市城市用地变化及其影响因素分析

目录摘要： 21前言 21.1XX市概况 31.2资料来源 32用地结构的信息熵和均衡度 32.1土地利用结构信息熵 32.2均衡度与优势度 42.3XX市建成区用地系统有序度分析 42.4建成区用地结构信息熵的动态演变 53XX市土地利用变化驱动力分析 73.1区域自然环境条件 73.2政策导向 73.3经济社会发展 84结论 9XX市城市用地变化及其影响因素分析摘要：为了优化城市用地结构和分布，需要了解其动态变化，信息熵的演变(1995—2008年)在一定程度上可以反映区域各类土地利用类型的动态演变规律，信息熵在空间上的分布可以反映区域土地的分布，因此利用信息熵对XX市建成区用地结构及分布进行研究。关键词：信息熵；城市用地结构；土地利用变化；驱动力1前言城市用地的研究由来已久，从1920年代的生态学派，到1970-1980年代的经济区位学派、社会行为学派、政治经济学派等对城市用地进行了大量的研究，内容涉及城市用地的自然空间、经济空间、社会空间和政治空间等，重点由描述静态的空间结构到揭示空间结构的动态变化、对土地利用的驱动力的认识和城市用地演变的动力机制等。进入1990年代以来，土地利用/土地覆被变化受到越来越多的关注，成为全球变化研究的热点核心领域之一。当前，城市用地结构演变正在成为研究的新动向，而其演变实质是土地类型发生发展的动态过程，良好的城市用地结构，其土地分异应处于有序和混沌之间，既有功能分区，又不绝对分异，每一分区用地结构虽趋于混合，但又能看出其主导职能。近年来众多学者从不同角度对城市或区域土地利用结构和形态在时空变化上进行了大量富有成效的研究，揭示了城市土地利用在平面上、立体上和结构上的空间表征，为土地资源的合理配置和有效利用及城市规划提供了参考依据。城市用地结构的信息熵值可以用来反映城市土地利用系统的有序程度，且序列变化可用来刻画土地利用结构的动态演变。一般说来，信息熵值越愈大，土地利用系统的有序程度愈低，土地职能类型越多，反之亦然；鉴于此，本文即采用了1995-2008年XX市建成区用地结构资料，拟借助地理信息熵原理，对XX市建成区用地结构的熵值特征和动态演变规律，以及影响建成区用地结构的各种自然、政策、社会经济及城市规划等因素进行综合分析，为土地资源紧缺的和谐XX、人文XX建设提供了一定决策依据。1.1XX市概况XX市位于XX省中部，南部为泰山山地，北部为黄河冲积平原，地势南高北低，地形复杂多样，现辖历下、历城、槐荫、天桥、市中、长清6区和平阴、商河、济阳三个县及章丘市，市区人口为260.64万，人口密度为663人/km2，其中市区为2960人/km2，XX市属暖温带大陆性季风气候，四季分明，年平均气温为14°C，年平均降雨量650—700mm，地貌类型主要有低山、丘陵、平原和沿黄低洼四部分。XX自然景色秀丽，名胜古迹众多，是中国历史文化名城。尤以泉水遍布、清冽甘美而闻名于世，素有“泉城”之美誉。1.2资料来源土地利用数据来源于XX市国土资源局提供的1995-2008年XX市土地利用现状年度变更调查资料，来源可靠，地类名称及其统计口径规范统一，具有可比性；经济社会发展数据来自同一统计口径下研究时段各年份的《XX统计年鉴》。2用地结构的信息熵和均衡度2.1土地利用结构信息熵1948年，美国贝尔电讯实验所的工程师Shan—non创立了信息论，在信息论中是以熵作为平均信息量的量度，通常把Shannon定义的熵称为信息熵。基于Shanon创立的信息论理论，信息是不守恒的、无序的，它可以共享、传递、储存、转换，系统要向有序方向发展必须有负熵的输入。设一个地区的土地总面积为S，把该地区的土地分为n种利用类型，各种利用类型的土地面积为Si(i=1，2，…，n)，则：QUOTEi=1nSii=1nSi(1)各种土地利用类型的面积占该区域土地总面积的比例P为：Pi=QUOTESiSSiS=QUOTESii=1nSiSii=1n显然，QUOTEi=1nPii=1nPiH=-QUOTEi=1nPilnPii=1nPilnPi式中H：为信息熵，单位为比特，其大小反映土地利用类型的多少和各土地利用类型面积分布的均匀程度。当土地利用面积相等，即S1=S2=…Sn=S／n时，熵最大，即Hmax=lnn。由此可见，土地利用类型越多，各类型的百分比相差越小，熵值越大。2.2均衡度与优势度基于信息熵公式，可以定义土地利用结构的均衡度与优势度：J=QUOTEHHmHHm=-[QUOTEi=1nPilnPi]/lnni=1nPilnPi]/lnn（4）式中：J为均衡度，是实际熵值与最大熵值之比，表示城市土地利用的均衡程度。由于H≤Hm，可知0≤J≤l。当J=0时，土地处于最不均匀状态，J=l时，则土地利用类型达到理想的平衡状态。相应地，优势度的表达式为：I=1-J(5)优势度I反映区域内一种或几种土地利用类型支配该区域土地类型的程度，与均衡度的意义相反。2.3XX市建成区用地系统有序度分析依据XX市建成区1995-2008年用地类型数据，求出其用地结构信息熵H值（表1），并绘制出面积变化折线图（图1），可以看出这14年来该区用地结构布局及经济产业有以下几种发展态势：（1）工业用地面积1997年之前占总用地比重一直最大，但其在达到顶峰之后随之逐步降低，由1995年的32.9%降到2008年的19.6%，占总用地比例的主导地位也被居住用地取而代之，这与改革开放政策实施后金融业、房地产等较快发展及XX城市性质定位息息相关；（2）由于近年来XX道路广场建设得到足够的重视，大力建设道路广场，因此经过计算，在所有用地类型中，道路广场用地增长幅度最大；（3）绿地和市政公共设施用地年均增幅也较为明显。借助信息熵描述刻画用地系统的功能来分析XX市建成区用地系统的有序程度，熵越大，系统有序度越低，反之，有序度越高。分析发现，1995年的信息熵最低，为1.537831，表明这一阶段土地利用系统有序度较高，而后1995年-2002年信息熵剧烈增长后进入缓慢增长阶段，其用地结构无序化的剧烈变化期位于1995-2001年间，而2001-2002年间，信息熵缓慢增长，用地结构无序化进程放缓；2002-2004年信息熵值小幅回落，2004-2008年趋于稳定。2002年用地结构信息熵达到最大，为1.972718，此时土地利用无序达到最高，有序度最低。表1XX市城市建设用地构成（%）及其信息熵、均衡度的变化情况2.4建成区用地结构信息熵的动态演变通过对XX市1995-2008年城市建设用地结构演变特征及信息熵H分析表明(表1，图2)，H值经历了以下三个阶段：（1）1995-1999年H值持续稳定上升，总体变化幅度不大，城市开发与建设中各类用地比例变化不是很明显，变动较为显著的属市政公共设施用地，其它增减差异不大；（2）1999-2002年H值急剧上升后缓慢增长，总体增幅相对较快，年均增长6.14%，表明1999-2002年是XX建成区用地结构剧变阶段，变动幅度最大的是道路广场用地，其次是绿地和市政公共设施用地，而对外交通用地变动最小；（3）2002-2008年H值变动不大，趋于稳定。在1995-2008年期间，H最高值出现在2002年的1.972718，平均值为1.784801，可见XX市的土地多样性指数较高，土地类型较丰富。均衡度变化与信息熵相似，其值也在2002年为界，之前是逐渐增大，之后趋于稳定。图1XX市建设区用地结构面积演变图XX市在近14年建设与改造过程中信息熵H值演变特征遵循以下规律：H值先上升后有小幅下降，再趋于稳定，表明城市用地结构和空间布局1995-2002年逐步优化，各职能类协调、成熟、稳定，其值自然升高，2002年之后一年表明其单项职能暂时突出，导致H值小幅下降，而后再趋于稳定。从侧面说明XX市建成区已处于经济发展的成熟阶段。总之，XX市建成区用地结构变化过程符合土地结构信息熵的动态演变规律。图2XX市建设区1995-2008年用地结构熵值演变图图3XX市建设区1995-2008年用地结构均衡度和优势度演变图3XX市土地利用变化驱动力分析3.1区域自然环境条件自然环境条件对一个城市用地选择、功能区组织、规划布局以及城市的总体空间格局和用地功能演变等诸多方面有一定程度的限制，是城市用地结构形成演化的重要基础条件。XX位于泰山穹窿北麓，黄河南岸，地处泰山山地和鲁西北冲击平原交接的山前倾斜平原上，市区南为群山，是城市水源保护区和城市南部的绿色生态屏障；北为黄河，构成城市空间向北发展的天然门槛，这样的区位和自然环境对XX的市土地开发利用、空间结构布局、大型企业、功能区布局以及城市规模扩张等均起到较大的限制作用。3.2政策导向20世纪90年代以后城市用地使用权出让和转让的一、二级市场开始逐步形成和发育起来，XX市城市用地使用权开始进入市场，从而导致开发区和城市建设以空前规模开展。城市规划对城市用地扩展具有导向作用，它能引导、控制城市用地的扩展。“十五”期间，由于XX市“东扩、西进、南控、北跨、中疏”空间战略的实施和“新区开发、老城提升、两翼展开、整体推进”的基本思路，城区面积迅速扩张，城市用地规模迅速增长。1980年代后，改革开放政策、《土地管理法》、基本农田保护法、新的住房供给制度等的实施，都对XX市建成区产业结构向多元化发展提供了前所未有的大好时机，使得用地结构逐步向合理化均衡化过渡。3.3经济社会发展3.3.1分析指标选取城市用地结构演变与城市的经济、社会、人口及环境关系密切复杂，其中社会经济活动是导致城市土地利用发生变化的主要原因，如城市产业空间置换（城市土地利用的“退二进三”）等。根据主成分分析法的思路，同时考虑到XX市建成区城市土地利用基本特征和现有相关资料情况，采用XX市1995-2008年城市统计年鉴及XX市志等数据，共选取了16个指标作为影响XX市建成区城市土地利用结构变化的经济社会驱动力因子：全社会固定资产投资（X1，万元），GDP（X2，亿元）,人均GDP（X3，元），城镇居民人均可支配收入（X4，元），全部工业总产值（X5，万元），实有道路长度（X6，km），城镇居民人均消费性支出（X7，元），社会消费品零售总额（X8，万元），城市居民人均居住面积（X9，m2），年末总人口（X10,万人），第一产业比重（X11，%），第二产业比重（X12，%），工业比重（X13，%），全社会劳动者人数（X14，%），第三产业比重（X15,%）,客运量合计（X16，万人），其指标涵盖了城市人口，社会结构，经济水平，产业结构等，具有较强覆盖性、代表性和主导性。3.3.2主成分分析根据所选取的指标，建立数据矩阵，利用统计软件SPSS进行分析计算，在对数据进行极差标准化消除量纲影响和KMO检验后，利用主成分分析方法减少冗余数据，接着得出数据矩阵的特征和主成分贡献率、累计贡献率（表2），最后利用正交矩阵的特征得出旋转之后的主成分荷载矩阵（表3）。表2特征值及主成分贡献率Tab2TotalVarianceExplainedComponentInitialEigenvaluesRotationSumsofSquaredLoadingsTotal%ofVarianceCumulative%Total%ofVarianceCumulative%112.67279.20079.2007.17944.87044.87022.50215.63894.8385.93237.07481.9443.5383.36498.2022.60116.25798.202表3旋转后主成分载荷矩阵Tab3RotatedComponentMatrix(a)Component123X1.780.621.023X2.785.617-.034X3.740.669-.047X4.775.621-.106X5.817.566.073X6.894.365.032X7.766.614-.185X8.790.609.011X9.448.863-.112X10.549.820-.126X11-.523-.793.289X12-.054-.111.975X13.163-.044.973X14.525.778-.310X15.405.628-.662X16.941.265-.044综合表2和表3，可以得出影响XX市建成区用地结构演变的主要经济社会驱动力因子：（1）第一主成分贡献率为44.870%，主要和客运量、实有道路长度、全部工业总产值、GDP、全社会固