一种地域功能核心-边缘结构的拟合方法技术

本发明专利技术涉及一种地域功能核心‑边缘结构的拟合方法。首先按照地域功能对区域进行分区；然后以城市化类型区为主，构建最大拟合椭圆；接着，构建多重特征椭圆，计算各圈层椭圆不同功能区比例关系，并根据多重特征椭圆，内插城市化比重为2/3的特征椭圆；最后，提取或计算核心‑边缘结构多重椭圆特征值，包括特征点、线、面、向量，定量化拟合地域功能核心‑边缘结构，并对区域结构类型进行分类。该方法能够精确拟合某一区域的核心‑边缘结构的整体格局与内部特征，对揭示不同自然本底、不同发展阶段和发展水平的空间分异规律以及进行空间开发强度的管制发挥重要作用，能够应用于各级尺度的城市与区域规划中。

A fitting method for core edge structure of regional function

The invention relates to a fitting method for the edge structure of a regional function core. First, the region is partitioned according to the regional function; then, the largest fitting ellipse is constructed based on the urbanization type area. Then, the multiple characteristic ellipses are constructed to calculate the proportion of the different functional regions of the ellipses in each circle, and the characteristic ellipse of the urbanization proportion is 2/3 based on the multiple characteristic ellipses. Finally, the extraction or calculation is made. The edge structure of the core has multiple elliptic eigenvalues, including feature points, lines, surfaces and vectors, and quantifies the edge structure of regional functional core, and classifies the regional structure types. This method can accurately fit the overall pattern and internal characteristics of the core edge structure of a certain region. It plays an important role in revealing the spatial differentiation rules of different natural background, different stages of development and development level and the control of space development intensity. It can be applied to urban and regional planning at various levels.

【技术实现步骤摘要】
一种地域功能核心-边缘结构的拟合方法
本专利技术涉及一种区域核心-边缘结构的拟合方法，特别是涉及一种基于特征点-线-面-向量的地域功能核心-边缘结构拟合方法。
技术介绍
空间结构作为区域发展状态的指示器,是区域发展的函数，指在一定地域范围内社会经济要素的相互区位关系和分布形式。空间结构理论在指导各类空间规划、协调区域发展等方面发挥着重要作用，如上个世纪，陆大道先生提出的“点-轴系统”理论在我国不同空间尺度的国土空间开发组织方面发挥了基础作用。核心-边缘结构也是一种典型的面状空间结构，由佛理德曼于1966年在《区域发展政策》中正式提出，能够表征不同地区的发展状况、存在的问题和发展的潜力，对经济发展和空间结构变化具有较高的解释价值，能够指导区域规划实践以及区域协调发展政策制定。核心-边缘结构的识别与拟合分析一直是区域规划、区域经济研究的热点问题。核心-边缘结构研究早期主要以定性分析为主，逐步演变为定性与定量的集成分析。定性分析主要以核心-边缘理论为基础，定性分析核心与边缘区域，阐述核心-边缘的演化过程及形成机理的分析；定量方法主要围绕首位-位序法、主成分分析、聚类分析、空间自相关分析、阈值划分法等方法开展。如2007年，史春云等在《地理学报》62卷第6期撰文“四川省旅游区域核心—边缘空间格局演变”，以旅游总收入作为基础分析数据，位序-规模法则和聚类分析来识别四川省旅游城市核心、次核心及边缘区域；2009年，段七零在《长江流域资源与环境》18卷第9期撰文“长江流域的空间结构研究”，利用主成分分析和聚类分析对城市综合实力进行评估，采用阈值法划分核心与边缘区域；2010年，王宝强等在《城市发展研究》17卷第1期上撰文“基于‘核心-边缘’理论的海峡西岸经济区空间结构解析”，利用五普数据就业行业门类，利用主成分分析和聚类分析划分核心-边缘；2012年，段荣和任黎秀在《北京第二外国语学院学报》第9期撰文“基于核心—边缘理论的江苏省入境旅游空间结构研究”，利用人口数据，基于首位分布和位序规模法则揭示江苏省入境旅游的核心-边缘结构；2014年郭文炯在《经济地理》34卷第3期撰文““资源诅咒”的空间结构解析:核心边缘理论视角”，利用各行业人口普查数据，借鉴城市职能分类的“城市职能三要素”理论和方法将山西省划分为核心区、工矿区、边缘区三种类型区；2016年，高军波等在《地理研究》35卷第5期撰文“中国典型农区县域社会不平等空间模式与地域差异——以河南省为例”，采用基于ArcGIS9.3空间自相关，揭示河南省县域社会不平等核心-边缘结构；2016年，纪小美等在《经济地理》36卷第2期撰文“福建省县域经济差异的时空动态与变迁机制”，利用人均GDP指标、采用自然断裂法，分别将各年份各县域经济分为“发达”(核心)、“较发达”(次核心)、“一般”(过渡区)、“欠发达”(次边缘)和“不发达”(边缘)五个等级。这些研究对于核心-边缘结构划分选取的指标，主要依托人口或经济指标为基础，多数采用总人口、行业人口、GDP、人均GDP、旅游收入等单一属性作为主要指标，也有包括综合实力等综合性单一指标的研究，始终都以行政单元(多数为县域单元)作为划分单元，在拟合核心-边缘的精度上存在较大缺陷，且难以准确表征核心-边缘结构的方向性、形状性、变化梯度等关键特征。尽管误差椭圆在表征区域空间格局方面已有一些尝试，如2014年，赵璐和赵作权在《地理科学》34卷第8期撰文“基于特征椭圆的中国经济空间分异研究”，利用特征椭圆量刻画中国经济空间分异的基本特征；2015年，张超等在《城市发展研究》22卷第3期撰文“长江经济带城市体系空间结构——基于夜间灯光数据的研究”，利用标准差椭圆方法对，刻画长江经济带城市体系的空间结构特征。显然这些研究局限于借助现有的商用软件ArcGIS、利用特征椭圆对整体格局的拟合，无法进一步表征核心-边缘的内部特征。更为重要的是，如果要进行空间开发强度的管制，就需要从地域功能的视角表达不同功能区之间的比例关系，揭示不同自然本底、不同发展阶段和发展水平的空间结构演变规律。产业结构通过不同产业、不同部门的比例关系，如三次产业结构，能够揭示产业的发展状态与趋势规律，指导产业政策与布局规划；与产业结构一样，这种以面状地域功能空间之间的比例关系表征的空间结构，也将产生或影响经济效益、社会效益和生态效益，且这种影响更为长期。打破地域功能空间之间的合理比例关系，突破区域的开发上限，都会因空间结构的无序付出昂贵的发展代价。目前尚未发现借助地域功能区之间比例关系对核心-边缘结构进行刻画的研究，尤其是对内部结构的精细刻画几乎属于空白。以地域功能区之间的比例关系作为刻画核心-边缘结构的基本指标，采用多重特征椭圆作为主要手段，以加权中心与中心城市(省会)为特征点，以长轴和短轴距离及方向为特征线，以2/3城市化地区覆盖的椭圆面积为特征面，以距离核心位置正向排序下不同椭圆之间的城市化地区、农业发展地区和生态安全地区形成的比例数列为特征向量，利用特征点-线-面-向量综合精细化刻画核心-边缘的整体格局与内部结构，能够对区域空间管制、开发强度管控类型进行有效识别或分类，在城市与区域规划中发挥重要作用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，克服现有技术缺点，面向区域空间管制，提供一种以地域功能区之间比例关系为基础、以多重特征椭圆为手段的核心-边缘拟合方法，能够精细刻画核心-边缘的结构特征。为了解决以上技术问题，本专利技术提供的地域功能核心-边缘结构的拟合方法，包括以下步骤：步骤1：研究范围内具有N个区域，每个区域包含M种功能区，M种功能区至少包括有城市化类型区；步骤2：以城市化类型区构建区域的最大拟合椭圆，主要包括以下步骤：a1、计算各城市化类型区的多边形质心；其中，xk(j)和yk(j)表示第k个区域中第j个城市化类型区的多边形的横纵坐标，xi和yi分别表示该多边形第i个节点的横坐标和纵坐标；nj表示该多边形的节点数；a2、计算各区域内城市化类型区质心的加权平均中心，作为椭圆圆心：其中，分别表示第k个区域内城市化类型区的加权平均中心的横坐标和纵坐标，wk表示该区域内城市化类型区的面积权重或人口权重；nk表示该区域内城市化类型区的数量；a3、以各区域的城市化类型区加权平均中心坐标为原点坐标构建新坐标系，依次计算坐标轴的旋转参量，第k个区域的坐标轴的旋转参量为θk；a4、确定各区域的最大拟合特征椭圆的长轴和短轴,式中，amax(k)和bmax(k)分别表示第k区域最大拟合特征椭圆的x轴和y轴的轴长，nk表示该区域内城市化类型区的数量；a5、生成各区域的最大拟合特征椭圆；以amax(k)长度为初始长轴，以bmax(k)长度为初始短轴，以为椭圆圆心，以θk为方位角，生成第k个区域的最大拟合特征椭圆Φmax(k)；步骤3：针对每个区域构建多重特征椭圆，计算各多重特征椭圆内各功能区的面积占比，主要包括以下步骤：b1、以amax(k)×1/w长度为初始长轴，以bmax(k)×1/w长度为初始短轴，以为椭圆圆心，以θk为方位角，生成第k个区域的初始特征椭圆Φ1(k)，w是预设的对应区域的多重特征椭圆数量；b2、分别以amax(k)×1/w和bmax(k)×1/w为长轴和短轴的单位长度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种地域功能核心‑边缘结构的拟合方法，包括以下步骤：步骤1：研究范围内具有N个区域，每个区域包含M种功能区，M种功能区至少包括有城市化类型区；步骤2：以城市化类型区构建区域的最大拟合椭圆，主要包括以下步骤：a1、计算各城市化类型区的多边形质心；

【技术特征摘要】
1.一种地域功能核心-边缘结构的拟合方法，包括以下步骤：步骤1：研究范围内具有N个区域，每个区域包含M种功能区，M种功能区至少包括有城市化类型区；步骤2：以城市化类型区构建区域的最大拟合椭圆，主要包括以下步骤：a1、计算各城市化类型区的多边形质心；其中，xk(j)和yk(j)表示第k个区域中第j个城市化类型区的多边形的横纵坐标，xi和yi分别表示该多边形第i个节点的横坐标和纵坐标；nj表示该多边形的节点数；a2、计算各区域内城市化类型区质心的加权平均中心，作为椭圆圆心：其中，分别表示第k个区域内城市化类型区的加权平均中心的横坐标和纵坐标，wk表示该区域内城市化类型区的面积权重或人口权重；nk表示该区域内城市化类型区的数量；a3、以各区域的城市化类型区加权平均中心坐标为原点坐标构建新坐标系，依次计算坐标轴的旋转参量，第k个区域的坐标轴的旋转参量为θk；a4、确定各区域的最大拟合特征椭圆的长轴和短轴,式中，amax(k)和bmax(k)分别表示第k区域最大拟合特征椭圆的x轴和y轴的轴长，nk表示该区域内城市化类型区的数量；a5、生成各区域的最大拟合特征椭圆；以amax(k)长度为初始长轴，以bmax(k)长度为初始短轴，以为椭圆圆心，以θk为方位角，生成第k个区域的最大拟合特征椭圆Φmax(k)；步骤3：针对每个区域构建多重特征椭圆，计算各多重特征椭圆内各功能区的面积占比，主要包括以下步骤：b1、以amax(k)×1/w长度为初始长轴，以bmax(k)×1/w长度为初始短轴，以为椭圆圆心，以θk为方位角，生成第k个区域的初始特征椭圆Φ1(k)，w是预设的对应区域的多重特征椭圆数量；b2、分别以amax(k)×1/w和bmax(k)×1/w为长轴和短轴的单位长度累加值，其他参数保持不变，依次生成第i个特征椭圆Φi(k)，i＝1,2,...,w；b3、针对每个区域，分别计算所有多重特征椭圆内各功能区面积的比例关系，并据此形成空间矩阵：第k个区域的第i个特征椭圆内各功能区面积的比例关系为：pi1(k):pi2(k):...:piM(k)，第k个区域的空间矩阵为该矩阵中，矩阵元素pij(k)代表第k个区域第i个特征椭圆内第j功能区的面积与第i个特征椭圆的面积比，其中，第1功能区为城市化类型区；步骤4：分别针对每个区域，内插城市化比重约为Z的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王亚飞，
申请(专利权)人：中国科学院地理科学与资源研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11