劉常瑜，陳新宇，解婉穎，解華明

(1.安徽建筑大學(xué) 環(huán)境與能源工程學(xué)院，安徽 合肥 230601；2.住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部規(guī)劃管理中心，北京 100835)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的日益發(fā)達(dá)，城市化趨勢越發(fā)的成熟，我國土地利用類型發(fā)生了翻天覆地的變化，實(shí)時掌握土地利用類型及其變化特征和根源，對人們的生活和國家的調(diào)控起著重要的作用。紹興市作為國家可持續(xù)發(fā)展重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)區(qū)，對中心城市開展土地利用變化特征和驅(qū)動因子綜合研究，不僅具有代表性和借鑒性，同時，對于其他區(qū)域的土地利用變化調(diào)控和管理都具有理論指導(dǎo)意義。[1]土地的變化多表現(xiàn)為景觀格局的變化，加強(qiáng)城市發(fā)展的可持續(xù)性，對于保持合理的城市景觀布局具有重要的意義。[2]因此，利用景觀元素的聚散及流動來揭示城市可持續(xù)發(fā)展的潛力及方向極具科學(xué)意義。

1 研究數(shù)據(jù)

本文以SPOT5、ZY3等多源、不同時相的高分辨率影像數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，通過相關(guān)地物信息的提取，對紹興中心城市土地利用動態(tài)變化進(jìn)行分析，結(jié)合研究區(qū)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，建立紹興市景觀格局評價指標(biāo)庫。本研究所用到的影像數(shù)據(jù)如表1。

表1 研究區(qū)遙感影像類型

2 研究內(nèi)容

利用紹興中心城區(qū)2009～2016年的八期遙感影像及其他輔助信息，采用目視解譯法提取研究區(qū)土地利用空間信息；根據(jù)提取的土地利用信息，分別對研究區(qū)土地利用數(shù)據(jù)和時空變化、土地利用動態(tài)變化度、土地利用轉(zhuǎn)換模型三個方面進(jìn)行分析紹興市土地利用變化特殊；運(yùn)用景觀格局指數(shù)分析法，從景觀水平、特定類型水平、城市綠地建設(shè)水平等方面構(gòu)建基于景觀格局與功能的城市可持續(xù)發(fā)展能力評價指標(biāo)體系，通過主成分分析法，分別確定 2009、2013、2016 年間的斑塊密度(PD)、景觀粒度(MESH)、多樣性指數(shù)(SHDI)、景觀分離度指數(shù)(DIVISION)、農(nóng)林用地最大斑塊指數(shù)(LPI)、城市建設(shè)用地斑塊分維度(FRAC_MN)、非建設(shè)用地景觀優(yōu)勢度(SHEI)等指標(biāo)指數(shù)[3]，從定性和定量兩個角度對浙江紹興市進(jìn)行城市可持續(xù)發(fā)展能力評價。

從研究流程(圖1)可以看出，本研究分為三個部分，分別為研究區(qū)土地利用信息提取、土地利用動態(tài)變化分析以及區(qū)域內(nèi)景觀格局分析下的城市發(fā)展可持續(xù)性研究。

圖1 技術(shù)路線圖

2.1 影像預(yù)處理

下載到的各年份的影像已經(jīng)經(jīng)過了輻射校正，因此，對所獲得的各遙感影像進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，預(yù)處理過程有幾何校正、影像的融合、拼接和裁剪、定義投影等，得到研究區(qū)影像數(shù)據(jù)圖，如下圖2:

2.2 研究區(qū)地物信息提取

本文結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況，參照《城市用地分類與規(guī)劃建設(shè)用地標(biāo)準(zhǔn)(GB50137-2011)》和《紹興市城市總體規(guī)劃(2011～2020)——城市用地布局規(guī)劃圖》，結(jié)合遙感數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，將研究區(qū)土地利用類型分為城市建設(shè)用地、村鎮(zhèn)用地、變通用地、特殊用地、水域、農(nóng)林用地及其他非建設(shè)用地七類[4]，分類結(jié)果如圖3，其中對城市建設(shè)用地細(xì)化為九類。

圖2 研究區(qū)2009-2016年不同數(shù)據(jù)源遙感影像圖

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用變化分析

3.1.1 土地利用數(shù)量變化分析

由表2可得，紹興中心城市的土地利用類型主要以城市建設(shè)用地為主，其次為農(nóng)林用地和水域。城市建設(shè)用地在該地區(qū)所占的比例逐年增加，而農(nóng)林用地在該地區(qū)的比例逐年減少，特殊用地不變，水域變化不算明顯，這種非常小的變化亦有可能是由于影像時相不同因降水量不同引起的水域面積的輕微變化。城市建設(shè)用地的快速增，與研究時段內(nèi)研究區(qū)的發(fā)展政策及社會驅(qū)動力有重要的關(guān)系。而從上表反映的現(xiàn)狀來看，人口增長，建設(shè)用地快速增加，而農(nóng)林用地減少，雖然可以緩解人地矛盾，但使得農(nóng)林用地減少，因此，需要在盡量減少農(nóng)業(yè)用地占有量的情況下，通過中心城市外擴(kuò)等方法解決建設(shè)用地需求量增加的總量。

表2 紹興中心城市2009-2016年土地利用現(xiàn)狀

表3 紹興中心城市2009-2016年城市建設(shè)用地現(xiàn)狀

從表3可知，紹興市的土地利用中，以居住用地和工業(yè)用地為主。其中居住用地所占比例最大，其增長速度也較快。2009～2016年，研究區(qū)城市建設(shè)用地的九類土地利用類型都發(fā)生了不同程度的變化，且逐年呈增長趨勢，面積增加最大的是居住用地，最小的為公共設(shè)施用地。城市綠地和廣場用地較其他建設(shè)用地來說增長速度慢，隨著人們對于生活環(huán)境的要求日益增加，需要進(jìn)一步規(guī)劃好城市綠地與廣場用地，以提高研究區(qū)人民生活環(huán)境的舒適性。

3.1.2 土地利用時空變化分析

由表4可以總結(jié)出2009-2016七年間紹興中心城市土地利用的轉(zhuǎn)移趨勢。減少的農(nóng)林用地和其他非建設(shè)用地多轉(zhuǎn)移為城市建設(shè)用地；其他非建設(shè)用地轉(zhuǎn)出較多，除自身的轉(zhuǎn)移外，大部分轉(zhuǎn)為城市建設(shè)用地。

3.2 土地利用動態(tài)度分析

從表5中可以看到，其他非建設(shè)用地、區(qū)域交通設(shè)施用地、農(nóng)林用地的變化幅度較大。其中2010～2011年間，其他非建設(shè)用地減少了-18.82%，區(qū)域交通設(shè)施用地增加了15.53%，變化最為明顯。城市建設(shè)用地、交通用地基本上逐年增加，而村鎮(zhèn)用地、水域、農(nóng)林用地、其他非建設(shè)用地則基本呈減少的趨勢。

3.3 土地利用空間格局分析

根據(jù)紹興市中心城區(qū)規(guī)劃區(qū)域，結(jié)合圖3可以看出，紹興市中心城市建設(shè)用地逐年增加，尤其是中心城區(qū)的東北區(qū)域，農(nóng)林用地快速減少，城市建設(shè)用地增加；由于影像獲得時間季節(jié)不同，水域在空間分布上也存在較小的變化；紹興中心城區(qū)西北區(qū)域村鎮(zhèn)建設(shè)用地逐年減少，而整體空間來看，交通用地則增加；研究區(qū)西北區(qū)域城市未建設(shè)用地面積減少較多，也主要是用來發(fā)展城市建設(shè)用地，其中，居住用地增加最多。

3.4 城市可持續(xù)發(fā)展力分析

3.4.1 定性分析

本研究以城市景觀整體結(jié)構(gòu)、城市景觀生態(tài)連通與控制能為、城市上地保障及用地集約水平3個領(lǐng)域?yàn)槟繕?biāo)層，選取斑塊密度(PD)、景觀粒度(MESH)、多樣性指數(shù)(SHDI)、景觀分離度指數(shù)(DIVISION)、農(nóng)林用地最大斑塊指數(shù)(LPI)、城市建設(shè)用地斑塊分維度(FRAC_MN)、非建設(shè)用地景觀優(yōu)勢度(SHEI)等指標(biāo)指數(shù)，對浙江紹興市進(jìn)行城市可持續(xù)發(fā)展能力評價，各指標(biāo)計(jì)算結(jié)果如表6。

表4 紹興中心城市2009-2016年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

表5 紹興中心城市2009-2016年土地利用變化動態(tài)度

表6 紹興中心城市區(qū)景觀格局指數(shù)值

從紹興規(guī)劃區(qū)景觀格局分析看，從2009年到2016年，該地區(qū)100 hm2而積的斑塊數(shù)量為7.9～8.3之間，并且總體呈現(xiàn)增加趨勢，說明城市景觀破碎化程度在加劇，在2013年達(dá)到最大，但是到了2016年又降低，由于城市開發(fā)程度等原因，規(guī)劃區(qū)土地利用斑塊變化不規(guī)律。MESH值逐年降低，說明紹興市景觀斑塊向著聚集和大規(guī)模方向發(fā)展，城市景觀中優(yōu)勢斑塊更加突出。在紹興市發(fā)展過程中，景觀格局呈現(xiàn)多樣性，這種景觀多樣性水平的提高可能主要?dú)w因于建設(shè)用地變化的多樣性，而這種格局從某種程度上來說，并不利于城市生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。在城市地區(qū)，衡量城市綠色空間連通程度關(guān)鍵指標(biāo)就是景觀用地分離度[5]，從表6可知，紹興市的景觀分離度較大，斑塊數(shù)多，優(yōu)勢斑又少，景觀破碎化也較為明顯，說明在近幾年隨著城市建設(shè)與發(fā)展速度的加快，農(nóng)林用地景觀有空間分化趨勢。紹興市非建設(shè)用地斑塊分維度從2.01增加到2.11，說明分割度呈增加趨勢，同時非建設(shè)用地的景觀優(yōu)勢度呈降低趨勢，這表明紹興市非建設(shè)用地的破碎性增強(qiáng)，土地流轉(zhuǎn)概率持續(xù)增加。

3.4.2 定量分析

文章先采用極值標(biāo)準(zhǔn)化法將原始數(shù)據(jù)無量綱化，使得評價指標(biāo)體系標(biāo)準(zhǔn)化，然后通過對數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差與平均值進(jìn)行求比，選用精度較高的變異系數(shù)法來確定權(quán)重，指標(biāo)的變異系數(shù)越大，在評價中的分布變異性也就越大，因此，這項(xiàng)指標(biāo)可以對各評價對象進(jìn)行區(qū)分，在權(quán)重賦值中，也就賦予較大的權(quán)重；反之，則應(yīng)賦予較小的權(quán)重。[6]紹興市中心城區(qū)可持續(xù)發(fā)展能評價指標(biāo)權(quán)重如表7:

表7 指標(biāo)權(quán)重表

根據(jù)各個指數(shù)的重值及其量化值，可計(jì)算出紹興市可持續(xù)發(fā)展能力評價的綜合指數(shù)，如表8。

表8 2009、2013、2016年紹興市可持續(xù)發(fā)展綜合能力指數(shù)表

根據(jù)可持續(xù)發(fā)展能力評價的綜合指數(shù)的計(jì)算公式算出，紹興市可持續(xù)發(fā)展綜合指數(shù)在0.65-0.85之間，根據(jù)Batty M在1995年建立的可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)評價值衡量標(biāo)準(zhǔn)，紹興市中心城區(qū)屬于快速可持續(xù)發(fā)展水平。

4 結(jié)論

(1)紹興中心城區(qū)的土地類型主要以城市建設(shè)用地和農(nóng)林用地為主，城市建設(shè)用地在該地區(qū)所占的比例逐年增加，而農(nóng)林用地在該地區(qū)的比例逐年減少。居住用地所占面積的比重最大，增速也相對較快，城市建設(shè)用地的增加主要來自于農(nóng)林用地和其他非建設(shè)用地的減少，城市建設(shè)用地多為自身轉(zhuǎn)移方式，其他非建設(shè)用地轉(zhuǎn)出量較大，除了自身轉(zhuǎn)移之外，大部分轉(zhuǎn)為城市建設(shè)用地。城市建設(shè)用地的快速增加，占用了農(nóng)林用地，為了從根本上解決人地矛盾，需要通過對城市外沿擴(kuò)張式規(guī)劃來滿足城市的發(fā)展。

(2)紹興市中心城區(qū)的七大土地利用類型中，其他非建設(shè)用地、交通用地、農(nóng)林用地的變化幅度較大，8年間的變化度分別為-6.98%、3.84%、-3.37%。城市建設(shè)用地、村鎮(zhèn)建設(shè)用地、水域8年間的變化度分別為 1.95%、-1.34%、-0.29%。2009-2010年與2012至2013年間綜合土地利用動態(tài)變化度最高。

(3)建立紹興市城市景觀格局評價指標(biāo)體系，結(jié)合定性描述和定量分析結(jié)果，對紹興市景觀生態(tài)特征進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)城市景觀分離度較大，斑塊數(shù)多，優(yōu)勢斑又少，景觀破碎化也較為明顯，這與前期城市建設(shè)時，規(guī)劃不及時，空間布局合理性低有一定的關(guān)系，因此，在后續(xù)城市外沿擴(kuò)張規(guī)劃時，建議采用最優(yōu)線性規(guī)劃、灰色模型等數(shù)學(xué)方法進(jìn)行定量規(guī)劃[7]，以達(dá)到城市發(fā)展的最適宜性。