基于地理國情數據的天津濱海新區建成區動態監測

吳正鵬，隋克林，楊媛

(天津市測繪院，天津 300381)

基于地理國情數據的天津濱海新區建成區動態監測

吳正鵬*，隋克林，楊媛

(天津市測繪院，天津 300381)

以天津濱海新區地理國情數據、遙感影像為數據源，提取2004年～2015年間8期建成區信息，結合建設用地、社會經濟等數據利用相關模型分析城市建成區形態演變特征和規律，揭示建成區擴張驅動力，為城市發展提供技術和數據支持。

建成區；地理國情；動態監測；天津濱海新區

1 引 言

為充分發揮地理國情普查成果服務國家部門需求，國家發展和改革委員會與國家測繪地理信息局簽署協議：基于地理國情普查成果，開展國家級新區建設變化監測。通過監測，全面掌握新區地理國情信息，為制定新區發展戰略與發展規劃、調整經濟結構布局、轉變經濟發展方式、推動經濟社會科學發展的提供獨立、客觀和現勢的參考信息和數據；為相關部門的專項監測提供基礎；為新區監管提供建設變化信息；是科學管理的必要支撐手段?！冻鞘幸巹澔拘g語》規定，“城市建成區(urban build-up area)是指城市行政區內實際已成片開發建設、市政公用設施和公共設施基本具備的地區?！背鞘薪ǔ蓞^的動態擴張是新區建設發展變化的最直觀體現。本文約定，建成區由天津濱海新區范圍內實際已開發利用的建設用地組成，主要包括成片區域及與之密切聯系的飛地型片區共同組成的單個或多個核心區，及分散在郊區獨立的單個或多個飛地型片區。

2 天津濱海新區概況

天津濱海新區是天津市下轄的副省級區、國家級新區和國家綜合配套改革試驗區；地處天津市東部沿海地區，地理位置約為東經117°20′～118°00′、北緯38°40′～39°00′。其規劃功能定位為：依托京津冀、服務環渤海、輻射“三北”、面向東北亞，努力建設成為中國北方對外開放的門戶、高水平的現代制造業和研發轉化基地、北方國際航運中心和國際物流中心，逐步成為經濟繁榮、社會和諧、環境優美的宜居生態型新城區。

3 建成區動態監測技術方案

為了能準確反映天津濱海新區設立前后建成區范圍的持續變化情況，從城市規劃建設角度分析其擴張驅動力。首先，基于2015年高分辨率遙感影像、天津濱海新區地理國情普查地表覆蓋及專題要素數據(如：道路，居住小區、工礦企業、單位院落、休閑娛樂、景區、體育活動場所、宗教場所等城鎮綜合功能單元)，結合《城市用地分類與規劃建設用地標準》(GB 50137-2011)相關技術要求及內容指標經影像解譯、數據整合，形成建設用地及建成區現狀數據。再者，采用“逆序倒推”的作業思路，基于相關年份遙感影像，通過影像變化檢測、人工解譯，依次采集2004年～2014年建成區界線。從而形成8期濱海新區建成區范圍變化監測數據集，為分析不同時期建成區的面積變化、形態特征和空間演化規律提供數據支撐。

4 建成區擴張統計分析

4.1 建成區擴張面積

天津濱海新區建成區呈“多中心、多組團”的空間分布特征。2004年～2015年間，塘沽、漢沽、大港城區周邊基礎配套日益完善，臨空產業區、中新天津生態城、臨港工業區、海港物流區及濱海高新區等規劃產業功能區實施建設并投入使用，新區建成區范圍有序擴張，總面積達到 404.49 km2，為2004年建成區面積(181.89 km2)的2.2倍。

4.2 建成區擴張速率

建成區擴張速率表示單位時間內建成區面積變化的幅度，其計算公式為：

式中：Sa，Sb分別表示各監測起始和結束時段建設用地的面積；T為監測時段長度，時間步長設定為年；RT年均變化率。

2004年～2015年，濱海新區建成區面積及年均擴張面積、擴張速率情況如圖1所示。擴張速率及年均擴張面積總體呈“先升后降”的特點，變化趨勢基本同步；在2012年～2013年達到峰值，年均擴張面積為 37.29 km2，擴張速率高達10.95%；2013年后有所回落、趨于平緩，2014年～2015年，年均擴張面積為 12.07 km2，擴展速率降為3.07%。

圖1 建成區面積及擴張速率變化圖

4.3 建成區擴張空間特征

空間重心是描述地理對象空間分布位移的一個重要指標，其動態變遷反映了空間要素分布的總體變化趨勢，天津濱海新區建成區空間重心坐標變化情況如表1所示。對于多幾何單元的重心，其區域重心計算公式如下：

式中：M為第i個單元土地的面積；xi，yi為第i個單元的中心坐標。

天津濱海新區建成區空間特征統計表 表1

圖2 天津濱海新區2004年～2015年建成區擴張方向示意圖

為了詳細分析天津濱海新區建成區空間擴張方向特征，采用等扇形分析法，以濱海新區實際用地范圍的重心為原點，將建成區劃分為8個方位(正東、正南、正西、正北、東北、東南、西北、西南)，空間疊加8期建成區范圍，計算各方位上新增建成區面積及其占比，從而反映建成區空間變化的方向差異。2004年～2015年，濱海新區建成區擴張方向如圖2所示。

從濱海新區建成區重心變化情況看，建成區向正北、東北方向拓展趨勢明顯。依據建成區變化相關信息統計結果，結合建成區擴張空間分布情況看：建成區擴張主要集中在東北、正北、正東、西北方向。其中東北方向占總面積的34.10%；正北方向占總面積的22.01%；正東方向占總面積的15.26%；西北方向占總面積的12.99%。受空間管制區規劃影響，為保護濱海南部基本農田及北大港古泄湖與濕地保護區、錢圈水庫濕地保護與生態建設區，南部城市建設受到限制，建成區擴張速度整體偏慢。

4.4 建成區擴張形態分析

建成區形態變化，是建成區空間布局和結構變化的綜合反映。利用空間緊湊度、空間形狀分維數等相關指數，對建成區空間形態及變化情況進行分析，可客觀揭示城市生長過程及其擴張規律。

(1)空間緊湊度

城市空間緊湊度是伴隨城市周期性擴張而變化的。本文空間緊湊度計算方法采用Batty在2001年提出的緊湊度計算公式：

式中：BCI為城市用地的緊湊度；A為建成區總面積；P為建成區周長。BCI的值在0～1之間時，值越大形狀越具有緊湊性；BCI值越接近1，形狀越有緊湊性，越接近于圓形(圓是一種形狀最緊湊的圖形)；反之，形狀緊湊度越差。

從整體情況看，濱海新區各年份建成區空間緊湊度數值普遍偏小。一方面，天津濱海新區由原塘沽區、漢沽區、大港區，東麗區部分街道共同構成，成立之初即制定了“多組團、多中心、網絡化”共同發展的模式，使其空間緊湊度受到抑制；另一方面，受濱海新區“一軸、一帶、三城區”的城市空間布局及“南北生態”景觀格局、相對分散的新市鎮建設的影響，濱海新區整體空間緊湊度大大降低。

從建成區空間緊湊度變化趨勢看，2004年以來，濱海新區各年份空間緊湊度“前期逐年減小，后期趨于穩定”。當城市處于迅速擴張的發展階段時，緊湊度下降；當城市轉化為內部填充、改造發展階段時，緊湊度明顯上升。由濱海新區建成區變化情況可以看出，2004年～2013年間，建成區擴張速率穩中有升，導致空間緊湊度下降；2013年后建成區擴張速率逐年遞減，空間緊湊度趨于穩定。同時，城市空間利用效率越低，空間緊湊度就越小，反之亦然。結合城市建設面積及用地結構變化情況看，2004年～2013年為濱海新區設立初期，建成區以較高的速率擴張，建設用地結構偏重于工業用地、物流倉儲用地，二者占比之和接近45%，導致空間利用效率較低，空間緊湊度迅速下降；2013年～2015年間，綠地與廣場用地、商業服務業設施用地、道路與交通設施用地比例大幅增長，城市配套日益完善，城市空間利用效率逐步提高，空間緊湊度趨于穩定。

(2)分形維數

分形維數可以反映城市用地輪廓線的復雜曲折程度、用地破碎程度以及城市內部空隙多少。通常利用周長、面積來衡量，計算公式如下：

St=21n(Pt/4)/1n(At)

式中，St為t時期城市斑塊的分形數；At，Pt分別是t時期城市斑塊的面積和周長。St的理論范圍在1～2之間，St值越大表示圖形形狀越復雜。當St<1.5時，說明圖形趨向于簡單；當St=1.5時，表示圖形處于布朗隨機運動狀態，越接近于該值，穩定性越差；當St>1.5時，則圖形更為復雜。

城市發展期，人類活動的有序狀態和無序狀態同時并存，無序狀態占主導地位；隨著城市人口、面積的不斷增加，城市結構變得越來越復雜，分形維數將隨之增大。當城市發展趨于成熟時，逐漸由無序走向有序；隨著城市規模的不斷擴大，城市結構趨于合理，分形維數趨于穩定。由表1可知，2004年～2015年間，濱海新區處于快速發展階段、工業化程度較高，城市用地輪廓線的復雜曲折程度提升，分形維數逐年增大；2013年后，新區通過空間資源整合，建成區擴展速率大幅降低，用地破碎程度及城市內部空隙得到有效控制，城市空間分形維數趨于穩定。

5 建成區擴張驅動力分析

5.1 人口因素

人口是城市構成要素中最活躍的因素，隨著城鎮化建設進程的推進和外來人口的大量轉入，導致居住用地、道路與交通設施用地及公用設施用地等與民眾生活息息相關的用地面積大幅增加，建成區范圍擴張亦是必然。天津濱海新區成立以來，人口保持平穩增長，2015年末，常住人口297.01萬人，為2005年的2.12倍；近十年間，居住用地面積增加約 22.37 km2，2015年現狀面積約為2006年的1.6倍。對建成區面積與人口數據進行相關性分析，發現二者呈二次相關性，相關系數R2為0.958。

5.2 經濟增勢及產業結構

強勁的經濟增速及“二、三、一”的產業結構格局是影響建成區擴張的重要驅動力。2014年末，天津濱海新區GDP達8760.15億元，為2005年的5.36倍；經濟增速在2010年達到最高峰，2011年后呈趨緩態勢。經濟增長態勢帶動固定資產投資增加，致使城市建設用地及建成區擴張速度加快。結合GDP構成情況看，濱海新區經濟增長強勁勢頭來源于第二、第三產業的貢獻；近些年新區產業結構演替變化不大，第二產業產值在濱海新區GDP中所占比重基本維持在三分之二的水平；直接表現為城市建設用地各類用地面積占比中工業用地和物流倉儲用地二者之和高達45%。對建成區面積與GDP進行相關性分析，發現二者呈指數相關，相關系數R2為0.985。

5.3 人居環境提升

天津濱海新區功能定位中明確了“逐步成為經濟繁榮、社會和諧、環境優美的宜居生態型新城區”的建設目標。近些年來，綠地與廣場用地、道路與交通設施用地及公用設施用地(醫療、教育、文體)等與人居環境相關的建設用地面積及其占比均有所增加，綠地與廣場用地尤為明顯。這說明伴隨著人口向城市遷移，人居環境逐步改善，城市規劃建設對交通、綠化、醫療、教育、文體、市政等基礎設施用地的要求越來越高，從而促使城市建成區面積的快速擴張。

5.4 城市功能定位及空間結構

依據城市功能定位，其目標是將天津濱海新區建設成為“中國北方對外開放的門戶、高水平的現代制造業和研發轉化基地、北方國際航運中心和國際物流中心，逐步成為經濟繁榮、社會和諧、環境優美的宜居生態型新城區”。依托環渤海地區京津發展主軸和天津市域發展主軸、東部濱海發展帶，2005版“城總規”提出了“一軸、一帶、三城區、七功能區”的城市空間結構；2009版“城總規”結合新區布局模式，整合各城區和功能區，形成“一城、三片、兩港”的城市空間結構。將新區建成區數據分別與2005版、2009版“城市總體規劃”城市空間結構圖進行疊加分析可知：受規劃引導，濱海新區近十年來的城市發展及建成區拓展方向主要分布在“沿海河和京津塘高速公路的城市發展主軸”及“沿海城市發展帶”上。

6 結 語

城市建成區擴張是地理國情變化監測的重要組成部分。本文基于地理國情普查數據，多期歷史遙感影像，結合同時期社會經濟、人文數據，從地理空間角度分析天津濱海新區建成區變化趨勢。監測結果表明：濱海新區自設立以來，受人口規模、經濟增速及產業結構、城市功能定位和空間結構、人居環境提升等因素影響，城市建成區保持著較高的擴張速率。建成區重心位置發生明顯變化，向正北、東北方向擴張趨勢明顯；建成區空間緊湊度伴隨城市擴張而變化，其各監測年份數值普遍偏小且監測“前期逐年減小，后期趨于穩定”；空間形狀分維數逐年增大，城市用地邊界及結構日趨復雜；受規劃引導，城市建成區擴張方位呈現明顯的空間特征和方向性；與人居環境相關的建設用地面積及其占比均有所增加，區域生態景觀建設效果顯著?？傮w來看，高速外拓式的城市發展趨勢是天津濱海新區建成區擴張的主要特征。

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Tianjin Binhai New District Built-up Area Dynamic Monitoring Based on GeographicalConditions Data

Wu Zhengpeng，Sui Kelin，Yang Yuan

(Tianjin Institute of Surveying and Mapping，Tianjin 300381，China)

Using the geographical conditions data，remote sensing image as the data source，extract eight built-up area information from 2004 to 2015 of Tianjin Binhai New District. Make use of model to analyze the morphological characteristics and laws，reveal built-up area expansion drive combined with construction land and socio-economic data. Provide technical and data support for urban development.

built-up area；geographical conditions；dynamic monitoring；Tianjin Binhai New District

1672-8262(2016)06-14-04

P208.1

B

2016—04—13

吳正鵬(1981—)，男，碩士，注冊測繪師，高級工程師，主要從事攝影測量與遙感數據處理、應用研究工作。