基于POI数据的天津市三生空间演化分析研究

POI析研究摘要：POIGIS20102020后是生态空间。(2相反生态空间和生活空间主要表现出减少的情况。(3)2010~2020提供更多可靠的规划依据，借此为更多其他城市的存量规划提供蓝本。关键词：核密度；三生空间；格局演化SpatialEvolutionAnalysisof"Ecological-Production-Living"SpaceinTianjinBasedonPOIDataWupeng(XiangyangsurveyingandmappingResearchInstitude,xiangyang441000,China;)Abstract:"Ecological-Production-Living"spaceisthecarrierforpeopletoprotectandusenaturetorealizetheirowndevelopment,reflectingpeople'sabilitytotransformnatureandtheleveloftheirowndevelopment.TakingTianjinasanexample,integratingremotesensingdataandPOIdata,usinggridanalysismethodandGISspatialanalysismethod,thispaperanalyzestheevolutionof"Ecological-Production-Living"spaceinTianjinfrom2010to2020,andrevealsthechangecharacteristicsandtemporalandspatialdistributionof"Ecological-Production-Living"spaceinTianjin.Theresultsshowthat:(1)basedonthenucleardensityanalysis,theproductionspaceisdominant,thelivingspaceissecond,andthelastistheecologicalspace.(2)Themutualtransformationbetweenthe"Ecological-Production-Living"spaceinTianjinisveryobvious.Onthewhole,thechangeofproductionspaceismainlyincreased,onthecontrary,theecologicalspaceandlivingspacearemainlyreduced.(3)From2010to2020,thescopeofproductionspaceinTianjingraduallyexpanded;TheexpansionoflivingspacefromsouthtoNorthincreasedsignificantly;ThedevelopmentofecologicalspacefromeasttoWesthasstrongdirectionality.Basedontheresearchresults,itisbeneficialtothestudyoftheevolutionpatternofurban"Ecological-Production-Living"spaceinthemiddleprovinceandprovidemorereliableplanningbasisforcitiesintheprocessofurbanization,soastoprovideablueprintforthestockplanningofmoreothercities.Keywords:nucleardensity;livingspace;patternevolution引言[1-3]近年来，随着各个方面的不断发展以及城镇化的加速推进，引起了关于自然经济、社会三者不协调一系列问题。在我国中国共产党的十八大报告中首次申明“促进生产空间集约高效、生活空间宜居适度、生态空间山清水秀”，这也是首次明确国家对“三生空间”发展的要求和导向，以解决我国国土空间规划出现集约利用程度低和结构布局不合理等负面现象 。[1-3][4-6]从已有文献来看，国内学者对于“三生空间”的研究较多，传统的生产功能不再是城市的单一职能，城市生活功和生态功能也逐渐引起了学者的广泛关注，学术研究主要集中在对“三生空间”的内涵与概念界定以及“三生空间”分类体系构建和承载力分析等方面 。但当前研究主要集中在宏观和微观尺度，对于观市域尺度下的“三生空间”研究不足。在“三生空间”的识别分类中，借助土地利用现状数据虽然能识别“三生空间”，但难以保证其精确性且研究数据获取比较困难、更新滞后等问题。而POI数据具有样本量大和涵盖信息细致等优势，包含了大量的“三生空间”信息，可以更加精确地识别各类“三生空间”用地的具体空间位置分布。[4-6]基于此，本文以天津市为例，综合遥感影像数据、POIGIS20102020研究方法与数据来源区域概况自然地理概况116°43'118°04'，38°34'40°15'北部，东临渤海、北依燕山。地势以平原和洼地为主，北部有低山丘陵，海拔由北向南逐渐下降，地貌总轮廓为西北高而东南低。天津位于中纬度欧亚大陆东岸，属暖温带半湿润季风大陆型气候，靠近太平洋，受季风环流影响显著，四季分明。社会经济概况1624511966.451561.831303.8283.48%。天津市自然资近年来天津市总体经济状态显著发展，人们生活生平也得到了极大地改善，如表1所示。表1研究区社会经济概况全市全市年第一产业第二产业第三产业生份产总值比产比产比产值重值重值重（亿）（%）（%）（亿） （%）（亿） （%）201.2134480649069140820490.18.114.08.40.473.73201.1835496638949141019315.23.239.18.45.874.28200.1740760581102188018922.71.469.81.627.129.64200.1640759581078185417918.96.943.59.156.649.19200.1642757561009178316948.46.451.35.618.087.89研究方法核密度分析核密度分析是一种表面密度计算方法，通过样本数据分析来计算每个输出栅格像素周围的点要素的密度。落入搜索区域的点会被分配以不同的权重，随着点并获得不同点像素密度的叠加作为像素值[7。2.2.2“三生空间”转移矩阵“三生空间”转移矩阵用于分析研究系统中状态和状态转换的定量描述。转移矩阵可以具体地分析定量转变。输出表表示同一区域中不同时间段内“三生空[8]间”的相互转换关系，可以查看每次空间转换的特点情况，准确反映“三生空间”的变化特征。[8]2.2.3标准差椭圆[9]标准偏差椭圆是一种定量分析元素的空间分布方向特征和演变趋势的方法，它主要通过创建标准偏差椭圆来表示元素的分布特征。椭圆的中心点代表整个数据的中心位置，椭圆的长半轴代表数据分布的方向，椭圆的短半轴代表数据分布的范围。[9]数据来源遥感数据DEM交通数据、天津市河网水系数据和相关年份的统计数据等。DEMLandsat8OLI_TIRS卫星数字产品（10）ASTERGDEM30M数字高程数据（6）据来源于地理国情监测云平台。POIPOIAPIPOI7POI12一级行业分类，其中有美食、酒店、购物、生活服务、旅游景点、休闲娱乐、运动健身、医疗、交通设施、房地产、公司企业、自然地物。每一个一级行业分类下面包括若干个二级行业分类。以一级行业分类自然地物为例，其中包括了岛屿、山峰、水系、其他四个二级行业分类。从网络电子地图中抓取的数POI数据对应。其次，参照前人研究成果[10-14]POI进行归类。[10-14]生产空间是指为人类提供物质产品的生产、运输、商贸、公共服务等生产经营活动的国土空间。其中涵盖了生产空间、运输空间、商贸空间、公共服务空间，因此选取公司企业和交通设施、金融、政府机构4类POI数据。[10-14][10-14]生活空间是指供人们居住、消费、休闲和娱乐等的国土空间，是人们吃穿住行以及日常交往的空间存在形式 。因此选取酒店、房地产、美食、休闲娱乐运动健身、医疗6类POI数据。[10-14][10-14]生态空间是为指宏观状态稳定的物种生存繁衍所需的环境空间。生态空间为生产空间、生活空间提供生态前提，并规定生产空间、生活空间的发展方向 因此选取旅游景点、自然地物2类POI数据。[10-14]POIPOIPOI2表2基于“三生空间”的POI数据分类三生三生一级行业分类二级行业分类空间公司企业园区、农林园艺、厂矿交通设施飞机场、火车站、加油站生产空间金融银行、ATM、投资理财政府机构中央机构、各级政府、公检法机构酒店星级酒店、民宿房地产写字楼、住宅区、宿舍美食中餐厅、咖啡厅、酒吧生活空间休闲娱乐电影院、网吧、休闲广场体育场馆、极限运动场所、健身中运动健身体育场馆、极限运动场所、健身中运动健身心医疗综合医院、诊所、药店旅游景点公园、风景区、景点生态空间自然地物岛屿、山峰、水系图1论文研究的技术路线（图片来源：作者自绘）三生空间演化分析三生空间分类体系作为一个复杂的多功能复合体，内部空间相互制约又相互影响。因此，合理选择评价指标和客观确定指标权重是构建“三生空间”指标体系的关键。通过结合“三生空间”分类系统的相关文献[15-18]2017分类》，遵循主导功能和生态空间优先的原则，结合了天津市土地利用状况的特征，并参考了以前的研究成果[16-18]。对一级土地利用现状类型和二级土地利用现状类型对应的“三生空间”进行分类，构建“三生空间”分类指标和评价体系，其构成见图2。图2“三生空间”分类体系（图片来源：作者自绘）三生空间的识别由于目前暂无统一的评价标准体系，在梳理相关文献后[17-9]本文将结合天12353表3 POI数据权重赋值三三准准则指指标层 综合权生空间 则层 权重 标权重生公0.20.11 园区 0.0317产空间 司企业 8农林园艺

0.48

0.05440.2厂矿4

0.0272飞机场

0.34

0.0261交通设施

0.30

0.0230加油站

0.36

0.02760.3银行2

0.0213金0.07 ATM融

0.36

0.0240投资理财

0.32

0.0213政府机构

0.08

中央机构

0.31

0.0238各级政府

0.3 0.02533公检法机构6

0.3

0.0276酒0.06店

星级酒店民宿

0.580.42

0.03480.0252写字楼

0.30

0.0260房地产生活空间

宿舍

0.250.45

0.02170.0390中餐厅

0.36

0.0156美食

0.33

0.01430.3酒吧1

0.0134电影院

0.33

0.0154休闲娱乐

0.31

0.0145休闲广场

0.36

0.0168体育场馆

0.35

0.0163运动健身

0.05

极限运动场所

0.3

0.0140健身中心

0.35

0.0163综合医院

0.36

0.0180医0.05 疗

0.33

0.01650.3药店1

0.0155生 旅 0.13 公园 0.3 0.0443态空间态空间游景点50.3风景区0.038000.3景点0.044350.1岛屿0.02894自0.40.21 山峰 0.0889然地物 30.4水系0.08893POIARCGISPOIPOI以获得每个单元网格中各个空间的综合得分，其公式为：在上式中，为研究单元方格内第类POI数据点的综合数量，为研究单元方格内第类POI数据点的数量，为第类POI的综合权重。POI出研究区域每个单元网格的各个空间要素综合数量，其公式为：在上式中，为研究单元方格内第类POI数据点的综合数量，为研究单元方格内第类POI数据点的数量，为第类POI的综合权重。POIPOI本文主要使用ARCGIS空间分析方法和样本比例法来识别“三生空间”。首先，叠加上面计算的各个空间要素的分布；然后使用样方比例法计算研究区域中各个要素在每个单元中所占比例的公式为：在上式中，为单元方格内第类功能要素的比例值，单元方格内第类功能要素的数量。POI3在上式中，为单元方格内第类功能要素的比例值，单元方格内第类功能要素的数量。20208687920177；2015622715250822646；2010489784364944798图3天津市2010~2020年“三生空间”识别结果（图片来源：作者自绘）三生空间分布格局ARCGIS呈现以双中心格局为主，部分呈岛状分布。图4天津市2010~2020年生产空间核密度分析结果（图片来源：作者自绘）2010~20204相关，其与工业园区、物流园和生产中心的分布区位一致。图5天津市2010~2020年生活空间核密度分析结果（图片来源：作者自绘）2010~20205展相关用地分布区位相关。图6天津市2010~2020年生态空间核密度分析结果（图片来源：作者自绘）2010~20206三生空间演化特征数量特征为了进一步深入分析天津市近三年“三生空间”之间相互转换的真实情况，201020152020ARCGIS10.52010~20152015~202024表4天津市2010~2015年“三生空间”转移矩阵2010年2015年生产总面积生活生态生产4247.890.000.004247.89生活101.293685.780.003787.07生态1055.17875.661958.973889.80总面积5404.354561.441958.9711924.772010~2015按照变化率排列如下：生态空间（16.19%）＞生产空间（9.70%）＞生活空间22 2 2 （6.49%）1156.46km774.37km101.29km1930.83km1055.17km875.66km22 2 2 表5天津市2015~2020年“三生空间”转移矩阵2020年总面积2015年生产生活生态生产5404.350.000.00 5404.35生活2010.912550.530.004561.44生态121.4288.981748.581958.97总面积7536.682639.511748.5811924.772015~2020按照变化率排列如下：生产空间（17.88%）＞生活空间（16.12%）＞生态空间22 2 2 （1.76%）2132.32km1921.93km2010.91km210.40km121.42km88.98km22 2 2 表6天津市2010~2020年“三生空间”转移矩阵2010年2020年生产总面积生活生态生产4247.890.000.004247.89生活1755.612031.460.003787.07生态1533.17608.051748.583889.80总面积7536.682639.511748.5811924.772010~2020按照变化率排列如下：生产空间（27.58%）＞生态空间（17.96%）＞生活空间2 2 2 （9.62%）3288.79km1147.56km1755.61km2141.23km2 2 2 根据本文中“三生空间”面积统计，2010~20202010~2020整体变化以增加为主，相反生态空间和生活空间主要表现出减少的情况。空间特征为了定量分析天津市“三生空间”分布的方向特征和变化趋势，计算2010~2020772010~2020（者自绘）研究区生产空间的标准差椭圆长轴为东北-西南走向，20102020短轴的长度总体在增加，表明生产空间的范围逐渐扩大。这也反应了当前随着国家战略部署的调整与发展，天津市快速工业化导致生产空间的发展拓展广阔空间的现象。研究区生活空间的标准差椭圆长轴为南-北走向，20102020这主要与深入实施“双城双港”空间战略和实现天津市城镇空间组织主体由“主副中心”向“双中心”结构转换等密切相关。研究区生态空间的标准差椭圆长轴为南-北走向，20102020向东-西方向发展，长短半轴的值差距最大，具有较强的方向性。这是由于随着生态空间受到严重压缩。结论与讨论结论基于核密度分析表明：天津市生产空间占主导地位，生活空间次之，生活空间分布多与区位优势和城市建设发展相关，呈现出“单核分布”的态势；生态空间热点区往往与资源丰富、绿化环境好等区位优势相对应，总体上呈现以双中心格局为主，部分呈岛状分布。受城镇化和工业化的发展的影响，2010~2020之间相互转化情况非常明显，“三生空间”之间的相互转换较为频繁，整体上生产空间变化以增加为主，相反生态空间和生活空间主要表现出减少的情况。由于城镇化和工业化快速推进，2010~2020围逐渐扩大。生活空间在南-北方向上的扩张显著上升，而东-西方向却呈现缩小的趋势。生态空间从南-北走向分布向东-西方向发展，具有较强的方向性。讨论本文通过建立“三生空间”土地利用分类及评价体系，初步探明了天津市以及与国土空间规划的紧密结合等均需要开展深入研究。POIPOI2010~2020格局演化过程进行量化分析和特征归纳，因此在某些相