晏王波，張曉祥,2，姚 靜,3，徐 盼，余其鵬

（1.河海大學(xué) 地理信息科學(xué)與工程研究所，江蘇 南京 210098; 2. Environmental Remote Sensing and Informatics Lab, School of Geographical Sciences and Urban Planning, Arizona State University, Tempe, AZ 85287-5302, USA;3. GeoDa Center for Geospatial Analysis and Computation, School of Geographical Sciences and Urban Planning, Arizona State University, Tempe, AZ 85287-5302, USA）

基于GIS的鹽城市區(qū)域發(fā)展時空特征研究

晏王波1，張曉祥1,2，姚 靜1,3，徐 盼1，余其鵬1

（1.河海大學(xué) 地理信息科學(xué)與工程研究所，江蘇 南京 210098; 2. Environmental Remote Sensing and Informatics Lab, School of Geographical Sciences and Urban Planning, Arizona State University, Tempe, AZ 85287-5302, USA;3. GeoDa Center for Geospatial Analysis and Computation, School of Geographical Sciences and Urban Planning, Arizona State University, Tempe, AZ 85287-5302, USA）

以江蘇省鹽城市為例，獲取了1975年、1990年、2000年、2004年、2006年和2010年6個年份的土地利用分類數(shù)據(jù)，研究了鹽城市區(qū)域發(fā)展的時空變化。選取LISA指數(shù)用于捕捉局部空間聚類特征，探索時段內(nèi)的發(fā)展集群區(qū)域；同時利用Getis指數(shù)捕捉集群區(qū)域內(nèi)的發(fā)展峰值，展示發(fā)展冷點地區(qū)和熱點地區(qū)。研究結(jié)果表明，發(fā)展聚類在空間上呈現(xiàn)散點式分布，分布較為明顯，且隨時間推移范圍逐步擴(kuò)大；熱點分布區(qū)仍然呈現(xiàn)以縣市中心城區(qū)為主的格局，且該時段內(nèi)逐漸由內(nèi)陸向沿海發(fā)展；冷點區(qū)則呈現(xiàn)明顯的減少趨勢，北部及部分沿海區(qū)域正逐步轉(zhuǎn)換為熱點區(qū)。

區(qū)域發(fā)展；GIS；空間均一性；空間異質(zhì)性；區(qū)域建模

在城市與區(qū)域研究中，空間和位置對區(qū)域發(fā)展與資源配置有著重要作用，空間問題存在非常顯著的空間相關(guān)性和空間異質(zhì)性[1]，因此區(qū)域分析與建模成為分析和理解區(qū)域內(nèi)空間現(xiàn)象、過程、機(jī)制的重要方法[2]。一方面，在地理學(xué)研究領(lǐng)域，以數(shù)理統(tǒng)計為基礎(chǔ)的計量地理學(xué)革命為空間效應(yīng)的度量作出了基礎(chǔ)性貢獻(xiàn)[3,4]；另一方面，在區(qū)域科學(xué)、區(qū)域經(jīng)濟(jì)學(xué)領(lǐng)域，研究人員重視在經(jīng)典的模型中加入空間要素的影響[5,6]。空間相關(guān)性和空間異質(zhì)性普遍存在于空間格局現(xiàn)實問題中，但由于空間數(shù)據(jù)受空間相關(guān)性的影響，無法滿足經(jīng)典數(shù)理統(tǒng)計學(xué)中樣本獨立性的假設(shè)，因此，如何度量空間相關(guān)性和空間異質(zhì)性的空間效應(yīng)成為城市與區(qū)域建模的重要問題。為此，空間方法的整套理論與方法被提出[7]，用以發(fā)展相應(yīng)的算子進(jìn)行空間相關(guān)性、異質(zhì)性檢測。王勁峰等[8]提出地理信息空間分析的理論體系，并進(jìn)行了大量的理論探索和應(yīng)用研究[9]。在城市化熱點研究方面，張弛等[10]通過對南京市城市化聚落動態(tài)進(jìn)行分析，探索增長熱點集中發(fā)生的區(qū)位；宣國富等[11]則探究上海市城市社會空間集聚的原因，揭示各影響因素的冷熱點地區(qū)。

本文基于空間相關(guān)性和空間異質(zhì)性，研究了城市發(fā)展中的不均衡性。使用LISA指數(shù)對江蘇省鹽城市自1975年特別是1990年以來至2010年的建設(shè)用地進(jìn)行空間聚類分析，發(fā)現(xiàn)相同空間特征的地區(qū)聚集。同時，還探索了該時段內(nèi)空間發(fā)展的異常峰值，揭示了研究區(qū)內(nèi)區(qū)域發(fā)展的異質(zhì)性，反映了鹽城近年來空間發(fā)展的態(tài)勢。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

圖 1 研究區(qū)區(qū)位圖

鹽城市位于江蘇省東部沿海地區(qū)（見圖1），下轄9個區(qū)（縣市），包括138個鄉(xiāng)鎮(zhèn)、2個國家級自然保護(hù)區(qū)以及一些沿海墾區(qū)與鹽場，毗鄰黃海。鹽城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展呈現(xiàn)顯著的不均衡性，市區(qū)所轄亭湖區(qū)是鹽城歷史上的中心城區(qū)，基礎(chǔ)設(shè)施完善，經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展程度高；鹽都區(qū)近年因新城區(qū)和開發(fā)區(qū)的建設(shè)獲得了飛速發(fā)展，與亭湖區(qū)逐漸形成地區(qū)發(fā)展的核心；東臺市、大豐市2市人口密度相對低，土地后備資源豐富，區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度較高；而濱?？h、阜寧縣、響水縣因區(qū)位因素和歷史原因，人口密度較高，經(jīng)濟(jì)發(fā)展也相對滯后。另外，位于鹽城市區(qū)中部地區(qū)的建湖縣、射陽縣經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展程度居中。這種發(fā)展格局導(dǎo)致逐漸形成了鹽城市中心城區(qū)集聚效應(yīng)急劇增強(qiáng)、縣域經(jīng)濟(jì)“南強(qiáng)北弱”的空間發(fā)展態(tài)勢。

利用研究區(qū)6期（1975年、1990年、2000年、2004年、2006年和2010年）遙感影像并結(jié)合土地利用現(xiàn)狀圖進(jìn)行影像分類，獲取上述6期較為精確的土地利用信息數(shù)據(jù)。結(jié)合格網(wǎng)數(shù)據(jù)，在綜合考慮研究區(qū)范圍及數(shù)據(jù)的疏密性、工作效率的基礎(chǔ)上，將格網(wǎng)大小定為4 km×4 km，將獲取的鹽城市數(shù)據(jù)格網(wǎng)化，對6期數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的初步準(zhǔn)備工作。

2 研究方法

圖2為技術(shù)路線圖。為了更好地量化空間異質(zhì)性，充分反映鹽城市該時段內(nèi)城市發(fā)展的趨勢性及規(guī)律性，分別從空間聚類分析和冷熱點監(jiān)測2個方面進(jìn)行分析。利用LISA指數(shù)進(jìn)行空間聚類分析，探索空間局部集聚水平；同時利用Getis指數(shù)進(jìn)行冷熱點監(jiān)測分析，識別不同空間區(qū)位上的高值簇與低值簇、冷熱點區(qū)的空間分布；并利用研究區(qū)各個單元的擴(kuò)展熱點指數(shù)，依據(jù)數(shù)值大小劃分等級，揭示鹽城市城市用地和城市群建設(shè)用地的擴(kuò)展程度，同時對冷點和熱點地區(qū)以時間和空間2種視角進(jìn)行分析，更為準(zhǔn)確地探索建設(shè)用地發(fā)展熱點和冷點區(qū)域及建設(shè)用地局部空間聚集特征。

圖2 技術(shù)路線圖

2.1 LISA指數(shù)

由于空間異質(zhì)性普遍存在，全局觀測指標(biāo)往往難以有效地反映局部的細(xì)微差別，故本文選擇LISA指數(shù)測度局部空間自相關(guān)，進(jìn)一步探索局部空間集聚。局部空間自相關(guān)LISA公式為：

2.2 Getis指數(shù)

空間冷熱點檢測是通過監(jiān)測空間數(shù)據(jù)的總體模式和趨勢來進(jìn)行熱點評估。當(dāng)高值和低值同時聚類時，它們傾向于彼此互相抵消，如果低值和高值同時聚類時測量空間聚類，則使用空間自相關(guān)工具；當(dāng)存在完全均勻分布的值并且要查找高值的異?？臻g峰值時，首選Getis-ord General G工具。

為了匯總空間現(xiàn)象聚類的程度，以檢查不同時期或不同位置的變化，可以比較某個城市的城鎮(zhèn)發(fā)展以及密度集。選取Getis’G指數(shù)， Getis-Ord Gi*公式為：

式中，E(G*i(d))和Var(G*i(d))分別是 G*i(d)的數(shù)學(xué)期望和方差。如果Z(G*i(d))為正，且顯著，表明位置i周圍的值相對較高，屬高值空間集聚，即熱點區(qū)；反之，如果Z(G*i(d))為負(fù)，且顯著，表明位置i周圍的值相對較低，屬低值空間集聚，即冷點區(qū)。

3 分析與討論

3.1 LISA分析

為了反映各個區(qū)域之間的集聚程度及顯著水平，利用Geoda繪制局部Moran散點圖，采用999次置換方法進(jìn)行顯著性檢驗，其橫坐標(biāo)為各單元標(biāo)準(zhǔn)化處理后的屬性值，縱坐標(biāo)為其空間鄰接矩陣所決定的相鄰單元的屬性值的平均值。

散點圖分為4個象限，表達(dá)了某一點(區(qū)域)和其周圍點(區(qū)域)4種類型的局域空間聯(lián)系，即“高高”(HH)、“高低”(HL)、“低高”(LH)和“低低”(LL)。HH類型，空間單元以及周邊單元建設(shè)用地發(fā)展較快，二者的空間差異程度較??；LL類型，表示區(qū)域自身與周邊地區(qū)的建設(shè)用地發(fā)展較慢，二者差異較小；相反，對于HL類型，空間單元自身發(fā)展較低，周邊單元建設(shè)用地發(fā)展較快，空間差異較大，而LH類型則表示區(qū)域自身發(fā)展較快，周邊地區(qū)的發(fā)展較慢，二者空間差異依然很大。

圖3 鹽城市建設(shè)用地LISA圖

以時間角度來看（見圖3），各縣市的中心空間單元呈現(xiàn)“高高”(HH)現(xiàn)象，并且隨時間的遷移，逐漸以中心單元為軸心呈現(xiàn)“輻射圈”；相反，對于“低低”(LL)現(xiàn)象，原先集中在北部的響水、濱海，中部的大豐等地，后期這種現(xiàn)象逐漸消失，甚至轉(zhuǎn)化為“高高”(HH)地區(qū)，而“高低”、“低高”則仍呈零散分布。

以空間角度來看，原先集中于老城區(qū)的亭湖、鹽都2區(qū)，局部空間單元及其周邊發(fā)展仍然較快，但是，由內(nèi)陸向海岸沿線發(fā)展的趨勢已較為明顯，說明這些地區(qū)逐漸由散點式發(fā)展逐步向片區(qū)式發(fā)展轉(zhuǎn)變，盡管部分地區(qū)受各種因素限制還未發(fā)展，但是發(fā)展趨勢已經(jīng)很明朗。

3.2 熱點分析

計算Getis’G指數(shù)，圖4中的指數(shù)較高(紅色)區(qū)域代表發(fā)展較快區(qū)域，即熱點區(qū)域。

圖4 鹽城市建設(shè)用地?zé)狳c圖

以時間視角來看（見圖4），鹽城早年沒有火車、飛機(jī)、港口，也沒有高速公路，大宗貨物運輸主要依靠公路和水路運輸。擴(kuò)展熱點主要集中于鹽城市市區(qū)、大豐市市區(qū)，它們的擴(kuò)展熱點指數(shù)都很高，即城鎮(zhèn)主要圍繞國道干線以及河流走向進(jìn)行布局；而沈海高速鹽城段及新長鐵路、大豐港等一系列重要基礎(chǔ)設(shè)施施工后，次熱點主要沿響水縣城、濱?？h城、阜寧縣城直到建湖縣九龍口鎮(zhèn)，沿射陽縣一部分到亭湖區(qū)一線，從大豐市的劉莊鎮(zhèn)自西向東到大豐港口以及從東臺市的五烈鎮(zhèn)橫跨東臺市，這些發(fā)展的熱點及次熱點地區(qū)隨著時間的推移，可以重新整合鹽城市域內(nèi)部資源，逐漸以輻射狀效應(yīng)帶動周邊發(fā)展，增強(qiáng)地區(qū)發(fā)展后勁。

以空間視角來看，通過歷史沿革及政府政策引導(dǎo)，擴(kuò)展熱點逐漸沿南北向的204國道、沈海高速（G15高速）、東西向的河流沿岸發(fā)展，形成了“交通走廊式”的城市空間格局，且明顯有從內(nèi)陸逐漸向海岸帶轉(zhuǎn)移的趨勢。市域城鎮(zhèn)空間分布呈現(xiàn)以鹽城市區(qū)為中心，以河流水系、道路等交通線為脈絡(luò)，逐年發(fā)展。

3.3 冷點分析

以時間視角來看（見圖5），冷點區(qū)仍然集中在鹽城北部的響水縣和濱海縣。盡管在2010年部分冷點地區(qū)已經(jīng)轉(zhuǎn)換為次冷點甚至是次熱點，但是對于遠(yuǎn)離204國道等交通線、河流的地區(qū)，在近30年的時間內(nèi)仍未發(fā)生太多改變，依然是冷點地區(qū)。

圖5 鹽城市建設(shè)用地時間序列冷點圖

以空間視角來看，擴(kuò)展冷點出現(xiàn)在一些區(qū)位較差、工業(yè)發(fā)展落后、城鎮(zhèn)分布稀疏的地區(qū)，此類區(qū)域因遠(yuǎn)離市區(qū)和縣城，交通不便，經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對落后，建設(shè)用地的擴(kuò)展態(tài)勢也就沒有其他地區(qū)強(qiáng)烈。由于開發(fā)政策全面實施以及農(nóng)場、漁場轉(zhuǎn)換為建設(shè)用地需要一定的過程，這樣的長期過程導(dǎo)致了城鎮(zhèn)發(fā)展的滯后性。次冷點地區(qū)主要集中在響水縣南部沿中山河區(qū)域、建湖縣與射陽縣的交界部分、濱?？h與射陽縣交界部分，此部分由于河流的淤塞、遠(yuǎn)離縣城中心，發(fā)展較慢。

沿海開發(fā)已從地方政策上升為國家戰(zhàn)略，這對沿海岸帶等已有格局產(chǎn)生沖擊，特別是沿海高等級公路等相關(guān)政策實施，將會在一定程度上改變已有的空間分布。雖然沿海經(jīng)濟(jì)活動單一，相對于老的城鎮(zhèn)還未形成“多點開花”發(fā)展態(tài)勢，發(fā)展較慢而導(dǎo)致還存在一定程度的冷點地區(qū)，但是隨著政策的逐步實施及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的引進(jìn)，未來的空間布局將會得到改善。

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Research on Regional Development Spatio-temporal Changes in Yancheng Based on GIS

byYAN Wangbo

In this paper, taking Yancheng City in Jiangsu Province for example, the study time nodes was identified as 1975、1990、2000、2004、2006、2010,and access to relevant data post-processing. The LISA index was chose to capture the local spatial clustering, to explore the development of regional clusters in periods better. On this basis,Getis Index was used to capture peak value within the cluster region in the development area, to show the development of the region of cold spots and hotspots. The study results show that regional spatial development clustering in space presents a scatter distribution and expand the scope of cluster gradually over time, hotspot distribution in space of Yancheng is still the pattern that is focused on the center citybased and along the ports and other transport facilities.

regional development,GIS,spatial homogeneity,spatial heterogeneity, regional modeling

P208

B

1672-4623（2013）02-0104-03

10.11709/j.issn.1672-4623.2013.02.033

2012-09-18。

項目來源：河海大學(xué)中央高校科研基金資助項目（2009B004141）。

晏王波，碩士，主要從事GIS與空間分析研究。