延吉城市功能空間演化及驅(qū)動(dòng)力分析＊

黃煥春，運(yùn)迎霞，李明玉

（1．天津大學(xué) 城市規(guī)劃系，天津300072；2．延邊大學(xué) 地理系，吉林 延邊133000）

城市空間結(jié)構(gòu)是城市形態(tài)與城市要素相互作用而組成的［1］，因而展現(xiàn)出不同的結(jié)構(gòu)形式和空間投影上的變換［2－3］，居住、工業(yè)、綠地、公共設(shè)施用地占城市建設(shè)用地的60%～75%，對(duì)城市功能空間結(jié)構(gòu)演化起決定性作用，但其空間行為過程存在重大差異［4］。近年來，國(guó)內(nèi)外諸多學(xué)者就城市空間結(jié)構(gòu)，開展了很多卓有成就的研究［5－12］。但對(duì)城市功能空間演化的空間測(cè)度分析，現(xiàn)有的城市規(guī)劃分析方法［13］顯得捉襟見肘，難以對(duì)地塊是否存在空間集聚，空間集聚的結(jié)構(gòu)等級(jí)，城市功能分區(qū)邊界以及集中程度和演化情況等等方面進(jìn)行很好的分析。

延吉市作為延邊朝鮮族自治州的首府城市，是吉林省東部連接國(guó)內(nèi)外的重要中心城市。延吉市地處東北亞經(jīng)濟(jì)圈腹地，是東北亞圖們江地區(qū)“金三角”內(nèi)中國(guó)一方的一個(gè)支撐點(diǎn)，在“國(guó)際圖們江區(qū)域合作開發(fā)”和“中國(guó)長(zhǎng)吉圖開發(fā)”建設(shè)中均具有重要地位。延吉市作為東北亞地區(qū)的中心節(jié)點(diǎn)，區(qū)位獨(dú)特，優(yōu)勢(shì)明顯。延吉市近年來經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，GDP年均增長(zhǎng)13．45%。城市空間由單中心向T字形多片區(qū)的形態(tài)擴(kuò)張，建成區(qū)由1999年的41平方公里增長(zhǎng)到2010年的70余平方公里。

目前延吉市正在積極推進(jìn)多中心的城市空間戰(zhàn)略，而多中心化是一個(gè)城市空間結(jié)構(gòu)質(zhì)變的關(guān)鍵時(shí)期［14］。因此有必要對(duì)城市空間結(jié)構(gòu)演化進(jìn)行分析，為城市規(guī)劃提供堅(jiān)實(shí)的科學(xué)分析基礎(chǔ)，為“長(zhǎng)吉圖”開發(fā)先導(dǎo)區(qū)城市的功能布局及優(yōu)化調(diào)控提供參考，同時(shí)也為城市總體規(guī)劃分析探索新的視角和新的方法。

本文對(duì)1999－2010年的居住、工業(yè)、綠地、公共設(shè)施用地的空間演化進(jìn)行了定量分析，以此研究延吉市城市空間結(jié)構(gòu)的演化規(guī)律特征。通過運(yùn)用ESDA分析方法，探索地塊空間集聚、集聚的層級(jí)和位置，為規(guī)劃用地布置提供分析基礎(chǔ)；基于GIS平臺(tái)對(duì)各類用地進(jìn)行密度分析，明確城市各功能區(qū)位置和密度高低，為城市總體規(guī)劃結(jié)構(gòu)分析和功能布局提供分析基礎(chǔ)。

一、研究方法

（一）數(shù)據(jù)及預(yù)處理

本研究主要數(shù)據(jù)為1999年Landsat TM和2010年ALOS的遙感影像；延吉市1∶10 000地形圖和1999年、2010年延吉市土地利用現(xiàn)狀圖。首先，以1∶10 000地形圖為基準(zhǔn)（投影gauss kruger／Beijing＿1954＿3＿Degree＿GK＿Zone＿43），將所有圖進(jìn)行幾何精校正，校正采用2次多項(xiàng)式和3次卷積法進(jìn)行灰度插值，誤差均小于15米。然后，基于土地利用圖和遙感影像圖，校對(duì)提取1999和2010年的城市土地利用現(xiàn)狀并建立了數(shù)據(jù)庫(kù)。最后，利用ArcGIS提取數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算。

（二）ESDA分析方法

城市規(guī)劃中對(duì)用地性質(zhì)的分析確定和把握，對(duì)地塊空間集聚和聚集層次的識(shí)別，規(guī)劃師往往運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)主義的城市規(guī)劃方法，缺乏科學(xué)合理的實(shí)證分析。這因?yàn)槌鞘幸?guī)劃中缺乏有效的空間統(tǒng)計(jì)分析工具，本文采用ESDA（exploratory space data analysis）分析方法，利用伯努利模型解決上述問題 。

ESDA是一個(gè)空間技術(shù)集合，是以空間關(guān)聯(lián)性測(cè)度技術(shù)為核心，旨在描述與顯示空間分布，目的是揭示空間聯(lián)系、空間簇聚、空間異質(zhì)的不同模式［15－16］。Local Moran＇s I可對(duì)給定一組加權(quán)要素進(jìn)行空間聚類和異常值分析，識(shí)別具有統(tǒng)計(jì)顯著性的高值和低值的空間聚類，評(píng)估是高值還是低值在空間上發(fā)生聚類。

Local Mroan＇s I的計(jì)算公式是：

式中：xj為j個(gè)要素的屬性值；wij為第i和j個(gè)要素的空間權(quán)重值，j個(gè)要素的空間權(quán)重值。

Local Moran＇s I統(tǒng)計(jì)量檢驗(yàn)根據(jù)Z得分，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的顯著性檢驗(yàn)，以識(shí)別具有統(tǒng)計(jì)顯著性的熱點(diǎn)、冷點(diǎn)和空間異常值。其中Z計(jì)算公式：

如果要素的Z得分高且p值小，則表示有一個(gè)高值的空間聚類。如果Z得分低并為負(fù)數(shù)且p值小，則表示有一個(gè)低值的空間聚類。｜Z｜越高，聚類程度就越大，如果Z得分接近于零，則表示不存在明顯的空間聚類。本文采用｜Z｜＞1．96，顯著水平p＜0．05，置信度水平95%的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。通過顯著性檢驗(yàn)后，方可著手對(duì)數(shù)據(jù)中出現(xiàn)具有統(tǒng)計(jì)顯著性的空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行確定分析。

（三）城市功能用地密度分析方法

城市總體規(guī)劃進(jìn)行城市空間結(jié)構(gòu)的功能分析研究時(shí)，規(guī)劃師往往靠圖紙比較和個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)感知，這很難科學(xué)準(zhǔn)確地把握各功能分區(qū)的位置、邊界、密度。但借助GIS的密度計(jì)算，能夠定量地分析城市各類功能用地的密度、位置和邊界，從而把握城市空間結(jié)構(gòu)演化的脈絡(luò)。

本文采用核密度計(jì)算方法，該方法是以某一個(gè)點(diǎn)為中心畫一個(gè)圓或正方形作為濾波窗口，用窗口內(nèi)的點(diǎn)密度作為該點(diǎn)的值，距離較近的對(duì)象權(quán)重較大。核密度方法可以得到研究對(duì)象密度變化圖，空間變化是連續(xù)的空間分布。其中每個(gè)網(wǎng)格中心x處的和密度為窗口密度范圍的密度和，其計(jì)算公式為：

式中：K（）為核密度方程；h為閾值；n為閾值范圍內(nèi)的點(diǎn)數(shù)；d為數(shù)據(jù)的維數(shù)。

二、空間集聚結(jié)構(gòu)分析

基于點(diǎn)的聚類分析，用于分析研究對(duì)象在區(qū)域內(nèi)是否為空間集聚分布和集中分布的層次和范圍［17］。本文運(yùn)用ESDA進(jìn)行空間聚類分析，判斷城市四大類用地是否存在空間集聚以及集聚的層次和位置。地塊在空間集聚層級(jí)越高說明該類用地的功能越集中，其集聚的空間位置和層級(jí)變化是城市空間結(jié)構(gòu)變化的標(biāo)度。

利用聚類分析對(duì)四大類用地進(jìn)行空間聚類分析：第一步，將所有地塊按功能進(jìn)行分類，并將其進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換；第二步，定義坐標(biāo)并計(jì)算面積；第三步，在Sa TScan平臺(tái)下，用伯努利模型執(zhí)行基于點(diǎn)的空間聚類分析；第四步，利用GIS進(jìn)行可視化制圖。

延吉市1999年、2010年居住用地空間集聚變化，見圖1、圖2。

從圖1、圖2可以看出，1999年居住用地集中分布在市區(qū)中北部，并圍繞市中心呈環(huán)形集中分布；而2010年集聚出現(xiàn)了集聚空間層級(jí)的豐富狀況，居住用地空間格局初見端倪。2010年居住用地一級(jí)集聚圈位于長(zhǎng)白路與河南街交匯處附近，二級(jí)集聚圈圍繞在一級(jí)居住集聚圈周圍，在城市北部地區(qū)出現(xiàn)了三級(jí)集聚圈。其原因主要是近年來延吉市第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，市中心區(qū)的居住用地不斷地讓位于第三產(chǎn)業(yè)；北部的居住生活區(qū)的建設(shè)，使得延吉市出現(xiàn)了北部的新居住集聚圈。

延吉市1999年、2010年工業(yè)用地空間集聚變化，見圖3、圖4。

圖3 1999年工業(yè)用地空間集聚

圖4 2010年工業(yè)用地空間集聚

從圖3、圖4可以看出，1999年工業(yè)用地有兩個(gè)集聚等級(jí)，一級(jí)集聚區(qū)在市區(qū)東南部，兩個(gè)二級(jí)集聚圈在城市邊緣的西部地區(qū)，并與對(duì)外交通相連接；而2010年出現(xiàn)四級(jí)集聚圈，一級(jí)集聚圈從市中心向東偏移了2 000米左右，集聚圈范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，在城市北部的興安出現(xiàn)了二級(jí)集聚圈，而1999年的兩個(gè)二級(jí)集聚圈降為四級(jí)。與1999年相比，2010年西部的工業(yè)集聚圈縮小，集聚地塊數(shù)量減少了60%以上，用地面積也大量減少。這主要是延吉市近年來把第二產(chǎn)業(yè)放在東部地區(qū)，而北部布置了城市型低污染企業(yè)的緣故，同時(shí)西部教育文化區(qū)的建設(shè)，也使得西部工業(yè)用地集聚程度不斷削弱。

延吉市1999年、2010年公共設(shè)施用地空間集聚變化，見圖5、圖6。

圖6 2010年公共設(shè)施用地空間集聚

從圖5、圖6可以看出，1999年公共設(shè)施用地主要在市中心，呈“大餅”式集中分布；而2010年一級(jí)集聚圈半徑擴(kuò)大了900米左右，在東部地區(qū)還出現(xiàn)了二級(jí)集聚圈。這主要是由于延吉市第三產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)總量不斷上升，而東部工業(yè)區(qū)的發(fā)展又相應(yīng)地帶動(dòng)了第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，使得東部出現(xiàn)了小范圍的公共設(shè)施用地集聚圈。

延吉市1999年、2010年綠地空間集聚變化，見圖7、圖8。

圖7 1999年綠地空間集聚

圖8 2010年綠地空間集聚

從圖7、圖8可以看出，1999年延吉市綠地主要分布在西北部的人民公園附近；而2010年綠地的集聚數(shù)量、層次、范圍都有較大的變化，一級(jí)集聚圈移至北部新開發(fā)區(qū)附近，在市區(qū)南部出現(xiàn)了二級(jí)集聚圈，西部出現(xiàn)了綠地三級(jí)集聚圈。其原因主要是延吉市近年來采用點(diǎn)、線、面相結(jié)合的布局手法，進(jìn)行了較完善的園林綠地建設(shè)。

從上述四大類用地的空間集聚變化分析來看，延吉市城市功能空間發(fā)生了較大的變化，由原來的生產(chǎn)、生活等功能混雜型城市，逐步轉(zhuǎn)變?yōu)楣I(yè)化后期的城市空間功能分區(qū)結(jié)構(gòu)；“退二進(jìn)三”的任務(wù)已基本完成，第二產(chǎn)業(yè)已基本從市中心遷出，其中1999－2010年市中心工業(yè)用地面積減少62%，第三產(chǎn)業(yè)向市中心不斷集聚，范圍不斷擴(kuò)大；東部工業(yè)區(qū)、北部生活新區(qū)、西部行政辦公中心和公園文體生活區(qū)已基本形成。這表明城市功能格局分化較為明顯，城市功能分區(qū)也已逐步得到確立。1999－2010年城市功能空間由工業(yè)、居住、商業(yè)等功能混雜，變?yōu)檫m度功能分區(qū)、功能混合的格局特點(diǎn)。

三、城市空間結(jié)構(gòu)的功能演化分析

城市功能空間結(jié)構(gòu)依托于城市的土地利用，不同土地類型的密度直接反映了不同的城市功能空間結(jié)構(gòu)。對(duì)城市進(jìn)行用地密度分析，是研究城市功能空間分布和變化的有效方法。城市功能用地密度的高低，表明了相對(duì)應(yīng)的城市功能在該區(qū)位的集中程度；密度邊界等值線表明了功能集聚區(qū)的界限；四大類用地的高密度區(qū)的變化則反映了城市功能分區(qū)的演化，其密度的變化定量表達(dá)功能強(qiáng)度的變化。

利用GIS平臺(tái)計(jì)算四大類用地密度，揭示城市空間結(jié)構(gòu)的演化。其中閾值h取值1 500米（四大類用地的空間相關(guān)性的最大為1 300米），數(shù)據(jù)維數(shù)d取2，閾值范圍內(nèi)的點(diǎn)數(shù)n為以1 500米為半徑的圓內(nèi)所有點(diǎn)。首先，將1999年、2010年四大類用地柵格化，根據(jù)延吉市實(shí)際其柵格大小定為20×20m；然后，利用GIS計(jì)算每類土地類型密度；最后，對(duì)土地利用密度圖采用自然斷裂點(diǎn)法進(jìn)行分類，制成1999年和2010年城市空間結(jié)構(gòu)功能分析圖，見圖9、圖10。

從對(duì)1999－2010年城市空間結(jié)構(gòu)功能分析可以明顯看出，1999年延吉市居住功能區(qū)，主要分布在西部和東北部，而到2010年北部和西部居住用地集中擴(kuò)大，這說明延吉市打造西部生活新區(qū)、北部生活新區(qū)取得了明顯成效。1999年工業(yè)用地主要分布在市區(qū)東南部并與居住、商業(yè)用地有少量的混合，到2010年工業(yè)用地集中轉(zhuǎn)移到市區(qū)東部，實(shí)現(xiàn)了與居住、商業(yè)用地的分離，這說明城市工業(yè)布局逐步合理化。1999年公共設(shè)施功能區(qū)較小，到2010年中心擴(kuò)展較大，主要向北、西方向擴(kuò)展，說明城市服務(wù)功能不斷強(qiáng)化，第三產(chǎn)業(yè)不斷得到發(fā)展。1999的年綠地分布表現(xiàn)得非常集中，而到了2010年呈現(xiàn)北多南少現(xiàn)象，南北向上的綠地大為增加，大部分綠地密集區(qū)域呈現(xiàn)出于居住和商業(yè)中心相混合的態(tài)勢(shì)，這說明延吉市生活居住環(huán)境不斷改善，不斷地朝著生態(tài)宜居城市的方向邁進(jìn)。延吉市的北部生活新區(qū)、西部行政辦公中心和公園文體生活區(qū)已基本形成，說明城市空間發(fā)展方向已順利實(shí)現(xiàn)了發(fā)展重心的轉(zhuǎn)移拓展。

圖9 1999年城市空間結(jié)構(gòu)功能分析

四、驅(qū)動(dòng)力分析

（一）經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)力

經(jīng)濟(jì)是城市功能空間演變的根本原因。在城市的發(fā)展過程中，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化升級(jí)，一些衰退的產(chǎn)業(yè)從市中心向外遷移，為新興產(chǎn)業(yè)騰出發(fā)展空間，從而使城市功能空間結(jié)構(gòu)也不斷改變。近年來延吉市出現(xiàn)的電子產(chǎn)業(yè)和現(xiàn)代服務(wù)業(yè)的迅猛發(fā)展，帶動(dòng)了城市商業(yè)辦公用地的擴(kuò)展。1999－2010年的 “退二進(jìn)三”，客觀上反映了工業(yè)競(jìng)租能力不如商業(yè)，因此出現(xiàn)了工業(yè)的外遷和商業(yè)的市中心集聚現(xiàn)象。由于2000－2010年間東部工業(yè)經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)的高速擴(kuò)展，推動(dòng)了南部和北部居住用地的增多，以服務(wù)東部工業(yè)區(qū)的發(fā)展，從而深刻地影響著城市的功能空間結(jié)構(gòu)。

（二）自然環(huán)境驅(qū)動(dòng)力

自然環(huán)境對(duì)城市功能空間演化起著先天基礎(chǔ)性影響，它直接影響其變化的潛力、速度、方向、模式和空間結(jié)構(gòu)。自然環(huán)境對(duì)延吉市的影響主要表現(xiàn)為：第一，受河流的影響，由于布爾哈通河和沿?zé)熂拥挠绊?，空間結(jié)構(gòu)形態(tài)由“團(tuán)塊狀”發(fā)展為“星狀”。第二，受地形因素的影響，城市空間變化主要沿坡度變化較緩，海拔高度較低的方向。受地形影響形成了局部小氣候，工業(yè)功能區(qū)主要位于東部，城市其它功能區(qū)的擴(kuò)展向北和向西發(fā)展。

（三）城市規(guī)劃驅(qū)動(dòng)力

城市規(guī)劃的本質(zhì)在于其具有導(dǎo)向性的公共政策，它主要是通過關(guān)注于城市土地使用的分配、布局和組織而發(fā)揮作用的［18］。城市規(guī)劃是一定時(shí)期內(nèi)對(duì)城市空間進(jìn)行的戰(zhàn)略部署，政府通過土地資源的配置引導(dǎo)城市功能空間結(jié)構(gòu)的變化。城市規(guī)劃對(duì)延吉市城市功能空間演化起到了積極的引導(dǎo)作用，2000年版的城市總體規(guī)劃，把東部作為工業(yè)區(qū)，有效地引導(dǎo)了工業(yè)向東轉(zhuǎn)移。該版總規(guī)劃還確定在西部建立服務(wù)中心，北部建立生活中心，使城市空間演變速度不斷加快，帶動(dòng)了北部居住功能區(qū)的形成，促使服務(wù)功能區(qū)向西拓展。

（四）交通驅(qū)動(dòng)力

交通對(duì)城市功能空間的演化，起了非常重要的帶動(dòng)作用。1999－2010年，延吉市城市功能空間的演變，主要沿東西和北部三個(gè)方向，其中交通的深刻影響表現(xiàn)為：城市內(nèi)部交通主要為沿布爾哈通河?xùn)|西走向；對(duì)外交通，通往長(zhǎng)春方向的高速公路在延吉市西側(cè)，北部由長(zhǎng)琿高速公路將延吉市北部與市區(qū)連接。交通的發(fā)展，對(duì)城市功能空間集聚起到了推動(dòng)作用。

總之，經(jīng)濟(jì)、自然、交通、城市規(guī)劃四個(gè)主要因素，在與其它因素的相互影響相互制約的共同作用下，推動(dòng)了延吉市的城市功能空間演化。其中經(jīng)濟(jì)是內(nèi)生影響因素，自然條件因素是先天基礎(chǔ)，交通與城市規(guī)劃則是外在的影響。隨著科學(xué)科技的進(jìn)步，人們對(duì)自然資源利用的不斷深入，自然因素對(duì)城市功能空間演化的制約將不斷減弱。

五、結(jié) 論

通過對(duì)1999－2010年延吉市城市功能空間變化的分析，我們得出以下結(jié)論：

第一，延吉市居住用地在核心區(qū)外圍迅速增加，主要集中于北部、南部、西部。北部居住用地逐步集中變大。公共設(shè)施用地的集聚度在不斷增強(qiáng)，低級(jí)集聚圈的范圍呈現(xiàn)出擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)。1999－2010年間，用地呈現(xiàn)出混合發(fā)展態(tài)勢(shì)，綠地在市區(qū)的分布表現(xiàn)出均勻化現(xiàn)象，但由于綠地?cái)?shù)量有限且存在北多南少的不合理現(xiàn)象，未來綠地建設(shè)需要“突出勻布和整體性”原則。

第二，延吉市城市空間結(jié)構(gòu)逐步向工業(yè)化后期轉(zhuǎn)變，城市“退二進(jìn)三”的任務(wù)已基本完成，第二產(chǎn)業(yè)已基本從市中心遷出，第三產(chǎn)業(yè)向市中心不斷集聚，擴(kuò)大。工業(yè)用地一級(jí)集聚圈和密度最高區(qū)域向東轉(zhuǎn)移并擴(kuò)大，工業(yè)用地逐漸位于城郊下風(fēng)向地段，工業(yè)布局逐步趨于合理。公共設(shè)施用地呈現(xiàn)出東北－西南向的發(fā)展，集聚范圍不斷擴(kuò)大，在東部地區(qū)出現(xiàn)了二級(jí)集聚圈。

第三，延吉市城市功能結(jié)構(gòu)逐步明晰。1999年城市功能空間混雜，公共服務(wù)設(shè)施位于市中心，工業(yè)用地和居住用地空間相互穿插，呈現(xiàn)出工業(yè)圍城的明顯格局，居住和公共設(shè)施功能用地有東進(jìn)的趨勢(shì)。2010年城市的功能空間發(fā)生了很大的變化，商業(yè)服務(wù)設(shè)施用地不斷擴(kuò)大，居住片區(qū)向北和西南部發(fā)展，工業(yè)用地向東部集中，居住、商業(yè)、綠地在北部出現(xiàn)了相互交叉的混合發(fā)展形態(tài)。

第四，根據(jù)本文研究和筆者對(duì)延吉市城市空間模擬預(yù)測(cè)，判斷延吉市城市功能空間結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀基本清晰合理，建議未來發(fā)展采用精明增長(zhǎng)模式，主城區(qū)繼續(xù)采用T字形空間發(fā)展戰(zhàn)略。西部的朝陽川獨(dú)立衛(wèi)星城應(yīng)著力向工作、居住、休閑等多功能綜合發(fā)展。城市空間應(yīng)最終發(fā)展成為延吉市的“延龍朝”格局。

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