基于信息熵的池州市建设用地变化特征分析

基于信息熵的池州市建设用地变化特征分析

1社会经济发展城市建设用地结构是指城市中不同土地的比例关系，反映了一定时期内城市土地利用的空间变化。城市建设用地结构的变化直接反映了一个城市在一定历史阶段的经济发展水平、社会发展态势及政府制定的城市发展目标等。池州市自20世纪90年代以来,随着经济建设的快速发展,城镇建设和城市化进程明显加快,城市用地规模也开始以建设开发区和新区的形式大面积的向外扩展。1998～2008年,池州市城市建成区面积由11.1km2扩展至40km2,城市规划面积由13.9km2增长至359km2。非农业人口比重由34.55%上升到70.05%,城镇化发展十分迅速。池州市国民经济的快速增长、城市化水平的不断提高,影响着该市各类土地利用面积的变化以及它们之间的比例构成。本文对2000年以来池州市城市建设用地规模扩展动态变化情况进行分析,并研究造成这种变化的因素及其存在的主要问题,为城市土地利用规划和城市开发决策提供依据和参考。2各部门、多种用地的管理及活动环境根据赵和生(1999)的观点,将全部城市建设用地划分为3大部门:一个部门为城市活动的基本空间,即公共设施用地、工业生产用地、仓储用地、居住用地和特殊用地;另一个部门为城市活动的技术支撑空间,即对外交通用地、城市交通与广场用地、市政公用设施用地;第三部门为城市活动的环境因素,即绿化用地。在此基础上,参照池州市2000年城市规划资料,分析该市城市建设用地及内部结构的扩展动态,通过“2000”、“2005”和“2010”3个时间节点进行对比分析。2.1不同类型用地的基本空间新增建设用地、技术支撑空间用地和绿化用地比例据统计数据分析整理(表1),2000～2010年,池州市城镇建设用地增长量高达1048.48万m2,年均增长速度6.62%,成为当前城镇空间的主体。其中基本空间新增建设用地占63.76%;技术支撑空间新增建设用地占17.39%;绿化新增建设用地占18.85%。其中,技术支撑空间用地与绿化用地所占比例大体相当,且都比较低,基本空间用地所占比例最大。把2000～2005年和2005～2010年两个时间段的城市建设用地总量相比较,2000～2005年建设用地总量的增长率高于2005～2010年,其中基本空间新增建设用地、技术支撑空间新增用地和绿化用地的增长率比较均衡,增长率均达到60%。2.2空间组合关系城市用地扩展不仅表现为时间上的演变和过程,而且也表现为空间的不同组合关系和构成格局。本文采用信息熵、均衡度、优势度3个指标对池州市2000～2010年建设用地内部结构的扩展特征进行量化分析。2.2.1土地多样性指数熵是物理学中的一个概念,用来描述系统的存在状态及演化方向。城市土地利用是一个复杂的巨系统,可以借助于信息熵的概念来描述某一区域在某一时段内土地利用类型的动态变化,对城市土地利用结构的调整有指导意义。基本公式:H=−∑i=1m(Si/S)ln(Si/S)Η=-∑i=1m(Si/S)ln(Si/S)S为城市建设用地的总面积,Si为各类城市土地面积。由信息熵公式可以得出,信息熵值高低可以反映城市用地结构均衡程度,熵值越高,表明不同职能的用地类型数越多,反之各职能类型的面积相差越小,土地分布越均衡。当城市各用地类型的面积相等即P1=P2=…=PM=1/M时,熵值达到最大,则表明城市土地利用达到了均衡状态。为与前面分析保持一致,选取3个年份——2000、2005、2010年作为研究中的特征年份,利用EXCEL软件求出用地结构信息熵H值(表2)。由表2可知,2000～2005年信息熵的值呈现上升趋势,主要原因是这一阶段城市房地产业发展势头良好,为政府带来了巨大的财政收入,极大带动了城市技术支撑空间用地和绿化用地面积的增加,各项城市用地面积增长均衡;2005～2010年信息熵的值缓慢下降,主要原因是这一阶段城市外来人口增长缓慢,房地产业发展势头放缓,相对抑制了城市其他各项城市用地面积的增长;但是,由于目前信息熵的平均值仅为1.741,距离最大值2.079尚有较大一段距离,说明池州市的土地多样性指数仍较低,土地利用类型在这近10年间变化较小。这暗示我们,池州市以基本空间用地为主导的扩张模式存在土地利用无序的问题。2005年开始,对外交通用地和公共设施用地所占比重呈现下降趋势,说明池州市建设用地利用结构还有待于优化,主要表现在基本空间用地比例减少,技术支撑空间用地有待于增加,这样才能促使信息熵值提高。2.2.2池州市建设用地的均度均衡度是用来反映各类城市建设用地均衡分布程度的一个重要概念,弥补了信息熵在反映城市土地利用结构格局不够明朗的缺陷,其基本公式在信息熵函数的基础上构造而来:E=−∑i=1m(Pi)ln(Pi)ln(m)E=-∑i=1m(Ρi)ln(Ρi)ln(m)均衡度是信息熵与最大熵之间的比值,其取值范围为E∈,当E=0时,城市土地利用处于最不均匀状态,而当E=1时,则土地利用类型达到理想的平衡状态。优势度这一概念的含义与均衡度相反,反映了某区域内用地比例处于优势地位的用地类型。基本公式:D=1−ED=1-E由公式可计算得到相应年份的池州市城市土地利用结构的均衡度及优势度(见表2)。由表2可知,2000年以来池州市建设用地的均衡度变化与信息熵相似,以2005年为界,呈现先增长后下降的态势,2010年均衡度达0.837。说明随着时间推移,池州市城市用地结构和空间布局需要进一步优化,各职能类型用地有待于协调,这样其熵值、均衡度才会逐步升高。与此相对应,优势度则呈现先下降后增长的趋势。3池州市城市建设用地结构分析3.1主成分分析法主要运用在池州市城市用地结构调影响城市建设用地结构演变有经济、社会、政治等因素,本文综合3方面的因素,采用7个评价因子,分别是国内生产总值(亿元)、财政收入(万元)、财政支出(万元)、职工平均工资(元)、规模以上工业增加值(万元)、农民人均纯收入(元)、社会消费品零售总额(万元),并采用主成分分析方法,把7个因子综合为少量的指标。主成分分析方法是把原来多个变量化为少数几个综合指标的一种统计方法,从数学的角度,这是一种降维处理技术,有助于从较多的变量中筛选出较少的关键变量。在统计软件SPSS16.0的支持下,以X1～X7为自变量,以池州市城市用地结构的变动为因变量,提取影响池州市城市用地结构信息熵变动的驱动因子。从表3可以看出,在7个驱动因子中,X1和X2,X2和X5,X1和X6,X2和X3等驱动因子中存在较大的相关性,相关系数分别达到0.911、0.976、0.993、0.946,反映出国内生产总值与财政收入、工业生产增加值与财政收入、财政收入与农民人均纯收入、财政收入与财政支出之间的相关性较强。根据主成分分析法的原理,还需求出7个驱动因子的特征值、贡献率及累计贡献率。由表4可知,第1、2主成分的累计贡献率已达98.559%,符合主成分分析的要求,根据Kaiser准则,提取第1成分的贡献率达76.395%。进一步求出第1主成分与7个驱动因子之间的关系,其中国内生产总值、财政收入、财政支出、规模以上工业增加值、农民人均纯收入、社会消费品零售总额等因子与第1主成分关系较大,载荷分别为93.8%、99.5%、93.3%、95.8%、91.8%、86.5%。根据分析结果,我们把影响城市建设用地结构演变的原因归为政策调控和经济增长两个因素。3.2主要动力分析3.2.1政策的变化。城市的绿地面积在城市财政收入和财政支出这两个驱动因子在第1主成分的载荷值较大,反映出政策调控的因素在池州城市建设用地结构演变中扮演重要角色。1995年11月,安徽省进行了新一轮行政区划的调整,池州地改市的工作逐步列入了议事日程,池州市政府在此背景下编制完成了《池州市域城镇体系规划》,为池州市发展提供了一个良好的契机。2000年,国务院根据池州的生态和旅游优势,把池州市确立为21世纪生态经济示范区,并且是安徽省“两山一湖”的旅游开发重点区域。政策的变动为池州市的发展提供了内在的驱动力。2000～2005年,池州市政府进行新一轮的城市规划,池州进入一个快速发展的阶段,城市面貌发生了巨大变化,其中绿地面积的贡献率最为突出。2000～2005年在新的城市规划中,生态经济最为突出,百合公园和烟柳园两大公园的建设改变了传统公园面积小、开放性差等特点,利用城市内的历史文物古迹,如百牙塔、兴济桥等,积极美化市内的荒山,并恢复疏通了过去曾一度切断的清溪河和白洋河,河流两侧10米范围内都进行了绿化,巧妙地把两个公园连接为一体,这一设计不仅增加了城市的绿地面积,也提高了城市品位。同时,政府也注重城市远郊的齐山公园和平天湖自然保护区的建设和保护,大尺度自然保护区的建设大大增加了城市绿地在城市建设用地的比重。在这一时间段绿地面积增加了近117.66万m2,所占比重也达到了35.13%。2000～2005年居住用地的面积和比重也大幅度地增加,新增的居住用地面积高达190.81万m2,这与国家整个房地产的迅猛发展休戚相关,同时大量进城务工人员和外出打工返乡置业的人也推动了城市房地产的发展。2005～2010年,城市人口相对稳定,居民住宅相对饱和,房地产市场受国家大环境的影响,发展的势头有所减缓,居住用地的面积和比重的增长速度都相对减缓。3.2.2技术支撑空间用地面积增加2000～2010年,池州市的经济发展经历了从低谷到繁荣的过程,城市工业用地面积和比重也呈现先减后增的态势。2000～2005年,池州许多厂矿由于经营不善,产品滞销,纷纷倒闭,效益相对好的厂矿受城市规划政策的调整,纷纷搬迁,造成工业用地和仓储用地面积的锐减。2005～2010年,池州市实行了招商引资政策,许多浙江企业、上海企业以及外企纷纷到池州落户,同时,国家战略产业转移的政策也使一部分知名企业落户池州,池州的经济实力开始逐渐增强,工业用地量以及所占比重逐年上升,5年间用地面积增加了近262.01万m2,所占建设用地的比重增长到18.31%。池州市在国家政策的带动下,社会和经济得到了全面发展,居住用地和工业用地面积稳步提升,大大促进了技术支撑空间用地面积的增加,其中道路广场用地面积贡献率最为突出,新增166万m2,对外交通用地面积增加近2.05万m2,市政公用设施的面积增加近14.28万m2。不过这3项用地所占比重近年来都有所下降,还有待于逐步完善,促使城市用地结构逐步合理化。4基本空间用地面积增长迅速,功能集中高效从