基于信息熵的池州市建設用地變化特征分析

基于信息熵的池州市建設用地變化特征分析

1社會經(jīng)濟發(fā)展城市建設用地結構是指城市中不同土地的比例關系，反映了一定時期內城市土地利用的空間變化。城市建設用地結構的變化直接反映了一個城市在一定歷史階段的經(jīng)濟發(fā)展水平、社會發(fā)展態(tài)勢及政府制定的城市發(fā)展目標等。池州市自20世紀90年代以來,隨著經(jīng)濟建設的快速發(fā)展,城鎮(zhèn)建設和城市化進程明顯加快,城市用地規(guī)模也開始以建設開發(fā)區(qū)和新區(qū)的形式大面積的向外擴展。1998～2008年,池州市城市建成區(qū)面積由11.1km2擴展至40km2,城市規(guī)劃面積由13.9km2增長至359km2。非農(nóng)業(yè)人口比重由34.55%上升到70.05%,城鎮(zhèn)化發(fā)展十分迅速。池州市國民經(jīng)濟的快速增長、城市化水平的不斷提高,影響著該市各類土地利用面積的變化以及它們之間的比例構成。本文對2000年以來池州市城市建設用地規(guī)模擴展動態(tài)變化情況進行分析,并研究造成這種變化的因素及其存在的主要問題,為城市土地利用規(guī)劃和城市開發(fā)決策提供依據(jù)和參考。2各部門、多種用地的管理及活動環(huán)境根據(jù)趙和生(1999)的觀點,將全部城市建設用地劃分為3大部門:一個部門為城市活動的基本空間,即公共設施用地、工業(yè)生產(chǎn)用地、倉儲用地、居住用地和特殊用地;另一個部門為城市活動的技術支撐空間,即對外交通用地、城市交通與廣場用地、市政公用設施用地;第三部門為城市活動的環(huán)境因素,即綠化用地。在此基礎上,參照池州市2000年城市規(guī)劃資料,分析該市城市建設用地及內部結構的擴展動態(tài),通過“2000”、“2005”和“2010”3個時間節(jié)點進行對比分析。2.1不同類型用地的基本空間新增建設用地、技術支撐空間用地和綠化用地比例據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析整理(表1),2000～2010年,池州市城鎮(zhèn)建設用地增長量高達1048.48萬m2,年均增長速度6.62%,成為當前城鎮(zhèn)空間的主體。其中基本空間新增建設用地占63.76%;技術支撐空間新增建設用地占17.39%;綠化新增建設用地占18.85%。其中,技術支撐空間用地與綠化用地所占比例大體相當,且都比較低,基本空間用地所占比例最大。把2000～2005年和2005～2010年兩個時間段的城市建設用地總量相比較,2000～2005年建設用地總量的增長率高于2005～2010年,其中基本空間新增建設用地、技術支撐空間新增用地和綠化用地的增長率比較均衡,增長率均達到60%。2.2空間組合關系城市用地擴展不僅表現(xiàn)為時間上的演變和過程,而且也表現(xiàn)為空間的不同組合關系和構成格局。本文采用信息熵、均衡度、優(yōu)勢度3個指標對池州市2000～2010年建設用地內部結構的擴展特征進行量化分析。2.2.1土地多樣性指數(shù)熵是物理學中的一個概念,用來描述系統(tǒng)的存在狀態(tài)及演化方向。城市土地利用是一個復雜的巨系統(tǒng),可以借助于信息熵的概念來描述某一區(qū)域在某一時段內土地利用類型的動態(tài)變化,對城市土地利用結構的調整有指導意義。基本公式:H=?∑i=1m(Si/S)ln(Si/S)Η=-∑i=1m(Si/S)ln(Si/S)S為城市建設用地的總面積,Si為各類城市土地面積。由信息熵公式可以得出,信息熵值高低可以反映城市用地結構均衡程度,熵值越高,表明不同職能的用地類型數(shù)越多,反之各職能類型的面積相差越小,土地分布越均衡。當城市各用地類型的面積相等即P1=P2=…=PM=1/M時,熵值達到最大,則表明城市土地利用達到了均衡狀態(tài)。為與前面分析保持一致,選取3個年份——2000、2005、2010年作為研究中的特征年份,利用EXCEL軟件求出用地結構信息熵H值(表2)。由表2可知,2000～2005年信息熵的值呈現(xiàn)上升趨勢,主要原因是這一階段城市房地產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢頭良好,為政府帶來了巨大的財政收入,極大帶動了城市技術支撐空間用地和綠化用地面積的增加,各項城市用地面積增長均衡;2005～2010年信息熵的值緩慢下降,主要原因是這一階段城市外來人口增長緩慢,房地產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢頭放緩,相對抑制了城市其他各項城市用地面積的增長;但是,由于目前信息熵的平均值僅為1.741,距離最大值2.079尚有較大一段距離,說明池州市的土地多樣性指數(shù)仍較低,土地利用類型在這近10年間變化較小。這暗示我們,池州市以基本空間用地為主導的擴張模式存在土地利用無序的問題。2005年開始,對外交通用地和公共設施用地所占比重呈現(xiàn)下降趨勢,說明池州市建設用地利用結構還有待于優(yōu)化,主要表現(xiàn)在基本空間用地比例減少,技術支撐空間用地有待于增加,這樣才能促使信息熵值提高。2.2.2池州市建設用地的均度均衡度是用來反映各類城市建設用地均衡分布程度的一個重要概念,彌補了信息熵在反映城市土地利用結構格局不夠明朗的缺陷,其基本公式在信息熵函數(shù)的基礎上構造而來:E=?∑i=1m(Pi)ln(Pi)ln(m)E=-∑i=1m(Ρi)ln(Ρi)ln(m)均衡度是信息熵與最大熵之間的比值,其取值范圍為E∈,當E=0時,城市土地利用處于最不均勻狀態(tài),而當E=1時,則土地利用類型達到理想的平衡狀態(tài)。優(yōu)勢度這一概念的含義與均衡度相反,反映了某區(qū)域內用地比例處于優(yōu)勢地位的用地類型?；竟?D=1?ED=1-E由公式可計算得到相應年份的池州市城市土地利用結構的均衡度及優(yōu)勢度(見表2)。由表2可知,2000年以來池州市建設用地的均衡度變化與信息熵相似,以2005年為界,呈現(xiàn)先增長后下降的態(tài)勢,2010年均衡度達0.837。說明隨著時間推移,池州市城市用地結構和空間布局需要進一步優(yōu)化,各職能類型用地有待于協(xié)調,這樣其熵值、均衡度才會逐步升高。與此相對應,優(yōu)勢度則呈現(xiàn)先下降后增長的趨勢。3池州市城市建設用地結構分析3.1主成分分析法主要運用在池州市城市用地結構調影響城市建設用地結構演變有經(jīng)濟、社會、政治等因素,本文綜合3方面的因素,采用7個評價因子,分別是國內生產(chǎn)總值(億元)、財政收入(萬元)、財政支出(萬元)、職工平均工資(元)、規(guī)模以上工業(yè)增加值(萬元)、農(nóng)民人均純收入(元)、社會消費品零售總額(萬元),并采用主成分分析方法,把7個因子綜合為少量的指標。主成分分析方法是把原來多個變量化為少數(shù)幾個綜合指標的一種統(tǒng)計方法,從數(shù)學的角度,這是一種降維處理技術,有助于從較多的變量中篩選出較少的關鍵變量。在統(tǒng)計軟件SPSS16.0的支持下,以X1～X7為自變量,以池州市城市用地結構的變動為因變量,提取影響池州市城市用地結構信息熵變動的驅動因子。從表3可以看出,在7個驅動因子中,X1和X2,X2和X5,X1和X6,X2和X3等驅動因子中存在較大的相關性,相關系數(shù)分別達到0.911、0.976、0.993、0.946,反映出國內生產(chǎn)總值與財政收入、工業(yè)生產(chǎn)增加值與財政收入、財政收入與農(nóng)民人均純收入、財政收入與財政支出之間的相關性較強。根據(jù)主成分分析法的原理,還需求出7個驅動因子的特征值、貢獻率及累計貢獻率。由表4可知,第1、2主成分的累計貢獻率已達98.559%,符合主成分分析的要求,根據(jù)Kaiser準則,提取第1成分的貢獻率達76.395%。進一步求出第1主成分與7個驅動因子之間的關系,其中國內生產(chǎn)總值、財政收入、財政支出、規(guī)模以上工業(yè)增加值、農(nóng)民人均純收入、社會消費品零售總額等因子與第1主成分關系較大,載荷分別為93.8%、99.5%、93.3%、95.8%、91.8%、86.5%。根據(jù)分析結果,我們把影響城市建設用地結構演變的原因歸為政策調控和經(jīng)濟增長兩個因素。3.2主要動力分析3.2.1政策的變化。城市的綠地面積在城市財政收入和財政支出這兩個驅動因子在第1主成分的載荷值較大,反映出政策調控的因素在池州城市建設用地結構演變中扮演重要角色。1995年11月,安徽省進行了新一輪行政區(qū)劃的調整,池州地改市的工作逐步列入了議事日程,池州市政府在此背景下編制完成了《池州市域城鎮(zhèn)體系規(guī)劃》,為池州市發(fā)展提供了一個良好的契機。2000年,國務院根據(jù)池州的生態(tài)和旅游優(yōu)勢,把池州市確立為21世紀生態(tài)經(jīng)濟示范區(qū),并且是安徽省“兩山一湖”的旅游開發(fā)重點區(qū)域。政策的變動為池州市的發(fā)展提供了內在的驅動力。2000～2005年,池州市政府進行新一輪的城市規(guī)劃,池州進入一個快速發(fā)展的階段,城市面貌發(fā)生了巨大變化,其中綠地面積的貢獻率最為突出。2000～2005年在新的城市規(guī)劃中,生態(tài)經(jīng)濟最為突出,百合公園和煙柳園兩大公園的建設改變了傳統(tǒng)公園面積小、開放性差等特點,利用城市內的歷史文物古跡,如百牙塔、興濟橋等,積極美化市內的荒山,并恢復疏通了過去曾一度切斷的清溪河和白洋河,河流兩側10米范圍內都進行了綠化,巧妙地把兩個公園連接為一體,這一設計不僅增加了城市的綠地面積,也提高了城市品位。同時,政府也注重城市遠郊的齊山公園和平天湖自然保護區(qū)的建設和保護,大尺度自然保護區(qū)的建設大大增加了城市綠地在城市建設用地的比重。在這一時間段綠地面積增加了近117.66萬m2,所占比重也達到了35.13%。2000～2005年居住用地的面積和比重也大幅度地增加,新增的居住用地面積高達190.81萬m2,這與國家整個房地產(chǎn)的迅猛發(fā)展休戚相關,同時大量進城務工人員和外出打工返鄉(xiāng)置業(yè)的人也推動了城市房地產(chǎn)的發(fā)展。2005～2010年,城市人口相對穩(wěn)定,居民住宅相對飽和,房地產(chǎn)市場受國家大環(huán)境的影響,發(fā)展的勢頭有所減緩,居住用地的面積和比重的增長速度都相對減緩。3.2.2技術支撐空間用地面積增加2000～2010年,池州市的經(jīng)濟發(fā)展經(jīng)歷了從低谷到繁榮的過程,城市工業(yè)用地面積和比重也呈現(xiàn)先減后增的態(tài)勢。2000～2005年,池州許多廠礦由于經(jīng)營不善,產(chǎn)品滯銷,紛紛倒閉,效益相對好的廠礦受城市規(guī)劃政策的調整,紛紛搬遷,造成工業(yè)用地和倉儲用地面積的銳減。2005～2010年,池州市實行了招商引資政策,許多浙江企業(yè)、上海企業(yè)以及外企紛紛到池州落戶,同時,國家戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)轉移的政策也使一部分知名企業(yè)落戶池州,池州的經(jīng)濟實力開始逐漸增強,工業(yè)用地量以及所占比重逐年上升,5年間用地面積增加了近262.01萬m2,所占建設用地的比重增長到18.31%。池州市在國家政策的帶動下,社會和經(jīng)濟得到了全面發(fā)展,居住用地和工業(yè)用地面積穩(wěn)步提升,大大促進了技術支撐空間用地面積的增加,其中道路廣場用地面積貢獻率最為突出,新增166萬m2,對外交通用地面積增加近2.05萬m2,市政公用設施的面積增加近14.28萬m2。不過這3項用地所占比重近年來都有所下降,還有待于逐步完善,促使城市用地結構逐步合理化。4基本空間用地面積增長迅速,功能集中高效從