基于信息熵的池州市建設(shè)用地變化特征分析

基于信息熵的池州市建設(shè)用地變化特征分析

1社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展城市建設(shè)用地結(jié)構(gòu)是指城市中不同土地的比例關(guān)系，反映了一定時(shí)期內(nèi)城市土地利用的空間變化。城市建設(shè)用地結(jié)構(gòu)的變化直接反映了一個(gè)城市在一定歷史階段的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、社會(huì)發(fā)展態(tài)勢(shì)及政府制定的城市發(fā)展目標(biāo)等。池州市自20世紀(jì)90年代以來,隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展,城鎮(zhèn)建設(shè)和城市化進(jìn)程明顯加快,城市用地規(guī)模也開始以建設(shè)開發(fā)區(qū)和新區(qū)的形式大面積的向外擴(kuò)展。1998～2008年,池州市城市建成區(qū)面積由11.1km2擴(kuò)展至40km2,城市規(guī)劃面積由13.9km2增長(zhǎng)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(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)、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(gòu)成。本文對(duì)2000年以來池州市城市建設(shè)用地規(guī)模擴(kuò)展動(dòng)態(tài)變化情況進(jìn)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(dòng)環(huán)境根據(jù)趙和生(1999)的觀點(diǎn),將全部城市建設(shè)用地劃分為3大部門:一個(gè)部門為城市活動(dòng)的基本空間,即公共設(shè)施用地、工業(yè)生產(chǎn)用地、倉(cāng)儲(chǔ)用地、居住用地和特殊用地;另一個(gè)部門為城市活動(dòng)的技術(shù)支撐空間,即對(duì)外交通用地、城市交通與廣場(chǎng)用地、市政公用設(shè)施用地;第三部門為城市活動(dòng)的環(huán)境因素,即綠化用地。在此基礎(chǔ)上,參照池州市2000年城市規(guī)劃資料,分析該市城市建設(shè)用地及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展動(dòng)態(tài),通過“2000”、“2005”和“2010”3個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析。2.1不同類型用地的基本空間新增建設(shè)用地、技術(shù)支撐空間用地和綠化用地比例據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析整理(表1),2000～2010年,池州市城鎮(zhèn)建設(shè)用地增長(zhǎng)量高達(dá)1048.48萬m2,年均增長(zhǎng)速度6.62%,成為當(dāng)前城鎮(zhèn)空間的主體。其中基本空間新增建設(shè)用地占63.76%;技術(shù)支撐空間新增建設(shè)用地占17.39%;綠化新增建設(shè)用地占18.85%。其中,技術(shù)支撐空間用地與綠化用地所占比例大體相當(dāng),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(gè)時(shí)間段的城市建設(shè)用地總量相比較,2000～2005年建設(shè)用地總量的增長(zhǎng)率高于2005～2010年,其中基本空間新增建設(shè)用地、技術(shù)支撐空間新增用地和綠化用地的增長(zhǎng)率比較均衡,增長(zhǎng)率均達(dá)到60%。2.2空間組合關(guān)系城市用地?cái)U(kuò)展不僅表現(xiàn)為時(shí)間上的演變和過程,而且也表現(xiàn)為空間的不同組合關(guān)系和構(gòu)成格局。本文采用信息熵、均衡度、優(yōu)勢(shì)度3個(gè)指標(biāo)對(duì)池州市2000～2010年建設(shè)用地內(nèi)部結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展特征進(jìn)行量化分析。2.2.1土地多樣性指數(shù)熵是物理學(xué)中的一個(gè)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(gè)復(fù)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(shí)段內(nèi)土地利用類型的動(dòng)態(tài)變化,對(duì)城市土地利用結(jié)構(gòu)的調(diào)整有指導(dǎo)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(shè)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(jié)構(gòu)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(dāng)城市各用地類型的面積相等即P1=P2=…=PM=1/M時(shí),熵值達(dá)到最大,則表明城市土地利用達(dá)到了均衡狀態(tài)。為與前面分析保持一致,選取3個(gè)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(jié)構(gòu)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(shì),主要原因是這一階段城市房地產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢(shì)頭良好,為政府帶來了巨大的財(cái)政收入,極大帶動(dòng)了城市技術(shù)支撐空間用地和綠化用地面積的增加,各項(xiàng)城市用地面積增長(zhǎng)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(zhǎng)緩慢,房地產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢(shì)頭放緩,相對(duì)抑制了城市其他各項(xiàng)城市用地面積的增長(zhǎng);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(dǎo)的擴(kuò)張模式存在土地利用無序的問題。2005年開始,對(duì)外交通用地和公共設(shè)施用地所占比重呈現(xiàn)下降趨勢(shì),說明池州市建設(shè)用地利用結(jié)構(gòu)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(shù)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(shè)用地的均度均衡度是用來反映各類城市建設(shè)用地均衡分布程度的一個(gè)重要概念,彌補(bǔ)了信息熵在反映城市土地利用結(jié)構(gòu)格局不夠明朗的缺陷,其基本公式在信息熵函數(shù)的基礎(chǔ)上構(gòu)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(dāng)E=0時(shí),城市土地利用處于最不均勻狀態(tài),而當(dāng)E=1時(shí),則土地利用類型達(dá)到理想的平衡狀態(tài)。優(yōu)勢(shì)度這一概念的含義與均衡度相反,反映了某區(qū)域內(nèi)用地比例處于優(yōu)勢(shì)地位的用地類型?；竟?D=1?ED=1-E由公式可計(jì)算得到相應(yīng)年份的池州市城市土地利用結(jié)構(gòu)的均衡度及優(yōu)勢(shì)度(見表2)。由表2可知,2000年以來池州市建設(shè)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(zhǎng)后下降的態(tài)勢(shì),2010年均衡度達(dá)0.837。說明隨著時(shí)間推移,池州市城市用地結(jié)構(gòu)和空間布局需要進(jìn)一步優(yōu)化,各職能類型用地有待于協(xié)調(diào),這樣其熵值、均衡度才會(huì)逐步升高。與此相對(duì)應(yīng),優(yōu)勢(shì)度則呈現(xiàn)先下降后增長(zhǎng)的趨勢(shì)。3池州市城市建設(shè)用地結(jié)構(gòu)分析3.1主成分分析法主要運(yùn)用在池州市城市用地結(jié)構(gòu)調(diào)影響城市建設(shè)用地結(jié)構(gòu)演變有經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、政治等因素,本文綜合3方面的因素,采用7個(gè)評(píng)價(jià)因子,分別是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值(億元)、財(cái)政收入(萬元)、財(cái)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(huì)消費(fèi)品零售總額(萬元),并采用主成分分析方法,把7個(gè)因子綜合為少量的指標(biāo)。主成分分析方法是把原來多個(gè)變量化為少數(shù)幾個(gè)綜合指標(biāo)的一種統(tǒng)計(jì)方法,從數(shù)學(xué)的角度,這是一種降維處理技術(shù),有助于從較多的變量中篩選出較少的關(guān)鍵變量。在統(tǒng)計(jì)軟件SPSS16.0的支持下,以X1～X7為自變量,以池州市城市用地結(jié)構(gòu)的變動(dòng)為因變量,提取影響池州市城市用地結(jié)構(gòu)信息熵變動(dòng)的驅(qū)動(dòng)因子。從表3可以看出,在7個(gè)驅(qū)動(dòng)因子中,X1和X2,X2和X5,X1和X6,X2和X3等驅(qū)動(dòng)因子中存在較大的相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到0.911、0.976、0.993、0.946,反映出國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值與財(cái)政收入、工業(yè)生產(chǎn)增加值與財(cái)政收入、財(cái)政收入與農(nóng)民人均純收入、財(cái)政收入與財(cái)政支出之間的相關(guān)性較強(qiáng)。根據(jù)主成分分析法的原理,還需求出7個(gè)驅(qū)動(dòng)因子的特征值、貢獻(xiàn)率及累計(jì)貢獻(xiàn)率。由表4可知,第1、2主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率已達(dá)98.559%,符合主成分分析的要求,根據(jù)Kaiser準(zhǔn)則,提取第1成分的貢獻(xiàn)率達(dá)76.395%。進(jìn)一步求出第1主成分與7個(gè)驅(qū)動(dòng)因子之間的關(guān)系,其中國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值、財(cái)政收入、財(cái)政支出、規(guī)模以上工業(yè)增加值、農(nóng)民人均純收入、社會(huì)消費(fèi)品零售總額等因子與第1主成分關(guān)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(jié)果,我們把影響城市建設(shè)用地結(jié)構(gòu)演變的原因歸為政策調(diào)控和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)兩個(gè)因素。3.2主要?jiǎng)恿Ψ治?.2.1政策的變化。城市的綠地面積在城市財(cái)政收入和財(cái)政支出這兩個(gè)驅(qū)動(dòng)因子在第1主成分的載荷值較大,反映出政策調(diào)控的因素在池州城市建設(shè)用地結(jié)構(gòu)演變中扮演重要角色。1995年11月,安徽省進(jìn)行了新一輪行政區(qū)劃的調(diào)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(gè)良好的契機(jī)。2000年,國(guó)務(wù)院根據(jù)池州的生態(tài)和旅游優(yōu)勢(shì),把池州市確立為21世紀(jì)生態(tài)經(jīng)濟(jì)示范區(qū),并且是安徽省“兩山一湖”的旅游開發(fā)重點(diǎn)區(qū)域。政策的變動(dòng)為池州市的發(fā)展提供了內(nèi)在的驅(qū)動(dòng)力。2000～2005年,池州市政府進(jìn)行新一輪的城市規(guī)劃,池州進(jìn)入一個(gè)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(xiàn)率最為突出。2000～2005年在新的城市規(guī)劃中,生態(tài)經(jīng)濟(jì)最為突出,百合公園和煙柳園兩大公園的建設(shè)改變了傳統(tǒng)公園面積小、開放性差等特點(diǎn),利用城市內(nèi)的歷史文物古跡,如百牙塔、興濟(jì)橋等,積極美化市內(nèi)的荒山,并恢復(fù)疏通了過去曾一度切斷的清溪河和白洋河,河流兩側(cè)10米范圍內(nèi)都進(jìn)行了綠化,巧妙地把兩個(gè)公園連接為一體,這一設(shè)計(jì)不僅增加了城市的綠地面積,也提高了城市品位。同時(shí),政府也注重城市遠(yuǎn)郊的齊山公園和平天湖自然保護(hù)區(qū)的建設(shè)和保護(hù),大尺度自然保護(hù)區(qū)的建設(shè)大大增加了城市綠地在城市建設(shè)用地的比重。在這一時(shí)間段綠地面積增加了近117.66萬m2,所占比重也達(dá)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(dá)190.81萬m2,這與國(guó)家整個(gè)房地產(chǎn)的迅猛發(fā)展休戚相關(guān),同時(shí)大量進(jìn)城務(wù)工人員和外出打工返鄉(xiāng)置業(yè)的人也推動(dòng)了城市房地產(chǎn)的發(fā)展。2005～2010年,城市人口相對(duì)穩(wěn)定,居民住宅相對(duì)飽和,房地產(chǎn)市場(chǎng)受國(guó)家大環(huán)境的影響,發(fā)展的勢(shì)頭有所減緩,居住用地的面積和比重的增長(zhǎng)速度都相對(duì)減緩。3.2.2技術(shù)支撐空間用地面積增加2000～2010年,池州市的經(jīng)濟(jì)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(shì)。2000～2005年,池州許多廠礦由于經(jīng)營(yíng)不善,產(chǎn)品滯銷,紛紛倒閉,效益相對(duì)好的廠礦受城市規(guī)劃政策的調(diào)整,紛紛搬遷,造成工業(yè)用地和倉(cāng)儲(chǔ)用地面積的銳減。2005～2010年,池州市實(shí)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(shí),國(guó)家戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的政策也使一部分知名企業(yè)落戶池州,池州的經(jīng)濟(jì)實(shí)力開始逐漸增強(qiáng),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(shè)用地的比重增長(zhǎng)到18.31%。池州市在國(guó)家政策的帶動(dòng)下,社會(huì)和經(jīng)濟(jì)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(jìn)了技術(shù)支撐空間用地面積的增加,其中道路廣場(chǎng)用地面積貢獻(xiàn)率最為突出,新增166萬m2,對(duì)外交通用地面積增加近2.05萬m2,市政公用設(shè)施的面積增加近14.28萬m2。不過這3項(xiàng)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(jié)構(gòu)逐步合理化。4基本空間用地面積增長(zhǎng)迅速,功能集中高效從