黑龙江工业城市建设用地时空扩张遥感监测

图1 城市建成区土地利用动态信息提取流程

Fig.1 Flow chart for extraction of dynamic information of land use in built-up area of city

1.3 测度指标

本文采用扩张强度与速度指数、紧凑度、增长弹性系数、分维指数、变异系数和空间重心转移模型等6项测度指标,探讨哈、大、齐城市建设用地扩张时空特征。

1)扩张强度与速度指数,计算公式为

(1)Q=

\frac{A_{n + i} - A_{i}}{n \times A_{i}}

×100% ,

(2)S=

\frac{A_{n + i} - A_{i}}{n}

式中: Q和S分别为扩张强度和扩张速度指数; A_i为i时期城市主城区建设用地面积; n为时间间隔; ${A_{n}}_{+}_{i}$ 为i+n时期的城市建设用地面积。

2)紧凑度,计算公式为

(3)J=2

\sqrt[]{π \times A}

/Z ,

式中: J为紧凑度指数; A为城市主城区建设用地面积; Z为城市主城区轮廓周长^[18]。

3)增长弹性系数,计算公式为

(4)I_i=[(P_it-P_i₀)/P_i₀]/[(Y_it-Y_i₀)/Y_i₀],

式中: I_i为i时期的增长弹性系数; Y_it和 ${Y_{i}}_{0}$ 分别为某一要素(人口、经济、社会固定资产投资)i时期期末和期初的总量; P_it和 ${P_{i}}_{0}$ 分别代表期末和期初的建设用地总量^[10]。

4)分维指数,计算公式为

(5)F_i=2ln(Z_i/4)/ln(A_i) ,

式中: F_i为斑块i城市分维指数; A_i为斑块i的面积; Z_i为斑块i的周长。F范围在1~2之间,F越大表示城市内部的填充能力越弱,城市形态越复杂。当F<1.5时,图形趋向于简单; 当F=1.5时,说明图形处于布朗运动的边缘,越接近该值稳定性越差; 当F>1.5时,图形更趋向于复杂。以城市形态为研究对象时,F极限值应在1.71上下^[21]。

5)变异系数,计算公式为

(6)CV_i=

\frac{1}{V_{i}} \sqrt[]{\frac{\overset{n}{\sum_{i = 1}} (V_{i} {- \bar{V_{i}})}^{2}}{n}}

式中: CV_i为变异系数; V_i为第i时间段内建设用地扩张年均变化率; $\bar{V_{i}}$ 为第i时间段内建设用地扩张年均变化率的平均值。CV越大,表示第i时间段内建设用地扩张速率波动越大^[25]。

6)空间重心转移模型,空间重心转移距离为

(7)D_i₊₁=

\sqrt[]{((x_{i + 1} - x_{i})^{2} + {(y_{i + 1} - y_{i})}^{2})}

空间重心转移角度为

(8)β_i₊₁=

\{\begin{array}{l} \arctan (\frac{y_{i + 1} - y_{i}}{x_{i + 1} - x_{i}}) x_{i + 1} - x_{i} \geq 0 \\ π - \arctan (\frac{y_{i + 1} - y_{i}}{x_{i + 1} - x_{i}}) x_{i + 1} - x_{i} < 0 \end{array}

式中: y_i₊₁和y_i为y轴上相邻两点; x_i₊₁和x_i为x轴上相邻两点; x_i为i时期地理单元的重心横坐标; y_i为i时期地理单元的重心纵坐标; ${D_{i}}_{+ 1}$ 为从i到i+1时期地理单元空间重心转移距离; β_i₊₁为从i到i+1时期地理单元空间重心转移方向与正东方向夹角^[18]。

2 结果与分析

2.1 城市建设用地扩张总体特征

2.1.1 扩张强度与速度

对哈、大、齐城市建设用地信息进行提取与统计分析的结果表明,2000─2015年间哈、大、齐城市建设用地发生强烈扩张,2000年建设用地总面积为800.16 km²,2015年增至1 526.41 km²,扩张近1倍; 受2003年振兴东北老工业基地战略及哈大齐工业走廊项目的实施诱导,2000─2005年间哈、大、齐城市建设用地面积增长量最大,2010─2015年增长量次之,增长量最小时段在2005─2010年(表1)。

表1 城市扩张建设用地扩张强度与速度指数变化

Tab.1 Change of expansion strength and speed index of urban construction land

城市	建设用地面积/km²				Q/%			S/(km²·a^-1)
城市	2000年	2005年	2010年	2015年	2000─ 2005年	2005─ 2010年	2010─ 2015年	2000─ 2005年	2005─ 2010年	2010─ 2015年
哈尔滨	283.53	348.85	409.25	504.41	4.61	3.46	4.65	13.06	12.08	19.03
大庆	323.38	490.94	573.43	660.49	10.36	3.36	3.04	33.51	16.50	17.41
齐齐哈尔	193.24	249.27	295.66	361.51	5.80	3.72	4.45	11.21	9.28	13.17
总量	800.16	1 089.06	1 278.33	1 526.41	7.22	3.48	3.88	57.78	37.85	49.62

从城市扩张强度指数来看,2000─2015年间哈、大、齐工业城市整体扩张强度指数呈波动递减态势,由7.01%降至3.88%; 齐齐哈尔和哈尔滨的扩张强度指数维持在3.50%~5.90%之间,大庆呈现宽幅波动态势,扩张强度指数在3.50%~10.40%之间; 2000─2005年间大庆市扩张强度指数最大(10.36%),远大于齐齐哈尔(5.80%)和哈尔滨(4.61%); 2005─2010年间哈、大、齐3市的扩张强度基本相同,扩张强度指数稳定在3.50%左右; 2010─2015年间齐齐哈尔和哈尔滨扩张强度保持在4.50%左右,大庆相对较弱,仅为3.04%。

从建设用地扩张速度分析,2000─2015年间哈、大、齐城市建设用地总扩张速度维持在50 km²/a左右,其中齐齐哈尔和哈尔滨分别稳定在10 km²/a和15 km²/a左右,大庆扩张速度呈“跳跃”式波动; 2000─2005年间大庆速度最高,高达33.51 km²/a,齐齐哈尔及哈尔滨扩张速度分别为11.21 km²/a及13.06 km²/a; 2005─2010年间大庆市扩张速度骤降到16.50 km²/a,但与齐齐哈尔(9.28 km²/a)和哈尔滨(12.08 km²/a)相比仍较高; 2010─2015年间哈尔滨扩张速度最高(19.03 km²/a),大庆次之(17.41 km²/a),齐齐哈尔最低(13.17 km²/a),且相比前一时段处于加速状态。大庆为石油城市,建设用地与石油开发用地交叉进行,扩张速度高于其他城市; 2010─2015年间哈尔滨由于对平房区(南)、松北区(北)大规模开发建设,故在该时段扩张速度最大。

2.1.2 扩张形态

利用紧凑度指数和分维指数分析城市建设用地扩张空间形态。2000─2015年间哈大齐工业城市紧凑度持续下降,说明哈、大、齐城市居民主活动区外扩,建设用地多处扩张; 2000年和2005年大庆市紧凑度最大(分别为0.47和0.28),说明大庆城市的城区比较紧凑; 2010年和2015年紧凑度发生反转,齐齐哈尔趋于紧凑,大庆和哈尔滨相对分散,即齐齐哈尔紧凑度(分别为0.21和0.19)高于大庆(分别为0.18和0.13)及哈尔滨(分别为0.15和0.13)(表2)。

表2 城市扩张紧凑度与分维指数

Tab.2 Compactness and fractal dimension index of urban expansion

城市	J				F
城市	2000年	2005年	2010年	2015年	2000年	2005年	2010年	2015年
哈尔滨	0.31	0.22	0.15	0.13	1.37	1.48	1.58	1.61
大庆	0.47	0.28	0.18	0.13	1.22	1.37	1.51	1.60
齐齐哈尔	0.30	0.23	0.21	0.19	1.41	1.49	1.51	1.52

2000─2015年间城市分维指数不断上扬,反映出城市发展趋向不规则; 2000年各城市的分维指数均小于1.44,说明城市形态简单,趋于稳定; 2005年的分维指数均接近于1.5,处于布朗运动边缘,稳定性差,城市显露出扩张现象; 2010─2015年间分维指数均大于1.5,映射出趋于复杂的城市形态,外扩趋势明显,填充能力弱(表2)。

2.1.3 时间序列上扩张评价

运用弹性系数,从人口、经济和固定投资角度剖析建设用地扩张情况(表3)。

表3 2000─2015年间城市扩张增长弹性系数与变异系数

Tab.3 Elastic coefficient and coefficient of variation of urban expansion during 2000─2015

城市	${I_{a}}^{①}$	${I_{b}}^{②}$	${I_{c}}^{③}$	CV
哈尔滨	2.16	0.30	0.04	0.16
大庆	4.65	0.38	0.25	0.74
齐齐哈尔	28.95	0.22	0.02	0.23

①I_a为人口增长弹性系数; ② I_b为经济增长弹性系数; ③I_c为固定资产投资增长弹性系数。

2000─2015年间齐齐哈尔I_a最大(28.95),远大于大庆和哈尔滨,且三地都大于1,揭示哈、大、齐建设用地相比其人口数量处于蔓延状态,其中齐齐哈尔蔓延最为显著; 2000─2015年间大庆市I_b和I_c最大(分别为0.38和0.25),远大于齐齐哈尔及哈尔滨,表明大庆市相比齐齐哈尔和哈尔滨市,土地利用效益最低; 2000─2015年间哈、大、齐城市用地I_a与I_b之比远大于2,说明工业城市过度重视经济产出,而忽视了“人”的发展; I_b与I_c之比在40左右,映射出东北振兴战略、哈大齐工业走廊给工业城市带来海量资金的投入,但与收益相比,投资效益不高,土地要素投入粗放。

为比较城市时间序列上年均建设用地变化率的变异程度,计算出2000─2015年间城市建设用地年均扩张变化率变异系数(表3)。大庆市的变异系数最大(0.74),齐齐哈尔次之(0.23),哈尔滨市的最小(0.16),表明2000─2015年大庆市建设用地年均变化率波动较大,而齐齐哈尔和哈尔滨的建设用地年均变化率近乎稳定,产生这种现象是因大庆市石油工业用地与城市居住用地同时开发导致,这与扩张强度是吻合的。

2.2 2000─2015年间城市建设用地扩张空间分异

2.2.1 城市空间扩张模式分析

把不同时段建设用地信息与2005年城市主要公路、铁路进行空间叠置分析(图2),探索2000─2015年间哈、大、齐城市的主要空间扩张模式。本文的扩张模式参考周翔等^[26]对苏锡建设用地扩张的分析,因篇幅所限,本文不再赘述。

图2

图2 哈、大、齐城市建设用地变化

Fig.2 Changes of Ha-Da-Qi urban construction land

哈尔滨市2000─2010年间以道里、道外、南岗和香坊4区为核心,以填充式、边缘式为主向外扩张,呈圈层结构; 2010─2015年间以边缘式、外延式为主向西南、西北2个方向扩张,道路两侧条带状特证明显^[26]。大庆市在2000─2005年间以让胡路区、龙凤区、萨尔图区为核心,以边缘式为主、填充式为辅向外扩张,城市形态相对简单,呈核心-边缘结构; 2005─2015年间以外延式、飞地式为主,朝红岗区、大同区扩张,扩张模式趋于多元化,城市边缘不规则,呈T型轴带。齐齐哈尔2000─2015年间以原来的建华、龙沙、铁峰区为核心,沿轴带状向昂昂溪区延伸,再朝富拉尔基区延伸,G111和G302国道对齐齐哈尔城市扩张具有导向作用。

2.2.2 城市空间扩张方向分析

为明确2000─2015年间工业城市主要的扩张方向,以2000年各个城区建设用地的重心为圆心,按照北、东北、东、东南、南、西南、西和西北8个方向,将城市主城区空间分割为8个象限(图3),并按象限依次统计各城市不同年份的建设用地面积,生成各个时段城市扩张的雷达图(图4)。

图3

图3 哈、大、齐城市扩张8象限统计图

Fig.3 Statistical map of Ha-Da-Qi urban expansion in eight quadrants

图4

图4 城市分时段各象限空间扩张强度对比

Fig.4 Comparison of spatial expansion intensity of each quadrant in Ha-Da-Qi cities during different periods

结合图3与图4总体来看,哈尔滨市2000─2015年间建设用地扩张明显方向为北、西北、南3个方向,西和西南方向次之,东、东南和东北方向最弱,呈现出“北跃南拓、东优西扩”空间发展格局; 大庆市2000─2015年间建设用地主要的扩张方向包括北、东、南、西南4个方向,东北、西北、东南方向扩张均匀,西城区扩张最不显著,呈现出斜“T”形扩张格局(图2); 齐齐哈尔市2000─2015年间建设用地扩张显著方向为东北、东、南和西南4个方向,西和东南方向扩张稳定,西北和北方向扩张最弱,城内交通线路对城市扩张影响显著,表现出一个斜“上”字扩张格局(图2)。

结合图3与图4分时期剖析来看,哈尔滨市2000─2005年间明显的扩张为西北和南方向,东北、北、东、西南和西方向均匀扩张,东南方向最弱; 2005─2010年间南─北轴带扩张最为显著,西北、西南和西方向扩张次之,东、东南和东北方向扩张微弱; 2010─2015年间主要扩张为北、西、西南、南、东和西北方向,且南北轴带扩张显著,东南和东北扩张较弱。2010─2015年间西、南、东南方向强烈扩张,其他方向扩张较弱。大庆市2000─2005年间主要的扩张方向为北、西北、东3个方向,西、西南、东北、东南和南方向均匀扩张; 2005─2010年间以东─东南、西南─北为上、下底,其他扩张方向为斜边,呈“梯形”状扩张; 2010─2015年间主要的扩张方向为西南、东北与南,构成“三角形”发展格局,其他方向扩张不显著。齐齐哈尔市2000─2005年间显著的扩张方向为东北、东、南3个方向,东南、北和西南次之,西和西北方向扩张不显著; 2005─2010年间东北—西南轴带扩张最为显著,东、南、北次之,西、西北、东南扩张较弱。

2.2.3 建设用地空间重心转移模拟

2000─2015年间哈、大、齐城市主城区建设用地均向多个方向扩张,为了更直观地反映城市建设用地重心迁移过程,把同一时间节点主城区的多个斑块作为一个整体,仅生成一个重心,并在重心转移过程中标注上市政府在重心空间上的相对位置,绘制出市政府与城市用地重心迁移相对位置图(图5)。

图5

图5 城市建设用地重心迁移路线

Fig.5 Shift of gravity center of urban construction land

同时,为了比较各城市重心迁移距离和方向,利用生成的城市重心的经纬度坐标,计算出城市建设用地重心变化情况(表4)。

表4 城市建设用地重心变化

Tab.4 Changes of gravity center of urban construction land

城市	时段	经度变化/(°)	纬度变化/(°)	变化方向	迁移距离/m	β与正东方向夹角/(°)
哈尔滨	2000─2005年	-0.011 0	0.011 4	西北	1 528.21	124.46
	2005─2010年	-0.005 0	0.000 5	西北	391.90	170.46
	2010─2015年	-0.003 0	-0.003 1	西南	415.93	233.07
大庆	2000─2005年	-0.031 0	-0.669 9	西南	4 527.90	239.71
	2005─2010年	0.006 0	-0.034 7	东南	465.30	352.20
	2010─2015年	-0.010 0	-0.000 7	西南	3 889.92	259.92
齐齐哈尔	2000─2005年	0.008 0	0.001 8	东北	635.87	18.38
	2005─2010年	0.016 0	0.005 2	东北	1 338.37	25.91
	2010─2015年	-0.012 0	-0.016 2	西南	2 016.08	243.71

综合分析图5与表4的结果表明,哈尔滨市在2000─2015年间城市建设用地重心依次向西北—西北—西南移动,移动距离和移动角度分别为1 528.21 m(124.46°)、391.90 m(170.46°)以及415.93 m(233.07°),其中2000—2010年间城市重心向市政府方向移动,2010—2015年间向市政府方向移动迹象减弱,说明未来哈尔滨市西南(平房区)和西北(松北区)将成为城市扩张的热点区。大庆2000─2015年间城市建设用地重心分别朝西南—东南—西南方向移动,逐渐偏离市政府的空间位置,移动距离和移动角度分别为4 527.90 m(239.71°)、465.30 m(352.20°)和3 889.92m(259.92°),表明未来大庆市西南方向的红岗区和大同区将成为城市扩张的热点区。齐齐哈尔市2000─2015年间城市建设用地重心移动轨迹为东北—东北—西南移动,移动距离和移动角度(与正东方向夹角)分别为635.87 m(18.38°)、1 338.37 m(25.91°)和2 016.08 m(243.71°),2000—2010年间城市重心向靠近市政府的位置移动,2010—2015年间城市重心向偏离市政府的位置移动,说明市政府周围开发短期之内达到饱和状态,未来齐齐哈尔市的西南将成为城市扩张的热点区。

3 结论与建议

1)从扩张强度、扩张速度、紧凑度和分维指数来看,2000─2015年间哈、大、齐的城市扩张快慢交替,其中大庆市波动最大,齐齐哈尔和哈尔滨市波动相对较小; 2000─2015年间城市紧凑度不断下降,2000年最紧凑的是大庆市,2015年最紧凑的为齐齐哈尔市; 2000─2010年间城市扩张形态简单,城市分维指数小于1.5; 2010─2015年间各城市存扩张模式趋于多元化,城市边缘不规则,形态复杂。

2)从弹性增长系数和变异系数来看,在2000─2015年间城市建设用地快速扩张态势中,齐齐哈尔城市用地-人口蔓延最为突出,大庆市次之,哈尔滨市最弱; 2000─2015年间哈、大、齐城市整体投资效益不高,其中大庆市建设用地的土地利用效益最低; 2000─2015年间大庆年均扩张变化率显示较大波动的迹象,齐齐哈尔和哈尔滨市则相对稳定。

3)2000─2015年间哈尔滨市建设用地呈现出“北跃南拓、东优西扩”发展格局; 大庆市则呈现出斜“T”形扩张格局; 齐齐哈尔市呈现出一个斜“上”字扩张态势。

4)城市重心向市政府空间位置方向移动,2010年后,这种移动减弱,甚至反向移动。2000─2015年间哈尔滨市重心沿西北—西北—西南移动,西北(松北区)和西南(平房区)将成为城市扩张的热点区; 大庆市重心朝西南—东南—西南方向移动,西南方向的红岗区和大同区是城市扩张的热点区; 齐齐哈尔市建设用地重心向东北—东北—西南移动,西南方向为扩张的热点区。

需要说明的是,虽然本文通过多指标的方法研究了哈、大、齐城市建设用地的扩张特征,并取得了阶段性结论与认识,但随着工业化与城镇化不断推进,各城市扩张受到多种因素共同作用,无论是测度方法还是基础数据仍有很大的挖掘和研究潜力; 城市扩张的测度方法除本文采用的方法外,还有优势度指数、景观扩张指数等方法^[27]; 基础数据除Landsat数据外,还有城市面板数据、夜间灯光数据等,可供进一步提高城市边界的提取精度。因此,仅靠增长弹性系数和变异系数对建设用地在时间序列上的扩张进行评价是不够的,且目前对建设用地空间扩张布局的自相关性还缺少研究,对城市扩张的时空耦合也有待进一步研究。

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为了选择适合中国城市蔓延治理的策略，该文以具有中国特色的城市蔓延特征（失衡的“三条线”）为研究切入点，按照“文献评述—理论分析—策略选择”的逻辑主线，就城市蔓延治理的“基础、前提和关键”等内容进行分析。结果表明：与国外城市蔓延过程大都烙着“市场”印记、更多关注城市质量提高和生态环境变化不同，中国城市蔓延大都体现“市长”意愿、更为关注城市功能提升和粮食安全影响；与国外城市福利性和亏损性蔓延不同，中国城市蔓延区分为牺牲性和损耗性两类，就中国现实国情和发展阶段而言，损耗性蔓延是当前城市治理首先要重点避免的类型；就治理策略选择而言，国内外实践经验有着共同特征：强调空间管理，即通过扩展边界划定和关键资源保护来调控城市蔓延态势，与国外不同的是，中国城市空间扩展存在理想、适度和极限3个边界，而将城市蔓延控制在适度边界内成为中国当前较为理性和现实的选择。

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We performed a bibliometric analysis of published urbanization research from 1991 to 2009, based on SCI and SSCI database. Our analysis reveals scientific outputs, subject categories and major journals, international collaboration and geographic distribution, and temporal trends in keywords usage in urbanization studies and discusses the relationships between urbanization papers and urbanization rate and offer a substitute demonstration of research advancements, which may be considered as a potential guide for future research. The growth of article outputs has exploded since 1991, along with an increasing collaboration index, references and citations. Environmental sciences, ecology, environmental studies, geography and urban studies were most frequently used subject categories and Landscape and Urban Planning was the most productive journal in urbanization studies. The United States was the largest contributor in global urbanization research, as the USA produced the most independent and collaborative papers. The geographic distribution of urbanization articles overlapped quite well with regions with high economic growth in North America, Europe, and Pacific-Asia. A keywords analysis found the USA and China were otspots , confirmed land-use's significant position and revealed keen interest in ecological and environmental issues in urbanization studies. In general, urbanization research was strongly correlated with the urbanization rate although there were different patterns and underlying processes across different countries. This is the first study to quantify global research trends in urbanization. Our study reveals patterns in scientific outputs and academic collaborations and serves as an alternative way of revealing global research trends in urbanization.

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DOI:10.7702/dlydlxxkx20130612 URL [本文引用: 1]

为掌握建设用地扩张的研究进展,该文采用概括和比较分析的手段,从多视角对建设用地扩张研究进行梳理和概括.研究尺度包括时间尺度和空间尺度;研究内容主要是建设用地扩张的时空特征、影响因素与驱动机制、多重效应、模拟预测及扩张管控;研究方法主要有基于遥感技术的数据获取手段、基于GIS的空间分析和计量手段、基于GIS的系统模拟方法和手段、统计分析和计量经济分析手段.最后对未来的研究进行了展望:在研究尺度上要更多的关注县域、乡镇、社区或村庄、具体建筑单元等微观尺度的建设用地扩张及其时空尺度上的耦合关联分析,同时加强对基层政府、农户、企业等微观用地主体的扩张行为研究.在研究内容上,要加强对区域内全部建设用地类型的统筹关注及其相互作用的分析,加强对扩张管控策略的研究,加强对多视角下的建设用地相关研究整合.在研究方法上,加强对扩张时空过程研究的数据集建设、模型体系建设,最终形成一个基于不同时空尺度的建设用地扩张时空过程研究方法论框架.

Lyu

, Huang X

Research progress and prospect of construction land expansion

[J]. Geography and Geo-Information Science, 2013,29(6):51-58.

[8]

满卫东, 王宗明, 刘明月 , 等.

1990─2013年东北地区耕地时空变化遥感分析

[J]. 农业工程学报, 2016,32(7):1-10.

为揭示1990－2013年东北地区耕地变化规律，以Landsat TM/ETM+/OLI遥感影像为数据源，采用面向对象与目视解译相结合的分类方法，提取东北地区1990年、2000年和2013年耕地信息，辅以气候、地形、社会经济等数据，分析耕地时空变化特征及其驱动因素。结果表明：面向对象分类与目视解译相结合的方法能够快速、准确地完成耕地空间分布信息提取，总体分类精度达93%以上；2013年东北地区现有耕地4.17×105 km2，占东北地区土地总面积的33.51%，其中旱田比例为86.24%；1990－2013年耕地总量增加，2000－2013年比1990－2000年耕地增加速度减小，空间上，耕地呈现南减北增的趋势，新增耕地重心逐渐北移，建设用地侵占耕地速度加快，以省会城市为中心，向东北部蔓延；对湿地、林地、草地开垦减弱，对裸地和海面的农业开发增强，退耕还湿、还草、还林效果明显，耕地变化活跃区处于年降水量在500～700 mm、年均气温在2～4℃、坡度小于3°、高程小于200 m的地理环境中；旱田改为水田规模扩大，旱田质心变化不显著，水田质心向东北移207.41 km。23 a间，虽然气候变化对东北地区耕地变化有一定影响，但政策调控、经济发展、科技进步、人口增长、城市扩张等人文因素仍然是耕地变化和时空分异特征的主要驱动因素。农业发展转型、提高单位面积产量和劳动生产效率，将是未来东北地区耕地发展的必由之路。

Man W

, Wang Z

, Liu M

, et al.

Spatio-temporal dynamics analysis of cropland in Northeast China during 1990─2013 based on remote sensing

[J]. Transactions of the CSAE, 2016,32(7):1-10.

[9]

傅鸿源, 陈煜红 .

城市建设用地利用结构优化SD-MOP整合模型研究

[J]. 土木工程学报, 2011,44(4):129-135.

Fu H

, Chen Y

Investigation on urban construction land use with a new structure optimization model-SD-MOP integrated model

[J]. China Civil Engineering Journal, 2011,44(4):129-135.

[10]

闫梅, 黄金川 .

国内外城市空间扩展研究评析

[J]. 地理科学进展, 2013,32(7):1039-1050.

DOI:10.11820/dlkxjz.2013.07.007 URL Magsci [本文引用: 2]

城市空间扩展是城市化过程的重要标志, 而城市土地利用变化又是城市空间扩展最为直接的表现形式。随着全球城市化的推进, 城市空间扩展已成为国内外城市发展研究中的热点领域。国外城市空间扩展研究发端于20 世纪60 年代的计量地理革命, 中国城市空间扩展的研究自80 年代中期开始;2000 年以来, 伴随中国城市化的快速发展, 城市空间扩展问题日益突出, 城市空间扩展研究逐渐成为热点, 有关研究成果更是大量涌现。本文根据国内外城市空间扩展研究内容的变化, 运用文献资料法和对比分析法, 从扩展形态、扩展模式、动力机制、模拟预测、效应与调控5 个方面对城市空间扩展研究进行了系统总结与梳理。在国外与国内比较研究与综合分类基础上, 重点评析现阶段国内相关研究的特点和不足, 并对中国未来城市空间扩展的研究趋势进行了展望。

Yan

, Huang J

Review on the research of urban spatial expansion

[J]. Progress in Geography, 2013,32(7):1039-1050.

[11]

张利, 雷军, 李雪梅 , 等.

1997-2007年中国城市用地扩张特征及其影响因素分析

[J]. 地理科学进展, 2011,30(5):607-614.

DOI:10.11820/dlkxjz.2011.05.013 URL Magsci [本文引用: 1]

本文选取中国222 个地级及地级以上城市为样本,以市辖区建成区面积表征城市用地规模,利用位序-规模法则和分形理论分析1997-2007 年中国城市用地扩张整体趋势,并通过计算城市用地扩张幅度指数(UEI ),分析中国不同用地规模、不同区域和不同省份之间的城市用地扩张差异。结果表明：①中国城市用地规模总量不断增加,城市之间的用地规模差距在拉大,整体均衡度在下降；②城市用地规模越大,扩张的速度越快,整体扩张速度呈现特大城市>大城市>中等城市>小城市的态势；③从区域层面看,东部城市的整体扩张速度最快,西部次之,中部最慢,城市用地扩张有着明显的区域差异性；④从省域层面看,城市用地扩张速度较快的主要为直辖市和广东、江苏、浙江、福建等东部沿海省份的城市。最后,本文从自然条件、行政区划调整、经济发展和人口增长等方面探讨了各影响因素对城市用地扩张的作用机制。

Zhang

, Lei

, Li X

, et al.

The features and influencing factors of urban expansion in China during 1997-2007

[J]. Progress in Geography, 2011,30(5):607-614.

[12]

焦利民, 吴苏 .

利用自组织网络分析1990—2010年中国主要城市扩展特征

[J]. 武汉大学学报(信息科学版), 2014,39(12):1435-1440,1471.

DOI:10.13203/j.whugis20130360 URL Magsci [本文引用: 1]

以我国27个主要城市为研究样木，采用遥感数据和统计数据获取1990-2010年间的城市扩展和社会经济信息，从城市扩张速度、集约度和空间形态三方面选取城市扩展特征指标，基于自组织网络可视化工具分析上述指标的数值分布和变化规律。自组织网络成分平面图对比分析表明，我国主要大城市在1990-2010年间经历了快速低密度扩张的过程。2010年城市建设用地面积平均扩张为1990年的3. 81倍，而城市建设用地人II密度则平均每年下降3%-4%。与1990-2000年相比较，2000-2010年城市扩张速度更快，人口密度下降更多，低密度扩张特征更为明显，但是扩张最快的城市由一线城市变为二、三线城市。

Jiao L

, Wu

Analyzing the characteristics of the expansion of the metropolises in China from 1990 to 2010 using self-organizing neural network

[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2014,39(12):1435-1440,1471.

[13]

刘纪远, 刘文超, 匡文慧 , 等.

基于主体功能区规划的中国城乡建设用地扩张时空特征遥感分析

[J]. 地理学报, 2016,71(3):355-369.

Liu J

, Liu W

, Kuang W

, et al.

Remote sensing-based analysis of the spatiotemporal characteristics of built-up area across China based on the plan for major function-oriented zones

[J]. Acta Geographica Sinica, 2016,71(3):355-369.

[14]

叶昌东, 周春山 .

中国特大城市空间形态演变研究

[J]. 地理与地理信息科学, 2013,29(3):70-75.

Ye C

, Zhou C

Urban morphology evolution of Chinese metropolitans

[J]. Geography and Geo-Information Science, 2013,29(3):70-75.

[15]

黄永斌, 董锁成, 白永平 , 等.

中国地级以上城市紧凑度时空演变特征研究

[J]. 地理科学, 2014,34(5):531-538.

紧凑城市以提高城市效率为目的，体现在空间结构、社会经济和生态环境3 方面。以土地利用紧凑、经济紧凑、人口紧凑、基础设施紧凑、公共服务紧凑和生态环境协同6 个维度构建紧凑度综合指标体系，测算2001、2005 和2009 年中国280 个地级以上城市的紧凑度，探讨中国城市紧凑度的时空演变特征。研究发现：① 在全国尺度上，中国城市紧凑度整体高降低升，中低紧凑度城市逐渐增多，城市之间的差距不断减小，表现出日益明显的纺锤状特征。② 在区域尺度上，紧凑度空间异质性显著，呈东高西低的特征，其中东部地区高紧凑度城市呈团块状分布于京津冀、长江三角洲和珠江三角洲地区；东北和中西部地区低值连绵分布，高值呈斑块状。但从变化趋势来看，东部地区紧凑度逐渐下降，中西部地区则慢慢提升。③ 城市紧凑度存在明显的规模等级递增效应，超大城市高于大中城市，小城市紧凑度最低。

Huang Y

, Dong S

, Bai Y

, et al.

Spatio-temporal evolvement of urban compactness in China

[J]. Scientia Geographica Sinica, 2014,34(5):531-538.

[16]

舒帮荣, 李永乐, 曲艺 , 等.

不同职能城市建设用地扩张及其驱动力研究——基于中国137个地级以上城市的考察

[J]. 南京农业大学学报(社会科学版), 2014,14(2):86-92.

Shu B

, Li Y

, Qu

, et al.

Urban land expansion and its driving forces in different functional cities:An empirical analysis based on 137 cities in China

[J]. Journal of Nanjing Agricultural University(Social Sciences Edition), 2014,14(2):86-92.

[17]

蒋金亮, 周亮, 吴文佳 , 等.

长江沿岸中心城市土地扩张时空演化特征——以宁汉渝3市为例

[J]. 长江流域资源与环境, 2015,24(9):1528-1536.

DOI:10.11870/cjlyzyyhj201509013 Magsci [本文引用: 1]

基于国家新型城镇化与"T"字型发展战略理论内涵,选取长江沿岸上、中、下游中心城市重庆、武汉和南京为实证研究对象,以1980、1990、2000、2010年4期遥感影像资料为基础数据源,通过RS、GIS和景观生态结合分析,分别对其城市扩张强度、城市扩张类型和城市建设用地扩张弹性进行对比分析,并采用景观指数进行了进一步分析和验证,从而系统分析了近30 a来3个城市建设用地扩张的时空特征与内在机理。结果表明:(1)30 a来,南京、武汉和重庆3市城市扩张强度均呈明显上升趋势,总体呈现南京市>武汉市>重庆市,但2000年是一个分水岭,之后重庆市城市扩张增速赶超武汉市,南京市反而增速最低;(2)对城市扩张类型分析表明,南京市始终以边缘式增长为主;武汉市在2000年之前以飞地式扩张主导,2000年之后呈现边缘式增长;重庆市以边缘式增长为主,但2000年之后飞地式增长迅速;(3)从城市建设用地扩张弹性分析表明,1980~2010年南京市土地扩张相比城市人口开始减缓,而武汉市和重庆市在2000年以后城市扩张速度远远超过城市人口增长速度;(4)景观指数验证分析结果显示,遥感分析、地理信息分析和景观生态分析的结合能够很好反映城市建设用地的扩张过程及演化特征。

Jiang J

, Zhou

, Wu W

, et al.

A comparative study on spatiotemporal characteristics of urban expansion for the central cities along the Yangtze River:A case study of Nanjing,Wuhan and Chongqing

[J]. Resources and Environment in the Yangtze Basin, 2015,24(9):1528-1536.

[18]

施利锋, 张增祥, 刘芳 , 等.

1973-2013年经济特区城市空间扩展遥感监测

[J]. 遥感学报, 2015,19(6):1030-1039.

[本文引用: 3]

Shi L

, Zhang Z

, Liu

, et al.

Spatial expansion remote sensing monitoring of special economic zones from 1973 to 2013

[J]. Journal of Remote Sensing, 2015,19(6):1030-1039.

[本文引用: 3]

[19]

曹银贵, 周伟, 乔陆印 , 等.

中国东部地区城市建设用地变化与利用效益分析

[J]. 地理科学进展, 2012,31(7):869-877.

DOI:10.11820/dlkxjz.2012.07.005 Magsci [本文引用: 1]

此次研究以中国东部地区87 个城市的建设用地为研究对象, 分析2000-2008 年城市建设用地变化的规律及变化的原因, 并对城市建设用地开展利用效益分类与判定研究。在研究的过程中, 主要应用了聚类分析法和判别分析法, 并利用ArcGIS 9.2, 将建设用地变化情况及影响因子空间化。研究结果表明:①城市建设用地总量增长非常大, 增长速度非常快;②城市建设用地的增长速度呈降低的趋势, 不同阶段差异明显;③城市建设用地变化在省域和区域经济圈内差异明显;④城市建设用地与国内生产总值和固定资产投资的相关性最高, 经济投入的增加与人口的增长推动了东部地区城市建设用地的变化;⑤将城市建设用地利用效益分为5 类, 并且第3 类城市的总数为488 个, 占到样本总体的62.32%, 地均建设用地第二产值对聚类结果的影响最大;⑥对5 类城市建设用地效益进行了判别, 确定了各类别的判别式, 并达到检验的要求。

Cao Y

, Zhou

, Qiao L

, et al.

Research on urban construction land changes and using benefit in eastern China

[J]. Progress in Geography, 2012,31(7):869-877.

DOI:10.3321/j.issn:0375-5444.2007.04.010 URL [本文引用: 1]

[20]

李加林, 许继琴, 李伟芳 , 等.

长江三角洲地区城市用地增长的时空特征分析

[J]. 地理学报, 2007,62(4):437-447.

以LandsatMSS、TM、ETM卫星影像为主要数据源,利用遥感和GIS手段,提取了长江三角洲地区5个时相(1979年、1990年、1995年、2000年、2005年)城市用地信息,分析了城市用地扩展速度、扩展强度、空间结构的变化特征,进而探讨了长江三角洲1979年以来的城市空间生长过程。结果表明:①1979年以来,长江三角洲城市用地增长呈明显的加快趋势,城市用地总体扩展强度也表现为不断提高。不同行政等级城市用地的扩展强度表现为直辖市地级市副省级市县(县级市)。②长江三角洲城市用地空间结构的分维和稳定性特征具有一定的波动性。城市用地的空间结构特征与城市用地增长过程和发展阶段具有一定的联系。③

Li J

, Xu J

, Li W

, et al.

Spatio-temporal characteristics of urbanization area growth in the Yangtze River Delta

[J]. Acta Geographica Sinica, 2007,62(4):437-447.

[21]

牟凤云, 张增祥, 迟耀斌 , 等.

基于多源遥感数据的北京市1973—2005年间城市建成区的动态监测与驱动力分析

[J]. 遥感学报, 2007,11(2):257-268.

DOI:10.11834/jrs.20070236 Magsci [本文引用: 2]

城市地域空间扩展情况是衡量城市化水平的重要测度指标。利用陆地卫星MSS影像、TM（或ETM＋）影像、灾害监测星座数据和“北京一号”小卫星数据,对1973―2005年北京市建成区的扩展过程、面积变化和土地利用影响进行了监测分析。结果表明：32年间,北京市建成区面积净增加超过1000km2,2005年达到1209.97km2,相当于1973年的6.58倍,年均扩展32.07km2。北京市建成区的扩展基本上呈现出以旧城区为中心向四周扩展的方式,并未在某一方向表现出特别明显的变化,但在不同时期内的扩展速度差异非常明显。北京市建成区的扩展面积中,54.34%来自于农村居民点和独立工矿用地及其他建设用地,43.57%来自于水田、旱地等耕地。人口增长对北京市建成区的扩展有显著的刺激作用;经济增长是城市变化的主要动力之一;交通的发展促进了城市用地的扩展,是城市扩展的牵引力,对城市空间扩展具有指向性作用;而政策与制度因素则在很大程度上决定了北京市发展和扩张的宏观格局。

Mu F

, Zhang Z

, Chi Y

, et al.

Dynamic monitoring of built-up area in Beijing during 1973-2005 based on multi-original remote sensed images

[J]. Journal of Remote Sensing, 2007,11(2):257-268.

DOI:10.3969/j.issn.1674-2338.2015.05.017 URL [本文引用: 1]

[22]

丛晓男, 刘治彦 .

基于GIS与RS的北京城市空间增长及其形态演变分析

[J]. 杭州师范大学学报(社会科学版), 2015,37(5):122-130.

利用遥感影像监督分类技术,分析了1991-2011年间北京市建成区空间增长态势及其形态演化。研究发现：1.建成区面积增长远快于常住人口增长,呈现空间蔓延态势,以城区边缘增长、沿交通廊道增长和开发区增长为主;2.空间形态上出现了外围轮廓紧凑度下降、最大斑块指数上升和建成区景观分离度下降的演化趋势,不利于北京多中心城市的形成和发育。上述问题可从土地利用模式、城市空间布局、交通优化等方面提出应对策略。

Cong X

, Liu Z

An analysis on the spatial growth and structure evolution of Beijing——based on GIS and RS

[J]. Journal of Hangzhou Normal University(Humanities and Social Science), 2015,37(5):122-130.

DOI:10.3321/j.issn:0375-5444.2005.04.011 URL [本文引用: 1]

[23]

苏建忠, 魏清泉, 郭恒亮 .

广州市的蔓延机理与调控

[J]. 地理学报, 2005,60(4):626-636.

城市蔓延给城市的合理发展带来多方面的危害。广州市自20世纪80年代以来,城市蔓延日趋严重。大型项目的建设、城市机动化与快速交通的发展、外围地区房地产的发展以及行政区划的调整等多种因素,都不同程度地导致了广州的城市蔓延。广州现行的城市发展政策与空间策略并不能很好地起到控制城市蔓延的作用。要遏制城市的继续蔓延,需要运用精明增长的理念,注重提高增长的质量,尽快制定明确的城市增长边界,严格控制外围郊区大型房地产的发展,并防止城市的过度机动化。

Su J

, Wei Q

, Guo H

The mechanism and adjustment of urban sprawl of Guangzhou

[J]. Acta Geographica Sinica, 2005,60(4):626-636.

[24]

孙雁, 刘志强, 王秋兵 , 等.

百年沈阳城市土地利用空间扩展及其驱动力分析

[J]. 资源科学, 2011,33(11):2022-2029.

在GIS技术支持下,综合集成多时期、多来源、多尺度城市土地利用数据,通过面向对象信息提取方法,建立百年来沈阳城市土地利用空间扩展数据库。在此基础上,利用城市土地利用扩展速度模型、土地利用动态度模型和空间分析方法,研究百年来沈阳城市土地利用空间扩展的幅度、速度、强度和形态等演变特征。结果表明：不同时间段内沈阳城市土地利用扩展的速度和方向不均衡。1996年-2010年城区扩展最为迅速,为年均扩展15.61km2,1910年-1931年城区扩展最慢,为年均扩展0.88km2；建国以前沈阳城市空间主要向东西扩展,城区形态呈东西带状,建国后尤其是改革开放以来,城区以“跳跃式”扩展模式向南、向北扩展,城区形态呈掌状,有饼状发展的趋势。另外,从社会变迁视角,并运用因子分析方法定量分析其驱动力因素,结果表明：社会制度变迁、经济发展、产业结构调整和人口增长因素是影响沈阳城市土地利用空间扩展主要动因。

Sun

, Liu Z

, Wang Q

, et al.

Spatial expansion of urban land use and its driving forces in Shenyang City over the past century

[J]. Resources Science, 2011,33(11):2022-2029.

[25]

吕晓, 黄贤金, 钟太洋 , 等.

建设用地扩张过程的时间均衡态势分析

[J]. 农业工程学报, 2013,29(15):236-243.

DOI:10.3969/j.issn.1002-6819.2013.15.029 URL Magsci [本文引用: 1]

为科学认识和合理评价建设用地扩张过程，分析经济增长与建设用地扩张之间的相互关系，该文探讨性提出了建设用地扩张的时间均衡概念，集成基于IPAT方程的脱钩分析方法和变异系数构建了建设用地扩张的时间均衡指数，并以江苏通州为例，对其1986－2008年期间的建设用地扩张过程进行了分析。结果表明，无论在年度尺度上，还是放宽到4 a时间尺度，通州建设用地扩张与GDP增长始终处于弱脱钩状态，协调性指数C1和C4均变化较大，说明协调关系仍不稳定；时间均衡指数E则呈现出了先是快速下降，而后略有提高的态势，表明就扩张速度自身变异程度及其与经济发展速度的协调性关系视角来看，通州建设用地扩张的时间均衡态势不容乐观。该模型能较好地刻画区域建设用地扩张与经济增长的耦合变化历程，可为科学认识和理解建设用地扩张过程提供思路。

Lyu

, Huang X

, Zhong T

, et al.

Temporal equilibrium analysis on process of construction land expansion

[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2013,29(15):236-243.

[26]

周翔, 陈亮, 象伟宁 .

苏锡常地区建设用地扩张过程的定量分析

[J]. 应用生态学报, 2014,25(5):1422-1430.

基于遥感影像与社会经济统计数据，本文综合运用3S空间分析技术、景观扩张指数与多元逐步回归模型，分析了1990—2010年苏锡常地区建设用地扩张的时空特征、空间模式及社会经济驱动力.结果表明：研究区建设用地面积经历了快速增长缓慢增长加速增长的变化轨迹，这与不同时期国家宏观政策的重大调整紧密相关；研究期间，建设用地面积增长2218.9 km2，主要源于对水田、旱田、水库坑塘等生态用地的占用；1990—1995年，区域建设用地主要以填充式、边缘式进行扩张；1995—2000年，填充式、边缘式受到政策限制，飞地式成为建设用地扩张的主要途径；2000年以后，飞地式扩张大幅锐减，填充式扩张显著增强，建设用地空间形态逐渐趋向紧凑；区域经济高速增长是驱动建设用地扩张的主导因素，城镇人口的激增也加速了建设用地的扩张.未来区域的经济社会发展规划，应重视提高土地集约利用水平、加强土地管理体制创新并推行紧凑的城市发展模式.

Zhou

, Chen

, Xiang W

Quantitative analysis of the built-up area expansion in Su-Xi-Chang region,China

[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2014,25(5):1422-1430.

[27]

易凤佳, 李仁东, 常变蓉 , 等.

长株潭地区建设用地扩张遥感时空特征分析

[J]. 国土资源遥感, 2015,27(2):160-166.doi: 10.6046/gtzyyg.2015.02.25.

URL Magsci [本文引用: 1]

利用遥感、GIS一体化技术,获取长沙、株洲、湘潭3市(长株潭地区)2000年、2005年和2010年3期陆地卫星图像,提取建设用地扩张及其空间分布信息。运用扩张速度指数和强度指数分别对2000—2010年间10 a变化以及2005年为界的前后两个5 a区域建设用地时序特征进行分析; 利用优势度指数分析了区域建设用地扩张的空间趋向性。结果表明: 长株潭地区建设用地在不同时期都处于增长的趋势,其中前5 a建设用地扩张速度和强度都要明显高于后5 a。2000—2010年间建设用地面积增加约3.94万hm2,前后2个时期的扩张面积分别占增加总量的57.30%和42.70%。对长株潭地区建设用地扩张进行时空特征分析,认为建设用地扩张引起区域内耕地和林地在数量和空间格局上的变化,城区周围9~12 km范围内耕地极易转入建设用地; 2个时期河流附近耕地流入建设用地随距离变化而呈现不同特征; 前5 a城区周围林地转入建设用地强度大,距离交通用地3 km附近的林地易转入建设用地。

Yi F

, Li R

, Chang B

, et al.

Spatial-temporal features of construction land expansion in Changzhutan (Changsha-Zhuzhou-Xiangtan) area based on remote sensing

[J]. Remote Sensing for Land and Resources, 2015,27(2):160-166.doi: 10.6046/gtzyyg.2015.02.25.