太原市中心城区建设用地集约利用空间相关性分析

    田红霞 郑海霞

    摘 要：本文基于太原市中心城区建设用地节约集约利用潜力初始评价成果，采用空间自相关分析方法，利用各参评功能区集约度值，探索各类功能区在空间分布上的关联。结果表明：土地集约利用水平在一定程度上存在集聚效应，功能区集约利用水平提高的同时具有较强的辐射能力。同时，集聚效应在分布范围上有一定的局限性，高-高集聚区的边缘地带分布着低-高离散区，低-低集聚区的边缘地带分布着高-低离散区。

    关键词：空间自相关；集约利用；中心城区

    文章编号：1004-7026（2018）01-0035-03 中国图书分类号：F299.23 文献标志码：A

    2014 年国土资源部发布发布了《城市建设用地节约集约利用评价操作手册》[1]（以下简称《操作手册》），要求参评城市以2014年12月31日为评价时点，开展城市建设用地节约集约利用评价工作。本文在完成太原市中心城区节约集约利用潜力初始评价工作的基础上，为深入研究太原市中心城区建设用地集约用地水平的空间分布特征与规律，利用各参评功能区集约度值，开展空间自相关分析，探索各类功能区在空间分布上的关联。

    空间自相关是空间统计学的一种方法，它反映的是一个区域单元上某一属性与邻近区域单元上同一属性的相关程度，能够方便探测空间要素或其属性值在区域整体和局域的空间自相关性大小[2]。空间自相关分析可以很好地揭示各现象在地域分布上的空间关联[3]，已经成为GIS研究领域中的重要研究方法。空间相关分析最为常用的计算方法是Moran's I、Geary's C、Getis以及空间自相关系数图等。本文选择Moran's I指数，从全域Moran's I和局域Moran's I两个角度分析太原市中心城区功能区集约度的空间自相关性和聚集分布特征，得出其在空间分布上的规律。

    1 基础数据

    依据《操作手册》，太原市中心城区共划分了六类共716个功能区，居住功能区443个商业功能区96个，工业功能区58个，教育功能区58个，行政办公功能区18个，其他功能区43个。采用《操作手册》规定的评价指标体系，在资料搜集和数据处理基础上，计算各功能区集约利用指数，并将其划分为集约利用区、中度利用区、低度利用区三种类型，功能区划分与功能区土地利用评价结果如表1。

    2 研究方法

    Global Moran's I（全域空间相关指数）是应用较广泛的一种空间自相关性判定指标，用于验证整个研究区域的空间模式，即假设空间是同质的，只存在一个充满整个区域的趋势。

    Wij表示区位相邻矩阵；n为区域单元个数；Xi和Xj分别为i和j空间单元属性数据值，Wij=1 代表空间单元相邻， Wij=0代表不相邻， i≠j，Wii=0。

    Moran's I值结果介于-1到1之间，I>0为正相关，数值越大表示空间分布的相关性越大；I<0为负相关，数值越小表示相关性越小；I趋于0时，代表空间分布呈现随机分布的情形。检验统计量用Z统计量。

    局部空间自相关分析的Moran 散点图，常来研究局部的空间不稳定性。 Moran 散点图相对于别的分析方法，优势在于能够进一步具体区分区域单元和其邻居之间属于高值和高值、低值和低值、高值和低值、低值和高值之中的哪种空间联系形式[4]。

    本文运用Geoda软件，计算Global Moran's I（全域空间相关指数）与Local Moran's I（局域空间相关指数），生成Moran 散点图，研究太原市中心城区716个功能区的空间集聚情况。

    3 结果分析

    运用Geoda软件，创建距离空间权重矩阵，计算全局空间相关指数，各功能区集约度Glabal Morans I值为0.15，检验指数Z为13.15，为显著性相关，表明各功能区集约度整体上具有正相关性，随着距离的增大而衰减，有高集约度区域与高集约度区域相邻接，低集约度区域与低集约度区域相邻接的趋势。

    以集约度指数为统计字段，进行局域空间相关指数分析，制作局部空间自相关分析的Moran 散点图与空间聚类图。Moran散点图的四个象限，分别对应区域单元与其邻居之间四种类型的局部空间联系形式。本文中，落入第一象限（H-H）的226个功能区和第三象限（L-L）的75个功能区分别表示某功能区与其他相邻功能区的集约度皆高（皆低），功能区的集约度分布表现为空间正相关性；位于第二象限（L-H）47个功能区和第四象限（H-L）的46个功能区分别表示某功能区的集约度较低（高），其周邊功能区的集约度却较高（低），因而与相邻功能区的集约度分布表现为空间负相关。

    根据空间聚类分布图，空间正相关的功能区分布呈显著的规律性分布。集约度高的空间正相关的功能区主要分布在城市中心汾河两岸，周边散落分布着低值功能区被高值功能区包围的空间负相关功能区；集约度低的空间正相关功能区主要分布在城市周边边缘地带，周边散落分布着高值功能区被低值功能区包围的空间负相关功能区。检验结果如图3，p值在0.05的显著性水平下显著的功能区有95个，p值在0.01的显著性水平下显著的功能区有299个。

    对照功能区类型分布情况，高-高集聚区多为居住功能区，低-低集聚区多为工业功能区。传统居住区的形成，集中了较为便利的交通和生活设施以及基础教育等城市公共资源，吸引了较多的人口，也形成了较强的集聚效应。图中所示低-低集聚区为较大面积的老工业厂区，集约利用水平低，随着产业结构调整以及工业入园等政策，亟待通过搬迁改造，利用腾退土地，发展现代服务业和战略性新兴产业，如设计咨询、科技、金融、电子商务、现代物流等生产性服务业，提升集约用地水平。

    4 研究结论

    4.1 空间正相关区域集聚效应强

    运用空间自相关分析，可以在设定显著性水平下对因位置邻近而产生的属性上相似性进行定量研究，可用于研究中心城区功能区集约利用水平的空间分布规律。太原市中心城区功能区集约利用类型分布大致呈圈层结构，集约利用水平区域差异明显。低度利用型功能区大多分布在中环线（北中环街-东中环路-南中环街-西中环路）周边，集约利用型和中度利用型功能区大多分布在内环线（北大街-建设路-南内环街-和平路）以内区域。集约度高-高集聚区也位于内环线以内区域。这说明土地集约利用水平在一定程度上存在集聚效应，功能区集约利用水平提高的同时具有较强的辐射能力。同时，集聚效应在分布范围上有一定的局限性，高-高集聚区的边缘地带分布着低-高离散区，低-低集聚区的边缘地带分布着高-低离散区。

    4.2 集约用地潜力集中在城市的南部和北部

    城市中心区集约利用水平比较高，城市南、北部集约利用水平较低，集约用地潜力相对较大，应在开发利用潜力的同时，结合区域定位适度发展。根据太原市城市总体布局，城市南部规划在机场南部建设具有国际竞争力的科技创新园区，推动太原南部地区与晋中市区协调发展，建设现代化新城；统筹规划晋阳湖整个文化生态区的景观设计，使其与长风商务区、龙城大街等整体建成“晋阳湖—龙城”一个新的市级中心；城市北部规划推动城北污染企业及军工企业的搬迁改造，建设北部新区中心。因此，随着太原市“南移”“北优”发展的推进，中心城区的用地潜力将可进一步得以挖掘，整个城市的集约用地水平将得以提升。

    参考文献：

    [1]城市建设用地节约集约利用评价操作手册（2015年）[S].

    [2]张松林，张昆.空间自相关局部指标Moran指数和G 系数研究[J].大地测量与地球动力学，2007，27（3）：31-34.

    [3]梁艳平，钟耳顺，朱建军. 城市人口分布的空间相关性分析[J]. 工程勘察，2003，4：48-50.

    [4]高凯，周志翔，杨玉萍.长江流域土地利用结构及其空间自相关分析[J].长江流域资源与环境，2010，19（21）：13-20.