劉玲玲，白 穆，李祥武，蘭 明，馬紅利

（1.國(guó)家測(cè)繪地理信息局 陜西基礎(chǔ)地理信息中心，陜西 西安 710054）

基于規(guī)則集的城市空間擴(kuò)展監(jiān)測(cè)研究

劉玲玲1，白 穆1，李祥武1，蘭 明1，馬紅利1

（1.國(guó)家測(cè)繪地理信息局 陜西基礎(chǔ)地理信息中心，陜西 西安 710054）

以陜西省咸陽(yáng)市秦都區(qū)與渭城區(qū)為研究區(qū)域，利用1997年、2004年、2012年高分辨率影像數(shù)據(jù)和1999年、2001年、2006年、2008年、2010年的Landsat衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，建立了監(jiān)測(cè)城市空間擴(kuò)展的多重規(guī)則集；并按照規(guī)則集獲得了監(jiān)測(cè)年份的城市空間擴(kuò)展信息。

中高分辨率衛(wèi)星影像；城市空間擴(kuò)展；規(guī)則集；監(jiān)測(cè)

城鎮(zhèn)化或稱城市化，是人口向城市集中的過程，包含社會(huì)、人口、空間和經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)換等多方面內(nèi)容。2001年公布的《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十個(gè)五年計(jì)劃綱要》中首次提出“要不失時(shí)機(jī)地實(shí)施城鎮(zhèn)化戰(zhàn)略[1]”。無論在全球、區(qū)域或地方尺度，城市化都是對(duì)環(huán)境造成巨大影響的人類活動(dòng)之一[2]。城市空間擴(kuò)展是城市化現(xiàn)象在空間上的表現(xiàn)，因此它是衡量城市化水平的主要測(cè)度指標(biāo)之一。城鎮(zhèn)化進(jìn)程監(jiān)測(cè)是典型地理國(guó)情監(jiān)測(cè)試點(diǎn)內(nèi)容之一[3]。我國(guó)正處于城市化進(jìn)程快速發(fā)展時(shí)期，及時(shí)掌握城市空間擴(kuò)展信息，以及其與人口、經(jīng)濟(jì)的關(guān)系，對(duì)于城市規(guī)劃、建設(shè)、管理及決策具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

周一星[4]提出以人均國(guó)民生產(chǎn)總值衡量經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與城市化關(guān)系的觀點(diǎn)。顧朝林[5]認(rèn)為中國(guó)并不存在國(guó)外學(xué)者所說的“反城市化”結(jié)論。趙燕菁[6]認(rèn)為國(guó)際戰(zhàn)略格局、市場(chǎng)、資源和專業(yè)分工對(duì)中國(guó)城市化過程的形成有極大的影響。瑞典學(xué)者哈格斯特朗在熊彼德“創(chuàng)新”學(xué)說的基礎(chǔ)上提出了現(xiàn)代空間擴(kuò)散理論，指出創(chuàng)新由源地向四周擴(kuò)散的方式有波狀擴(kuò)散、輻射擴(kuò)散、等級(jí)擴(kuò)散及跳躍擴(kuò)散等，并建立了其與城鎮(zhèn)體系形成階段的對(duì)應(yīng)關(guān)系。在英國(guó)，與城市建成區(qū)相似的概念是“城市地區(qū)”，是以建成區(qū)為基礎(chǔ)的城市市鎮(zhèn)實(shí)體地域劃分[7]。美國(guó)將城鎮(zhèn)化稱為城市化地區(qū)，美國(guó)學(xué)者在發(fā)展前人觀點(diǎn)的基礎(chǔ)上提出“全球區(qū)域城市”的觀點(diǎn)[8]。

1 數(shù)據(jù)源及研究區(qū)域

本文研究數(shù)據(jù)源的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是CGCS2000坐標(biāo)系，高斯-克呂格投影方式，中央經(jīng)線111°。數(shù)據(jù)源類型見表1所示。

表1 數(shù)據(jù)源類型

研究區(qū)選擇陜西省咸陽(yáng)市的市轄區(qū)秦都區(qū)和渭城區(qū)，位于咸陽(yáng)市東南部，橫跨渭河，面積約為531km2，地勢(shì)北高南低，地形分為平原和臺(tái)塬兩部分。市轄區(qū)集中多家大型電子紡織醫(yī)藥企業(yè)，如彩虹集團(tuán)、西北國(guó)棉二廠等。

2 規(guī)則集與城市空間擴(kuò)展監(jiān)測(cè)

2.1 規(guī)則集的建立思路

城市具有獨(dú)特的形態(tài)特征，“城市形態(tài)”是空間在時(shí)間中的結(jié)晶，形態(tài)是城市聚落演變中最為持續(xù)的遺存[9]。城市空間擴(kuò)展反映了城市形態(tài)在地域上的動(dòng)態(tài)演變過程。城市道路的開辟和建設(shè)往往是城市空間擴(kuò)展的伸展軸，對(duì)城市空間擴(kuò)展有指向作用。道路在城市建成區(qū)中有著極其重要的作用[10]。

基于規(guī)則集的城市空間擴(kuò)展監(jiān)測(cè)技術(shù)路線采用多源遙感影像數(shù)據(jù)，在時(shí)間序列監(jiān)測(cè)過程中，低分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)應(yīng)位于兩期高分辨率影像數(shù)據(jù)之間的監(jiān)測(cè)時(shí)點(diǎn)。首先，利用高分辨率影像數(shù)據(jù)，采用城市空間擴(kuò)展規(guī)則a集獲得監(jiān)測(cè)時(shí)點(diǎn)的城市空間擴(kuò)展監(jiān)測(cè)成果；再利用城市空間擴(kuò)展規(guī)則b集獲得監(jiān)測(cè)時(shí)點(diǎn)的城市空間擴(kuò)展監(jiān)測(cè)成果；然后綜合使用兩期監(jiān)測(cè)成果和低分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)，獲得低分辨率影像數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)成果；最終構(gòu)成時(shí)間序列城市空間擴(kuò)展監(jiān)測(cè)成果（圖1）。

城市空間擴(kuò)展規(guī)則a集從遙感影像的建筑物面積和紋理特征出發(fā)，結(jié)合道路寬度和等級(jí)，判斷出主城區(qū)和主城區(qū)的干道；然后由面積和區(qū)域內(nèi)的道路，以及和主城區(qū)、或與主城區(qū)干道聯(lián)系情況，判斷主城區(qū)周邊地區(qū)；再根據(jù)廠礦、企業(yè)和高校標(biāo)志設(shè)施的紋理特征判斷出分散的廠礦、企業(yè)和學(xué)校為主的城市空間擴(kuò)展區(qū)域。

圖1 基于規(guī)則集的城鎮(zhèn)化進(jìn)程監(jiān)測(cè)技術(shù)路線圖

城市空間擴(kuò)展規(guī)則b集獲得首次和末次監(jiān)測(cè)成果。若兩期監(jiān)測(cè)成果的影像紋理和城市空間結(jié)構(gòu)無顯著變化，中間監(jiān)測(cè)時(shí)點(diǎn)的城鎮(zhèn)化監(jiān)測(cè)成果應(yīng)位于二者之間；若兩期監(jiān)測(cè)成果在紋理和城市空間結(jié)構(gòu)上發(fā)生變化，應(yīng)以低分辨率影像數(shù)據(jù)紋理和光譜信息為基礎(chǔ)，對(duì)比兩期影像數(shù)據(jù)，選擇其中影像信息較為一致的數(shù)據(jù)為參考數(shù)據(jù)，確定低分辨率影像上的城鎮(zhèn)化監(jiān)測(cè)成果。

2.2 城市擴(kuò)展監(jiān)測(cè)規(guī)則集

城市空間擴(kuò)展規(guī)則a集主要基于高分辨率影像數(shù)據(jù)，主要內(nèi)容見表2。城市空間擴(kuò)展規(guī)則b集是在獲得兩期基于高分辨率影像數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果的基礎(chǔ)上，利用低分辨率影像數(shù)據(jù)提取城市空間擴(kuò)展監(jiān)測(cè)信息，主要內(nèi)容見表3。

3 城市空間擴(kuò)展分析

通過應(yīng)用以上規(guī)則，對(duì)咸陽(yáng)市秦都區(qū)、渭城區(qū)影像進(jìn)行分析，范圍如圖2所示。

最終得到1997年、1999年、2001年、2004年、2006年、2008年、2010年和2012年的城鎮(zhèn)化建成區(qū)面積，如表4所示。

3.1 面積增長(zhǎng)速度

由表4分析得到研究區(qū)遙感解譯面積增長(zhǎng)速度圖（圖3）。咸陽(yáng)市市轄區(qū)建成區(qū)面積變化有3個(gè)階段：1997～1999年，增長(zhǎng)面積0.87 km2，年變化率為1.43%；1999～2006年，增長(zhǎng)面積10.64 km2，年變化率為4.29%；2006～2010年，增長(zhǎng)面積22.74 km2，年變化率為11.49%。由此可見隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口增多，城市建成區(qū)面積也在增長(zhǎng)，且速度越來越快。

3.2 城市重心變化

城市重心轉(zhuǎn)移指數(shù)反映了城市空間分布的總體變化趨勢(shì)。

表2 城市空間擴(kuò)展規(guī)則a集主要內(nèi)容

表3 城市空間擴(kuò)展規(guī)則b集主要內(nèi)容

1997～2004年，咸陽(yáng)市委、市政府堅(jiān)持以西部大開發(fā)統(tǒng)攬各項(xiàng)工作，精心實(shí)施結(jié)構(gòu)調(diào)整、開放帶動(dòng)、科技興市三大戰(zhàn)略。其中，2004年秦都區(qū)榮獲全國(guó)科技進(jìn)步先進(jìn)區(qū)、科普示范城區(qū)、電子政務(wù)建設(shè)綜合獎(jiǎng)等國(guó)家和省市各類獎(jiǎng)勵(lì)18項(xiàng)[11]。2008～2010年秦都區(qū)生產(chǎn)總值、規(guī)模以上工業(yè)總產(chǎn)值、城鎮(zhèn)居民人均可支配收入和農(nóng)民人均純收入4項(xiàng)指標(biāo)增幅再創(chuàng)新高，綜合實(shí)力繼續(xù)位居全市前茅[12]。2014-01-06，國(guó)務(wù)院發(fā)布國(guó)函[2014]2號(hào)文件，正式批復(fù)陜西設(shè)立西咸新區(qū)。至此，西咸新區(qū)正式成為國(guó)家級(jí)新區(qū)，是中國(guó)的第7個(gè)國(guó)家級(jí)新區(qū)。

圖2 咸陽(yáng)市秦都區(qū)、渭城區(qū)建成區(qū)范圍

表4 秦都區(qū)、渭城區(qū)建成區(qū)遙感解譯面積統(tǒng)計(jì)表

圖3 秦都區(qū)、渭城區(qū)建成區(qū)遙感解譯面積增長(zhǎng)速度圖

圖4 監(jiān)測(cè)期秦都區(qū)、渭城區(qū)城市重心轉(zhuǎn)移趨勢(shì)圖

以上文檔資料可以由圖4直觀佐證秦都區(qū)、渭城區(qū)的相對(duì)發(fā)展軌跡，1997～2004年監(jiān)測(cè)期間，城市重心轉(zhuǎn)移軌跡向西南方向發(fā)展，秦都區(qū)發(fā)展較為迅速；2004～2008年監(jiān)測(cè)期間，城市重心轉(zhuǎn)移軌跡向東發(fā)展，至2010年向南發(fā)展，2010～2012年向北發(fā)展。渭城區(qū)的城鎮(zhèn)化進(jìn)程加速。

3.3 擴(kuò)展模式

城市建成區(qū)用地空間擴(kuò)展主要有3種類型：圈層式、輻射式和跳躍式[13]，1997～2012年，咸陽(yáng)市秦都區(qū)、渭城區(qū)主要是輻射式發(fā)展。城鄉(xiāng)結(jié)合部繼續(xù)進(jìn)行城鎮(zhèn)化發(fā)展，逐漸將結(jié)合部區(qū)域納入城市范圍，高層建筑物，居民小區(qū)的建造逐年增多；獨(dú)立分布的廠礦、企業(yè)、高校等，建成區(qū)面積呈增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，且與原城市建成區(qū)的連接道路增加，逐漸形成城市周邊的衛(wèi)星小城。城市建成區(qū)發(fā)展呈現(xiàn)高速度、多層次態(tài)勢(shì)，逐漸發(fā)展為多中心城市，城市布局更為合理，功能更加完善。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文基于中高分辨率衛(wèi)星影像城鎮(zhèn)化范圍界定的規(guī)則集，在對(duì)咸陽(yáng)市秦都區(qū)、渭城區(qū)影像判讀研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合《城市規(guī)范法》《城市道路交通規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范》以及國(guó)內(nèi)外對(duì)于城鎮(zhèn)化界定的方法，最終確定了建成區(qū)目視解譯的判定規(guī)則集。

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P237

B

1672-4623（2016）05-0035-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.05.011

劉玲玲，雙碩士，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)檫b感技術(shù)和地理信息數(shù)據(jù)應(yīng)用。

2015-02-28。

項(xiàng)目來源：國(guó)家測(cè)繪地理信息局科技發(fā)展計(jì)劃資助項(xiàng)目（2011-03）。