延吉城市功能空间演化及驱动力分析＊

黄焕春，运迎霞，李明玉

（1．天津大学 城市规划系，天津300072；2．延边大学 地理系，吉林 延边133000）

城市空间结构是城市形态与城市要素相互作用而组成的［1］，因而展现出不同的结构形式和空间投影上的变换［2－3］，居住、工业、绿地、公共设施用地占城市建设用地的60%～75%，对城市功能空间结构演化起决定性作用，但其空间行为过程存在重大差异［4］。近年来，国内外诸多学者就城市空间结构，开展了很多卓有成就的研究［5－12］。但对城市功能空间演化的空间测度分析，现有的城市规划分析方法［13］显得捉襟见肘，难以对地块是否存在空间集聚，空间集聚的结构等级，城市功能分区边界以及集中程度和演化情况等等方面进行很好的分析。

延吉市作为延边朝鲜族自治州的首府城市，是吉林省东部连接国内外的重要中心城市。延吉市地处东北亚经济圈腹地，是东北亚图们江地区“金三角”内中国一方的一个支撑点，在“国际图们江区域合作开发”和“中国长吉图开发”建设中均具有重要地位。延吉市作为东北亚地区的中心节点，区位独特，优势明显。延吉市近年来经济发展迅速，GDP年均增长13．45%。城市空间由单中心向T字形多片区的形态扩张，建成区由1999年的41平方公里增长到2010年的70余平方公里。

目前延吉市正在积极推进多中心的城市空间战略，而多中心化是一个城市空间结构质变的关键时期［14］。因此有必要对城市空间结构演化进行分析，为城市规划提供坚实的科学分析基础，为“长吉图”开发先导区城市的功能布局及优化调控提供参考，同时也为城市总体规划分析探索新的视角和新的方法。

本文对1999－2010年的居住、工业、绿地、公共设施用地的空间演化进行了定量分析，以此研究延吉市城市空间结构的演化规律特征。通过运用ESDA分析方法，探索地块空间集聚、集聚的层级和位置，为规划用地布置提供分析基础；基于GIS平台对各类用地进行密度分析，明确城市各功能区位置和密度高低，为城市总体规划结构分析和功能布局提供分析基础。

一、研究方法

（一）数据及预处理

本研究主要数据为1999年Landsat TM和2010年ALOS的遥感影像；延吉市1∶10 000地形图和1999年、2010年延吉市土地利用现状图。首先，以1∶10 000地形图为基准（投影gauss kruger／Beijing＿1954＿3＿Degree＿GK＿Zone＿43），将所有图进行几何精校正，校正采用2次多项式和3次卷积法进行灰度插值，误差均小于15米。然后，基于土地利用图和遥感影像图，校对提取1999和2010年的城市土地利用现状并建立了数据库。最后，利用ArcGIS提取数据进行分析计算。

（二）ESDA分析方法

城市规划中对用地性质的分析确定和把握，对地块空间集聚和聚集层次的识别，规划师往往运用经验主义的城市规划方法，缺乏科学合理的实证分析。这因为城市规划中缺乏有效的空间统计分析工具，本文采用ESDA（exploratory space data analysis）分析方法，利用伯努利模型解决上述问题 。

ESDA是一个空间技术集合，是以空间关联性测度技术为核心，旨在描述与显示空间分布，目的是揭示空间联系、空间簇聚、空间异质的不同模式［15－16］。Local Moran＇s I可对给定一组加权要素进行空间聚类和异常值分析，识别具有统计显著性的高值和低值的空间聚类，评估是高值还是低值在空间上发生聚类。

Local Mroan＇s I的计算公式是：

式中：xj为j个要素的属性值；wij为第i和j个要素的空间权重值，j个要素的空间权重值。

Local Moran＇s I统计量检验根据Z得分，进行统计的显著性检验，以识别具有统计显著性的热点、冷点和空间异常值。其中Z计算公式：

如果要素的Z得分高且p值小，则表示有一个高值的空间聚类。如果Z得分低并为负数且p值小，则表示有一个低值的空间聚类。｜Z｜越高，聚类程度就越大，如果Z得分接近于零，则表示不存在明显的空间聚类。本文采用｜Z｜＞1．96，显著水平p＜0．05，置信度水平95%的检验标准。通过显著性检验后，方可着手对数据中出现具有统计显著性的空间结构进行确定分析。

（三）城市功能用地密度分析方法

城市总体规划进行城市空间结构的功能分析研究时，规划师往往靠图纸比较和个人的经验感知，这很难科学准确地把握各功能分区的位置、边界、密度。但借助GIS的密度计算，能够定量地分析城市各类功能用地的密度、位置和边界，从而把握城市空间结构演化的脉络。

本文采用核密度计算方法，该方法是以某一个点为中心画一个圆或正方形作为滤波窗口，用窗口内的点密度作为该点的值，距离较近的对象权重较大。核密度方法可以得到研究对象密度变化图，空间变化是连续的空间分布。其中每个网格中心x处的和密度为窗口密度范围的密度和，其计算公式为：

式中：K（）为核密度方程；h为阈值；n为阈值范围内的点数；d为数据的维数。

二、空间集聚结构分析

基于点的聚类分析，用于分析研究对象在区域内是否为空间集聚分布和集中分布的层次和范围［17］。本文运用ESDA进行空间聚类分析，判断城市四大类用地是否存在空间集聚以及集聚的层次和位置。地块在空间集聚层级越高说明该类用地的功能越集中，其集聚的空间位置和层级变化是城市空间结构变化的标度。

利用聚类分析对四大类用地进行空间聚类分析：第一步，将所有地块按功能进行分类，并将其进行格式转换；第二步，定义坐标并计算面积；第三步，在Sa TScan平台下，用伯努利模型执行基于点的空间聚类分析；第四步，利用GIS进行可视化制图。

延吉市1999年、2010年居住用地空间集聚变化，见图1、图2。

从图1、图2可以看出，1999年居住用地集中分布在市区中北部，并围绕市中心呈环形集中分布；而2010年集聚出现了集聚空间层级的丰富状况，居住用地空间格局初见端倪。2010年居住用地一级集聚圈位于长白路与河南街交汇处附近，二级集聚圈围绕在一级居住集聚圈周围，在城市北部地区出现了三级集聚圈。其原因主要是近年来延吉市第三产业的发展，市中心区的居住用地不断地让位于第三产业；北部的居住生活区的建设，使得延吉市出现了北部的新居住集聚圈。

延吉市1999年、2010年工业用地空间集聚变化，见图3、图4。

图3 1999年工业用地空间集聚

图4 2010年工业用地空间集聚

从图3、图4可以看出，1999年工业用地有两个集聚等级，一级集聚区在市区东南部，两个二级集聚圈在城市边缘的西部地区，并与对外交通相连接；而2010年出现四级集聚圈，一级集聚圈从市中心向东偏移了2 000米左右，集聚圈范围进一步扩大，在城市北部的兴安出现了二级集聚圈，而1999年的两个二级集聚圈降为四级。与1999年相比，2010年西部的工业集聚圈缩小，集聚地块数量减少了60%以上，用地面积也大量减少。这主要是延吉市近年来把第二产业放在东部地区，而北部布置了城市型低污染企业的缘故，同时西部教育文化区的建设，也使得西部工业用地集聚程度不断削弱。

延吉市1999年、2010年公共设施用地空间集聚变化，见图5、图6。

图6 2010年公共设施用地空间集聚

从图5、图6可以看出，1999年公共设施用地主要在市中心，呈“大饼”式集中分布；而2010年一级集聚圈半径扩大了900米左右，在东部地区还出现了二级集聚圈。这主要是由于延吉市第三产业经济总量不断上升，而东部工业区的发展又相应地带动了第三产业的发展，使得东部出现了小范围的公共设施用地集聚圈。

延吉市1999年、2010年绿地空间集聚变化，见图7、图8。

图7 1999年绿地空间集聚

图8 2010年绿地空间集聚

从图7、图8可以看出，1999年延吉市绿地主要分布在西北部的人民公园附近；而2010年绿地的集聚数量、层次、范围都有较大的变化，一级集聚圈移至北部新开发区附近，在市区南部出现了二级集聚圈，西部出现了绿地三级集聚圈。其原因主要是延吉市近年来采用点、线、面相结合的布局手法，进行了较完善的园林绿地建设。

从上述四大类用地的空间集聚变化分析来看，延吉市城市功能空间发生了较大的变化，由原来的生产、生活等功能混杂型城市，逐步转变为工业化后期的城市空间功能分区结构；“退二进三”的任务已基本完成，第二产业已基本从市中心迁出，其中1999－2010年市中心工业用地面积减少62%，第三产业向市中心不断集聚，范围不断扩大；东部工业区、北部生活新区、西部行政办公中心和公园文体生活区已基本形成。这表明城市功能格局分化较为明显，城市功能分区也已逐步得到确立。1999－2010年城市功能空间由工业、居住、商业等功能混杂，变为适度功能分区、功能混合的格局特点。

三、城市空间结构的功能演化分析

城市功能空间结构依托于城市的土地利用，不同土地类型的密度直接反映了不同的城市功能空间结构。对城市进行用地密度分析，是研究城市功能空间分布和变化的有效方法。城市功能用地密度的高低，表明了相对应的城市功能在该区位的集中程度；密度边界等值线表明了功能集聚区的界限；四大类用地的高密度区的变化则反映了城市功能分区的演化，其密度的变化定量表达功能强度的变化。

利用GIS平台计算四大类用地密度，揭示城市空间结构的演化。其中阈值h取值1 500米（四大类用地的空间相关性的最大为1 300米），数据维数d取2，阈值范围内的点数n为以1 500米为半径的圆内所有点。首先，将1999年、2010年四大类用地栅格化，根据延吉市实际其栅格大小定为20×20m；然后，利用GIS计算每类土地类型密度；最后，对土地利用密度图采用自然断裂点法进行分类，制成1999年和2010年城市空间结构功能分析图，见图9、图10。

从对1999－2010年城市空间结构功能分析可以明显看出，1999年延吉市居住功能区，主要分布在西部和东北部，而到2010年北部和西部居住用地集中扩大，这说明延吉市打造西部生活新区、北部生活新区取得了明显成效。1999年工业用地主要分布在市区东南部并与居住、商业用地有少量的混合，到2010年工业用地集中转移到市区东部，实现了与居住、商业用地的分离，这说明城市工业布局逐步合理化。1999年公共设施功能区较小，到2010年中心扩展较大，主要向北、西方向扩展，说明城市服务功能不断强化，第三产业不断得到发展。1999的年绿地分布表现得非常集中，而到了2010年呈现北多南少现象，南北向上的绿地大为增加，大部分绿地密集区域呈现出于居住和商业中心相混合的态势，这说明延吉市生活居住环境不断改善，不断地朝着生态宜居城市的方向迈进。延吉市的北部生活新区、西部行政办公中心和公园文体生活区已基本形成，说明城市空间发展方向已顺利实现了发展重心的转移拓展。

图9 1999年城市空间结构功能分析

四、驱动力分析

（一）经济驱动力

经济是城市功能空间演变的根本原因。在城市的发展过程中，产业结构不断优化升级，一些衰退的产业从市中心向外迁移，为新兴产业腾出发展空间，从而使城市功能空间结构也不断改变。近年来延吉市出现的电子产业和现代服务业的迅猛发展，带动了城市商业办公用地的扩展。1999－2010年的 “退二进三”，客观上反映了工业竞租能力不如商业，因此出现了工业的外迁和商业的市中心集聚现象。由于2000－2010年间东部工业经济开发区的高速扩展，推动了南部和北部居住用地的增多，以服务东部工业区的发展，从而深刻地影响着城市的功能空间结构。

（二）自然环境驱动力

自然环境对城市功能空间演化起着先天基础性影响，它直接影响其变化的潜力、速度、方向、模式和空间结构。自然环境对延吉市的影响主要表现为：第一，受河流的影响，由于布尔哈通河和沿烟集河的影响，空间结构形态由“团块状”发展为“星状”。第二，受地形因素的影响，城市空间变化主要沿坡度变化较缓，海拔高度较低的方向。受地形影响形成了局部小气候，工业功能区主要位于东部，城市其它功能区的扩展向北和向西发展。

（三）城市规划驱动力

城市规划的本质在于其具有导向性的公共政策，它主要是通过关注于城市土地使用的分配、布局和组织而发挥作用的［18］。城市规划是一定时期内对城市空间进行的战略部署，政府通过土地资源的配置引导城市功能空间结构的变化。城市规划对延吉市城市功能空间演化起到了积极的引导作用，2000年版的城市总体规划，把东部作为工业区，有效地引导了工业向东转移。该版总规划还确定在西部建立服务中心，北部建立生活中心，使城市空间演变速度不断加快，带动了北部居住功能区的形成，促使服务功能区向西拓展。

（四）交通驱动力

交通对城市功能空间的演化，起了非常重要的带动作用。1999－2010年，延吉市城市功能空间的演变，主要沿东西和北部三个方向，其中交通的深刻影响表现为：城市内部交通主要为沿布尔哈通河东西走向；对外交通，通往长春方向的高速公路在延吉市西侧，北部由长珲高速公路将延吉市北部与市区连接。交通的发展，对城市功能空间集聚起到了推动作用。

总之，经济、自然、交通、城市规划四个主要因素，在与其它因素的相互影响相互制约的共同作用下，推动了延吉市的城市功能空间演化。其中经济是内生影响因素，自然条件因素是先天基础，交通与城市规划则是外在的影响。随着科学科技的进步，人们对自然资源利用的不断深入，自然因素对城市功能空间演化的制约将不断减弱。

五、结 论

通过对1999－2010年延吉市城市功能空间变化的分析，我们得出以下结论：

第一，延吉市居住用地在核心区外围迅速增加，主要集中于北部、南部、西部。北部居住用地逐步集中变大。公共设施用地的集聚度在不断增强，低级集聚圈的范围呈现出扩展状态。1999－2010年间，用地呈现出混合发展态势，绿地在市区的分布表现出均匀化现象，但由于绿地数量有限且存在北多南少的不合理现象，未来绿地建设需要“突出匀布和整体性”原则。

第二，延吉市城市空间结构逐步向工业化后期转变，城市“退二进三”的任务已基本完成，第二产业已基本从市中心迁出，第三产业向市中心不断集聚，扩大。工业用地一级集聚圈和密度最高区域向东转移并扩大，工业用地逐渐位于城郊下风向地段，工业布局逐步趋于合理。公共设施用地呈现出东北－西南向的发展，集聚范围不断扩大，在东部地区出现了二级集聚圈。

第三，延吉市城市功能结构逐步明晰。1999年城市功能空间混杂，公共服务设施位于市中心，工业用地和居住用地空间相互穿插，呈现出工业围城的明显格局，居住和公共设施功能用地有东进的趋势。2010年城市的功能空间发生了很大的变化，商业服务设施用地不断扩大，居住片区向北和西南部发展，工业用地向东部集中，居住、商业、绿地在北部出现了相互交叉的混合发展形态。

第四，根据本文研究和笔者对延吉市城市空间模拟预测，判断延吉市城市功能空间结构现状基本清晰合理，建议未来发展采用精明增长模式，主城区继续采用T字形空间发展战略。西部的朝阳川独立卫星城应着力向工作、居住、休闲等多功能综合发展。城市空间应最终发展成为延吉市的“延龙朝”格局。

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