先集中于老城區(qū)的亭湖、鹽都2區(qū)，局部空間單元及其周邊發(fā)展仍然較快，但是，由內(nèi)陸向海岸沿線發(fā)展的趨勢(shì)已較為明顯，說明這些地區(qū)逐漸由散點(diǎn)式發(fā)展逐步向片區(qū)式發(fā)展轉(zhuǎn)變，盡管部分地區(qū)受各種因素限制還未發(fā)展，但是發(fā)展趨勢(shì)已經(jīng)很明朗。

3.2 熱點(diǎn)分析

計(jì)算Getis’G指數(shù)，圖4中的指數(shù)較高(紅色)區(qū)域代表發(fā)展較快區(qū)域，即熱點(diǎn)區(qū)域。

圖4 鹽城市建設(shè)用地?zé)狳c(diǎn)圖

以時(shí)間視角來看（見圖4），鹽城早年沒有火車、飛機(jī)、港口，也沒有高速公路，大宗貨物運(yùn)輸主要依靠公路和水路運(yùn)輸。擴(kuò)展熱點(diǎn)主要集中于鹽城市市區(qū)、大豐市市區(qū)，它們的擴(kuò)展熱點(diǎn)指數(shù)都很高，即城鎮(zhèn)主要圍繞國(guó)道干線以及河流走向進(jìn)行布局；而沈海高速鹽城段及新長(zhǎng)鐵路、大豐港等一系列重要基礎(chǔ)設(shè)施施工后，次熱點(diǎn)主要沿響水縣城、濱?？h城、阜寧縣城直到建湖縣九龍口鎮(zhèn)，沿射陽(yáng)縣一部分到亭湖區(qū)一線，從大豐市的劉莊鎮(zhèn)自西向東到大豐港口以及從東臺(tái)市的五烈鎮(zhèn)橫跨東臺(tái)市，這些發(fā)展的熱點(diǎn)及次熱點(diǎn)地區(qū)隨著時(shí)間的推移，可以重新整合鹽城市域內(nèi)部資源，逐漸以輻射狀效應(yīng)帶動(dòng)周邊發(fā)展，增強(qiáng)地區(qū)發(fā)展后勁。

以空間視角來看，通過歷史沿革及政府政策引導(dǎo)，擴(kuò)展熱點(diǎn)逐漸沿南北向的204國(guó)道、沈海高速（G15高速）、東西向的河流沿岸發(fā)展，形成了“交通走廊式”的城市空間格局，且明顯有從內(nèi)陸逐漸向海岸帶轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)。市域城鎮(zhèn)空間分布呈現(xiàn)以鹽城市區(qū)為中心，以河流水系、道路等交通線為脈絡(luò)，逐年發(fā)展。

3.3 冷點(diǎn)分析

以時(shí)間視角來看（見圖5），冷點(diǎn)區(qū)仍然集中在鹽城北部的響水縣和濱?？h。盡管在2010年部分冷點(diǎn)地區(qū)已經(jīng)轉(zhuǎn)換為次冷點(diǎn)甚至是次熱點(diǎn)，但是對(duì)于遠(yuǎn)離204國(guó)道等交通線、河流的地區(qū)，在近30年的時(shí)間內(nèi)仍未發(fā)生太多改變，依然是冷點(diǎn)地區(qū)。

圖5 鹽城市建設(shè)用地時(shí)間序列冷點(diǎn)圖

以空間視角來看，擴(kuò)展冷點(diǎn)出現(xiàn)在一些區(qū)位較差、工業(yè)發(fā)展落后、城鎮(zhèn)分布稀疏的地區(qū)，此類區(qū)域因遠(yuǎn)離市區(qū)和縣城，交通不便，經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)落后，建設(shè)用地的擴(kuò)展態(tài)勢(shì)也就沒有其他地區(qū)強(qiáng)烈。由于開發(fā)政策全面實(shí)施以及農(nóng)場(chǎng)、漁場(chǎng)轉(zhuǎn)換為建設(shè)用地需要一定的過程，這樣的長(zhǎng)期過程導(dǎo)致了城鎮(zhèn)發(fā)展的滯后性。次冷點(diǎn)地區(qū)主要集中在響水縣南部沿中山河區(qū)域、建湖縣與射陽(yáng)縣的交界部分、濱?？h與射陽(yáng)縣交界部分，此部分由于河流的淤塞、遠(yuǎn)離縣城中心，發(fā)展較慢。

沿海開發(fā)已從地方政策上升為國(guó)家戰(zhàn)略，這對(duì)沿海岸帶等已有格局產(chǎn)生沖擊，特別是沿海高等級(jí)公路等相關(guān)政策實(shí)施，將會(huì)在一定程度上改變已有的空間分布。雖然沿海經(jīng)濟(jì)活動(dòng)單一，相對(duì)于老的城鎮(zhèn)還未形成“多點(diǎn)開花”發(fā)展態(tài)勢(shì)，發(fā)展較慢而導(dǎo)致還存在一定程度的冷點(diǎn)地區(qū)，但是隨著政策的逐步實(shí)施及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的引進(jìn)，未來的空間布局將會(huì)得到改善。

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Research on Regional Development Spatio-temporal Changes in Yancheng Based on GIS

byYAN Wangbo

In this paper, taking Yancheng City in Jiangsu Province for example, the study time nodes was identified as 1975、1990、2000、2004、2006、2010,and access to relevant data post-processing. The LISA index was chose to capture the local spatial clustering, to explore the development of regional clusters in periods better. On this basis,Getis Index was used to capture peak value within the cluster region in the development area, to show the development of the region of cold spots and hotspots. The study results show that regional spatial development clustering in space presents a scatter distribution and expand the scope of cluster gradually over time, hotspot distribution in space of Yancheng is still the pattern that is focused on the center citybased and along the ports and other transport facilities.

regional development,GIS,spatial homogeneity,spatial heterogeneity, regional modeling

P208

B

1672-4623（2013）02-0104-03

10.11709/j.issn.1672-4623.2013.02.033

2012-09-18。

項(xiàng)目來源：河海大學(xué)中央高校科研基金資助項(xiàng)目（2009B004141）。

晏王波，碩士，主要從事GIS與空間分析研究。