張艷梅，雷宇宙，毛亞萍，黃悅康，張 艷

（1.國家測繪地理信息局 第三航測遙感院，四川 成都 610100）

地理國情普查成果在城市擴(kuò)張監(jiān)測中的應(yīng)用

張艷梅1，雷宇宙1，毛亞萍1，黃悅康1，張 艷1

（1.國家測繪地理信息局 第三航測遙感院，四川 成都 610100）

本文以成都龍泉驛區(qū)為例，探索了國情普查成果在城市發(fā)展監(jiān)測中的應(yīng)用?；诘乩韲槠詹榈乇砀采w和重要要素成果、歷史影像成果以及歷史基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，結(jié)合人口、社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，對2009～2014年龍泉驛區(qū)城市擴(kuò)張?zhí)卣骱万?qū)動力進(jìn)行了監(jiān)測分析。監(jiān)測表明，監(jiān)測時(shí)段內(nèi)龍泉驛區(qū)城區(qū)向西南快速擴(kuò)張，土地利用類型也隨之變化，其擴(kuò)張的主要?jiǎng)恿碜杂谏鐣?jīng)濟(jì)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)集約發(fā)展模式以及政府政策規(guī)劃。

國情普查；城市擴(kuò)張；龍泉驛區(qū)；土地利用；動力機(jī)制

城市化的程度代表了一個(gè)國家或者地區(qū)的文明程度[1]。城市建成區(qū)擴(kuò)展往往伴隨著城市周邊地區(qū)土地利用類型、基礎(chǔ)設(shè)施、公共服務(wù)設(shè)施等諸多要素的急劇變化，對其進(jìn)行有效的監(jiān)測，分析城市擴(kuò)張背后的驅(qū)動力機(jī)制，可以科學(xué)合理地指導(dǎo)城市規(guī)劃，對控制用地規(guī)模、土地資源有效利用、經(jīng)濟(jì)社會和生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展具有非常重要的意義[2]。

過去常規(guī)的監(jiān)測手段費(fèi)時(shí)費(fèi)力，并且難以快速反映城市土地資源利用的空間變化特征及發(fā)展趨勢[3]。近些年，快速發(fā)展的3S技術(shù)能夠快速、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)獲取城市用地狀況，還可以空間化、直觀化、宏觀化描述城市發(fā)展的優(yōu)勢，已越來越多地應(yīng)用到城市發(fā)展監(jiān)測中，特別是自“十二五”以來，隨著第一次全國地理國情普查工作的全面開展，如何利用3S技術(shù)在國情普查成果的基礎(chǔ)上進(jìn)行城市發(fā)展監(jiān)測、研究城市擴(kuò)展模式及發(fā)展動力機(jī)制，已然成為當(dāng)今一大熱點(diǎn)。

本文以成都市龍泉驛區(qū)為研究區(qū)，利用3S技術(shù)，基于全國第一次地理國情普查數(shù)據(jù)成果、歷史高分正射影像以及1∶10 000DEM數(shù)據(jù)，結(jié)合社會經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對2009～2014年該區(qū)域的城市建成區(qū)擴(kuò)張?zhí)卣鏖_展研究。

1 方法與技術(shù)路線

本文的技術(shù)路線為：①參照歷史遙感影像和地理國情普查成果，提取2009、2012、2014年龍泉驛區(qū)城市建成區(qū)范圍；②在地理國情普查地表覆蓋數(shù)據(jù)和

1.1 城市建成區(qū)范圍提取

城市建成區(qū)包括市區(qū)集中連片的部分以及分散在近鄰區(qū)域與城市有著緊密聯(lián)系的、具有基本完善的市政功能的城市建設(shè)用地（如機(jī)場、污水處理場和通訊電臺等）[4]。國內(nèi)外對城市建成區(qū)的提取方法有基于城市道路網(wǎng)絡(luò)、基于城鄉(xiāng)紋理密度以及仿歸一化植被指數(shù)法等[5]。

本文2014年龍泉驛區(qū)城區(qū)范圍來自于國情普查的BOUA8層，2012年和2009年的城區(qū)范圍則是在BOUA8層基礎(chǔ)上，基于高分航空正射影像（分辨率0．5 m）的城鄉(xiāng)紋理密度差異進(jìn)行修編得到，修編遵循以下原則：城市實(shí)體保持空間上的連續(xù)性，城市內(nèi)部小范圍區(qū)域以及城市內(nèi)部的水體都劃到城市實(shí)體內(nèi)[6]。

1.2 土地利用分類

龍泉驛區(qū)土地利用類型與地理國情普查的分類體系不同。首先依據(jù)表1，對地理國情普查地表覆蓋成果（LCA層）進(jìn)行整理，使用ArcMAP的裁切工具提取2014年城市建成區(qū)內(nèi)的土地利用數(shù)據(jù)；然后，參照2012年正射影像，在2014年土地利用分類基礎(chǔ)上進(jìn)行修編，獲得2012年土地利用數(shù)據(jù)。

表1 土地利用類別與國情普查數(shù)據(jù)地表覆蓋類別對應(yīng)表

1.3 城區(qū)擴(kuò)張?zhí)卣鞣治龇椒?/p>

1）城區(qū)擴(kuò)張幅度和強(qiáng)度指數(shù)。利用城區(qū)擴(kuò)展面積和擴(kuò)展速率指數(shù)分析城區(qū)擴(kuò)張的幅度和強(qiáng)度特征。城市建成區(qū)擴(kuò)展面積ΔS指在一個(gè)時(shí)段內(nèi)城區(qū)擴(kuò)展的面積之差，即后一期的城區(qū)面積減去前一期城區(qū)面積；年均擴(kuò)展速度ΔS/Y指在一個(gè)時(shí)段內(nèi)城區(qū)擴(kuò)展的年平均速度，等于擴(kuò)展面積除以監(jiān)測年限。ΔS和ΔS/Y值越大，表示城區(qū)擴(kuò)展強(qiáng)度越大、速度越快。

冠心病目前臨床上分為穩(wěn)定型冠心病、慢性冠心病和急性冠脈綜合征。慢性冠心病包括穩(wěn)定型心絞痛、缺血性心肌病和隱匿性冠心病等，急性冠脈綜合征主要包括不穩(wěn)定型心絞痛(UA)、非ST段抬高型心肌梗死(NSTEMI)和ST段抬高型心肌梗死(STEMI)，也有將冠心病猝死包括在內(nèi)。

2）城區(qū)擴(kuò)張空間特征八象限方位分析方法。采用八象限方位分析法分析城區(qū)空間擴(kuò)張方向特征。以城市幾何中心為原點(diǎn)，以東西方向?yàn)闄M軸，以南北方向?yàn)榭v軸，按8個(gè)方位將研究區(qū)分為8個(gè)象限區(qū)域，空間疊加3個(gè)時(shí)期的城區(qū)范圍，通過計(jì)算不同象限內(nèi)城區(qū)擴(kuò)張面積ΔS和年均擴(kuò)展速度ΔS/Y，分析城區(qū)空間擴(kuò)張方向的差異。擴(kuò)展速度最快的方向?yàn)槌菂^(qū)擴(kuò)展的主要方向。

3）土地利用變化特征分析方法。采用定量化、空間化、動態(tài)化分析方法描述某一個(gè)時(shí)間段內(nèi)某個(gè)區(qū)域的土地利用變化狀況。

定量化分析方法主要是利用監(jiān)測時(shí)間段內(nèi)變化面積ΔS、年變化率ΔS/Y，宏觀描述城區(qū)土地利用的變化幅度和強(qiáng)度。

空間化分析方法是將不同時(shí)期的土地利用圖柵格化，然后將得到的柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行空間疊加相減，對相減得到的柵格圖按土地利用變化類型進(jìn)行分類，對分類結(jié)果進(jìn)行空間分色顯示，制成土地利用變化圖。該圖可以清晰直觀地反映出各類土地的流轉(zhuǎn)強(qiáng)度和分布特點(diǎn)。

動態(tài)化分析方法是利用土地利用轉(zhuǎn)移矩陣來分析各類土地流動方向。土地利用轉(zhuǎn)移矩陣是一種二維矩陣，矩陣的“行”表示監(jiān)測時(shí)段初期的地類狀態(tài)，“列”表示監(jiān)測時(shí)段末期的地類狀態(tài)，行和列交叉的位置表示監(jiān)測時(shí)段初期的地類變?yōu)楸O(jiān)測時(shí)段末期的地類的面積[7]。

1.4 城區(qū)擴(kuò)張社會經(jīng)濟(jì)影響因素分析方法

采用相關(guān)系數(shù)法分析各類社會經(jīng)濟(jì)因素對城區(qū)擴(kuò)張的影響力。相關(guān)系數(shù)能夠利用相關(guān)的數(shù)據(jù)和信息得到影響因素與分析要素間的關(guān)聯(lián)程度。設(shè)X=（X1，X2，X3，…，Xn），Y=（Y1，Y2，Y3，…，Yn），這兩組值的相關(guān)系數(shù)RXY的計(jì)算公式如下：

假設(shè)上述公式中X為不同年限的城區(qū)面積，Y則可為相應(yīng)年限的GDP、人口數(shù)量、三大產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值等社會經(jīng)濟(jì)因素?cái)?shù)據(jù)，則RXY表示城區(qū)范圍面積和各社會經(jīng)濟(jì)因素間的關(guān)聯(lián)程度。若相關(guān)系數(shù)值為正，表示影響因素（GDP）的正向變化對分析要素（城區(qū)范圍）發(fā)展起促進(jìn)作用，反之則是抑制作用，相關(guān)系數(shù)絕對值越大，表示影響力越大[8]。

2 城區(qū)擴(kuò)張空間特征分析

2.1 擴(kuò)張幅度和強(qiáng)度分析

龍泉驛區(qū)2009年、2012年和2014年的城市建成區(qū)面積分別為25．5 km2、45．0 km2和50．5 km2，面積逐年增大。2009年～2014年城區(qū)總擴(kuò)張面積約25 km2，相比2009年城區(qū)幾乎擴(kuò)張了一倍，平均擴(kuò)展速率約5．0 km2/年，城市建成區(qū)在大幅度擴(kuò)張；Ⅰ時(shí)段（2009～2012年）城市建成區(qū)擴(kuò)張面積是Ⅱ時(shí)段（2012～2014年）的3．5倍，分別為19．5 km2和5．5 km2，且擴(kuò)展速度前者是后者的2．4倍，分別為6．5 km2/年和2．75 km2/年。

Ⅰ、Ⅱ兩個(gè)時(shí)段擴(kuò)張速率差異較大的主要原因是龍泉驛區(qū)城市擴(kuò)展區(qū)域主要位于西部工業(yè)區(qū)，Ⅰ時(shí)段內(nèi)，在“十一五”加強(qiáng)城鎮(zhèn)化建設(shè)及工業(yè)集中發(fā)展的規(guī)劃目標(biāo)推動下，龍泉驛區(qū)大力開展西部工業(yè)區(qū)建設(shè)，隨著建設(shè)的全面鋪開，城區(qū)范圍快速向外延伸；Ⅱ時(shí)段主要是在Ⅰ時(shí)段建設(shè)基礎(chǔ)上進(jìn)行推進(jìn)和配套設(shè)施完善，所以城區(qū)范圍擴(kuò)張速度減慢。

2.2 八象限方位分析

圖1 龍泉驛區(qū)城市建成區(qū)八象限劃分圖

圖1為龍泉驛區(qū)城區(qū)八象限方位劃分圖，表2為8個(gè)象限的擴(kuò)展面積和年平均擴(kuò)展速率計(jì)算結(jié)果。綜合分析圖1和表2可得，2個(gè)時(shí)段內(nèi)，5象限的城區(qū)擴(kuò)展面積、年擴(kuò)展速率均最大，其次為4、6象限，然后為2、3象限，擴(kuò)展最小的為1、7、8象限。由此可見，龍泉驛區(qū)城市建成區(qū)主要往西部偏西南方向擴(kuò)展。經(jīng)外業(yè)實(shí)地調(diào)查，西部和西南部主要為工業(yè)區(qū)，東部和西北部為居住區(qū)，說明監(jiān)測時(shí)段內(nèi)工業(yè)區(qū)建設(shè)速度和強(qiáng)度明顯大于居住區(qū)。

表2 不同象限城區(qū)擴(kuò)張面積及年擴(kuò)張速度統(tǒng)計(jì)/km2

造成龍泉驛區(qū)空間擴(kuò)展方向差異的主要原因有：①龍泉驛城市規(guī)劃對工業(yè)區(qū)的重點(diǎn)建設(shè)；②地形地貌的影響，龍泉驛區(qū)東部為龍泉山脈，其他區(qū)域則多為低丘陵地貌，較為平坦，因此西部和南部比較適合城區(qū)建設(shè)；③地理位置的影響，龍泉驛區(qū)西部靠近成都主城區(qū)，交通便利，而西南邊靠近郊區(qū)，人口密度較低，環(huán)境承載能力更大，適合工業(yè)發(fā)展，故人口居住區(qū)主要向西部擴(kuò)展，工業(yè)區(qū)向西南方向擴(kuò)展。

2.3 土地利用變化特征

1）定量化特征描述。表3為龍泉驛區(qū)2012～2014年土地利用的變化面積和年平均變化速率統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

表3 龍泉驛區(qū)城市建成區(qū)土地利用類型變化統(tǒng)計(jì)

表3表明，龍泉驛區(qū)城市建成區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)基本未變，建筑物用地仍是土地利用主體，相比2012年綠化地稍大于道路用地的情況，2014年道路用地升至僅次于建筑物用地的土地利用類型；除建筑物和道路用地面積增長外，其余用地均在減少；其中，建筑物面積增加幅度大于道路，分別為2．71 km2和1．43 km2，但建筑物年增長速率要低于道路，分別為5．47%和10．14%，面積減少最多的為綠化地2．21 km2，最少的為水域0．09 km2，年減少速率最大的為耕地30．64%，最小的為未利用地4．77%。

2）空間化特征描述。本文按照土地職能將土地利用分為3種：農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地（耕地、園地和水域）、建設(shè)用地（綠化地、建筑物和道路）以及未利用地。以此將土地利用變化類型劃分為9類：未發(fā)生變化為第0類，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地間的相互變化為第1類，建設(shè)用地間的相互變化為第2類，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地向建設(shè)用地的流轉(zhuǎn)為第3類，建設(shè)用地向農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地的流轉(zhuǎn)為第4類，未利用地向農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地的流轉(zhuǎn)為第5類，未利用地向建設(shè)用地的流轉(zhuǎn)為第6類，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地向未利用地的流轉(zhuǎn)為第7類，建設(shè)用地向未利用地的流轉(zhuǎn)為第8類。這9類變化的空間分布見圖2。

圖2表明，東部居住區(qū)基本未發(fā)生變化，土地流轉(zhuǎn)主要發(fā)生在城市建成區(qū)的中部和西部工業(yè)區(qū)，且以第6、第8類土地流轉(zhuǎn)為主，即建設(shè)用地和未利用地交互頻繁，這是由于新城建設(shè)占用未利用地以及舊城改造使建設(shè)用地暫時(shí)廢棄為未利用地造成的；其次，第3、第4類流轉(zhuǎn)也較多，發(fā)生區(qū)域分布較為分散，大致分布在城區(qū)邊緣地帶；第1、第2類流轉(zhuǎn)強(qiáng)度相對較弱，發(fā)生區(qū)域分布分散，沒有明顯的分布特征；第5、第7類強(qiáng)度最小，呈零星分布。

圖2 龍泉驛區(qū)城市建成區(qū)土地利用變化圖

表4 土地利用變化轉(zhuǎn)移矩陣/km2

3）土地利用變化動態(tài)化描述。龍泉驛區(qū)城區(qū)土地利用轉(zhuǎn)移矩陣見表4。從表中分析可得，建筑物和未利用地是其他地類流向的兩個(gè)主要目標(biāo)類別，綠化地和道路次之，而它們的反向流轉(zhuǎn)強(qiáng)度較弱，這與城市擴(kuò)張引起的土地利用向高等級轉(zhuǎn)化趨勢保持一致；此外，耕地和園地的相互流轉(zhuǎn)幅度較大，這說明農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式變化較為頻繁；未利用地大量增加主要是由監(jiān)測時(shí)段內(nèi)土地被占用卻未立即投入使用造成的。

3 城區(qū)擴(kuò)張社會經(jīng)濟(jì)因素分析

由于采用的遙感影像獲取時(shí)間均在監(jiān)測年份的1～4月份，為更加合理地分析城市擴(kuò)張與社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)聯(lián)程度，分析采用監(jiān)測年份上一年年末的政府發(fā)布的社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)。

表5中“相關(guān)系數(shù)”是社會經(jīng)濟(jì)驅(qū)動因素與城市建成區(qū)面積的相關(guān)系數(shù)。表5表明，除第一產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)比重的正向變化對城市擴(kuò)張呈負(fù)作用力外，其他因素均促進(jìn)城區(qū)擴(kuò)張，影響力從大到小依次為：非農(nóng)業(yè)人口＞年末常住總?cè)丝冢救司鵊DP＞第二產(chǎn)值比重＞地區(qū)總GDP。由此可見，人口增長是2009～2014年龍泉驛區(qū)城區(qū)擴(kuò)張的主導(dǎo)因素，其次為第二產(chǎn)比重和地區(qū)總GDP的增長。

此外，三大產(chǎn)業(yè)中第二產(chǎn)業(yè)比重越來越大是龍泉驛區(qū)產(chǎn)業(yè)集約發(fā)展的體現(xiàn)，而根據(jù)擴(kuò)展城區(qū)主要為工業(yè)園區(qū)看來，產(chǎn)業(yè)集約發(fā)展是現(xiàn)階段龍泉驛城區(qū)擴(kuò)張的直接原因。

表5 龍泉驛區(qū)社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)及其與城區(qū)面積相關(guān)系數(shù)

4 結(jié) 論

本文初步探索了地理國情普查成果在城市擴(kuò)張監(jiān)測中的應(yīng)用，特別是其城市建成區(qū)范圍（BOUA8）和地表覆蓋分類數(shù)據(jù)（LCA層）的應(yīng)用，形成了從監(jiān)測底層支持?jǐn)?shù)據(jù)制作、空間擴(kuò)張?zhí)卣鞣治龅匠鞘袛U(kuò)張影響因子分析的一整套技術(shù)流程和方法，能夠?yàn)楹罄m(xù)的地理國情監(jiān)測工作的開展提供技術(shù)參考。但由于研究時(shí)間限制以及兩期數(shù)據(jù)制作工作量大，本文僅研究了城市擴(kuò)張的幅度、強(qiáng)度、方向以及土地利用變化特征，關(guān)于城市建成區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施配置、公共服務(wù)水平、生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展等城市系統(tǒng)功能和發(fā)展協(xié)調(diào)性方面的研究并未開展，這是下一步研究的主要內(nèi)容。

[1] 梁守真,施平,周迪．城市擴(kuò)展及其環(huán)境效應(yīng)遙感監(jiān)測研究進(jìn)展[J]．世界科技研究與發(fā)展,2010,32(4)：474-478

[2] 吳宏安,蔣建軍,周杰,等．西安城市擴(kuò)張及其驅(qū)動力分析[J]．地理學(xué)報(bào),2005,60(1)：143-150

[3] Dousset B,Ourmelon F． Satellite Multi-sensor Data Analysis Urban Surface Temperatures and Land Cover[J]． ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 2003(58)：43-54

[4] 昌達(dá),唐伶俐,陳剛,等．衛(wèi)星遙感監(jiān)測城市擴(kuò)展與環(huán)境變化的研究[J]．環(huán)境遙感,1995,10(1)：2-8

[5] 潘衛(wèi)華,徐涵秋．泉州市城市擴(kuò)展的遙感監(jiān)測及其城市化核分析[J]．國土資源遙感,2004,62(4)：36-40

[6] 潘潔晨,胡友健,王冬梅,等．遙感影像用于城市擴(kuò)展監(jiān)測的研究[J]．地理空間信息,2008,6(2)：111-113

[7] 朱會義,李秀彬．關(guān)于區(qū)域土地利用變化指數(shù)模型方法的討論[J]．地理學(xué)報(bào),2003,58(5)：643-649

[8] 肖倩．皖江城市帶建設(shè)用地變化驅(qū)動力分析[J]．安徽理工大學(xué)學(xué)報(bào),2012,14(3)：45-48

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B

1672-4623（2016）04-0033-04

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.04.011

張艷梅，碩士，主要從事地理國情監(jiān)測與遙感數(shù)據(jù)處理等方面的研究。

2014-12-10。

項(xiàng)目來源：四川省地理國情監(jiān)測工程技術(shù)研究中心資助項(xiàng)目（GC201403）。