金賢鋒，陳甲全，張澤烈

（1.重慶市地理信息中心，重慶 401121）

基于RS和GIS的重慶城市空間結(jié)構(gòu)演變分析

金賢鋒1，陳甲全1，張澤烈1

（1.重慶市地理信息中心，重慶 401121）

利用RS和GIS技術(shù)對2005～2011年重慶市城市空間格局進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測和分析，其中包括對擴(kuò)展強(qiáng)度指數(shù)、緊湊度指數(shù)和多樣性指數(shù)的測算分析。結(jié)果表明，2005～2010年，城市建成區(qū)規(guī)模擴(kuò)展持續(xù)增強(qiáng)，尤以2010年表現(xiàn)最為突出。

城市空間結(jié)構(gòu)；城市規(guī)劃；經(jīng)濟(jì)增長；城市擴(kuò)張

城市空間結(jié)構(gòu)是城市研究的核心內(nèi)容。其研究的方向、重點(diǎn)以及研究的深度、廣度隨城市的發(fā)展和空間演化而發(fā)展，從而形成了各個(gè)時(shí)期不同的研究脈絡(luò)和時(shí)代特征[1]。城市空間作為一種對城市經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境發(fā)展所作的全局性、長遠(yuǎn)性和綱領(lǐng)性的謀劃，在這種形勢下應(yīng)運(yùn)而生[2]。隨著城市化腳步的加快，城市空間在原有基礎(chǔ)上擴(kuò)張成為城市發(fā)展過程中的必然現(xiàn)象[3]。

1 數(shù)據(jù)來源及研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源及預(yù)處理

基于7個(gè)時(shí)期（2005年、2006年、2007年、2008年、2009年、2010年、2011年）遙感影像，進(jìn)行幾何校正、坐標(biāo)配準(zhǔn)，并經(jīng)解譯、矢量化處理，提取各時(shí)期工業(yè)、居住、服務(wù)等功能用地邊界，作為本文的主要數(shù)據(jù)源。

1.2 研究方法

采用GIS的空間分析方法對重慶城市空間結(jié)構(gòu)、空間形態(tài)、空間動(dòng)態(tài)擴(kuò)張進(jìn)行定量測度。城市空間形態(tài)分析采用緊湊度和多樣性指數(shù)2個(gè)形態(tài)特征值進(jìn)行測算。

1）擴(kuò)展強(qiáng)度指數(shù)。擴(kuò)展強(qiáng)度指數(shù)表達(dá)式為：

式中， Iue為擴(kuò)展強(qiáng)度指數(shù)；Δ Uij為j時(shí)段第i個(gè)研究單元（如某方位或某格網(wǎng)）建成區(qū)擴(kuò)展數(shù)量；Δ tj為j時(shí)段的時(shí)間跨度； TLAi為第i個(gè)單元土地總面積。為使不同時(shí)期城市規(guī)模擴(kuò)展的速度具有可比性，需要對擴(kuò)展速度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。本文引入擴(kuò)展強(qiáng)度指數(shù)來對擴(kuò)展速度進(jìn)行修正，以擴(kuò)展強(qiáng)度指數(shù)來反映城市規(guī)模擴(kuò)展的強(qiáng)弱和快慢[4]。

2） 緊湊度指數(shù)。緊湊度是衡量空間斑塊完整性和集聚程度的指標(biāo)，是反映城市空間形態(tài)的重要概念[5]。該模型計(jì)算過程簡單，便于進(jìn)行同一城市不同歷史時(shí)期形狀的對比和不同城市間的形狀對比。其表達(dá)式為：

式中，C為城市的緊湊度；At、Pt分別為第i年城市的面積和周長；C值的范圍在0～l。

3）多樣性指數(shù)。多樣性表達(dá)式為：

式中，H為多樣性指數(shù)；Pi為每一種用地類型的用地面積及其在城市總用地的比重。多樣性指數(shù)是用來反映城市空間形態(tài)內(nèi)在特征的指標(biāo)值，特指空間類型的數(shù)目或豐富度[6]。一般來說，多樣性指數(shù)越高，城市穩(wěn)定發(fā)展的特征和抗外界干擾的能力就越強(qiáng)，高多樣性指數(shù)代表城市組織形式的多樣性，具有更強(qiáng)的活力和可持續(xù)發(fā)展能力。

2 結(jié)果與分析

2.1 城市空間結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)演變

在城市內(nèi)部重組與外圍擴(kuò)張的雙重作用下，2011 年重慶主城城市空間結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出3大特征：①河流、山體等自然要素影響下的片區(qū)結(jié)構(gòu)已基本形成。雖然東部和西部片區(qū)建設(shè)規(guī)模尚小，但“一城五片”的大體格局已然奠定。②多中心的城市體系已初步形成。在解放碑、觀音橋、沙坪壩、南坪和楊家坪5個(gè)成熟城市中心基礎(chǔ)上，西永、悅來、龍盛、茶園、龍洲灣、陶家6個(gè)市級中心已現(xiàn)雛形。③組團(tuán)和功能區(qū)有了新發(fā)展，中心城區(qū)內(nèi)的12個(gè)組團(tuán)、2個(gè)功能區(qū)的功能和結(jié)構(gòu)趨于完善?？傮w來看，現(xiàn)行規(guī)劃確定的“一城五片、一主中心十副中心、二十一組團(tuán)八功能區(qū)”的空間格局已經(jīng)形成。

從歷年數(shù)據(jù)來看，2005年城市建成區(qū)尚集中于中梁山和銅鑼山之間，中梁山以西、銅鑼山以東城市建成區(qū)分布較為零散；至2008年，仍集中于中梁山和銅鑼山之間向北拓展，緩慢向中梁山以西擴(kuò)張；2009～2010年，在繼續(xù)保持向北拓展的同時(shí)，向西拓展開始加速，中梁山和縉云山之間的城市中心、組團(tuán)、功能區(qū)開始集聚；2011年，表現(xiàn)為北向、西向、東向3個(gè)方向的同時(shí)拓展，中心城區(qū)以外的城市中心、組團(tuán)、功能區(qū)均開始發(fā)育。然而，在城市空間演變的同時(shí)，構(gòu)成“多中心組團(tuán)式”城市空間結(jié)構(gòu)的山體、綠地受到“蠶食”，部分片區(qū)、組團(tuán)出現(xiàn)粘連發(fā)展的趨勢（圖1）。

圖1 2005～2011年城市空間結(jié)構(gòu)演變過程

2.2 城市空間形態(tài)動(dòng)態(tài)分析

2.2.1 總體分析

緊湊度主要用于度量空間不規(guī)則形狀，可以直接表達(dá)空間的形態(tài)特征。一般來說，緊湊度越大，城市越緊湊。據(jù)式（2）計(jì)算，2005～2009年城市緊湊度持續(xù)上升，2010年快速下降，2011年又有所上升（圖2）。重慶主城的城市形態(tài)經(jīng)歷了一個(gè)從比較緊湊到比較分散的過程。城市空間的疏解與戶籍制度改革、重慶西永綜合保稅區(qū)、兩江新區(qū)落地發(fā)展密切相關(guān)。

圖2 城市緊湊度變化趨勢

多樣性指數(shù)是用來反映城市空間形態(tài)內(nèi)在特征的指標(biāo)值，一般來說，多樣性指數(shù)越高，城市穩(wěn)定發(fā)展的特征和抗外界干擾的能力就越強(qiáng)。據(jù)式（3）計(jì)算，自2005年以來，城市空間多樣性指數(shù)呈現(xiàn)持續(xù)增加的趨勢，尤其是2010年以來，城市多樣性指數(shù)呈快速增加態(tài)勢，城市空間形態(tài)的多樣性不斷強(qiáng)化（圖3）。

圖3 城市多樣性指數(shù)變化趨勢

2.2.2 分行政區(qū)分析

各行政區(qū)的緊湊度演變兼具共性和差異性。差異性方面，渝中區(qū)緊湊度指數(shù)最大，并數(shù)倍于其余8區(qū)，表明渝中區(qū)緊湊性最好，而其余8區(qū)尚處于對外擴(kuò)張的階段，尤以沙坪壩、北碚、巴南3區(qū)，表現(xiàn)為強(qiáng)烈的分散式的蔓延擴(kuò)展模式。共性方面，各區(qū)在2010年均有一定程度的疏解過程，尤以渝北區(qū)城市空間的疏解最為明顯。分區(qū)緊湊度的不同，與其歷史基礎(chǔ)、地形阻力、發(fā)展慣性、選址偏向等因素相關(guān)，近期則受規(guī)劃和新區(qū)建設(shè)影響明顯（圖4）。

圖4 各行政區(qū)緊湊度變化趨勢

各區(qū)的多樣性指數(shù)呈波動(dòng)中增長的態(tài)勢。具體至各個(gè)區(qū)，渝中區(qū)多樣性指數(shù)最大，這和渝中區(qū)在城市發(fā)展之初即是作為城市的中心商務(wù)區(qū)和中心商業(yè)區(qū)所在，呈現(xiàn)出典型的密集、繁華的城市核心地區(qū)的空間形態(tài)有關(guān)；大渡口區(qū)多樣性指數(shù)最小，這和大渡口區(qū)多年以來依賴重鋼的單一發(fā)展模式相關(guān)，2009年重鋼搬遷，大渡口區(qū)走向轉(zhuǎn)型發(fā)展的新時(shí)期，多樣性指數(shù)開始逐步提高（圖5）。

圖5 各行政區(qū)多樣性指數(shù)變化趨勢

2.3 城市空間動(dòng)態(tài)擴(kuò)展

2.3.1 總體分析

2005年以來，城市建成區(qū)規(guī)模一直保持快速擴(kuò)展態(tài)勢，并表現(xiàn)出明顯的階段性特征。①以2010年為分界點(diǎn)，之前城市建成區(qū)規(guī)模均以6%左右的速度擴(kuò)展，之后則以兩位數(shù)的速率快速擴(kuò)展。②擴(kuò)展速度表現(xiàn)出“升-降-升-降”的趨勢，2005～2008年，擴(kuò)展速度持續(xù)上升，2009年擴(kuò)展速度趨緩，2010年擴(kuò)展速度猛增，2011年有所回緩。從擴(kuò)展強(qiáng)度指數(shù)來看，2005～2010年，城市建成區(qū)規(guī)模擴(kuò)展持續(xù)增強(qiáng)，尤以2010年表現(xiàn)最為突出，2011年擴(kuò)展強(qiáng)度盡管有所下降，但仍表現(xiàn)為強(qiáng)勁的空間擴(kuò)張，如表1。

表1 城市建成區(qū)擴(kuò)展速度與強(qiáng)度/%

2.3.2 分行政區(qū)分析

2005年以來，除渝中區(qū)因早已實(shí)現(xiàn)全域城市化而以城市內(nèi)部更新為主外，其余8區(qū)建成區(qū)均保持較快的向外擴(kuò)展速度。以行政分區(qū)為對象，自2005年以來，渝北區(qū)建成區(qū)規(guī)模擴(kuò)張最大，年均增量和年均增速均保持在10%以上，規(guī)模擴(kuò)張?jiān)隽亢驮鏊倬鶠楦餍姓^(qū)之最；自2008年以來，沙坪壩區(qū)建成區(qū)規(guī)?？焖贁U(kuò)張，盡管年均增量和增速仍不達(dá)渝北區(qū)，但快速擴(kuò)張態(tài)勢已明朗化。以時(shí)間為對象，2009～2010年各行政區(qū)城市建成區(qū)規(guī)模擴(kuò)展最為明顯，尤以江北、沙坪壩、南岸、北碚、渝北5區(qū)，建成區(qū)規(guī)模擴(kuò)展速度均超過10%，成為歷年來城市建成區(qū)規(guī)模變化最大的年份，如表2。

總體來看，城市空間規(guī)?？焖贁U(kuò)展，但體現(xiàn)在各行政區(qū)中又有明顯的不同，并以江北、沙坪壩、南岸、北碚、渝北5區(qū)擴(kuò)張最為迅速。分析城市空間擴(kuò)展的空間差異：①與現(xiàn)行規(guī)劃確定的“內(nèi)環(huán)以北、中梁山以西、銅鑼山以東”的發(fā)展方向有關(guān)；②與新區(qū)建設(shè)和政策推動(dòng)有關(guān)，包括2010年兩江新區(qū)、西永綜合保稅區(qū)的設(shè)立和建設(shè)。

表2 各行政區(qū)城市建成區(qū)規(guī)模擴(kuò)展速度變化/%

2.3.3 各向異性分析

為分析城市空間擴(kuò)展的方向異性，以解放碑為中心，選取適當(dāng)?shù)陌霃绞怪馨麄€(gè)城區(qū)，并以東偏北11.25°為起點(diǎn)，分成16個(gè)夾角和面積相等的扇形區(qū)域。通過各個(gè)扇形不同年份建成區(qū)面積的分析，得出不同年份各扇區(qū)的擴(kuò)展規(guī)模和擴(kuò)展強(qiáng)度，有利于分清各個(gè)時(shí)段建成區(qū)擴(kuò)展的主導(dǎo)方向。測算結(jié)果表明，2005～2011年間，城市空間除向北擴(kuò)展為主外，東、西向的擴(kuò)展亦非常明顯（圖6）。從歷年數(shù)據(jù)來看，2005～2008年期間，城市空間以向北單向擴(kuò)展為主；2008～2010年期間，向北單向擴(kuò)展的態(tài)勢被打破，西部也呈擴(kuò)展趨勢；2010～2011年期間，在繼續(xù)向北、向西擴(kuò)展的同時(shí)，東進(jìn)態(tài)勢明顯，首次出現(xiàn)“東西并進(jìn)、強(qiáng)勢北上”的三向拓展?？v觀2005年至今城市空間擴(kuò)展態(tài)勢，向多向拓展已成為空間發(fā)展的趨勢。

圖6 2005～2011年城市空間各向擴(kuò)展強(qiáng)度

3 結(jié) 語

總體來看，城市空間結(jié)構(gòu)演化是合理的，具體表現(xiàn)在城市空間形態(tài)越來越經(jīng)濟(jì)、城市空間布局結(jié)構(gòu)漸趨完善、城市空間地域特色得到保持、城市空間增長有序擴(kuò)張。但不合理之處和不良傾向仍客觀存在： ① 用地?cái)U(kuò)張顯著高于人口增長，且人均建設(shè)用地呈逐年上升，表明在節(jié)約集約用地上仍需強(qiáng)化。②各類型建設(shè)用地發(fā)展不均衡、結(jié)構(gòu)不協(xié)調(diào)，盡管在城市快速增長時(shí)期這種現(xiàn)象具有普遍性和客觀性，但仍需引導(dǎo)城市建設(shè)用地的協(xié)調(diào)發(fā)展，逐步做到用地平衡。③嚴(yán)格控制組團(tuán)隔離帶被占用，杜絕組團(tuán)之間的粘連趨勢，確?！岸嘀行慕M團(tuán)式”布局的落實(shí)[7]。④強(qiáng)化對地形地貌改造的管控和歷史文化的保護(hù)，引導(dǎo)城市建設(shè)與地形地貌、文化特色相一致。

按城市空間結(jié)構(gòu)的演進(jìn)趨勢，鑒于人口和經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速增長，決定了在今后相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi)城市空間仍將保持快速擴(kuò)張；前所未有的政策優(yōu)勢疊加期，決定城市空間高速發(fā)展的長期性，推動(dòng)城市空間的持續(xù)高速發(fā)展；一批重大項(xiàng)目相繼落地，加速了城市空間的擴(kuò)張，拉動(dòng)城市空間形成新格局。以此進(jìn)行趨勢外推，在當(dāng)前及今后一段時(shí)間內(nèi)，重慶城市空間仍將表現(xiàn)為快速擴(kuò)張的態(tài)勢。

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P237.9

B

1672-4623（2015）04-0014-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.04.006

金賢鋒，高級工程師，主要從事城鄉(xiāng)規(guī)劃與3S技術(shù)應(yīng)用。

2014-07-11。

項(xiàng)目來源：國家科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目（2011BAK07B03）；重慶市軟科學(xué)資助項(xiàng)目（cstc2012cx-rkxA00052）。