呂志強(qiáng)，鄧 睿，卿珊珊

（重慶工商大學(xué) 旅游與國土資源學(xué)院，重慶400067）

大型山地城市建設(shè)用地空間擴(kuò)展及地形分異

呂志強(qiáng)，鄧 睿，卿珊珊

（重慶工商大學(xué) 旅游與國土資源學(xué)院，重慶400067）

近年來，我國城市化進(jìn)程已經(jīng)進(jìn)入加速發(fā)展階段，城市建設(shè)用地日益緊張，對(duì)山地城市來講，建設(shè)用地的供需矛盾尤為突出。以城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張的地形梯度變化為切入點(diǎn)，運(yùn)用重慶市主城區(qū)2001年、2007年和2014年的遙感影像數(shù)據(jù)，通過混合像元分解提取建設(shè)用地。通過計(jì)算建設(shè)用地的分形維數(shù)、緊湊度指數(shù)和放射狀指數(shù)分析了主城區(qū)城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張水平方向的形態(tài)變化特征；結(jié)合區(qū)域的高程、地形起伏度，分析了建設(shè)用地的地形分異特征。結(jié)果表明：城市規(guī)模擴(kuò)展迅速，建設(shè)用地?cái)?shù)量從2001年的237.62 km2增加到2014年的818.85 km2；綜合分形維數(shù)指數(shù)、城市緊湊度指數(shù)、放射狀指數(shù)來看，城市擴(kuò)展從2001—2007年的緊湊型擴(kuò)展發(fā)展轉(zhuǎn)變成2007—2014年的外延擴(kuò)展；主城區(qū)建設(shè)用地的擴(kuò)展呈從低高程區(qū)的增長達(dá)到飽和狀態(tài)向高程較高的區(qū)域發(fā)展的態(tài)勢；從起伏度分析來看，建設(shè)用地?zé)o法向起伏度較大的區(qū)域大規(guī)模擴(kuò)展。

建設(shè)用地?cái)U(kuò)展；混合像元分解；地形梯度；大型山地城市

城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張是城市發(fā)展在空間上最為顯著的特征，是城市地理學(xué)、土地科學(xué)、城市規(guī)劃學(xué)等多學(xué)科共同關(guān)注的領(lǐng)域[1]，作為 LUCC（Land-Use and Land-Cover Change）中變化最快、環(huán)境影響最劇烈的城市建設(shè)用地空間擴(kuò)張直觀地體現(xiàn)了城市化和城市發(fā)展的空間過程與特征，開展這方面的研究對(duì)于合理配置土地資源、優(yōu)化城市空間結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

20世紀(jì)80年代以來，城市建設(shè)用地的急劇擴(kuò)張成為中國城市化的突出特征和社會(huì)經(jīng)濟(jì)加速發(fā)展的重要表現(xiàn)，針對(duì)此方面的研究主要集中在20世紀(jì)90年代。對(duì)城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張的研究主要集中在長三角、珠三角等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的沿海地區(qū)和內(nèi)陸平原地區(qū)，例如上海市[2]、南京都市區(qū)[3-4]、無錫市[5]、常熟市[6]、北京市[7]、石家莊市[8]和長沙市[]等；黎夏等[10]在遙感多時(shí)相數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上通過熵的計(jì)算，定量地描述了珠江三角洲城市擴(kuò)張的空間規(guī)律和擴(kuò)張過程；周翔等[11]結(jié)合遙感影像與社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)分析了1990—2010年蘇錫常地區(qū)建設(shè)用地?cái)U(kuò)張的時(shí)空特征、空間模式及社會(huì)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)力。

隨著城市化進(jìn)程的加快以及國家對(duì)建設(shè)用地需求的增長，城市建設(shè)逐漸由人口過度稠密的平原地區(qū)轉(zhuǎn)向人居環(huán)境更佳的山區(qū)。在中國，山地、丘陵和高原占了全國陸地面積的69%，分布在上述山地區(qū)域的城市稱為山地城市。因其地理?xiàng)l件的特殊性，山地城市的發(fā)展受自然條件限制，近幾年隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市化建設(shè)的不斷加強(qiáng)，更多的學(xué)者對(duì)山地城市的發(fā)展特征和規(guī)律進(jìn)行研究。重慶作為西南地區(qū)的特大山地城市，近年來也有研究者開始了對(duì)重慶城市用地的研究。廖和平等[12]分析了重慶市直轄以后的城市空間擴(kuò)展強(qiáng)度及其空間差異、城市空間擴(kuò)展影響機(jī)制，定量揭示了城市空間擴(kuò)張演變特征及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制的評(píng)價(jià)方法；牟鳳云等[13]運(yùn)用多時(shí)相遙感數(shù)據(jù)對(duì)重慶市1978—2005年城市空間演化過程、動(dòng)力機(jī)制、城鄉(xiāng)用地轉(zhuǎn)化和城市用地的內(nèi)部分異進(jìn)行了研究。此類研究多是針對(duì)建設(shè)用地水平方向的擴(kuò)張?zhí)卣鬟M(jìn)行研究，缺乏在豎直方向上的擴(kuò)張?zhí)卣鞯难芯俊?/p>

關(guān)于城市建設(shè)用地空間擴(kuò)展的研究都是基于城市建設(shè)用地范圍的提取，即土地利用分類，主要的土地利用分類方法有目視解譯和包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類方法、模糊分類方法以及決策樹分類方法等方法在內(nèi)的遙感分類方法。隨著遙感技術(shù)的迅速發(fā)展，Ridd[14]提出將城市影像中的每個(gè)像元看成植被—不透水面—土壤這3種代表類型的線性組合，即V-I-S模型（Vegetation-impervious surface-soil）。此模型成為提取非滲透表面豐度的重要方法，Carlson等[15]利用植被覆蓋度與不透水面之間的關(guān)系，研究了適合于城市建成區(qū)不透水面信息提取的方法；Wu等[16]利用光譜混合分析法（SMA）對(duì)Landsat 7ETM+影像進(jìn)行分解，提取出不透水面；錢樂祥等[17]用線性光譜模型有效地解決了亮度變化與陰影關(guān)聯(lián)的問題，展現(xiàn)了該方法的應(yīng)用前景；李明杰等[18]在采用V-I-S模型與歸一化線性混合模型相結(jié)合的方法提取的非滲透表面豐度圖的基礎(chǔ)上，以地表溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行糾正，進(jìn)一步提高豐度提取精度。

本研究嘗試運(yùn)用混合像元分解的方法較高精度提取城市建設(shè)用地范圍，結(jié)合城市空間形態(tài)指數(shù)研究城市范圍的擴(kuò)張過程和特征；根據(jù)提取端元的豐度值劃分建設(shè)用地密度等級(jí)，結(jié)合地形因素研究建設(shè)用地及建設(shè)用地等級(jí)在地形因素影響下的擴(kuò)張水平和擴(kuò)張?zhí)卣鳌?/p>

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

重慶市地跨東經(jīng)105°17′—110°11′，北緯28°10′—32°13′，位于四川盆地、中國西南內(nèi)陸青藏高原與長江中下游平原的過渡地帶，是全國著名的“山城”，是中國重要的中心城市之一，也是西南地區(qū)和長江上游最大的經(jīng)濟(jì)中心城市和科技、文化、教育事業(yè)的中心。重慶市主城區(qū)位于川東平行嶺谷地區(qū)，明月山、銅鑼山、中梁山、縉云山等多條華鎣山余脈從東北向西南延伸，長江和嘉陵江自西向東切割山脈而過，是典型的“山水城市”。主城區(qū)面積5 473 km2，2013年常住人口為808.5萬人，人均GDP為6.67萬元，城鎮(zhèn)化率達(dá)到87.87%。

由于早期我國西南地區(qū)經(jīng)濟(jì)較為落后，城市建設(shè)發(fā)展速度緩慢，重慶的城市布局形態(tài)呈現(xiàn)一種原始自然的點(diǎn)狀。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及國家推出重點(diǎn)發(fā)展西南地區(qū)經(jīng)濟(jì)的政策，山地城市建設(shè)進(jìn)程加快，城市建設(shè)規(guī)模不斷加大。尤其是重慶成為中央直轄市后，城市逐漸由集中向分散發(fā)展，并向著與區(qū)域城市相融合、與外圍都市緊密聯(lián)合的方向發(fā)展。

重慶市主城區(qū)自改革開放，尤其是1997年設(shè)立為直轄市以來，城市化速度加快，區(qū)內(nèi)建成區(qū)面積不斷擴(kuò)大。2010年我國內(nèi)陸地區(qū)第一個(gè)國家級(jí)開發(fā)開放新區(qū)兩江新區(qū)的成立使得主城區(qū)北部成為建設(shè)的熱點(diǎn)地區(qū)。本文因數(shù)據(jù)限制，采用處理過后的邊界截取大部分主城區(qū)作為研究區(qū)域，截掉部分土地覆被類型多為植被，對(duì)城市建設(shè)用地的擴(kuò)張研究基本沒有影響。

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

重慶市主城區(qū)主要覆蓋LANDSAT TM/ETM/OLI軌道號(hào)為p128/r39和p128/r40的遙感影像中，本文為了體現(xiàn)重慶市直轄后的快速城市化過程，選擇2001年、2007年和2014年遙感影像圖作為數(shù)據(jù)源，其中2001年為ETM+數(shù)據(jù)，2007年為TM數(shù)據(jù)，2014年為OLI數(shù)據(jù)。首先在ENVI中對(duì)遙感影像進(jìn)行幾何校正、配準(zhǔn)、鑲嵌等處理，然后采用混合像元分解方法提取不透水面密度，并進(jìn)一步提取建設(shè)用地。

圖1 研究區(qū)位置

為體現(xiàn)地形因素對(duì)山地城市空間演化的影響，本文將分析城市隨海拔高度和地形起伏度的變化呈現(xiàn)出來的空間拓展特點(diǎn)，故選擇DEM數(shù)據(jù)為輔助數(shù)據(jù)對(duì)山地城市的空間拓展進(jìn)行分析。本文采用空間分辨率為85.6m的STRM（Shuttle Radar Topography Mission）DEM數(shù)據(jù)，在ArcGIS中計(jì)算地形起伏度并與建設(shè)用地密度相結(jié)合進(jìn)行分類疊加、統(tǒng)計(jì)。

2 研究方法

2.1 混合像元分解

遙感影像是以像元為基本單位來檢測和獲取地物信息，混合像元是指一個(gè)像元中包括了兩種或兩種以上地物的現(xiàn)象。將每一像元分解，求得其覆蓋類型組分占像元面積的百分比的過程被稱為混合像元分解。本文采用歸一化線性光譜混合模型（NSMA）進(jìn)行混合像元分解，首先對(duì)各波段的光譜值進(jìn)行歸一化處理，然后依據(jù)線性光譜混合模型（LSMM）原理對(duì)混合像元進(jìn)行高精度分解的方法。其中，光譜歸一化算法公式為：

線性光譜混合模型（LSMM）算法公式為：

式中：Riλ為第λ波段第i像元的光譜反射率（已知）；fki為對(duì)應(yīng)于i像元組分第k個(gè)端元所占的分量值（待求）；Ckλ為第k個(gè)基本組分在第λ波段的光譜反射率；εiλ為殘余誤差值（即光譜的非模型化部分）；n為基本組分的數(shù)目。評(píng)價(jià)模型用殘差或均方根誤差RMS表示：

本研究在ENVI中，選擇植被、水體、建設(shè)用地為端元，對(duì)遙感圖片進(jìn)行混合像元分解，采用選擇限制性條件的混合像元分解方法。提取出建設(shè)用地端元之后，根據(jù)端元的豐度值將建設(shè)用地分為高密度、中密度、低密度3個(gè)等級(jí)。

2.2 城市形態(tài)定量描述

在GIS平臺(tái)中，對(duì)得到的城市建設(shè)用地結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，利用城市空間形態(tài)的定量模型來獲取城市形態(tài)的相關(guān)參數(shù)。

（1）城市空間形狀分形維數(shù)。

空間的分形維數(shù)可以描述城市邊界形狀的復(fù)雜性，反映出土地利用形狀的變化及土地利用受干擾的程度，是一個(gè)面積與周長的關(guān)系，計(jì)算公式為：

式中：St為t時(shí)期城市斑塊的分形維數(shù)；Pt，At分別為t時(shí)期城市斑塊的面積和周長；St的理論范圍在1～2，St值越大表示圖形形狀越復(fù)雜。

（2）城市空間緊湊度指數(shù)。

式中：K為城市的緊湊度；A為城市面積；P為城市輪廓周長。這一公式以圓形區(qū)域作為標(biāo)準(zhǔn)度量單位，圓形地物的緊湊度為1，其他任何形狀地物的緊湊度均小于1，如正方形的緊湊度為，地物離散程度越大，其緊湊度越低。緊湊度大的圖斑受外界干擾小，更容易保持內(nèi)部資源的穩(wěn)定性。

（3）Boyce-Clark形狀指數(shù)。

其基本思想是將研究的形狀與標(biāo)準(zhǔn)圓形形狀進(jìn)行比較，得出一個(gè)相對(duì)指數(shù)的方法。這種方法是以面狀

式中：SBC為Boyce-Clark形狀指數(shù)；ri為某個(gè)圖形的優(yōu)勢點(diǎn)（Vantage point）到圖形周界的半徑長度；n為具有相等角度差的輻射半徑的數(shù)量。n可以取不同的數(shù)量，數(shù)量越大，形狀指數(shù)值精度越高。對(duì)于該研究，城市形狀優(yōu)勢點(diǎn)是圖形質(zhì)心（Centroid），半徑的取值方向采用32方向，基本上可以避免一對(duì)多或多對(duì)一現(xiàn)象的出現(xiàn)。

2.3 起伏度計(jì)算

在計(jì)算地形起伏度之前需要確定起伏度的計(jì)算尺度，張偉等[18]在全國范圍內(nèi)選取試驗(yàn)區(qū)，在漸變尺度下對(duì)中國地形起伏度適宜計(jì)算尺度進(jìn)行研究，認(rèn)為基于SRTM和ASTER DEM這兩種不同的數(shù)據(jù)源，全國范圍內(nèi)的地形起伏度適宜計(jì)算尺度分別為4.72，3.20 km2。本研究采用的是STRM（Shuttle Radar Topography Mission）DEM數(shù)據(jù)，結(jié)合重慶市主城區(qū)的典型性，研究中以3×3的計(jì)算窗口進(jìn)行地形起伏度計(jì)算。

采用Arc Map中的空間分析（Spatial Analyst）模塊中的鄰域分析（Neighborhood Statistic）工具，先計(jì)算出3×3像元內(nèi)的格網(wǎng)最大值，然后計(jì)算出其領(lǐng)域最小值，再利用模塊中的柵格計(jì)算工具（Raster Calculator）計(jì)算最大值與最小值高程差，就得到了該窗口的地形起伏度結(jié)果值?？杀硎緸槿缦鹿剑?/p>

式中：RF是分析窗口內(nèi)的地勢起伏度；Hmax是分析窗口內(nèi)的最大高程值；Hmin是分析窗口內(nèi)的最小高程值。

2.4 結(jié)合海拔高度和起伏度分級(jí)分區(qū)統(tǒng)計(jì)

參考李明杰等[19]的方法在GIS中將提取的建設(shè)用地分為低密度、中密度和高密度3個(gè)等級(jí)，本文研究的是建設(shè)用地相對(duì)密度在地形維度上的空間擴(kuò)張，而不是具體建設(shè)用地圖斑密度的絕對(duì)數(shù)量的變化；采用平均面積加權(quán)法（AWAE）將高程分為8個(gè)區(qū)間，用1—8標(biāo)記；采用1/2 Standard Deviation方法將起伏度分為10個(gè)區(qū)間，用1—10標(biāo)記。結(jié)合海拔高度和起伏度分區(qū)，統(tǒng)計(jì)每一區(qū)間內(nèi)3個(gè)建設(shè)用地等級(jí)所占數(shù)量和比例。地物的重心（或圖形的質(zhì)心、行政區(qū)范圍內(nèi)的人口中心、經(jīng)濟(jì)中心等）為核心，向周邊延伸若干條半徑（半徑之間的夾角相等），計(jì)算各條半徑的變化情況，所以也被稱為半徑形狀指數(shù)，用放射狀指數(shù)SBC來表示。

3 結(jié)果與分析

3.1 建設(shè)用地?cái)U(kuò)展的總體特征

重慶市主城區(qū)位于長江和嘉陵江交匯處，城區(qū)被河流分割為3個(gè)主體部分，區(qū)域大小和地形條件的差異使各區(qū)域的擴(kuò)展速度和方向差異較大。自改革開放以來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生產(chǎn)力布局的優(yōu)化調(diào)整，重慶市主城區(qū)城市空間進(jìn)入了前所未有的快速擴(kuò)展階段。尤其是重慶市直轄以來，主城區(qū)建設(shè)用地面積在2001年約為237.62 km2，增加到2007年的328.99 km2，2014年的818.85 km2，其中2007—2014年建設(shè)用地?cái)U(kuò)張最為劇烈，增速為69.98 km2/a，和2001—2007年的15.23 km2/a相比，增速明顯，達(dá)到了2001—2007年的4.6倍。

從表1可以看出，2001—2007年主城區(qū)建設(shè)用地輪廓變化不大，高密度等級(jí)建設(shè)用地分布較廣；2007—2014年建設(shè)用地跨越了縉云山、中梁山、銅鑼山和明月山4條山脈大規(guī)模擴(kuò)張，高密度等級(jí)比例嚴(yán)重下降。

表1 建設(shè)用地?cái)U(kuò)張總體特征 km2

2001—2007年主城區(qū)建設(shè)用地重心向東北遷移，由于山體阻隔，建設(shè)用地向正西和正東方向的拓展空間越來越小，主城向北擴(kuò)張速度加快；2007—2014年主城區(qū)建設(shè)用地重心繼續(xù)向東北偏移，特別是2010年兩江新區(qū)的成立，使得城市向北擴(kuò)張的趨勢繼續(xù)增強(qiáng)。

3.2 建設(shè)用地?cái)U(kuò)展的水平特征

在ArcGIS中提取出城市建設(shè)用地的面積和邊界周長，并計(jì)算出城市空間形態(tài)指數(shù)，計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 主城區(qū)城市空間形態(tài)演化指數(shù)

從表2可以看出，2001—2014年，主城區(qū)城市形態(tài)分形維數(shù)為1.548～1.580，分形維數(shù)理論范圍為1～2，說明重慶市主城區(qū)的城市邊界形狀較復(fù)雜；但城市分形維數(shù)變化不大，說明城市形態(tài)穩(wěn)定性較高，結(jié)合重慶的實(shí)際情況，說明城市一直在建設(shè)，邊界形態(tài)沒有穩(wěn)定下來。2001—2014年，主城區(qū)緊湊度指數(shù)為0.003～0.004，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于1，由緊湊度指數(shù)的定義來看，緊湊度指數(shù)介于0～1，當(dāng)緊湊度指數(shù)接近于1時(shí)，其形狀接近于圓形，城市內(nèi)斑塊受外界干擾小，更容易保持內(nèi)部資源的穩(wěn)定性；而主城區(qū)的緊湊度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1，說明城市形態(tài)離散程度大。同期城市形態(tài)放射狀指數(shù)變化較為明顯，并呈現(xiàn)出一直減小的趨勢。根據(jù)放射狀指數(shù)的定義來看，放射狀指數(shù)越趨于0，表明城市內(nèi)各圖斑分布越緊湊，指數(shù)越大說明各圖斑分布越離散，較好地反映了區(qū)域內(nèi)部的聯(lián)系強(qiáng)度。

重慶市主城區(qū)地貌多為丘陵山地，平坦地面較少，主要是沿江斷續(xù)階地和緩丘平壩。這就導(dǎo)致了城區(qū)的城市擴(kuò)張不像平原城市均衡地向各個(gè)方向擴(kuò)展，而主要是沿交通干線向外擴(kuò)張，在不同方向上，擴(kuò)張的速度和規(guī)模都有較大差異，整個(gè)城市呈跳躍式擴(kuò)張。

（1）2001—2007年處于直轄后的加速發(fā)展階段。這一時(shí)期城市逐漸進(jìn)入了快速擴(kuò)張期，增加的建設(shè)用地面積約為91.37 km2。這個(gè)階段內(nèi)分形維數(shù)下降，緊湊度指數(shù)增加，放射狀指數(shù)下降較為明顯，表明這一時(shí)期內(nèi)空間擴(kuò)張以填充型為主。結(jié)合實(shí)際情況來看，城市輪廓變化不大，江北機(jī)場建設(shè)逐漸完善，靠近機(jī)場的兩路片區(qū)得到迅速發(fā)展，渝北區(qū)介于唐家沱和觀音橋—人和之間的腹地、機(jī)場高速沿線地帶成為了城市擴(kuò)張的主要區(qū)域。

（2）2007—2014年處于城市的快速擴(kuò)張期。這一時(shí)期城市擴(kuò)張進(jìn)入了跳躍式空間擴(kuò)張階段，增加的建設(shè)用地面積約為489.86 km2。階段內(nèi)分形維數(shù)上升，緊湊度指數(shù)和放射狀指數(shù)下降，表明這一時(shí)期內(nèi)空間擴(kuò)張以外延發(fā)展為主。隨著兩江新區(qū)的成立，北部新區(qū)和兩路片區(qū)成為了主城區(qū)建設(shè)的熱點(diǎn)地區(qū)。此外，隨著微電子產(chǎn)業(yè)園、物流園及大學(xué)城的持續(xù)建設(shè)，主城區(qū)的西部得到快速發(fā)展；城區(qū)東南部由于茶園新區(qū)的建設(shè)也進(jìn)行了快速擴(kuò)張；城區(qū)東北部江北區(qū)復(fù)盛魚嘴片區(qū)異軍突起。城區(qū)跳躍性向城市外圍大規(guī)模擴(kuò)張，城市外圍地區(qū)的城鎮(zhèn)開始承擔(dān)起中心城區(qū)外溢功能和新增職能，與中心城區(qū)協(xié)同發(fā)展。

3.3 建設(shè)用地?cái)U(kuò)展的地形分異

（1）地形重心轉(zhuǎn)移。在GIS中分別統(tǒng)計(jì)各年份建設(shè)用地所在的海拔高度和起伏度的最小值、最大值、平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，結(jié)果如表3、表4所示。

從建設(shè)用地所在海拔高度的最大值來看（表3），2001—2007年建設(shè)用地向高度較高的區(qū)域擴(kuò)展。此后，因?yàn)獒槍?duì)區(qū)內(nèi)的各類自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)、森林公園區(qū)和“四山”禁建區(qū)等高海拔區(qū)域的生態(tài)保護(hù)政策，到了2014年建設(shè)用地所在的海拔高度下降到低于2001年，其中的建設(shè)用地向其他用地轉(zhuǎn)化。結(jié)合建設(shè)用地所在海拔高度的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差來看，2001—2014年，建設(shè)用地整體持續(xù)向海拔高度較高的區(qū)域擴(kuò)展，所在高度也相對(duì)集中。

從建設(shè)用地所在地形起伏度的最大值來看（表4），隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和技術(shù)水平的提高，所在起伏度也經(jīng)歷了增大爾后又降低的過程。結(jié)合建設(shè)用地所在起伏度的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差來看，和海拔高度不同，起伏度的平均值基本保持不變；標(biāo)準(zhǔn)差相差不大，但保持逐漸減小，說明建設(shè)用地所在起伏度相對(duì)而言更加集中。

表3 建設(shè)用地所在海拔高度特征 m

表4 建設(shè)用地所在地形起伏度特征

（2）建設(shè)用地?cái)U(kuò)展與海拔高度。在GIS中對(duì)研究區(qū)的高程分區(qū)，分別統(tǒng)計(jì)2001年、2007年和2014年的建設(shè)用地面積。

從每一高程區(qū)間建設(shè)用地的分布情況來看（圖2），主城區(qū)建設(shè)用地在每一高程區(qū)間內(nèi)逐年增長，尤其是2007—2014年增幅較大。從每一年建設(shè)用地的分布情況看，主城區(qū)建設(shè)用地呈現(xiàn)偏態(tài)分布，主要分布在1，2，3區(qū)，分別占了全部建設(shè)用地面積的75.3%，74%和73.4%?？梢钥闯觯?個(gè)年份建設(shè)用地面積在1—3區(qū)所占比重相差不大，說明主城區(qū)建設(shè)用地按照一定的速度和規(guī)律穩(wěn)定地進(jìn)行擴(kuò)展。2001年和2007年建設(shè)用地面積分布區(qū)間都是從1區(qū)增長到2區(qū)達(dá)到最高，然后逐漸下降。直到2014年建設(shè)用地面積分布區(qū)間從1區(qū)逐漸增長到3區(qū)達(dá)到最高，然后逐漸下降。說明隨著年份的增加，主城區(qū)建設(shè)用地在低高程區(qū)的增長達(dá)到飽和狀態(tài)，逐漸向高程較高的區(qū)域發(fā)展。

在高程分區(qū)的基礎(chǔ)上統(tǒng)計(jì)2001年和2014年主城區(qū)建設(shè)用地密度等級(jí)，并進(jìn)行比較分析，詳見圖3。

從圖3來看，2001年主城區(qū)建設(shè)用地主要分布在高程1區(qū)、2區(qū)和3區(qū)。建設(shè)用地在每一個(gè)高程分區(qū)內(nèi)密度分布較為均勻，在高程1—4區(qū)均是中密度等級(jí)建設(shè)用地最多，低密度等級(jí)次之，高密度等級(jí)最少；隨著高程的增加，擴(kuò)展難度加大，建設(shè)用地密度等級(jí)分布呈現(xiàn)不同的趨勢，在高程5—8區(qū)低密度等級(jí)建設(shè)用地最多，中密度等級(jí)次之，高密度等級(jí)最少。

從2014年來看，主城區(qū)建設(shè)用地仍然主要分布在高程1—3區(qū)，但高程4區(qū)的比重有增加的趨勢。建設(shè)用地整體分布和在每一高程區(qū)間內(nèi)的分布出現(xiàn)極為明顯的不均勻，高密度等級(jí)建設(shè)用地比重只有4.5%。在高程2—5區(qū)間內(nèi)中密度等級(jí)建設(shè)用地最多，低密度等級(jí)次之，高密度等級(jí)最少；而在高程最低的1區(qū)和高程達(dá)到一定高度的6—8區(qū)內(nèi)低密度等級(jí)的建設(shè)用地最多，中密度次之，高密度等級(jí)最少，高程8區(qū)從圖3可以看出幾乎沒有，說明在研究區(qū)內(nèi)高程的最高點(diǎn)仍然有建設(shè)用地但排列極為稀疏。

結(jié)合重慶主城區(qū)的實(shí)際情況，2001—2014年重慶直轄以來，隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，建設(shè)用地急速擴(kuò)展，經(jīng)歷了“擴(kuò)展—飽和—擴(kuò)展”的過程。建設(shè)用地呈現(xiàn)出由適宜性最強(qiáng)的低高程區(qū)慢慢向適宜性較強(qiáng)的較高高程區(qū)擴(kuò)展的趨勢。且隨著建設(shè)用地的擴(kuò)展，新建設(shè)用地的開發(fā)建設(shè)，出現(xiàn)了大面積的待建和新建建設(shè)用地，使得原有的高密度等級(jí)建設(shè)用地轉(zhuǎn)化為中密度等級(jí)的建設(shè)用地；或是由于整個(gè)建設(shè)用地面積的增加，基數(shù)增大，使得原有的高密度等級(jí)建設(shè)用地比重嚴(yán)重下降。

（3）建設(shè)用地?cái)U(kuò)展與地形起伏度。在GIS中對(duì)研究區(qū)的起伏度分區(qū)，分別統(tǒng)計(jì)2001年、2007年和2014年的建設(shè)用地面積，得到如下結(jié)果。

圖3 2001年和2014年高程分區(qū)統(tǒng)計(jì)建設(shè)用地密度等級(jí)比例及標(biāo)準(zhǔn)差

從每一年份建設(shè)用地分布情況來看（圖4），年份增加建設(shè)用地隨之逐漸增長，分散到每一區(qū)間仍然可以看出2007—2014年建設(shè)用地急劇增長的情況。從每一起伏度區(qū)間建設(shè)用地分布情況來看，起伏度1區(qū)間建設(shè)用地面積變化不大，重慶為典型山地城市，地勢平坦的起伏度1區(qū)間開發(fā)較早，已經(jīng)近乎飽和，總量變化不大。建設(shè)用地?cái)U(kuò)展程度最劇烈的是起伏度2區(qū)間、3區(qū)間和4區(qū)間，數(shù)量從2001年的205.36 km2增加2007年的285.69 km2以及2014年的717.77 km2，分別占總面積的86.4%，87.0%和87.7%，比重稍微有所增加但相差不大。這3個(gè)起伏度區(qū)間開發(fā)難度相對(duì)較低，在現(xiàn)有的技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)投入下這部分的土地轉(zhuǎn)換為建設(shè)用地的可能性較大。其中絕對(duì)數(shù)量增加最多的是第2區(qū)間，主要分布渝北區(qū)和兩江新區(qū)，也是主城區(qū)開發(fā)的重點(diǎn)區(qū)域。建設(shè)用地面積變化最小的是起伏度8區(qū)間、9區(qū)間和10區(qū)間，建設(shè)用地面積僅從2001年的2.67 km2增加到2014年的5.10 km2。從難易程度和開發(fā)的可行性方面來講，這3個(gè)起伏度區(qū)間建設(shè)開發(fā)的可能性最小，所以變化最小。與高程分區(qū)不同，隨著起伏度的增加，建設(shè)用地?cái)U(kuò)展規(guī)模和速度迅速減小，建設(shè)用地?zé)o法向起伏度較大的區(qū)域大規(guī)模擴(kuò)展。

圖4 起伏度分區(qū)統(tǒng)計(jì)建設(shè)用地面積

圖5是在起伏度分區(qū)的基礎(chǔ)上統(tǒng)計(jì)2001年和2014年主城區(qū)建設(shè)用地密度等級(jí)，并進(jìn)行比較分析。從圖5可以看出，主城區(qū)建設(shè)用地高密度等級(jí)在各個(gè)起伏度分區(qū)比例下降明顯，說明隨著城市的擴(kuò)展，使得城市建設(shè)用地總量這一基數(shù)快速增加，同時(shí)低密度和中密度等級(jí)建設(shè)用地的用地?cái)?shù)量增加更為顯著；隨著城市的發(fā)展，城市生態(tài)環(huán)境的變化，例如城市綠地的增加，樹冠的生長以及舊建筑樓頂積水等，使得較早年份的高密度等級(jí)建設(shè)用地轉(zhuǎn)化為非高密度等級(jí)，導(dǎo)致高密度等級(jí)建設(shè)用地的比例降低。

圖5 2001年和2014年起伏度分區(qū)統(tǒng)計(jì)建設(shè)用地密度等級(jí)比例及標(biāo)準(zhǔn)差

4 結(jié)論

（1）2001—2014年，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城市化建設(shè)的不斷加強(qiáng)和技術(shù)水平的提高，在一定程度上打破了山地城市自然條件的限制，重慶市主城區(qū)建設(shè)用地跨越4大山脈快速擴(kuò)展，經(jīng)歷了“擴(kuò)展—飽和—擴(kuò)展”的過程，建設(shè)用地在已有規(guī)模內(nèi)達(dá)到飽和后進(jìn)行外延式擴(kuò)展。

（2）建設(shè)用地在不同高程區(qū)間和起伏度區(qū)間下分布差異特征明顯，隨著開發(fā)技術(shù)水平的進(jìn)步，建設(shè)用地有向高程較高的區(qū)域擴(kuò)展的趨勢；但無論技術(shù)如何進(jìn)步，起伏度較大的區(qū)域建設(shè)用地?cái)?shù)量增加不明顯，說明建設(shè)用地?zé)o法大規(guī)模向起伏度較大的區(qū)域擴(kuò)展。從不同年份建設(shè)用地在高程和起伏度各個(gè)區(qū)間所占比例來看，主城區(qū)建設(shè)用地按照一定的速度和規(guī)模穩(wěn)定地進(jìn)行擴(kuò)展。

文章雖然采用改進(jìn)的混合像元分解模型并且在此基礎(chǔ)上反復(fù)試驗(yàn)提取城市建設(shè)用地范圍，以期提高提取精度，但也會(huì)把城市化水平較高的區(qū)域內(nèi)公園、公共綠地等誤分為非建設(shè)用地，或是因遙感影像采集的季節(jié)不同，水體干涸后的灘涂等誤分為建設(shè)用地，希望在以后的研究中繼續(xù)改進(jìn)。

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Spatial Expansion and Topographic Differentiation of Urban Construction Land in Large Mountainous Cities

LYU Zhiqiang，DENG Rui，QING Shanshan
（Department of Land Resource Management，Chongqing Technology and Business University，Chongqing400067，China）

The urbanization process in China has entered the accelerating stage in recent years，the urban construction land is increasingly scarce，especially in the mountainous city，the contradiction between supply and demand of construction lands is obvious.Based on the terrain gradient change of urban construction land expansion，we used remote sensing image data of the main urban area in 2001，2007 and 2014 in Chongqing City to extract the urban construction lands by using the method of decomposition of mixed pixels.The fractal dimension of construction land，compact index and the radial index were computed to analyze the main urban construction land expansion form change characteristics of horizontal direction.Combining urban construction land with the regional elevation and relief，we analyzed the construction land differentiation characteristics of terrain.The results showed that the city scale expanded rapidly，and the area of construction land increased from 237.62 km2to 818.85 km2during the period from 2001 to 2014.With respect to comprehensive fractal dimension index，compact city index，the radial index in general，urban expansion is compact extension type，but during the period from 2007 to 2014，the urban expansion shifted toward the epitaxial extension type.Urban expansion appeared as compact extension type in the period from 2001 to 2007，but it turned to epitaxial extension type in the period from 2007 to 2014.The urban construction land in low elevation area reached to the saturated state，while high elevation area is a growing momentum，from the point of rolling degree analysis，construction lands are unable to expand to the larger area.

construction land expansion；mixed pixel decomposition；terrain gradient；large mountainous cities

F301.2;P208

A

1005-3409（2017）01-0232-07

2015-12-15

2016-02-01

重慶市社會(huì)科學(xué)規(guī)劃培育項(xiàng)目（2014PY63）；國家自然科學(xué)基金（41101155，41301351）；重慶市教委科技項(xiàng)目（KJ1400623）；教育部人文社科項(xiàng)目（12XJCZH005）；重慶市高等學(xué)校青年骨干教師資助計(jì)劃（2011）

呂志強(qiáng)（1978—），男，山東萊蕪人，博士，副教授，主要從事3S應(yīng)用、環(huán)境遙感、資源環(huán)境經(jīng)濟(jì)與農(nóng)村可持續(xù)發(fā)展研究。E-mail：lv0726＠126.com