GIS支持下的建设用地规划许可数据挖掘<br/>——以珠海市为例

GIS支持下的建设用地规划许可数据挖掘
——以珠海市为例

2016-09-08周彬学

测绘通报 2016年8期

陈　真，袁　磊，周彬学

(1. 珠海市城乡规划编审与信息中心，广东珠海 519000； 2. 武汉大学经济与管理学院，湖北武汉 430072； 3. 北京师范大学珠海分校不动产学院, 广东珠海 519087)

GIS支持下的建设用地规划许可数据挖掘

——以珠海市为例

陈真1,2，袁磊1，周彬学3

随着城市发展模式从规模扩张向功能提升阶段转变，城市内部功能结构优化将成为城市发展研究的重要领域，城市建设用地规划许可数据挖掘工作对于研究城市空间扩张和功能提升的演变规律具有显著优势。本文以珠海市中心城区为研究对象，采用GIS分析等手段挖掘建设用地许可数据潜在价值，一方面为城市内部功能优化提供了建议，另一方面探索出了规划许可数据挖掘研究的指引及方向。

规划许可数据；数据挖掘；GIS；城市发展；珠海市

随着城市化进程的推进，我国城市建设用地规模快速扩张，城市空间结构日益复杂，城市规划和管理工作面临严峻的挑战。为了解城市空间结构演变规律，引导城市发展由规模扩张向功能提升转变，利用遥感影像、建设用地利用等专题数据分析城市功能结构优化的相关研究成为热点。

遥感影像数据能够从全局视角、较长的时间跨度反映城市用地规模变化和扩展方向，近年来国内不少城市依托遥感影像数据开展了城镇建设用地时空演变特征分析[1-11]。由于遥感影像在反映细致的用地社会经济属性信息方面存在缺陷，目前的研究主要集中在利用GIS叠加、统计等分析工具，开展用地扩张面积、扩张速度、紧凑度、分形维数、梯度分析、扩张弹性、土地利用转移、空间自相关、转移重心指数、玫瑰图、城市用地重心等方面的研究，分析城市用地空间扩张形态规律。

城市建设用地规划许可数据不仅承载着城市用地的面积、用途、建设强度、功能转变等历史信息，更反映了城市用地空间扩张、时空变迁、功能布局优化等城市发展的历程，是城市功能结构研究的数据基础。受规划基础数据库完备程度和管理体制等方面的制约，目前基于规划许可数据的城市用地功能分析研究还比较鲜见，仅有基于旅游用地、居住用地等专题用地数据的少量成果[12-14]。

本文以珠海市中心城区为研究对象，提出基于规划许可数据挖掘的珠海市中心城区时空演变路径分析技术方法，探索城市建设用地演变特征，为城市内部功能优化提供建议，并探索出规划许可数据挖掘研究的指引及方向。

一、城市建设用地规划许可数据属性特征和挖掘潜力分析

城市建设用地规划许可数据的属性信息主要包括用地功能、用地位置、用地面积、建筑面积、容积率、建筑密度、建筑高度、配建停车位、配套公共设施和历史变更情况等。

城市建设用地规划许可GIS数据库是城市空间扩张、土地利用强度、城市功能结构现状及时间推移演变的重要基础数据。通过对数据库的挖掘可以为城市产业空间布局、就业空间布局、居住空间布局、基础设施空间布局、公共服务中心空间布局、城市发展的历史轨迹和功能时空演变特征等进行分析，也可以作为城市规划实施评估、城市发展政策落实评价、优化城市规划方案等城市规划管理的决策参考。

二、珠海市中心城区建设用地规划许可数据挖掘技术路线

本文的研究目标区域是珠海市中心城区，该区域是珠海市香洲区的空间组成部分，区域内户籍人口占全市户籍总人口的46%，是珠海市城市功能最完善的地区。从珠海市的发展历程来看，本区域是珠海市城市发展的起点区域，从时间纬度上较完整地记录了珠海城市发展时空演变轨迹。

珠海市中心城区空间上形成了典型的组团型城市结构，中心城区按照组团可以划分为拱北片区、吉大片区、前山片区、香洲片区、新香洲片区和上冲片区共6大片区，本文以城市组团为最小分析单元。

1. 数据概况

研究区域内属性信息完整的建设用地规划许可档案数据累计3911条，按照GIS格式建立了规范的数据库，记录了珠海市中心城区1984—2015年间建设用地的演变历程。在用地规划许可信息状态方面有历史数据和现状数据两类，可以直接分析的属性包括许可时间、用地面积、用地功能、建筑规模、容积率等信息。

2. 数据挖掘技术路线

1) 评估数据库信息完整性，明确可识别信息与挖掘潜力。根据规划许可数据库的属性表目录，利用统计筛查工具完成对数据库词条的信息完整性分析，识别可直接分析的属性信息和需要补充完善的信息。

2) 梳理与归并用地类型属性，统一用地属性分析标准。由于用地许可数据时间跨度长达30年，历史许可信息与现行用地分类存在较大差异，必须根据《珠海市城市规划技术标准与准则(2015)》中的珠海市城乡建设用地分类描述标准，对数据库用地属性表中已有的用地分类进行梳理和归并，以便统一用地分类标准。按照上述分类标准将建设用地类型划分为中类,合计40类。

3) 将空间上存在用地边界重叠的地块切割成具有独立空间属性的图斑，确保每个图斑保留原地块的用地属性信息。规划许可数据库中用地信息变更情况反映了城市功能结构的演变过程，包括用地红线调整、功能改变等，不同时期用地划拨中存在用地红线重叠，为了分析地块历史信息的空间一致性，本文首先利用ArcGIS对所有用地进行切割，确保每个地块图斑对应唯一的历史传承脉络，切割后图斑总数为11 201块。

4) 将所有地块按照每5年一个时间段进行筛选，分别筛选出1990年以前、1990—1994年、1995—1999年、2000—2004年、2005—2009年、2010—2014年的规划许可地块，在筛选的基础上展开用地属性的分析统计工作。

5) 分析珠海市中心城区建设用地时空演变规律。首先对珠海市中心城区建设用地现状进行分析，包括建设用地功能结构、空间分布特征等；然后运用GIS空间统计分析模型、数理统计等方法对建设用地的时空演变形态、扩张规模、扩张速度、扩张模式、用地效率演变等方面进行分析，总结演变特征和规律。

6) 探索GIS规划许可数据库挖掘路径指引。基于城市建设用地规划许可数据库特性分析和面向城市中心城区时空演变特征分析的数据挖掘实践，提出城市建设用地规划许可数据库建设优化方向和应用性挖掘路径。

三、珠海市中心城区建设规划许可数据挖掘实践

1) 用地空间扩展基本完成，总规模基本稳定。在建设用地规模方面，自1984年以来建设用地规模持续增加，有规划许可信息记录的用地从1990年的700.08 hm2增长到2015年的4 642.20 hm2。在增速方面呈现先高后低的演变特征，1991—2000年10年间的建设用地总规模增长最快，随后逐步放缓，如图1所示。

图1　建设用地总规模变化及增速

空间布局演变过程基本上遵循了以初期的工业用地区域为发源地，向四周逐步延伸，最终完成中心城区规划建设用地扩展并形成中心城区基本框架的发展规律。在扩张模式方面，中心城区东部的老香洲、拱北片区是中心城区最早的发源地，部分用地早于规划许可数据记录以前。因此，东部组团扩张模式以中心聚集，散点扩张为主；新香洲、吉大、前山和上冲片区属于中心城区的新开发地区，以规划道路网络为基本空间格局大面积扩张为主，如图2所示。

2) 用地功能结构不断优化，中心城区职能逐步稳定。中心城区从最初的以工业用地为主，其他用地为辅的工业用地功能主导模式逐步演变为以居住、商业办公、公共服务用地为主导的城市中心区，中心城区职能逐步稳定。在演变过程中，居住功能用地规模持续上升，而且呈现前期以居住功能为主导、后期以商住功能为主导的演变模式；在商业办公、商业服务业设施和商住用地的多种模式开发推进下，城市中心区的商业服务功能得到稳步提升；工业用地经历了前期快速扩张和后期逐步减少的演变规律，随着城市中心区功能的进一步优化，工业用地的比重还有一定的下降空间。

图2　1984—2015年建设用地时空演变

到2015年，珠海市中心城区进入建设用地规模放缓期，建设用地扩张呈现显著的散点式布局和小规模特征。用地规模最大的是居住用地，一类、二类、三类居住用地及居住商业混合用地总面积约为1 242.01 hm2，其占中心城区建设用地总面积的26.75%。其次是工业用地，一类、二类和三类工业用地、产业混合用地约占中心城区总面积的12.56%，中心城区城市功能提升主要的用地来源就在于工业用地的转型，城市更新的需求较大。排名第三的是商业办公用地约占中心城区建设用地总面积的12.03%，如图3所示。

图3　1990—2015年建设用地结构演变

3) 功能提升成为建设用地时空演变过程中的主流形式。自1984年以来，珠海市中心城区建设用地在总规模持续增加的同时，中心城区建设用地功能变更活跃度逐年提高。用地功能未经过二次变更的地块图斑在所有图斑中所占比重逐年下降，从1990年的84.53%下降至2015年的38.5%；用地功能发生过二次变更的比例从1990年的13.92%上升至31.81%；用地功能发生过3次及其以上变更的比例从1990年的1.55%上升至29.69%。其中从1990—2010年间属于城市用地功能提升快速增长期，2011年以来，高频率变更地块比重增速放缓，用地功能逐步趋于稳定，如图4所示。

图4　建设用地功能变更活跃度演变

四、结论与展望

本文以珠海市中心城区为研究对象，完成了建设用地空间规模扩展、功能结构和功能优化时空演变规律研究，这3个方面的时空演变规律比较完整地呈现了珠海市中心城区在不同的历史阶段的演变特征，城市成长规律得到了全面直观的体现。可以看出，城市中心区逐步从初期的以规模扩张为主转变为功能优化为主，建设用地的功能提升已经成为区域内建设用地时空演变过程中主流形式，中心区工业用地的转型将是用地功能结构优化的主要土地来源。

基于GIS的数据库建设和数据分析体系是用地规划许可数据挖掘的重要方法基础。以空间信息和统计信息融合为基础的GIS空间统计分析方法在城市建设用地功能空间布局识别、城市建设用地空间组织形态、建设用地功能转变空间布局等方面都有良好的应用效果。

城市建设用地规划许可数据挖掘前景广阔。面向城市空间结构时空演变规律的城市建设用地规划许可数据挖掘研究是数据挖掘的开端，未来还需要密切与大数据、社会经济数据相互融合，在城市综合交通规划、城市规划评估、城市公共服务等基础设施规划、城市环境压力空间模拟、环境管理及优化、城市安全管理体系建设、城市管理模型构建和城市建设空间模型等领域开展应用性研究，增强城市建设用地规划许可数据挖掘对城市发展和城市管理的指导作用。

[1]王亮，加雨灵. 北京市城市空间的扩展与空间结构演变分析[C]∥城市时代，协同规划——2013中国城市规划年会论文集.[S.l.]:[s.n.],2013.

[2]郑荣宝，陈梅英，陈美招. 广州市花都区建设用地扩展的时空特征及驱动因素分析[J]. 热带地理，2012，32(1)：66-71.

[3]彭月，何丙辉. 重庆市主城区1986—2007年用地时空演化特征分析[J]. 地球信息科学，2012，14(5)：635-643.

[4]封建民，赵敏宁，李晓华. 近30年来西安市城市用地扩展时空变化研究[J]. 水土保持研究，2013，20(4)：183-188.

[5]王晓峰，傅伯杰，苏常红，等. 西安市城乡建设用地时空扩展及驱动因素[J]. 生态学报，2015，35(21)：7139-7149.

[6]林目轩，师迎春，陈秧分，等. 长沙市区建设用地扩张的时空特征[J]. 地理研究，2007，26(2)：265-275.

[7]孙雁，刘志强，王秋兵. 1910—2010 年沈阳城市土地利用空间结构演变特征[J]. 地理科学进展，2012，31(9)：1204-1211.

[8]匡文慧，张树文，张养贞，等. 长春百年城市土地利用空间结构演变特征研究[J]. 哈尔滨工业大学学报，2009， 41(7)：176-179.

[9]段学军,卢雨田,李慧，等.南通市城镇建设用地扩展时空特征分析及模拟[J]. 长江流域资源与环境，2009，18(2)：104-110.

[10]杨宝龙，方元，冯徽徽，等. 东莞市城镇用地扩张的时空特征分析[J]. 地球信息科学学报，2009，11(5)：684-690.

[11]吴大放，刘艳艳，董玉祥，等. 珠海市建设用地变化时空特征及其驱动力分析[J]. 经济地理，2010，30(2)：226-232.

[12]闫永涛，冯长春. 北京市城市土地利用强度空间结构研究[J]. 中国土地科学，2009，23(3)：37-43.