基于POI數(shù)據(jù)的天津市三生空間演化分析研究

POI析研究摘要：POIGIS20102020后是生態(tài)空間。(2相反生態(tài)空間和生活空間主要表現(xiàn)出減少的情況。(3)2010~2020提供更多可靠的規(guī)劃依據(jù)，借此為更多其他城市的存量規(guī)劃提供藍本。關(guān)鍵詞：核密度；三生空間；格局演化SpatialEvolutionAnalysisof"Ecological-Production-Living"SpaceinTianjinBasedonPOIDataWupeng(XiangyangsurveyingandmappingResearchInstitude,xiangyang441000,China;)Abstract:"Ecological-Production-Living"spaceisthecarrierforpeopletoprotectandusenaturetorealizetheirowndevelopment,reflectingpeople'sabilitytotransformnatureandtheleveloftheirowndevelopment.TakingTianjinasanexample,integratingremotesensingdataandPOIdata,usinggridanalysismethodandGISspatialanalysismethod,thispaperanalyzestheevolutionof"Ecological-Production-Living"spaceinTianjinfrom2010to2020,andrevealsthechangecharacteristicsandtemporalandspatialdistributionof"Ecological-Production-Living"spaceinTianjin.Theresultsshowthat:(1)basedonthenucleardensityanalysis,theproductionspaceisdominant,thelivingspaceissecond,andthelastistheecologicalspace.(2)Themutualtransformationbetweenthe"Ecological-Production-Living"spaceinTianjinisveryobvious.Onthewhole,thechangeofproductionspaceismainlyincreased,onthecontrary,theecologicalspaceandlivingspacearemainlyreduced.(3)From2010to2020,thescopeofproductionspaceinTianjingraduallyexpanded;TheexpansionoflivingspacefromsouthtoNorthincreasedsignificantly;ThedevelopmentofecologicalspacefromeasttoWesthasstrongdirectionality.Basedontheresearchresults,itisbeneficialtothestudyoftheevolutionpatternofurban"Ecological-Production-Living"spaceinthemiddleprovinceandprovidemorereliableplanningbasisforcitiesintheprocessofurbanization,soastoprovideablueprintforthestockplanningofmoreothercities.Keywords:nucleardensity;livingspace;patternevolution引言[1-3]近年來，隨著各個方面的不斷發(fā)展以及城鎮(zhèn)化的加速推進，引起了關(guān)于自然經(jīng)濟、社會三者不協(xié)調(diào)一系列問題。在我國中國共產(chǎn)黨的十八大報告中首次申明“促進生產(chǎn)空間集約高效、生活空間宜居適度、生態(tài)空間山清水秀”，這也是首次明確國家對“三生空間”發(fā)展的要求和導向，以解決我國國土空間規(guī)劃出現(xiàn)集約利用程度低和結(jié)構(gòu)布局不合理等負面現(xiàn)象 。[1-3][4-6]從已有文獻來看，國內(nèi)學者對于“三生空間”的研究較多，傳統(tǒng)的生產(chǎn)功能不再是城市的單一職能，城市生活功和生態(tài)功能也逐漸引起了學者的廣泛關(guān)注，學術(shù)研究主要集中在對“三生空間”的內(nèi)涵與概念界定以及“三生空間”分類體系構(gòu)建和承載力分析等方面 。但當前研究主要集中在宏觀和微觀尺度，對于觀市域尺度下的“三生空間”研究不足。在“三生空間”的識別分類中，借助土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)雖然能識別“三生空間”，但難以保證其精確性且研究數(shù)據(jù)獲取比較困難、更新滯后等問題。而POI數(shù)據(jù)具有樣本量大和涵蓋信息細致等優(yōu)勢，包含了大量的“三生空間”信息，可以更加精確地識別各類“三生空間”用地的具體空間位置分布。[4-6]基于此，本文以天津市為例，綜合遙感影像數(shù)據(jù)、POIGIS20102020研究方法與數(shù)據(jù)來源區(qū)域概況自然地理概況116°43'118°04'，38°34'40°15'北部，東臨渤海、北依燕山。地勢以平原和洼地為主，北部有低山丘陵，海拔由北向南逐漸下降，地貌總輪廓為西北高而東南低。天津位于中緯度歐亞大陸東岸，屬暖溫帶半濕潤季風大陸型氣候，靠近太平洋，受季風環(huán)流影響顯著，四季分明。社會經(jīng)濟概況1624511966.451561.831303.8283.48%。天津市自然資近年來天津市總體經(jīng)濟狀態(tài)顯著發(fā)展，人們生活生平也得到了極大地改善，如表1所示。表1研究區(qū)社會經(jīng)濟概況全市全市年第一產(chǎn)業(yè)第二產(chǎn)業(yè)第三產(chǎn)業(yè)生份產(chǎn)總值比產(chǎn)比產(chǎn)比產(chǎn)值重值重值重（億）（%）（%）（億） （%）（億） （%）201.2134480649069140820490.18.114.08.40.473.73201.1835496638949141019315.23.239.18.45.874.28200.1740760581102188018922.71.469.81.627.129.64200.1640759581078185417918.96.943.59.156.649.19200.1642757561009178316948.46.451.35.618.087.89研究方法核密度分析核密度分析是一種表面密度計算方法，通過樣本數(shù)據(jù)分析來計算每個輸出柵格像素周圍的點要素的密度。落入搜索區(qū)域的點會被分配以不同的權(quán)重，隨著點并獲得不同點像素密度的疊加作為像素值[7。2.2.2“三生空間”轉(zhuǎn)移矩陣“三生空間”轉(zhuǎn)移矩陣用于分析研究系統(tǒng)中狀態(tài)和狀態(tài)轉(zhuǎn)換的定量描述。轉(zhuǎn)移矩陣可以具體地分析定量轉(zhuǎn)變。輸出表表示同一區(qū)域中不同時間段內(nèi)“三生空[8]間”的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系，可以查看每次空間轉(zhuǎn)換的特點情況，準確反映“三生空間”的變化特征。[8]2.2.3標準差橢圓[9]標準偏差橢圓是一種定量分析元素的空間分布方向特征和演變趨勢的方法，它主要通過創(chuàng)建標準偏差橢圓來表示元素的分布特征。橢圓的中心點代表整個數(shù)據(jù)的中心位置，橢圓的長半軸代表數(shù)據(jù)分布的方向，橢圓的短半軸代表數(shù)據(jù)分布的范圍。[9]數(shù)據(jù)來源遙感數(shù)據(jù)DEM交通數(shù)據(jù)、天津市河網(wǎng)水系數(shù)據(jù)和相關(guān)年份的統(tǒng)計數(shù)據(jù)等。DEMLandsat8OLI_TIRS衛(wèi)星數(shù)字產(chǎn)品（10）ASTERGDEM30M數(shù)字高程數(shù)據(jù)（6）據(jù)來源于地理國情監(jiān)測云平臺。POIPOIAPIPOI7POI12一級行業(yè)分類，其中有美食、酒店、購物、生活服務、旅游景點、休閑娛樂、運動健身、醫(yī)療、交通設施、房地產(chǎn)、公司企業(yè)、自然地物。每一個一級行業(yè)分類下面包括若干個二級行業(yè)分類。以一級行業(yè)分類自然地物為例，其中包括了島嶼、山峰、水系、其他四個二級行業(yè)分類。從網(wǎng)絡電子地圖中抓取的數(shù)POI數(shù)據(jù)對應。其次，參照前人研究成果[10-14]POI進行歸類。[10-14]生產(chǎn)空間是指為人類提供物質(zhì)產(chǎn)品的生產(chǎn)、運輸、商貿(mào)、公共服務等生產(chǎn)經(jīng)營活動的國土空間。其中涵蓋了生產(chǎn)空間、運輸空間、商貿(mào)空間、公共服務空間，因此選取公司企業(yè)和交通設施、金融、政府機構(gòu)4類POI數(shù)據(jù)。[10-14][10-14]生活空間是指供人們居住、消費、休閑和娛樂等的國土空間，是人們吃穿住行以及日常交往的空間存在形式 。因此選取酒店、房地產(chǎn)、美食、休閑娛樂運動健身、醫(yī)療6類POI數(shù)據(jù)。[10-14][10-14]生態(tài)空間是為指宏觀狀態(tài)穩(wěn)定的物種生存繁衍所需的環(huán)境空間。生態(tài)空間為生產(chǎn)空間、生活空間提供生態(tài)前提，并規(guī)定生產(chǎn)空間、生活空間的發(fā)展方向 因此選取旅游景點、自然地物2類POI數(shù)據(jù)。[10-14]POIPOIPOI2表2基于“三生空間”的POI數(shù)據(jù)分類三生三生一級行業(yè)分類二級行業(yè)分類空間公司企業(yè)園區(qū)、農(nóng)林園藝、廠礦交通設施飛機場、火車站、加油站生產(chǎn)空間金融銀行、ATM、投資理財政府機構(gòu)中央機構(gòu)、各級政府、公檢法機構(gòu)酒店星級酒店、民宿房地產(chǎn)寫字樓、住宅區(qū)、宿舍美食中餐廳、咖啡廳、酒吧生活空間休閑娛樂電影院、網(wǎng)吧、休閑廣場體育場館、極限運動場所、健身中運動健身體育場館、極限運動場所、健身中運動健身心醫(yī)療綜合醫(yī)院、診所、藥店旅游景點公園、風景區(qū)、景點生態(tài)空間自然地物島嶼、山峰、水系圖1論文研究的技術(shù)路線（圖片來源：作者自繪）三生空間演化分析三生空間分類體系作為一個復雜的多功能復合體，內(nèi)部空間相互制約又相互影響。因此，合理選擇評價指標和客觀確定指標權(quán)重是構(gòu)建“三生空間”指標體系的關(guān)鍵。通過結(jié)合“三生空間”分類系統(tǒng)的相關(guān)文獻[15-18]2017分類》，遵循主導功能和生態(tài)空間優(yōu)先的原則，結(jié)合了天津市土地利用狀況的特征，并參考了以前的研究成果[16-18]。對一級土地利用現(xiàn)狀類型和二級土地利用現(xiàn)狀類型對應的“三生空間”進行分類，構(gòu)建“三生空間”分類指標和評價體系，其構(gòu)成見圖2。圖2“三生空間”分類體系（圖片來源：作者自繪）三生空間的識別由于目前暫無統(tǒng)一的評價標準體系，在梳理相關(guān)文獻后[17-9]本文將結(jié)合天12353表3 POI數(shù)據(jù)權(quán)重賦值三三準準則指指標層 綜合權(quán)生空間 則層 權(quán)重 標權(quán)重生公0.20.11 園區(qū) 0.0317產(chǎn)空間 司企業(yè) 8農(nóng)林園藝

0.48

0.05440.2廠礦4

0.0272飛機場

0.34

0.0261交通設施

0.30

0.0230加油站

0.36

0.02760.3銀行2

0.0213金0.07 ATM融

0.36

0.0240投資理財

0.32

0.0213政府機構(gòu)

0.08

中央機構(gòu)

0.31

0.0238各級政府

0.3 0.02533公檢法機構(gòu)6

0.3

0.0276酒0.06店

星級酒店民宿

0.580.42

0.03480.0252寫字樓

0.30

0.0260房地產(chǎn)生活空間

宿舍

0.250.45

0.02170.0390中餐廳

0.36

0.0156美食

0.33

0.01430.3酒吧1

0.0134電影院

0.33

0.0154休閑娛樂

0.31

0.0145休閑廣場

0.36

0.0168體育場館

0.35

0.0163運動健身

0.05

極限運動場所

0.3

0.0140健身中心

0.35

0.0163綜合醫(yī)院

0.36

0.0180醫(yī)0.05 療

0.33

0.01650.3藥店1

0.0155生 旅 0.13 公園 0.3 0.0443態(tài)空間態(tài)空間游景點50.3風景區(qū)0.038000.3景點0.044350.1島嶼0.02894自0.40.21 山峰 0.0889然地物 30.4水系0.08893POIARCGISPOIPOI以獲得每個單元網(wǎng)格中各個空間的綜合得分，其公式為：在上式中，為研究單元方格內(nèi)第類POI數(shù)據(jù)點的綜合數(shù)量，為研究單元方格內(nèi)第類POI數(shù)據(jù)點的數(shù)量，為第類POI的綜合權(quán)重。POI出研究區(qū)域每個單元網(wǎng)格的各個空間要素綜合數(shù)量，其公式為：在上式中，為研究單元方格內(nèi)第類POI數(shù)據(jù)點的綜合數(shù)量，為研究單元方格內(nèi)第類POI數(shù)據(jù)點的數(shù)量，為第類POI的綜合權(quán)重。POIPOI本文主要使用ARCGIS空間分析方法和樣本比例法來識別“三生空間”。首先，疊加上面計算的各個空間要素的分布；然后使用樣方比例法計算研究區(qū)域中各個要素在每個單元中所占比例的公式為：在上式中，為單元方格內(nèi)第類功能要素的比例值，單元方格內(nèi)第類功能要素的數(shù)量。POI3在上式中，為單元方格內(nèi)第類功能要素的比例值，單元方格內(nèi)第類功能要素的數(shù)量。20208687920177；2015622715250822646；2010489784364944798圖3天津市2010~2020年“三生空間”識別結(jié)果（圖片來源：作者自繪）三生空間分布格局ARCGIS呈現(xiàn)以雙中心格局為主，部分呈島狀分布。圖4天津市2010~2020年生產(chǎn)空間核密度分析結(jié)果（圖片來源：作者自繪）2010~20204相關(guān)，其與工業(yè)園區(qū)、物流園和生產(chǎn)中心的分布區(qū)位一致。圖5天津市2010~2020年生活空間核密度分析結(jié)果（圖片來源：作者自繪）2010~20205展相關(guān)用地分布區(qū)位相關(guān)。圖6天津市2010~2020年生態(tài)空間核密度分析結(jié)果（圖片來源：作者自繪）2010~20206三生空間演化特征數(shù)量特征為了進一步深入分析天津市近三年“三生空間”之間相互轉(zhuǎn)換的真實情況，201020152020ARCGIS10.52010~20152015~202024表4天津市2010~2015年“三生空間”轉(zhuǎn)移矩陣2010年2015年生產(chǎn)總面積生活生態(tài)生產(chǎn)4247.890.000.004247.89生活101.293685.780.003787.07生態(tài)1055.17875.661958.973889.80總面積5404.354561.441958.9711924.772010~2015按照變化率排列如下：生態(tài)空間（16.19%）＞生產(chǎn)空間（9.70%）＞生活空間22 2 2 （6.49%）1156.46km774.37km101.29km1930.83km1055.17km875.66km22 2 2 表5天津市2015~2020年“三生空間”轉(zhuǎn)移矩陣2020年總面積2015年生產(chǎn)生活生態(tài)生產(chǎn)5404.350.000.00 5404.35生活2010.912550.530.004561.44生態(tài)121.4288.981748.581958.97總面積7536.682639.511748.5811924.772015~2020按照變化率排列如下：生產(chǎn)空間（17.88%）＞生活空間（16.12%）＞生態(tài)空間22 2 2 （1.76%）2132.32km1921.93km2010.91km210.40km121.42km88.98km22 2 2 表6天津市2010~2020年“三生空間”轉(zhuǎn)移矩陣2010年2020年生產(chǎn)總面積生活生態(tài)生產(chǎn)4247.890.000.004247.89生活1755.612031.460.003787.07生態(tài)1533.17608.051748.583889.80總面積7536.682639.511748.5811924.772010~2020按照變化率排列如下：生產(chǎn)空間（27.58%）＞生態(tài)空間（17.96%）＞生活空間2 2 2 （9.62%）3288.79km1147.56km1755.61km2141.23km2 2 2 根據(jù)本文中“三生空間”面積統(tǒng)計，2010~20202010~2020整體變化以增加為主，相反生態(tài)空間和生活空間主要表現(xiàn)出減少的情況?？臻g特征為了定量分析天津市“三生空間”分布的方向特征和變化趨勢，計算2010~2020772010~2020（者自繪）研究區(qū)生產(chǎn)空間的標準差橢圓長軸為東北-西南走向，20102020短軸的長度總體在增加，表明生產(chǎn)空間的范圍逐漸擴大。這也反應了當前隨著國家戰(zhàn)略部署的調(diào)整與發(fā)展，天津市快速工業(yè)化導致生產(chǎn)空間的發(fā)展拓展廣闊空間的現(xiàn)象。研究區(qū)生活空間的標準差橢圓長軸為南-北走向，20102020這主要與深入實施“雙城雙港”空間戰(zhàn)略和實現(xiàn)天津市城鎮(zhèn)空間組織主體由“主副中心”向“雙中心”結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換等密切相關(guān)。研究區(qū)生態(tài)空間的標準差橢圓長軸為南-北走向，20102020向東-西方向發(fā)展，長短半軸的值差距最大，具有較強的方向性。這是由于隨著生態(tài)空間受到嚴重壓縮。結(jié)論與討論結(jié)論基于核密度分析表明：天津市生產(chǎn)空間占主導地位，生活空間次之，生活空間分布多與區(qū)位優(yōu)勢和城市建設發(fā)展相關(guān)，呈現(xiàn)出“單核分布”的態(tài)勢；生態(tài)空間熱點區(qū)往往與資源豐富、綠化環(huán)境好等區(qū)位優(yōu)勢相對應，總體上呈現(xiàn)以雙中心格局為主，部分呈島狀分布。受城鎮(zhèn)化和工業(yè)化的發(fā)展的影響，2010~2020之間相互轉(zhuǎn)化情況非常明顯，“三生空間”之間的相互轉(zhuǎn)換較為頻繁，整體上生產(chǎn)空間變化以增加為主，相反生態(tài)空間和生活空間主要表現(xiàn)出減少的情況。由于城鎮(zhèn)化和工業(yè)化快速推進，2010~2020圍逐漸擴大。生活空間在南-北方向上的擴張顯著上升，而東-西方向卻呈現(xiàn)縮小的趨勢。生態(tài)空間從南-北走向分布向東-西方向發(fā)展，具有較強的方向性。討論本文通過建立“三生空間”土地利用分類及評價體系，初步探明了天津市以及與國土空間規(guī)劃的緊密結(jié)合等均需要開展深入研究。POIPOI2010~2020格局演化過程進行量化分析和特征歸納，因此在某些相