大連市金普新區(qū)城市建筑三維形態(tài)的時(shí)空分異研究

王雨娜

（遼寧師范大學(xué) 遼寧省自然地理與空間信息科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 大連 116029）

城市建筑形態(tài)的空間發(fā)展過程會影響城市的生態(tài)變化，而這些變化的產(chǎn)生及發(fā)展又構(gòu)成了城市三維建筑空間的形態(tài)特征[1]。以往學(xué)者針對城市形態(tài)的研究大多集中于二維平面，如通過CA 模型模擬城市形態(tài)演變、運(yùn)用RS 和GIS 空間分析技術(shù)分析空間擴(kuò)展模式等來揭示城市空間形態(tài)及演變規(guī)律[2-4]。隨著城市發(fā)展過程中遇到的城市上空利用效率低、“人地矛盾”等問題的出現(xiàn)[1]，學(xué)者們關(guān)注的焦點(diǎn)逐漸轉(zhuǎn)移到如何通過城市建筑來反映城市三維空間形態(tài)上。因此，本文以大連市金普新區(qū)主城區(qū)為例，以2005 年、2020 年兩年的城市建筑數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用ArcGIS、GeoDa 等軟件對研究區(qū)進(jìn)行時(shí)空分異分析和空間自相關(guān)分析。

1 研究區(qū)與數(shù)據(jù)

本文以大連市金普新區(qū)2005 年、2020 年高分辨率遙感影像、建筑物輪廓及高度、行政區(qū)劃為基本數(shù)據(jù)，對于沒有高度信息的建筑物，結(jié)合百度全景獲取建筑物層數(shù)信息，將每一樓層高度設(shè)置為3m，從而獲得研究區(qū)建筑高度數(shù)據(jù)。本文基于規(guī)則格網(wǎng)提取最大高度、平均高度、錯(cuò)落度作為城市三維空間建筑起伏特征測度指標(biāo)；引入指數(shù)分析了3 個(gè)測度指標(biāo)的空間自相關(guān)性，從中挖掘城市三維建筑形態(tài)的總體特征和內(nèi)部規(guī)律。

2 研究方法

2.1 空間統(tǒng)計(jì)分析

為了研究大連市金普新區(qū)主城區(qū)城市三維空間建筑起伏特征和演變規(guī)律，本文從研究目的出發(fā)選擇和構(gòu)建了建筑最大高度、建筑平均高度和建筑錯(cuò)落度3 個(gè)指標(biāo)從不同角度來分析城市三維空間建筑的起伏特征，如表1 所示。其中最大高度和平均高度體現(xiàn)了建筑群體在城市上空的集中程度和利用水平，錯(cuò)落度體現(xiàn)了不同區(qū)域建筑物的高度錯(cuò)落程度，反映了區(qū)域的空間起伏性[5、6]。

表1 建筑指標(biāo)公式

2.2 空間自相關(guān)分析

空間自相關(guān)分析是指對研究區(qū)內(nèi)某個(gè)單元與其鄰近單元的某屬性觀測值進(jìn)行相關(guān)性分析，從而判斷其是否相關(guān)以及相關(guān)程度大小的一種空間數(shù)據(jù)分析方法[1]。本文從Moran′sI 指數(shù)的計(jì)算和解釋出發(fā)，來發(fā)現(xiàn)城市建筑形態(tài)內(nèi)部分布規(guī)律。

3 研究結(jié)果

3.1 時(shí)空分異分析

如圖1 所示，可以看出整體上大連市金普新區(qū)主城區(qū)的空間格局西南部和東南部高于北部。研究區(qū)建筑物最大高度從2005 年的102 米提升到了2020 年的143 米，2005 年最大高度的高值區(qū)域集中在金馬路、灣里街附近，2020 年時(shí)高值區(qū)域向外擴(kuò)展，增加了遼河西路周邊為高值區(qū)域。平均高度2005 年和2020 年數(shù)值范圍均為3 至99 米，最大高度與平均高度增長較快的區(qū)域相似，以金馬路沿線的商業(yè)區(qū)域、萬達(dá)廣場、遼河西路沿線和淮河中路以南的住宅區(qū)為典型區(qū)域，具有明顯的增長趨勢。錯(cuò)落度最大值從2005 年2.14189 提高到2020 年的2.289，2005 年錯(cuò)落度極大值區(qū)域在炮臺山公園東部，即金馬路與遼寧街交叉區(qū)域，由于該區(qū)域是商住結(jié)合區(qū)域，道路周邊商業(yè)用地的建筑物高度較低，金馬路附近的居民區(qū)建筑高度較高，使得該區(qū)域建筑物空間層次差別明顯，2020 年錯(cuò)落度高值區(qū)域集中在大連保稅區(qū)市場大廈周邊，原因在于早期存在的工業(yè)廠房高度較低，后續(xù)建設(shè)的住宅樓高度較高，使得該區(qū)域建筑物高度對比明顯。

圖1 研究區(qū)2005 年（左）、2020 年（右）城市建筑三維指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

3.2 空間自相關(guān)分析

對研究區(qū)進(jìn)行規(guī)則格網(wǎng)劃分，將選取的城市建筑三維形態(tài)指標(biāo)通過200m、300m、400m、500m 規(guī)則格網(wǎng)統(tǒng)計(jì)后，進(jìn)行空間自相關(guān)分析，得到Moran′sI 指數(shù)表。

由表2 顯示，最大高度、平均高度、錯(cuò)落度用不同尺度的規(guī)則格網(wǎng)計(jì)算所得Moran′sI 指數(shù)均大于0，說明研究區(qū)規(guī)則劃分下的各指標(biāo)具有空間正相關(guān)關(guān)系。從表2 可以看出，最大高度和平均高度Moran′sI 值呈現(xiàn)逐年增加的特征，說明研究區(qū)內(nèi)高層建筑逐漸向外圍擴(kuò)展，同時(shí)高度相同的建筑在各研究單元之間呈現(xiàn)聚集分布；2005 年最大高度Moran′sI 值隨格網(wǎng)尺度增大而減小，說明城市高層建筑分布密集，研究單元之間最大高度數(shù)值差異明顯，2020 年最大高度Moran′sI 值在不同格網(wǎng)尺度下差異較小，說明城市立體化發(fā)展加劇，高層建筑的分布向金馬路沿線外圍擴(kuò)展，不同單元格之間差異逐漸減小。錯(cuò)落度體現(xiàn)了建筑物在高度上的差異程度，從計(jì)算結(jié)果可以看出，錯(cuò)落度Moran′sI 值呈現(xiàn)了逐年減少的趨勢，說明研究單元之間建筑物高度差異程度較大的單元與建筑物高度差異程度較小的單元聚集的程度增加，錯(cuò)落度高值區(qū)逐漸向外擴(kuò)展，說明研究區(qū)內(nèi)新建了較多的高層建筑，具有較高高度的建筑發(fā)展水平趨于平衡。

表2 研究區(qū)城市建筑三維指標(biāo)指數(shù)表