田永霞 暴 婕 榮 雪 馬智慧 孫澤群

北京舜土規(guī)劃顧問有限公司 北京 100007

空間大數(shù)據(jù)是具有顯著地理編碼和時間標簽，有效記錄事物的空間位置和時空變化過程，并準確表達事物的歷史、當前和未來狀態(tài)的海量空間信息數(shù)據(jù)集?？臻g大數(shù)據(jù)處理技術(shù)，即是在當前信息技術(shù)的支撐下，實現(xiàn)GIS空間分析功能與大數(shù)據(jù)分析、挖掘方法的有機結(jié)合，完成從大量、快速、復雜、多源的時空信息中提取有用價值的技術(shù)處理手段，其中最核心的是挖掘數(shù)據(jù)中蘊含的潛在價值。

空間大數(shù)據(jù)具有碎片化、復雜化、多樣化、多源化、巨量化的特征，且其應(yīng)用具有前景廣闊、普適性強等優(yōu)勢，通過對地理、氣象、交通運輸?shù)茸匀恍畔⒑徒?jīng)濟、社會、文化、人口等人文社會信息的挖掘，可以為城鄉(xiāng)規(guī)劃提供強大的決策支持，強化城鄉(xiāng)管理服務(wù)的科學性和前瞻性。

在我國空間規(guī)劃體系重構(gòu)基本完成與全國范圍內(nèi)國土空間規(guī)劃工作啟動實施的背景下，本文以延邊朝鮮族自治州（以下簡稱延邊州）為例，進行空間大數(shù)據(jù)信息挖掘與分析方法的探討研究，一方面助推空間大數(shù)據(jù)分析方法的不斷成熟與完善，另一方面也增強城鄉(xiāng)規(guī)劃的信息支撐。

1.研究區(qū)域

延邊州位于吉林省東部，地處中、朝、俄三國交界地帶，被稱為東北亞“金三角”，是東北三省溝通海內(nèi)外的重要窗口。延邊州土地總面積4.33萬平方公里，州內(nèi)地形地貌以山地丘陵為主，“八山一水半草半分田”的資源稟賦特征鮮明。截止2017年底，全州共有6市2縣，51個鎮(zhèn)、15個鄉(xiāng)，共66個鄉(xiāng)鎮(zhèn)；共有常住人口205.85萬人，其中城鎮(zhèn)人口146.54萬人，城鎮(zhèn)化率達71.2%。

2.數(shù)據(jù)來源

本研究所用人口數(shù)據(jù)分別為第五次（2000年）、第六次（2010年）全國分鄉(xiāng)鎮(zhèn)人口普查數(shù)據(jù)，來源于國家統(tǒng)計局網(wǎng)站；2017年到鄉(xiāng)鎮(zhèn)人口數(shù)據(jù)由延邊州各市縣相關(guān)部門提供；2017年流動人口數(shù)據(jù)來源于國家衛(wèi)生健康委主辦的流動人口數(shù)據(jù)平臺。

用地數(shù)據(jù)一部分是來自中國科學院資源環(huán)境科學數(shù)據(jù)中心的中國土地利用遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)，另一部分是延邊州國土局提供的2009-2017年土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)。

POI數(shù)據(jù)來源于POILIST全國POI信息數(shù)據(jù)庫網(wǎng)站，其他社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)主要來源于吉林省和延邊州統(tǒng)計年鑒或由延邊州相關(guān)政府部門提供。

3.技術(shù)路線與研究方法

依托GIS空間分析功能，分別從人口分布、用地演變、區(qū)域中心度三個方面進行分析，并采用聚類分析法對城鎮(zhèn)進行分類；最后基于以上分析，構(gòu)建城鎮(zhèn)體系與發(fā)展格局優(yōu)化方案，明確對各類城鎮(zhèn)和不同片區(qū)的發(fā)展引導。技術(shù)路線如下：

圖1 城鎮(zhèn)體系優(yōu)化研究框架

3.1 人口分布趨勢研究

人口密度是單位土地面積上的人口數(shù)量，是衡量一個區(qū)域人口分布狀況和人類活動強度的一個重要指標，常用來分析人口時空演變的特征。

本文采用2000年、2010年人口普查數(shù)據(jù)和2017年調(diào)研搜集數(shù)據(jù)，進行鄉(xiāng)鎮(zhèn)層面人口分布密度的比對分析。為更直觀地分析延邊州人口分布的不均衡性及其時空變化，本文將人口密度分為以下六個等級：

第一級 人口極密區(qū)：＞5000人/公頃

第一級 人口密集區(qū)：1000～5000人/公頃

第二級 人口中等區(qū)：500～1000人/公頃

第二級 人口稀疏區(qū)：100～500人/公頃

第三級 人口稀少區(qū)：50～100人/公頃

第四級 人口極稀區(qū)：＜50人/公頃

3.2 用地格局演變分析

根據(jù)1980-2015年的遙感解譯數(shù)據(jù)，利用GIS空間分析功能，分析延邊州近40年來土地利用時空演變特征，重點關(guān)注城鄉(xiāng)建設(shè)格局的變化，為城鎮(zhèn)體系優(yōu)化提供支撐。

3.3 區(qū)域中心度分析

本文從以下三個方面對區(qū)域聯(lián)系強度進行分析：

人口流動強度：利用2017年全國流動人口普查數(shù)據(jù)，分析延邊州各市縣與全國其他地級市之間的人口流動強度，通過GIS網(wǎng)絡(luò)分析功能生成人口流動網(wǎng)絡(luò)圖，并以此辨識各市縣人口流動中心度。

社會資源分布密度：根據(jù)2018年延邊州POI數(shù)據(jù)，生成各類熱點資源的區(qū)域分布熱力圖，并據(jù)此辨識不同區(qū)域社會經(jīng)濟服務(wù)中心度。

經(jīng)濟聯(lián)系強度：借助引力模型，計算延邊州內(nèi)各市縣間的相互吸引力并生成聯(lián)系強度網(wǎng)絡(luò)圖，并在此基礎(chǔ)上計算各市縣的經(jīng)濟中心度。

引力模型：

式中：GDPi、GDPz分別表示城市i與城市z的地區(qū)生產(chǎn)總值，Pi與Pz分別標志城市i與城市z的城鎮(zhèn)人口，Di表示城市i與城市z的最短交通距離。

3.4 聚類分析

綜合考慮人口分布、用地演變、區(qū)域中心度等指標，運用spss中的K-means綜合聚類法，將延邊州各城鎮(zhèn)分劃為中心集聚型、平穩(wěn)發(fā)展型、粗放擴張型和空心化型四個類型，并對城鎮(zhèn)體系及全域發(fā)展格局進行優(yōu)化。

4.結(jié)果與分析

4.1 人口分布

近年來延邊州人口變化特征主要體現(xiàn)為總量減少與快速老齡化。從圖2中可知，2010年以來，延邊州常住人口開始趨于下降，至今人口總量已減少10萬人；從各區(qū)縣來看，除延吉市人口緩慢增長外，其他各市縣均呈現(xiàn)下降趨勢。從圖3中可知，2017年延邊州人口老齡化率已接近20%，遠超過10%的國際認定標準，且呈快速增長趨勢，老齡化問題將持續(xù)深化。

圖2 人口規(guī)模變化趨勢1

圖3 人口老齡化發(fā)展趨勢

從人口分布上看，人口高密度區(qū)主要集中在沿交通干線布局的“T字形”區(qū)域。從分布變化上看，高密度鄉(xiāng)鎮(zhèn)數(shù)量不斷減少，延龍圖、琿春、敦化中心城區(qū)人口增加，其他地區(qū)人口減少，人口分布的極化特征開始顯現(xiàn)。

4.2 用地變化

從圖4可以看出，延邊州整體開發(fā)強度相對較小，近40年來土地開發(fā)格局相對穩(wěn)定，布局上并無明顯的增減變動。

圖4 1980-2015年延邊州用地格局演變

從圖5可以看出，城鄉(xiāng)聚落擴展主要集中在延龍圖、琿春、敦化等市區(qū)和二道白河等重點鄉(xiāng)鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)，新增用地較為集中連片；城鄉(xiāng)聚落滅失主要分布在偏遠山區(qū)和城鎮(zhèn)外圍的采礦區(qū)，多呈零星分散狀態(tài)分布。

圖5 1980-2015年城鄉(xiāng)聚落變化分布圖

從圖6人均建設(shè)用地分布情況來看，延邊州不同區(qū)域人均建設(shè)用地規(guī)模差異巨大，最小的延吉城區(qū)不足100㎡/人，而最大的鄉(xiāng)鎮(zhèn)超過5000㎡/人，差距達50多倍。且并未呈現(xiàn)人均用地由城區(qū)向外圍逐步遞增的一般趨勢，說明延邊州土地資源配置具有較大的優(yōu)化潛力。

圖6 各鄉(xiāng)鎮(zhèn)人均建設(shè)用地規(guī)模分類

4.3 區(qū)域中心度

延邊州與其他地區(qū)間的人口流動頻繁，且人口流出規(guī)模遠大于人口流入，人口流出地范圍也比人口流入地更廣泛。從圖7人口主要流動節(jié)點上可知，延吉市人口流動強度最大，其次為琿春市和敦化市，之后是安圖、汪清等市縣。從圖8延邊州內(nèi)各市縣間人口流動情況來看，延吉市與其他各市縣均有人口流動且流動量較大，說明其區(qū)域中心地位明顯；琿春和敦化的人口聯(lián)系強度略遜于延吉市；汪清、安圖、龍井等市縣僅與周邊個別市縣間有人口流動，且流動規(guī)模較小，人口聯(lián)系強度較弱。

圖7 延邊州與外部地區(qū)人口流動網(wǎng)絡(luò)圖

圖8 延邊州各市縣人口流動網(wǎng)絡(luò)圖

根據(jù)POI數(shù)據(jù)熱力圖，可知延邊州城鄉(xiāng)發(fā)展分區(qū)差異顯著，區(qū)域發(fā)展不平衡態(tài)勢顯現(xiàn)，基于現(xiàn)狀骨干路網(wǎng)的城鎮(zhèn)空間架構(gòu)基本形成。對各市縣經(jīng)濟聯(lián)系定量分析和可視化處理后，發(fā)現(xiàn)延邊州內(nèi)各市縣梯隊化、聯(lián)系強度差異化特征鮮明。

4.4 城鎮(zhèn)體系及發(fā)展引導

4.4.1 城鎮(zhèn)體系：一主兩副五級

主中心：延龍圖組合城市區(qū)；

副中心：琿春市和敦化市；

衛(wèi)星城：汪清縣、安圖縣、和龍市；

重點鎮(zhèn)：二道白河鎮(zhèn)、雁鳴湖鎮(zhèn)、大石頭鎮(zhèn)、敬信鎮(zhèn)；

一般鎮(zhèn)：以上地區(qū)之外的其他城鎮(zhèn)。

4.4.2 發(fā)展格局：“一核兩軸三區(qū)”

一核：延龍圖琿組合城市發(fā)展核；

兩軸：橫向現(xiàn)代化城鎮(zhèn)發(fā)展帶和縱向特色型城鎮(zhèn)建設(shè)帶；

三區(qū)：東部山林生態(tài)保育區(qū)、南部長白生態(tài)旅游區(qū)、西部綠色產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟區(qū)。

4.4.3 鄉(xiāng)鎮(zhèn)發(fā)展類型

中心集聚型：常住人口和城鄉(xiāng)建設(shè)用地均大幅度增長，區(qū)域中心度較強；

平穩(wěn)發(fā)展型：人口及城鄉(xiāng)建設(shè)用地均維持在較小的變動幅度內(nèi)，變化不明顯；

粗放擴張型：人口變化幅度不大，而建設(shè)用地大規(guī)模增長；

空心化型：明顯的人減地增，且人口縮減與建設(shè)用地擴展幅度均較大。

4.4.4 分區(qū)分類發(fā)展引導

結(jié)合延邊州資源環(huán)境稟賦與發(fā)展階段特征，給出各分區(qū)的發(fā)展引導如下：

表1 各分區(qū)發(fā)展引導

結(jié)合延邊州城鄉(xiāng)統(tǒng)籌發(fā)展要求和各類型鄉(xiāng)鎮(zhèn)現(xiàn)狀特征，明確鄉(xiāng)鎮(zhèn)分類發(fā)展引導如下：

中心集聚型：合理引導土地資源、基礎(chǔ)與公服設(shè)施向該區(qū)域傾斜，增強城市服務(wù)能力，提升宜居環(huán)境品質(zhì)；

平穩(wěn)發(fā)展型：有序引導人口向城鎮(zhèn)集中，產(chǎn)業(yè)向園區(qū)集中，加強與外界的資源要素流動，增強鄉(xiāng)鎮(zhèn)中心的小區(qū)域服務(wù)能力；

粗放擴張型：合理管控土地開發(fā)，注重人地協(xié)調(diào)性，提高土地利用效率；

空心化型：有序推進城鄉(xiāng)人地掛鉤流轉(zhuǎn)，多途徑鼓勵存量資源與資產(chǎn)盤活利用。

5.結(jié)論與建議

本研究是將空間大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用于城鄉(xiāng)規(guī)劃的一種嘗試，證明了空間大數(shù)據(jù)在城鄉(xiāng)規(guī)劃和區(qū)域發(fā)展分析中的適用性與靈活性。研究的不足在于，由于缺少鄉(xiāng)鎮(zhèn)級人口流動數(shù)據(jù)和社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)，影響了嚴謹模型的構(gòu)建，致使對各鄉(xiāng)鎮(zhèn)進行定量化分析的目標無法實現(xiàn)，致使研究結(jié)果的精確性與鄉(xiāng)鎮(zhèn)發(fā)展引導的針對性大打折扣。項目組正在進行鄉(xiāng)鎮(zhèn)級人口和經(jīng)濟數(shù)據(jù)的補充，后續(xù)將進一步對該研究進行深化。

本研究進一步強化了對大尺度區(qū)域城鄉(xiāng)內(nèi)部差異性分析的定量化、可視化技術(shù)方法支撐，可進一步增強城鄉(xiāng)規(guī)劃的科學性、合理性。研究顯示，人口、土地、社會經(jīng)濟資源等各類城鄉(xiāng)發(fā)展要素的配置在區(qū)域間差異顯著，一般區(qū)域性中心城區(qū)，各類資源集聚度高，要素配置相對合理；其他外圍區(qū)域，資源要素配置的不均衡性較明顯，單一要素極化或脫離實際情況的無序擴張現(xiàn)象較多，亟需給予科學合理的發(fā)展引導。

根據(jù)研究結(jié)果，本文提出以下建議：

（1）注重空間大數(shù)據(jù)和時空數(shù)據(jù)分析在城鄉(xiāng)規(guī)劃中的應(yīng)用，提高發(fā)展趨勢預測的準確性和空間發(fā)展格局優(yōu)化的科學性。

（2）在有數(shù)據(jù)支撐的情況下，盡量細化研究單元，如省級可以市縣作為研究單元，地級市以鄉(xiāng)鎮(zhèn)作為研究單元，市縣級以行政村作為研究單元，并細化給出對各研究單元更具針對性的發(fā)展引導。

（3）隨著大數(shù)據(jù)應(yīng)用的普及，目前各類數(shù)據(jù)資源越來越豐富，但數(shù)據(jù)獲取并不易，希望城鄉(xiāng)規(guī)劃部門能一步加強地理空間數(shù)據(jù)平臺的構(gòu)建，一方面跟蹤各類數(shù)據(jù)資源的更新動態(tài)，另一方面降低相關(guān)研究人員數(shù)據(jù)獲取的難度，推動數(shù)據(jù)資源更大程度上服務(wù)于城鄉(xiāng)發(fā)展。

注釋1：圖2與圖3統(tǒng)計年限不一致。圖2為歷年常住人口，數(shù)據(jù)由延邊州相關(guān)部門提供；圖3為年齡結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，來源于吉林市統(tǒng)計年鑒。