□ 苗東利 楊肖月

1 引言

目前我國(guó)正處于城市發(fā)展的快速期，近階段城市在數(shù)量上幾乎沒有變化，但建設(shè)用地的面積和人口密度卻在迅速增長(zhǎng)[1]。隨著城市化進(jìn)程的加快，城市建設(shè)用地向外擴(kuò)張的趨勢(shì)越來(lái)越明顯，這種擴(kuò)張不但對(duì)城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生影響，還會(huì)對(duì)城市的生態(tài)環(huán)境造成很大的破壞，是引起城市熱島效應(yīng)的重要因素[2]。為了對(duì)城市建設(shè)用地發(fā)展規(guī)模進(jìn)行合理的調(diào)控，應(yīng)該對(duì)城市的擴(kuò)張進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)[3、4]。該研究可為今后城市的發(fā)展方向、規(guī)劃編制等提供理論指導(dǎo)，促進(jìn)城市有序、高效、科學(xué)和可持續(xù)的發(fā)展。

本文以鄭州、洛陽(yáng)、平頂山三座城市的中心城區(qū)作為研究區(qū)域，通過Landsat遙感影像提取城市建設(shè)用地的面積，運(yùn)用建設(shè)用地?cái)U(kuò)張速率、建設(shè)用地緊湊度和象限分析法對(duì)城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張的數(shù)量特征和空間特征進(jìn)行分析，進(jìn)一步得出三座城市的擴(kuò)張?zhí)卣鳌?/p>

2 研究區(qū)概況

本文參考2010—2018年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)比分析各地市GDP總量和人均GDP等參考指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)鄭州市經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r穩(wěn)居全省第一，洛陽(yáng)市、南陽(yáng)市、許昌市、信陽(yáng)市、新鄉(xiāng)市和漯河市居于中等水平，駐馬店市、平頂山市、安陽(yáng)市、焦作市、三門峽市、商丘市、周口市、開封市、濮陽(yáng)市、鶴壁市和濟(jì)源市GDP總量相對(duì)較低。本文選取鄭州市、洛陽(yáng)市、平頂山市為研究區(qū)，表1介紹研究區(qū)的經(jīng)濟(jì)和人口情況。

表1 2018年研究區(qū)經(jīng)濟(jì)和人口

3 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

3.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

研究選用2002年、2010年、2018年的landsat7TM和landsat8OLI-TIRS影像數(shù)據(jù)，為使研究結(jié)果更準(zhǔn)確，選擇云量較少的10月數(shù)據(jù)。對(duì)比2002年、2010年、2018年鄭州市、洛陽(yáng)市、平頂山市的谷歌歷史影像，同時(shí)參考鄭州市、洛陽(yáng)市、平頂山市統(tǒng)計(jì)局官網(wǎng)以及2002—2018年《中國(guó)城市建筑統(tǒng)計(jì)年鑒》上的相關(guān)數(shù)據(jù)。

3.2 研究方法

本文主要運(yùn)用建設(shè)用地的擴(kuò)展速率（公式1）、建設(shè)用地的緊湊度（公式2）、象限分析法分別對(duì)城市擴(kuò)張的數(shù)量特征、擴(kuò)張的空間特征進(jìn)行分析。

（1）建設(shè)用地的擴(kuò)展速率

城市擴(kuò)張的擴(kuò)展速率（K）表示的是在單位時(shí)間內(nèi)建設(shè)用地變化的幅度[5、6]。

其中Ra是研究時(shí)段開始時(shí)的建設(shè)用地面積，Rb是研究時(shí)段結(jié)束時(shí)建設(shè)用地的面積，T是研究時(shí)段的時(shí)間跨度（單位為：年）。

（2）建設(shè)用地的緊湊度

建設(shè)用地的緊湊度是用來(lái)反映城市建設(shè)用地空間布局的一個(gè)重要指數(shù)，它可以用來(lái)衡量城市建設(shè)用地的豐盈程度，用來(lái)監(jiān)測(cè)城市擴(kuò)張的范圍，防止城市建設(shè)用地的過度蔓延，以節(jié)約城市用地為最終目的。緊湊度通常使用Batty提出的計(jì)算公式，其計(jì)算公式為：

其中A表示建設(shè)用地的面積，P表示建設(shè)用地的輪廓周長(zhǎng)（研究區(qū)的建設(shè)用地周長(zhǎng)）。

（3）象限分析

以每個(gè)城市的市中心為原點(diǎn)，建立緩沖區(qū)，使用ArcGIS的疊加分析功能，將不同時(shí)期的建設(shè)用地分成八個(gè)區(qū)域，分析不同時(shí)間段城市建設(shè)用地的擴(kuò)張方向。

4 結(jié)果與分析

4.1 提取建設(shè)用地

從影像中提取出來(lái)建設(shè)用地的圖層，計(jì)算建設(shè)用地的面積，鄭州市2002年、2010年、2018年建設(shè)用地的面積分別為165.4km2、335.1km2、626.5km2；洛陽(yáng)市2002年、2010年、2018年建設(shè)用地的面積分別為160.2km2、203.6km2、279.6km2；平頂山市2002年、2010年、2018年建設(shè)用地的面積分別為62.3km2、96.5km2、137.5km2，建設(shè)用地的區(qū)域和面積分別見圖1和表2。

圖1 不同城市建設(shè)用地提取

4.2 城市擴(kuò)張速度分析

城市擴(kuò)張首先會(huì)表現(xiàn)在建設(shè)用地?cái)?shù)量上的增加，根據(jù)提取出來(lái)的不同監(jiān)測(cè)年份的建設(shè)用地的面積，計(jì)算出建設(shè)用地的年擴(kuò)張量，并根據(jù)公式1計(jì)算出城市擴(kuò)張速率，見表3。

從城市擴(kuò)張的速率方面來(lái)看，鄭州市的擴(kuò)張速率最快，兩個(gè)監(jiān)測(cè)時(shí)段建設(shè)用地的擴(kuò)張速率分別為12.8%、10.9%，擴(kuò)張速度都比較快；洛陽(yáng)市的擴(kuò)張速率由3.7%上升至4.7%，建設(shè)用地的擴(kuò)張速率在不斷地上升；平頂山市第一個(gè)監(jiān)測(cè)時(shí)段的擴(kuò)張速率為6.9%，第二個(gè)監(jiān)測(cè)時(shí)段的擴(kuò)張速率變?yōu)?.3%，造成這個(gè)變化的原因主要是由于第一個(gè)監(jiān)測(cè)時(shí)段平頂山市的建設(shè)用地基數(shù)相對(duì)較少。

4.3 建設(shè)用地的緊湊度分析

表2 建設(shè)用地的面積

表3 城市擴(kuò)張數(shù)量特征

城市建設(shè)用地的緊湊度是用來(lái)反映城市空間布局的一個(gè)重要指數(shù)，可以用來(lái)衡量城市建設(shè)用地的豐盈程度，用來(lái)監(jiān)測(cè)城市擴(kuò)張的范圍，防止城市建設(shè)用地的過度蔓延，以節(jié)約城市用地為最終目的。由公式2可以計(jì)算出不同時(shí)間段建設(shè)用地的緊湊度BCI指數(shù)，見表4。

緊湊度指數(shù)的數(shù)值越大表示該城市的緊湊度越高，城市的緊湊度越高說明城市土地的利用率越高，越節(jié)約土地成本。由計(jì)算出的BCI指數(shù)可以看出鄭州市在這三個(gè)城市中屬于緊湊度最高的，而且隨著城市建設(shè)用地的不斷增加，城市緊湊度數(shù)值呈現(xiàn)不斷上升的趨勢(shì)，且上升趨勢(shì)越來(lái)越明顯。洛陽(yáng)市的城市緊湊度一直呈現(xiàn)一個(gè)穩(wěn)定增長(zhǎng)的趨勢(shì)，而平頂山市的城市緊湊度則在不斷地下降，這表明平頂山市的城市建設(shè)用地分布越來(lái)越分散。

表4 BCI指數(shù)

4.4 不同城市擴(kuò)張的方向性分析

上面分析了城市擴(kuò)張速度和緊湊度，可以看出城市擴(kuò)張的整體數(shù)值與趨勢(shì)，想要得到不同城市擴(kuò)張的具體方位信息必須進(jìn)行城市擴(kuò)張的方向性分析。本文分別以鄭州市、洛陽(yáng)市、平頂山市的中心點(diǎn)為原點(diǎn)，分析建設(shè)用地在八個(gè)方向上的擴(kuò)張，進(jìn)而分析城市擴(kuò)張的方向性，見圖2。

圖2 城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張方向分析

5 結(jié)語(yǔ)

本文運(yùn)用建設(shè)用地?cái)U(kuò)張速率、建設(shè)用地緊湊度和象限分析法對(duì)城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張的數(shù)量特征和空間特征進(jìn)行分析，得出三座城市的擴(kuò)張?zhí)卣鳎?/p>

（1）鄭州市的建設(shè)用地的擴(kuò)張呈現(xiàn)“點(diǎn)—軸—波式循環(huán)”的模式，城市擴(kuò)張的主要方向是鄭州市的東部地區(qū)，城市擴(kuò)張緊湊度較高；洛陽(yáng)市的建設(shè)用地?cái)U(kuò)張呈現(xiàn)沿“點(diǎn)—軸—網(wǎng)”的模式，整體上是沿兩條橫跨洛陽(yáng)市的河流的兩岸向四周擴(kuò)張；平頂山市以“點(diǎn)—軸—面”的模式由市中心向西部擴(kuò)張，整體呈枝葉狀向外擴(kuò)張。

（2）鄭州市的建設(shè)用地緊湊度不斷升高，在2018年城市緊湊度達(dá)到0.647，接近于圓形；洛陽(yáng)市的城市緊湊度呈現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì)；而平頂山市的城市緊湊度在不斷地下降，表明平頂山市建設(shè)用地的空間布局越來(lái)越分散。

（3）鄭州市的建設(shè)用地?cái)U(kuò)張速度一直是高速增長(zhǎng)型；洛陽(yáng)市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張速度是中速增長(zhǎng)型城市；平頂山市在2002—2010年屬于低速增長(zhǎng)型城市，在2010—2018年變成了中速增長(zhǎng)型城市。