遼寧省城市地理國情監測成果統計分析與應用

韓婷婷

(遼寧省自然資源事務服務中心, 遼寧 沈陽 110034)

0 引言

第一次全國地理國情普查完成后,國務院對地理國情提出常態化監測要求,自然資源部先后印發了《關于在開展地理國情普查的同時做好普查成果應用及地理國情監測工作的通知》(國地普辦〔2014〕7號)、《關于全面開展地理國情監測的指導意見》(國測國發〔2017〕8號)、《自然資源部辦公廳關于下達2018年國家地理國情監測項目生產計劃和任務書的通知》(自然資辦發〔2018〕12號),進一步明確了地理國情監測的主要目標和重點任務以及開展大規模專題性監測的迫切需求。其中,城市地理國情監測屬于地理國情監測當中的關鍵組成部分。《遼寧省“十四五”城鄉建設高質量發展規劃》《遼寧省城市更新條例》也進一步說明了城市在國家經濟建設發展全局中的地位舉足輕重。開展城市地理國情監測對于提升城市治理能力和治理水平具有重要意義,能夠為新型城鎮化政策制定提供切實的數據支撐和決策依據[1-5],從而更好地服務于自然資源“兩統一”職責。

基于此,本文將基礎性地理國情監測成果應用到城市空間擴展變化和城市規劃實施中,完成了遼寧省10個國審城市2000年、2005年、2010年、2015年、2018年城區邊界提取,2018年城市內部要素提取,充分展示了遼寧省10個國審城市2000—2018年城市擴展變化和城市規劃實施情況。研究成果得到了自然資源和城鄉規劃部門的充分肯定,為土地集約節約提供數據支撐,也為城市的整體規劃提供數據保障,對遼寧全面建成小康社會、全面深化改革、全面振興老工業基地具有重要而深遠的意義[6]。

1 監測統計分析

1.1 城市空間擴展變化監測分析

城市空間變化受經濟發展、人口增長、交通網絡、技術進步、政府干預、自然條件等因素影響,越來越明顯地呈現出向“區域中心城市、城市群、都市圈”擴展的態勢[3]。由于城市一直處于不斷擴張狀態,準確評估城市擴張模式和合理性,需要特定的數學模型和評價指標,本文綜合運用統計分析方法、空間分析方法、綜合評價方法與城區擴展面積、城區擴展速度、城區擴展強度指數、地均人口、地均國內生產總值(gross domestic product, GDP)、緊湊度、城區用地增長彈性系數、綠地斑塊破碎度、綠化覆蓋率等監測分析指數對城市空間擴展變化進行綜合分析評價。其中,城區擴展速度和擴展強度是最常用的模型。城區擴展速度是指在一定時間段內城市土地的平均擴展速率,表達某研究區在一定時間范圍內主城區用地的數量變化情況。城區擴展強度指數是指某空間單元在單位時期內城區建設用地的擴展面積占其土地總面積的百分比,用于比較不同研究時期城市土地利用擴展程度的強弱[2]。見式(1)和式(2)。

式(1)、(2)中,Vi為擴展速度;ΔUij為j時段第i個研究單元城區擴展面積;Δtj為j時段的時間跨度。Ni為擴展強度;ΔUij、Δtj意義與擴展速度相同。Mi為j時段初期第i個單元城區總面積。通過多種監測分析指數與方法,結合基礎性地理國情監測成果,對10個國審城市空間擴展情況進行綜合分析,圖1是遼寧省10個國審城市2000—2018年擴展速度和擴展強度變化情況。

(a)擴展速度情況

(b)擴展強度情況

通過分析得出,從城市空間拓展變化方面來看,2000—2018年遼寧省10個國審城市中擴展速度超過10 km2/a的城市為沈陽市、大連市,其余城市擴展速度均小于3 km2/a;由此可以看出遼寧省大中型城市擴展的速度較快,主要與大中型城市經濟發展迅速,土地需求大息息相關,小型城市擴展速度緩慢,主要與城市經濟發展和城市所處地理位置有關,土地可擴張的范圍局限性大。從擴展強度來看,阜新市擴展強度最大為6.41%,丹東市最小,僅有1.88%。由此可以看出遼寧省中小型城市擴展強度比較大,主要與中小型城市城區面積大小有關,總體面積相對較小,擴展強度大。但是丹東市由于西面依山,東面緊靠鴨綠江,所屬地理位置的制約造成了城市擴展速度和擴展強度相對較小。

1.2 城市規劃實施成效監測分析

本文基于高分辨率衛星遙感影像采集的城區、建設用地、城市建設用地數據,結合基礎性地理國情監測成果、統計數據及其他專題參考資料數據,從人均規劃用地面積和結構與現狀用地面積和結構的對比,對遼寧省10個國審城市的總體規劃實施進行監測與綜合分析,以反映區域范圍內人均占有量,能夠充分展示土地利用效率、提高資源的利用效率和降低城市的管理成本,為城市規劃評估提供參考價值。

通過圖2可知,中心城區建設用地面積最大的城市為大連市,主要是由于沿海的運輸業、旅游業的快速發展在一定程度上帶動了經濟的持續高速增長,使得中心城區建設用地面積大;其次是沈陽市,因為沈陽市是遼寧省的省會城市,具有一定的政策導向,城市建設發展迅速,中心城區建設用地面積較大。阜新市和錦州市中心城區建設用地面積較小,主要與遼西經濟發展相對緩慢,城市面積小有關。從中心城區建設用地規劃率來看(圖3),本溪市、撫順市、大連市的建設進度和發展程度較快,丹東市、沈陽市、阜新市的建設進度和發展程度較慢。此項研究表明我省城市規劃實施成效顯著,該項成果可為城市規劃部門提供科學的數據支撐與理論依據。

圖2 遼寧省10個國審城市中心城區建設用地面積統計情況

圖3 遼寧省10個國審城市城市建設用地規劃實施率情況

1.3 城市基本公共服務水平監測分析

地理國情監測工作由于時間跨度長、監測區域大、監測項目多等特點導致其數據具有海量性、多維性、異構性和多源性的特征,后期處理具有一定的復雜性[7-11]。大數據的蓬勃發展為深化地理國情監測提供了新的契機,尤其在基本公共服務領域發揮重要的作用。以往基礎公共服務專題資料收集通常來源于地方政府及土地等相關部門,或者是外業調繪方式獲取,土地部門數據獲取相對困難,外業調繪需要投入大量的人員,尤其是10個國審城市的影像就涉及上百幅,各種興趣點更是以萬為單位計算,大大增加了生產成本,工作效率極低,無法滿足項目的工期要求,同時獲取的數據信息量也達不到項目的分析需求。因此,針對這項局限,本文基于Python語言開發爬蟲程序,獲取網絡上公開的海量興趣點數據,包括學校與醫院,輔助已有的外業測繪、高分辨率遙感影像和全球定位系統(global positioning system,GPS)等多源數據進行數據分析。由于這些數據中包含大量冗余、錯誤的干擾數據,降低了數據的整體質量,因此在大數據使用之前必須進行系統清洗和整理,以提高大數據的總體質量[5-7]。清洗也就是處理掉“臟”數據的過程,本文采用多源異構數據中的多次遍歷清洗法,從地理坐標不一致、重復記錄、不一致數據等方面進行自動清洗,盡量減少人工干預從而提高清洗效率。對清洗后的數據進行整理,構建統一的興趣點(point of interest,POI)數據分類體系,采用多源異構POI融合方法,融合所有有效的POI數據,最后以地圖為基礎,進行時序數據可視化展示,從不同角度觀察和分析數據,聚焦趨勢規律。

利用python語言爬取POI數據信息共計23 000多條,其中小學9 000多條、中學2 000多條、大學100多條、培訓學校近10 000條,醫院1 000多條、社區衛生機構1 000多條,以2018年基礎性地理國情監測的城鎮綜合功能單元成果中提取學校、醫院等數據作為本底數據,再融合清洗和整理的網絡POI數據,在ArcGIS數據庫中對提取結果進行綜合統計分析,為城市規劃評估提供重要參考價值。

通過圖4可知,遼寧省教育資源最好的是省會城市沈陽市,第二是大連市,以沈陽市和大連市為雙核心的結構發展,其余8個國審城市教育資源相對較少。遼寧省醫療資源最好的是省會城市沈陽市,其次是大連市和鞍山市,其余7個國審城市醫療資源相對較少。10個國審城市的教育資源、醫療資源空間分布差異過大,主要是遼寧省沿海經濟帶和遼寧省中部城市的學校、醫院經過長期發展,數量、規模、質量較高,遼西北地區的學校、醫院數量、規模偏低,人才流失,辦學條件、資源數量等不容樂觀,導致質量發展進一步受限。

(a)學校面積統計

(b)醫院面積統計

1.4 城市綜合交通網絡狀況監測分析

加快推進城市綜合交通建設,是服務國家戰略的需要,是滿足人民對美好生活向往的需要。為了摸清我省交通網絡現狀,進一步提升遼寧在東北的綜合交通樞紐地位,圍繞建設現代化交通體系,提升城市升級目標,更好發揮交通“先行官”作用[12-14],本文利用高分辨率衛星影像采集的交通路網、地鐵站點、停車場等數據,結合基礎性地理國情監測成果、統計數據及其他專參考資料數據,整合基礎性地理國情監測成果中的對外交通(機場、港口、火車站、高速公路出入口)、城市交通(道路、高架、隧道、軌道交通)、靜態公共停車等交通設施數據,利用路網密度、路網長度、人均道路面積、覆蓋率、地鐵站點500 m覆蓋度等指標,對城市綜合交通網絡設施進行動態監測與綜合性評價,反映交通建設的成效,為推動高質量發展、創造高品質生活提供堅實支撐,進而提升城市綜合交通服務水平。

評價指標中,路網密度是衡量一個區域道路網絡便利程度的常用指標,它是指一定區域范圍內由不同功能等級、區位的道路,以一定的密度和適當的形式組成的網絡體系結構,可為城市規劃評估提供參考價值。城區路網密度常用城區公路網長度與城區總面積的比值來表示。人均道路面積反映道路面積的人均擁有量,常用城市道路面積與市轄區人口的比值來表示。

通過圖5可知,遼寧省省會城市沈陽市和沿海經濟發達城市大連市的城市道路修建長度最長,錦州市、遼陽市、阜新市的市轄區范圍內修建城市道路長度相對較短。從路網密度來看,鞍山市由于市轄區的面積相對較小,城市道路長度相對較長,所以城市道路的路網密度高,城市道路交通出行比較方便快捷。從城市道路面積來看,遼寧省省會城市沈陽市和沿海經濟發達城市大連市的城市道路面積較大,丹東市、本溪市、阜新市的市轄區范圍內城市道路面積較小。從人均面積來看,大連市的城市道路人均面積最大,本溪市的城市道路人均面積最小。

(a)城市道路長度和城路網密度

(b)城市道路面積和人均面積

2 監測分析效果

通過城市空間擴展變化監測分析、城市規劃實施成效監測分析、城市基本公共服務水平監測分析、城市綜合交通網絡狀況監測分析,得出遼寧省10個國審城市空間分布情況,這里主要以10個國審城市中的沈陽市為例,部分研究成果作為展示。

從監測成果分析得出,沈陽市城區面積從2000—2018年呈整體增加趨勢,其中2000—2015年城區面積變化最大,擴展速度最快,主要由于沈陽市是遼寧省省會城市,經濟發展迅速,土地需求大,城市擴張較快。2015年以后,面積變化較小,擴展速度較慢,主要由于城市化進程放緩所致。沈陽市城區擴展主要以南北、西南方向擴張顯著,東西方向擴展相對較慢,從近幾年渾南、蘇家屯、沈北的迅速發展可以得到驗證。

3 結束語

本文通過提取遼寧省10個國審城市2018年市轄區范圍內城區邊界、建設用地邊界、城市建設用地、基本公共服務設施、綜合交通網絡設施等數據,對城市空間擴展變化、城市總體規劃實施效果、城市基本公共服務水平、城市綜合交通網絡狀況等進行綜合評估,進一步說明了遼寧省城市整體擴展迅速,城市基本公共服務和綜合交通網絡逐漸完善,人居環境正在逐步改善。數據成果可為其他城市展開相關監測分析提供借鑒和指導,為新型城鎮化建設、土地資源節約利用提供重要保障,進而推動東北老工業基地全面振興。