李凱

摘 要：根據1980年、1995年、2010年3期的TM遙感影像的土地利用分類結果，選取水域、建成區(qū)、鐵路、公路、河涌5個自然社會經濟要素作為影響因子，選取人口作為主要的驅動因子，利用土地轉化模型（LTM）對番禺城市空間擴展進行模擬預測。結果表明，到2020年，番禺城鎮(zhèn)用地面積將凈增長94.71km2，所占比例將達到37%，城市擴展的方向主要集中在番禺北部。

關鍵詞：土地利用、城市擴展、土地轉化模型（LTM）

伴隨中國城鎮(zhèn)化進程、城市擴展的迅速發(fā)展，土地利用變化劇烈，由此造成的影響也日益顯著。城市空間擴展已經成為土地利用變化最重要的類型之一，并逐步成為土地利用變化的主導特征[1-4]。本文以1980、1995和2010年三期的遙感解譯數(shù)據為基礎，選取土地利用變化的主要驅動因子，作為土地利用轉化模型（LTM）的輸入條件，對番禺的城市空間擴展進行模擬和預測，以期為揭示番禺近30年來的城市擴展狀況和有效保護土地資源提供參考依據。

1. 研究資料和方法

1.1 研究區(qū)概況

番禺全境位于珠江三角洲中部河網地帶，境內地勢平坦，由北、西北向東南傾斜，市橋至蓮花山公路以北為市橋臺地，以南為沖積平原。番禺地處北回歸線以南，屬南亞熱帶海洋性季風氣候，多年平均年降水量為1684.5mm，降水量年內分配極不均勻。本文以番禺2010年最新行政區(qū)域為界，采用1980年、1995年、2010年3期土地利用數(shù)據作為基礎數(shù)據。番禺土地總面積約786km2，2010年常住人口188.51萬人，其中城鎮(zhèn)人口142.75萬人。自20世紀80年代以來，番禺社會經濟發(fā)展迅速，人口劇增，城市發(fā)展迅速。

1.2 研究方法

土地轉化模型（Land Transformation Model，LTM）是基于GIS平臺并結合人工神經網絡ANN技術的模型，通過選取影響因子，并分析其對城市擴展可能存在的影響，從而對城市擴展的空間分布進行預測。LTM模型主要分為4個部分[5] ： ①選取影響城市擴展的自然、社會經濟等因子，使用GIS技術對其進行重編碼和采樣等預處理。②運用距離分析等空間分析方法對影響因子進行分析，將分析結果柵格化之后作為建立神經網絡的輸入條件。③采用人工神經網絡ANN方法對選取的因子進行分析預測，得到表示土地類型轉化在空間上的可能性分布柵格圖。④使用PID法（Principle Index Driver，PID）對模型進行驅動，預測研究區(qū)域的城市擴展空間分布。

2. 結果分析

本文選取水域、建成區(qū)、鐵路、公路、河涌5個自然社會經濟要素作為番禺城市空間擴展的影響因子。選取城鎮(zhèn)用地和水域作為限制因子，原則上這些地方不會轉變?yōu)樾碌某擎?zhèn)用地。由于人口增加和經濟發(fā)展是城市擴展的主要社會經濟驅動因素，尤其是人口。因此本文選擇人口為主驅動因子，通過人口變化與占用城市土地的數(shù)量關系來預測城市擴展的規(guī)模。

將番禺基期和末期土地利用數(shù)據、城市擴展影響因子距離圖和限制因子數(shù)據輸入LTM模型，分別進行1980-1995年和1995-2010年兩個時期番禺城市空間擴展網絡訓練，訓練次數(shù)均為250000次。網絡訓練結束之后把所需數(shù)據輸入到學習完成的神經網絡，以獲得這兩個時期番禺城市空間擴展的模擬結果。

1980-2010年間，轉化為城鎮(zhèn)用地的土地柵格數(shù)量為16537個，而根據統(tǒng)計數(shù)據，該時期番禺的城鎮(zhèn)人口由26.64萬人增加到142.75萬。用PDI法得到城鎮(zhèn)空間擴展與人口增長之間的關系為71人/柵格。而根據規(guī)劃，2020年番禺城鎮(zhèn)人口預測將達到210萬，由此預測2020年番禺城鎮(zhèn)空間擴展柵格數(shù)為9471個，因數(shù)據處理過程中模型運行需要的所有柵格數(shù)據均采用100m的分辨率，故城鎮(zhèn)用地面積將凈增長94.71km2。利用LTM模型由大到小選取最可能發(fā)展為城鎮(zhèn)用地的相應柵格，運用GIS的空間分析功能確定其位置，從而獲得2020年番禺城市擴展在空間上的分布格局（圖1）。2010-2020年番禺城市擴展的方向主要集中在番禺北部（沙灣水道以北），這與廣州市的“南拓”戰(zhàn)略密切相關，廣州南站、亞運城和大學城等紛紛落戶番禺北部，帶來了新的發(fā)展機遇。番禺南部仍以農業(yè)用地為主，人口密度和經濟發(fā)展水平相對更低。

（a）2010年

（b）2020年

圖1 2010年番禺城鎮(zhèn)用地分布圖和2020年城市擴展空間分布預測圖

3. 結論與討論

城市空間擴展受到自然、經濟、政策等多種因素的影響，是一個復雜的、非線性的系統(tǒng)，很難用一般的數(shù)學方法來定量描述其內部規(guī)律。本文基于GIS 強大的空間分析能力、遙感數(shù)據的客觀性以及ANN獨特的非線性信息處理能力開展對番禺城市空間擴展的模擬和預測。LTM模型模擬預測結果表明，到2020年，番禺城鎮(zhèn)用地面積將凈增長94.71km2，所占比例將達到37%。城市擴展的方向主要集中在番禺北部（沙灣水道以北），這與廣州市的“南拓”戰(zhàn)略密切相關。番禺城鎮(zhèn)化進展迅速，在今后的土地規(guī)劃中，應注意優(yōu)化土地利用方式，合理布局，在充分發(fā)揮土地資源價值的同時，有效保護土地資源。

參考文獻：

[1]Geist H J，Lambin E F.What Drives Tropical Deforestation？[R].Belgium： LUCC International Project Office，2001.

[2]Walker R T.Land use Transition and Deforestation in Developing countries[J].Geographical Analysis，1997， 19（1）：18-30.

[3]陳佑啟，楊鵬.國際上土地利用/土地覆蓋變化研究的新進展[J].經濟地理，2001，21（1）：95-100.

[4]史培軍，宮鵬，李曉兵，等.土地利用/覆蓋變化研究的方法與實踐[M].北京：科學出版社，2000.

[5]徐新良，閔稀碧，田展.基于GIS與LTM模型的上海市城市擴展模擬與預測[J].中國人口.資源與環(huán)境，2010，20（5）：136-139.endprint

摘 要：根據1980年、1995年、2010年3期的TM遙感影像的土地利用分類結果，選取水域、建成區(qū)、鐵路、公路、河涌5個自然社會經濟要素作為影響因子，選取人口作為主要的驅動因子，利用土地轉化模型（LTM）對番禺城市空間擴展進行模擬預測。結果表明，到2020年，番禺城鎮(zhèn)用地面積將凈增長94.71km2，所占比例將達到37%，城市擴展的方向主要集中在番禺北部。

關鍵詞：土地利用、城市擴展、土地轉化模型（LTM）

伴隨中國城鎮(zhèn)化進程、城市擴展的迅速發(fā)展，土地利用變化劇烈，由此造成的影響也日益顯著。城市空間擴展已經成為土地利用變化最重要的類型之一，并逐步成為土地利用變化的主導特征[1-4]。本文以1980、1995和2010年三期的遙感解譯數(shù)據為基礎，選取土地利用變化的主要驅動因子，作為土地利用轉化模型（LTM）的輸入條件，對番禺的城市空間擴展進行模擬和預測，以期為揭示番禺近30年來的城市擴展狀況和有效保護土地資源提供參考依據。

1. 研究資料和方法

1.1 研究區(qū)概況

番禺全境位于珠江三角洲中部河網地帶，境內地勢平坦，由北、西北向東南傾斜，市橋至蓮花山公路以北為市橋臺地，以南為沖積平原。番禺地處北回歸線以南，屬南亞熱帶海洋性季風氣候，多年平均年降水量為1684.5mm，降水量年內分配極不均勻。本文以番禺2010年最新行政區(qū)域為界，采用1980年、1995年、2010年3期土地利用數(shù)據作為基礎數(shù)據。番禺土地總面積約786km2，2010年常住人口188.51萬人，其中城鎮(zhèn)人口142.75萬人。自20世紀80年代以來，番禺社會經濟發(fā)展迅速，人口劇增，城市發(fā)展迅速。

1.2 研究方法

土地轉化模型（Land Transformation Model，LTM）是基于GIS平臺并結合人工神經網絡ANN技術的模型，通過選取影響因子，并分析其對城市擴展可能存在的影響，從而對城市擴展的空間分布進行預測。LTM模型主要分為4個部分[5] ： ①選取影響城市擴展的自然、社會經濟等因子，使用GIS技術對其進行重編碼和采樣等預處理。②運用距離分析等空間分析方法對影響因子進行分析，將分析結果柵格化之后作為建立神經網絡的輸入條件。③采用人工神經網絡ANN方法對選取的因子進行分析預測，得到表示土地類型轉化在空間上的可能性分布柵格圖。④使用PID法（Principle Index Driver，PID）對模型進行驅動，預測研究區(qū)域的城市擴展空間分布。

2. 結果分析

本文選取水域、建成區(qū)、鐵路、公路、河涌5個自然社會經濟要素作為番禺城市空間擴展的影響因子。選取城鎮(zhèn)用地和水域作為限制因子，原則上這些地方不會轉變?yōu)樾碌某擎?zhèn)用地。由于人口增加和經濟發(fā)展是城市擴展的主要社會經濟驅動因素，尤其是人口。因此本文選擇人口為主驅動因子，通過人口變化與占用城市土地的數(shù)量關系來預測城市擴展的規(guī)模。

將番禺基期和末期土地利用數(shù)據、城市擴展影響因子距離圖和限制因子數(shù)據輸入LTM模型，分別進行1980-1995年和1995-2010年兩個時期番禺城市空間擴展網絡訓練，訓練次數(shù)均為250000次。網絡訓練結束之后把所需數(shù)據輸入到學習完成的神經網絡，以獲得這兩個時期番禺城市空間擴展的模擬結果。

1980-2010年間，轉化為城鎮(zhèn)用地的土地柵格數(shù)量為16537個，而根據統(tǒng)計數(shù)據，該時期番禺的城鎮(zhèn)人口由26.64萬人增加到142.75萬。用PDI法得到城鎮(zhèn)空間擴展與人口增長之間的關系為71人/柵格。而根據規(guī)劃，2020年番禺城鎮(zhèn)人口預測將達到210萬，由此預測2020年番禺城鎮(zhèn)空間擴展柵格數(shù)為9471個，因數(shù)據處理過程中模型運行需要的所有柵格數(shù)據均采用100m的分辨率，故城鎮(zhèn)用地面積將凈增長94.71km2。利用LTM模型由大到小選取最可能發(fā)展為城鎮(zhèn)用地的相應柵格，運用GIS的空間分析功能確定其位置，從而獲得2020年番禺城市擴展在空間上的分布格局（圖1）。2010-2020年番禺城市擴展的方向主要集中在番禺北部（沙灣水道以北），這與廣州市的“南拓”戰(zhàn)略密切相關，廣州南站、亞運城和大學城等紛紛落戶番禺北部，帶來了新的發(fā)展機遇。番禺南部仍以農業(yè)用地為主，人口密度和經濟發(fā)展水平相對更低。

（a）2010年

（b）2020年

圖1 2010年番禺城鎮(zhèn)用地分布圖和2020年城市擴展空間分布預測圖

3. 結論與討論

城市空間擴展受到自然、經濟、政策等多種因素的影響，是一個復雜的、非線性的系統(tǒng)，很難用一般的數(shù)學方法來定量描述其內部規(guī)律。本文基于GIS 強大的空間分析能力、遙感數(shù)據的客觀性以及ANN獨特的非線性信息處理能力開展對番禺城市空間擴展的模擬和預測。LTM模型模擬預測結果表明，到2020年，番禺城鎮(zhèn)用地面積將凈增長94.71km2，所占比例將達到37%。城市擴展的方向主要集中在番禺北部（沙灣水道以北），這與廣州市的“南拓”戰(zhàn)略密切相關。番禺城鎮(zhèn)化進展迅速，在今后的土地規(guī)劃中，應注意優(yōu)化土地利用方式，合理布局，在充分發(fā)揮土地資源價值的同時，有效保護土地資源。

參考文獻：

[1]Geist H J，Lambin E F.What Drives Tropical Deforestation？[R].Belgium： LUCC International Project Office，2001.

[2]Walker R T.Land use Transition and Deforestation in Developing countries[J].Geographical Analysis，1997， 19（1）：18-30.

[3]陳佑啟，楊鵬.國際上土地利用/土地覆蓋變化研究的新進展[J].經濟地理，2001，21（1）：95-100.

[4]史培軍，宮鵬，李曉兵，等.土地利用/覆蓋變化研究的方法與實踐[M].北京：科學出版社，2000.

[5]徐新良，閔稀碧，田展.基于GIS與LTM模型的上海市城市擴展模擬與預測[J].中國人口.資源與環(huán)境，2010，20（5）：136-139.endprint

摘 要：根據1980年、1995年、2010年3期的TM遙感影像的土地利用分類結果，選取水域、建成區(qū)、鐵路、公路、河涌5個自然社會經濟要素作為影響因子，選取人口作為主要的驅動因子，利用土地轉化模型（LTM）對番禺城市空間擴展進行模擬預測。結果表明，到2020年，番禺城鎮(zhèn)用地面積將凈增長94.71km2，所占比例將達到37%，城市擴展的方向主要集中在番禺北部。

關鍵詞：土地利用、城市擴展、土地轉化模型（LTM）

伴隨中國城鎮(zhèn)化進程、城市擴展的迅速發(fā)展，土地利用變化劇烈，由此造成的影響也日益顯著。城市空間擴展已經成為土地利用變化最重要的類型之一，并逐步成為土地利用變化的主導特征[1-4]。本文以1980、1995和2010年三期的遙感解譯數(shù)據為基礎，選取土地利用變化的主要驅動因子，作為土地利用轉化模型（LTM）的輸入條件，對番禺的城市空間擴展進行模擬和預測，以期為揭示番禺近30年來的城市擴展狀況和有效保護土地資源提供參考依據。

1. 研究資料和方法

1.1 研究區(qū)概況

番禺全境位于珠江三角洲中部河網地帶，境內地勢平坦，由北、西北向東南傾斜，市橋至蓮花山公路以北為市橋臺地，以南為沖積平原。番禺地處北回歸線以南，屬南亞熱帶海洋性季風氣候，多年平均年降水量為1684.5mm，降水量年內分配極不均勻。本文以番禺2010年最新行政區(qū)域為界，采用1980年、1995年、2010年3期土地利用數(shù)據作為基礎數(shù)據。番禺土地總面積約786km2，2010年常住人口188.51萬人，其中城鎮(zhèn)人口142.75萬人。自20世紀80年代以來，番禺社會經濟發(fā)展迅速，人口劇增，城市發(fā)展迅速。

1.2 研究方法

土地轉化模型（Land Transformation Model，LTM）是基于GIS平臺并結合人工神經網絡ANN技術的模型，通過選取影響因子，并分析其對城市擴展可能存在的影響，從而對城市擴展的空間分布進行預測。LTM模型主要分為4個部分[5] ： ①選取影響城市擴展的自然、社會經濟等因子，使用GIS技術對其進行重編碼和采樣等預處理。②運用距離分析等空間分析方法對影響因子進行分析，將分析結果柵格化之后作為建立神經網絡的輸入條件。③采用人工神經網絡ANN方法對選取的因子進行分析預測，得到表示土地類型轉化在空間上的可能性分布柵格圖。④使用PID法（Principle Index Driver，PID）對模型進行驅動，預測研究區(qū)域的城市擴展空間分布。

2. 結果分析

本文選取水域、建成區(qū)、鐵路、公路、河涌5個自然社會經濟要素作為番禺城市空間擴展的影響因子。選取城鎮(zhèn)用地和水域作為限制因子，原則上這些地方不會轉變?yōu)樾碌某擎?zhèn)用地。由于人口增加和經濟發(fā)展是城市擴展的主要社會經濟驅動因素，尤其是人口。因此本文選擇人口為主驅動因子，通過人口變化與占用城市土地的數(shù)量關系來預測城市擴展的規(guī)模。

將番禺基期和末期土地利用數(shù)據、城市擴展影響因子距離圖和限制因子數(shù)據輸入LTM模型，分別進行1980-1995年和1995-2010年兩個時期番禺城市空間擴展網絡訓練，訓練次數(shù)均為250000次。網絡訓練結束之后把所需數(shù)據輸入到學習完成的神經網絡，以獲得這兩個時期番禺城市空間擴展的模擬結果。

1980-2010年間，轉化為城鎮(zhèn)用地的土地柵格數(shù)量為16537個，而根據統(tǒng)計數(shù)據，該時期番禺的城鎮(zhèn)人口由26.64萬人增加到142.75萬。用PDI法得到城鎮(zhèn)空間擴展與人口增長之間的關系為71人/柵格。而根據規(guī)劃，2020年番禺城鎮(zhèn)人口預測將達到210萬，由此預測2020年番禺城鎮(zhèn)空間擴展柵格數(shù)為9471個，因數(shù)據處理過程中模型運行需要的所有柵格數(shù)據均采用100m的分辨率，故城鎮(zhèn)用地面積將凈增長94.71km2。利用LTM模型由大到小選取最可能發(fā)展為城鎮(zhèn)用地的相應柵格，運用GIS的空間分析功能確定其位置，從而獲得2020年番禺城市擴展在空間上的分布格局（圖1）。2010-2020年番禺城市擴展的方向主要集中在番禺北部（沙灣水道以北），這與廣州市的“南拓”戰(zhàn)略密切相關，廣州南站、亞運城和大學城等紛紛落戶番禺北部，帶來了新的發(fā)展機遇。番禺南部仍以農業(yè)用地為主，人口密度和經濟發(fā)展水平相對更低。

（a）2010年

（b）2020年

圖1 2010年番禺城鎮(zhèn)用地分布圖和2020年城市擴展空間分布預測圖

3. 結論與討論

城市空間擴展受到自然、經濟、政策等多種因素的影響，是一個復雜的、非線性的系統(tǒng)，很難用一般的數(shù)學方法來定量描述其內部規(guī)律。本文基于GIS 強大的空間分析能力、遙感數(shù)據的客觀性以及ANN獨特的非線性信息處理能力開展對番禺城市空間擴展的模擬和預測。LTM模型模擬預測結果表明，到2020年，番禺城鎮(zhèn)用地面積將凈增長94.71km2，所占比例將達到37%。城市擴展的方向主要集中在番禺北部（沙灣水道以北），這與廣州市的“南拓”戰(zhàn)略密切相關。番禺城鎮(zhèn)化進展迅速，在今后的土地規(guī)劃中，應注意優(yōu)化土地利用方式，合理布局，在充分發(fā)揮土地資源價值的同時，有效保護土地資源。

參考文獻：

[1]Geist H J，Lambin E F.What Drives Tropical Deforestation？[R].Belgium： LUCC International Project Office，2001.

[2]Walker R T.Land use Transition and Deforestation in Developing countries[J].Geographical Analysis，1997， 19（1）：18-30.

[3]陳佑啟，楊鵬.國際上土地利用/土地覆蓋變化研究的新進展[J].經濟地理，2001，21（1）：95-100.

[4]史培軍，宮鵬，李曉兵，等.土地利用/覆蓋變化研究的方法與實踐[M].北京：科學出版社，2000.

[5]徐新良，閔稀碧，田展.基于GIS與LTM模型的上海市城市擴展模擬與預測[J].中國人口.資源與環(huán)境，2010，20（5）：136-139.endprint