周在輝， 馬 靜， 馮曉剛

(1.西安建筑科技大學(xué)建筑學(xué)院， 西安 710055； 2.西安市城市規(guī)劃信息中心， 西安 710082)

快速城市化導(dǎo)致城市攤大餅式快速擴(kuò)張，人口大量向城市集中，帶來的是城市無序蔓延、城市土地利用結(jié)構(gòu)變化顯著、人地矛盾突出等一系列城市問題。許多歷史文化名城、歷史文化街區(qū)等功能單一，已經(jīng)嚴(yán)重制約其發(fā)展。在自然生態(tài)環(huán)境、人文歷史環(huán)境、規(guī)劃管理措施等多方面因素共同制約下，城市空間形態(tài)表現(xiàn)為城市空間擴(kuò)展和城市外部形態(tài)共同演化過程。城市空間形態(tài)是城市歷史足跡的印記，是眾多學(xué)者研究城市發(fā)展的重要切入點(diǎn)。通過對城市空間形態(tài)時空演化特征的綜合分析，總結(jié)提煉城市空間演化規(guī)律，為城市相關(guān)政策措施的制定提供依據(jù)。

國外城市空間形態(tài)研究是隨著形態(tài)學(xué)發(fā)展而逐漸興起。1899年，Otto發(fā)表《論城鎮(zhèn)平面布局》論文，標(biāo)志著城市空間形態(tài)研究的開端[1]。1964年，Boyce和Clark首次定義了城市空間形態(tài)概念，并提出Boyce-Clark形狀指數(shù)[2]。1970年，Lee等[3]提出城市空間形態(tài)定量化指標(biāo)。1994年，Batty等[4]基于分形視角分析了城市空間擴(kuò)展和空間結(jié)構(gòu)。綜合來看，國外學(xué)者多是從幾何形態(tài)、地域結(jié)構(gòu)、類型形態(tài)等角度分析城市空間形態(tài)[5]。中國城市空間形態(tài)研究興起于20世紀(jì)90年代。城市空間形態(tài)主要從構(gòu)成要素、演變模式、演變機(jī)制、擴(kuò)展模擬、驅(qū)動力分析等方面進(jìn)行分析[6-9]。分析方法則是利用分形、層次分析、系統(tǒng)動力學(xué)、元胞自動機(jī)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、地理探測器[10-13]等定性與定量相結(jié)合的技術(shù)手段從緊湊度、均衡度、離散度等方面分析城市空間形態(tài)。綜合來看，城市空間形態(tài)研究多以大中城市為研究對象，中西部城市空間形態(tài)研究相對薄弱[14-15]。

在中國城市化進(jìn)程日益加快的發(fā)展時期，城市空間形態(tài)也在發(fā)生深刻的變革，高新工業(yè)園區(qū)、產(chǎn)業(yè)園等都依托主城區(qū)蓬勃發(fā)展，城市由單中心向多中心發(fā)展，城市聚集能力越強(qiáng)表現(xiàn)為向集約型城市發(fā)展，城市空間表現(xiàn)出特有的形態(tài)特征。城市空間形態(tài)除了研究城市自身空間形態(tài)模式之外，還聚焦于城市空間動態(tài)發(fā)展過程中出現(xiàn)的諸如城市空間同質(zhì)化、破碎化等問題。從城市空間的集聚與擴(kuò)散特性方面對城市的規(guī)模、形狀、空間集聚特性[16-17]等進(jìn)行量化研究與分析，以圖譜的形式探究城市空間動態(tài)演化規(guī)律，以期為新型城鎮(zhèn)化背景下的城市空間規(guī)劃和管理提供技術(shù)支持。

1 研究區(qū)概況

酒泉市地處甘肅省西北部，古城肅州，因“地下有泉”“泉水若酒”而得名，是甘肅省歷史文化名城。酒泉市地處甘肅省西北部河西走廊西端，自古是中原、東北通往新疆和西域的交通要塞，是絲綢之路河西走廊段重鎮(zhèn)，典型的綠洲型城市，自然資源和歷史文化遺產(chǎn)豐富。其空間形態(tài)的演化受生態(tài)環(huán)境影響較大，境內(nèi)河流主要為疏勒河、黑河及其支流。酒泉城市空間形態(tài)發(fā)展除自身特性外還有一定的典型性。通過對其空間擴(kuò)展形態(tài)和驅(qū)動力的分析能夠明晰其空間形態(tài)發(fā)展特征，指導(dǎo)構(gòu)建具有地方特色的酒泉城市空間形態(tài)發(fā)展策略，同時也對類似城市的規(guī)劃發(fā)展提供借鑒意義。

2 研究數(shù)據(jù)和技術(shù)方案

以Landsat影像為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，選取酒泉市七期遙感影像，時間跨度為26 a，包含最近30 a城市空間地理信息。同時還包括相應(yīng)的城市規(guī)劃圖、地形地貌、統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)等資料。借助ArcGIS對原始資料預(yù)處理，整合多源數(shù)據(jù)并結(jié)合相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料建立空間數(shù)據(jù)庫，分層管理各種數(shù)據(jù)并進(jìn)行相關(guān)分析。研究過程：①預(yù)處理各種數(shù)據(jù)建立地理信息系統(tǒng)(geographic information system，GIS)數(shù)據(jù)庫；②利用ArcGIS軟件并結(jié)合相關(guān)模型算法，提取各時期城市邊界矢量圖(圖1)，獲得城市建成區(qū)面積、周長等相關(guān)基礎(chǔ)信息，分析建成區(qū)空間形態(tài)演化特征；③探究總結(jié)建成區(qū)空間擴(kuò)展驅(qū)動力因素。

圖1 酒泉市各時期城鎮(zhèn)形態(tài)Fig.1 Urban morphology of Jiuquan in different periods

3 城市空間形態(tài)研究指標(biāo)框架

城市空間形態(tài)指標(biāo)主要包括城市空間擴(kuò)展指標(biāo)和城市外部形態(tài)指標(biāo)，通過相關(guān)模型和公式計(jì)算分析城市空間形態(tài)特征。

3.1 城市空間擴(kuò)展定量化指標(biāo)

城市空間擴(kuò)展是城市用地在時空上的擴(kuò)展特征，定量化指標(biāo)包括用地?cái)U(kuò)展速度和強(qiáng)度指數(shù)、用地?cái)U(kuò)展各向異性指數(shù)。

3.1.1 用地?cái)U(kuò)展速度和強(qiáng)度指數(shù)

用地?cái)U(kuò)展速度和強(qiáng)度指數(shù)描述一定時間內(nèi)城市用地的擴(kuò)展規(guī)模和發(fā)展趨勢。首先將土地單元的年平均擴(kuò)展速度標(biāo)準(zhǔn)化處理，然后計(jì)算各個時期城市用地的可比性。

(1)

(2)

式中：M為城市用地?cái)U(kuò)展速度；I為城市用地?cái)U(kuò)展強(qiáng)度；ΔUij是i單元在j時刻內(nèi)建成區(qū)變化量；Δtj為j時刻時間差值；Aij為i單元在j時刻內(nèi)建成區(qū)總面積；Ai為i單元土地總面積。

3.1.2 用地?cái)U(kuò)展各向異性指數(shù)

各向異性指數(shù)是指城市空間擴(kuò)展過程中在不同方向上體現(xiàn)出的擴(kuò)展速度和擴(kuò)展強(qiáng)度的差異性，具有明顯的指向性，通常用于闡釋空間擴(kuò)展的方向和變化趨勢特征。

3.2 城市外部形態(tài)定量化指標(biāo)

城市外部形態(tài)是城市構(gòu)成要素空間分布的具體體現(xiàn)，定量化指標(biāo)包括城市緊湊度、分形維數(shù)、重心轉(zhuǎn)移和形狀等特征值。

3.2.1 緊湊度指數(shù)

緊湊度是描述城市空間發(fā)展填充程度的重要指標(biāo)。

(3)

式(3)中：B為緊湊度指數(shù)；A為城市建成區(qū)面積；P為城市建成區(qū)周長。

3.2.2 分形維數(shù)指數(shù)

通常采用面積-周長分維數(shù)描述城市邊界分維數(shù)，用于描述城市外部空間形態(tài)演化過程。

(4)

式(4)中：At為t時刻城市建成區(qū)面積；Pt為t時刻城市建成區(qū)周長；Dt為t時刻城市邊界維數(shù)。

3.2.3 重心轉(zhuǎn)移指數(shù)

重心轉(zhuǎn)移是通過計(jì)算不同時期重心坐標(biāo)分析其移動距離和方向，計(jì)算過程中借用測量學(xué)定義的坐標(biāo)系統(tǒng)，x軸正向朝北，y軸正向朝東，偏移方向利用坐標(biāo)象限角計(jì)算。

重心坐標(biāo)計(jì)算公式為

(5)

式(5)中：Xt、Yt為t時刻城市中心平面坐標(biāo)；Ci為第i塊圖形面積；Xi、Yi為第i塊圖形幾何中心坐標(biāo)。

重心轉(zhuǎn)移距離為

(6)

式(6)中：D為城市從t時刻變化到t+n時刻城市中心轉(zhuǎn)移距離；Xt+n、Yt+n為t+n時刻城市中心平面坐標(biāo)。

重心轉(zhuǎn)移方向：利用測量學(xué)象限角表示轉(zhuǎn)移角度大小。

(7)

式(7)中：ΔXn、ΔYn為城市中心坐標(biāo)從t時刻到t+n時刻的坐標(biāo)增量；R為象限角(取值范圍為0～90°)。

3.2.4 形狀指數(shù)

形狀指數(shù)是將研究的城市形狀與標(biāo)準(zhǔn)圓比較分析計(jì)算出相對指數(shù)，常用基于半徑的測度計(jì)算，也稱半徑形狀指數(shù)。

(8)

式(8)中：S為形狀指數(shù)；ri為從城市中心到城市外圍邊界的半徑；n為等角的輻射半徑數(shù)量值。形狀指數(shù)越小代表城市緊湊度越好，空間分布越集中，聯(lián)系更便利。形狀指數(shù)越大代表城市緊湊度越差，空間分布越離散，聯(lián)系越不方便。

4 城市空間形態(tài)特征分析

4.1 城市用地?cái)U(kuò)展時空特征

4.1.1 建成區(qū)面積快速增長

通過提取城市發(fā)展邊界(圖1)得到建成區(qū)面積可知，酒泉市建成區(qū)面積1990年時為5.283 km2，1995年時增至7.769 km2，增長量為2.486 km2，年均增長率8.017%，這一時期城市在原有建成區(qū)基礎(chǔ)上向四周擴(kuò)展；2000年建成區(qū)面積17.620 km2，增長量為1995年的1.26倍，年均增長17.796%，城市向南北兩個方向快速擴(kuò)展；2005年建成區(qū)面積增至27.904 km2，較2000年增長10.284 km2，年均增長9.630%；2010年建成區(qū)面積擴(kuò)大至44.321 km2，較2005年增長16.417 km2，年均增長9.696%，建成區(qū)向西靠近嘉峪關(guān)市發(fā)展；2013年建成區(qū)面積增到47.550 km2，較2010年增長3.229 km2，年均增長率2.372%；2016年建成區(qū)面積增至65.52 km2，較2013年增長17.971 km2，年均增長率11.278%，城區(qū)面積擴(kuò)大，特別是與嘉峪關(guān)鄰近區(qū)域作為工業(yè)發(fā)展用地增長迅速。從1990—2016年的7個時期內(nèi)，建成區(qū)面積快速增長，特別是2000年之后增長迅速，呈現(xiàn)外延式擴(kuò)展模式，擴(kuò)展方向先是向南北方向擴(kuò)展，2010年后向鄰近嘉峪關(guān)市發(fā)展，并在原有的基礎(chǔ)上向外擴(kuò)展。

4.1.2 用地?cái)U(kuò)展速度和強(qiáng)度差異較大

用地?cái)U(kuò)展速度和擴(kuò)展強(qiáng)度指數(shù)描述一定時間內(nèi)城市用地的擴(kuò)展規(guī)模和發(fā)展趨勢。由表1可知，酒泉市1990年建成區(qū)面積僅為5.283 km2，到2016年建成區(qū)面積擴(kuò)展到65.521 km2，26年間建成區(qū)面積擴(kuò)大了11倍。從擴(kuò)展速度上看，1990—2000年建成區(qū)擴(kuò)展速度較快，是城市快速擴(kuò)展時期，1995—2000年城市擴(kuò)展速度達(dá)到最高值；2000—2010年城市擴(kuò)展速度有所降低；2010—2013年城市擴(kuò)展速度降至最低；2013—2016年城市擴(kuò)展速度再次加快。從擴(kuò)展強(qiáng)度上看，1990—1995年建成區(qū)擴(kuò)展強(qiáng)度最低，是低速發(fā)展時期；從2000年開始，擴(kuò)展強(qiáng)度速度逐漸加快，2000—2010年是中速發(fā)展時期；2010—2013年擴(kuò)展強(qiáng)度下降至低速發(fā)展時期；2013—2016年擴(kuò)展強(qiáng)度加快，處于城市高速發(fā)展時期。綜合來看擴(kuò)展速度最快的為1995—2000年，擴(kuò)展強(qiáng)度最大的為2013—2016年，總體來看酒泉市城市擴(kuò)展處于高速擴(kuò)展階段。

表1 酒泉市城市用地?cái)U(kuò)展速度和擴(kuò)展強(qiáng)度Table 1 Expansion speed and intensity of urban land in Jiuquan

4.1.3 用地?cái)U(kuò)展指向性明顯

采用等扇形分析法(16方位)對城市建成區(qū)空間形態(tài)進(jìn)行分析。具體過程：以2016年酒泉市建成區(qū)質(zhì)心為圓心，選擇恰當(dāng)?shù)陌霃嚼L制建成區(qū)外接圓，按照22.5°將建成區(qū)等分成16個扇形，然后匯總得到建成區(qū)不同年份的扇形面積，繪制雷達(dá)圖表達(dá)歷史時期各方位的空間擴(kuò)展差異(圖2)，分析城市用地不同時期的擴(kuò)展強(qiáng)度，得出建成區(qū)不同時期的主要擴(kuò)展方向。

圖2 酒泉市各方位用地?cái)U(kuò)展強(qiáng)度雷達(dá)圖Fig.2 Radar map of land expansion intensity in all directions of Jiuquan

由表2可知，酒泉市1990—1995年建成區(qū)各方位用地?cái)U(kuò)展強(qiáng)度平均值為0.007，數(shù)據(jù)具有一定的離散度，各方向擴(kuò)展強(qiáng)度差異較小，此時期城市主要沿NEE、E 2個方向擴(kuò)展，表現(xiàn)為向東發(fā)展。1995—2000年，建成區(qū)各方位用地?cái)U(kuò)展強(qiáng)度平均值為0.028，離散度進(jìn)一步加大，各方向擴(kuò)展強(qiáng)度差異較小，此時期城市主要沿SSE、N、NNW、SE 4個方向擴(kuò)展，表現(xiàn)為向西北和東南兩個方向發(fā)展。2000—2005年，建成區(qū)各方位用地?cái)U(kuò)展強(qiáng)度平均值為0.029，離散度進(jìn)一步升高，各方向擴(kuò)展強(qiáng)度差異較小，此時期城市主要沿S、SE、SEE 3個方向擴(kuò)展，表現(xiàn)為向南和東南兩個方向發(fā)展。2005—2010年，建成區(qū)各方位用地?cái)U(kuò)展強(qiáng)度平均值為0.046，離散度進(jìn)一步擴(kuò)大，各方向擴(kuò)展強(qiáng)度差異較小，此時期城市主要沿NW、NWW、SSW、S 4個方向擴(kuò)展，表現(xiàn)為向西北和西南兩個方向發(fā)展。2010—2013年，建成區(qū)各方位用地?cái)U(kuò)展強(qiáng)度平均值為0.015，離散度有所降低，各方向擴(kuò)展強(qiáng)度差異較小，此時期城市主要沿NWW、NW 2個方向擴(kuò)展，表現(xiàn)為向西北方向發(fā)展。2013—2016年，建成區(qū)各方位用地?cái)U(kuò)展強(qiáng)度平均值為0.084，離散度有所降低，各方向擴(kuò)展強(qiáng)度差異較大，此時期城市主要沿NWW、SSE 2個方向擴(kuò)展，表現(xiàn)為向西北和東南方向發(fā)展。綜合來看，酒泉市在不同歷史時期建成區(qū)空間擴(kuò)展指向性明顯，擴(kuò)展強(qiáng)度最大的是2005—2016年的向西發(fā)展，這一時期是城市新區(qū)和酒泉工業(yè)園的建設(shè)時期。

表2 酒泉市各時段城市擴(kuò)展強(qiáng)度指數(shù)差異統(tǒng)計(jì)Table 2 Statistics of urban expansion intensity index differences in different periods of Jiuquan

酒泉市是歷史城鎮(zhèn)的典型代表，早期城鎮(zhèn)發(fā)展受限于城墻阻礙，由規(guī)整的十字形南北街道構(gòu)成城鎮(zhèn)主框架，以填充內(nèi)城和擴(kuò)展關(guān)城作為主要發(fā)展模式。20世紀(jì)90年代形成以南北街為主要框架，城鎮(zhèn)向城南火車站、城東方向擴(kuò)展趨勢明顯，工業(yè)區(qū)和城南擴(kuò)展是主要發(fā)展方向。由圖3可知，近代發(fā)展則依托甘新公路過境公路，城鎮(zhèn)擴(kuò)展方向?yàn)檠永m(xù)十字主街和向過境公路靠攏，同時在郊區(qū)火車站附近形成城鎮(zhèn)新的發(fā)展方向，并由火車站向主城靠近。2005年后在城南和城市西北建設(shè)酒泉工業(yè)園南園和北園，城西建設(shè)新城，與嘉峪關(guān)一體化趨勢明顯，城市主體架構(gòu)被拉大，形成城市新的發(fā)展級。

圖3 酒泉市城市空間結(jié)構(gòu)Fig.3 Spatial structure of Jiuquan

4.2 城市外部形態(tài)時空特征

4.2.1 城市擴(kuò)展向不穩(wěn)定分散狀態(tài)發(fā)展

緊湊度和分形維數(shù)反映城市空間擴(kuò)展形態(tài)，在城市空間擴(kuò)展中能夠相互獨(dú)立且都能驗(yàn)證其效果。緊湊度取值在0～1，值越大代表城市緊湊性越高，值越小代表城市緊湊性越低。當(dāng)值接近于1，說明城市空間形狀接近于圓形。分形邊界維數(shù)代表城市邊界的復(fù)雜程度，分維數(shù)越大，邊界線的非線性越強(qiáng)。從幾何學(xué)上來看分形維數(shù)取值在1～2，分形維數(shù)<1.5說明圖形簡單；分形維數(shù)=1.5說明圖形處于隨機(jī)選擇，穩(wěn)定性差；分形維數(shù)>1.5說明圖形復(fù)雜。邊界維數(shù)變大說明城市在向外擴(kuò)展過程中空間形態(tài)愈發(fā)不規(guī)則；邊界維數(shù)變小說明城市填充發(fā)展過程中空間形態(tài)愈發(fā)規(guī)則；邊界維數(shù)不變說明城市空間形態(tài)處于相對穩(wěn)定的過程中。

由圖4可知，酒泉市緊湊度最高值為0.633，最低值為0.335，均值為0.423，城鎮(zhèn)緊湊度較低；分形維數(shù)最高值為1.115，最低值為1.044，均值為1.090，分形維數(shù)均小于1.5，圖像簡單，城鎮(zhèn)不規(guī)則程度差異較小。其緊湊度從1990—2000年快速下降的趨勢，2000—2005年小幅上漲，2005—2010年再次下降至與2000年同等水平，2010年開始再次逐漸增長，2013—2016年緊湊度增幅加快。而分形維數(shù)從1990—2000年持續(xù)增大，城鎮(zhèn)不規(guī)則程度增加，2000—2005年降低，城鎮(zhèn)不規(guī)則程度降低，2005—2010年再次增大，城鎮(zhèn)不規(guī)則程度增大，2010—2016年持續(xù)降低，城鎮(zhèn)不規(guī)則程度逐漸降低。

圖4 酒泉市城市用地緊湊度和分形維數(shù)Fig.4 Compactness and fractal dimension of urban land in Jiuquan

綜合來看，酒泉市緊湊度總體上呈現(xiàn)先逐漸減小后小幅上揚(yáng)的趨勢，緊湊度差異較小，平均值為0.423，說明城市空間離散度加大。分形維數(shù)呈現(xiàn)先增大后減小再增大的循環(huán)趨勢，分型維數(shù)差異較小，均小于1.5，說明城市不規(guī)則程度加大。

4.2.2 城市重心轉(zhuǎn)移方向先西南后向西

城市重心位置的轉(zhuǎn)移能夠反映出城市空間形態(tài)擴(kuò)展的特征。從重心轉(zhuǎn)移情況(圖5、表3)來看，1990—1995年城市重心由南偏向東，偏移量為217.194 m，偏移方向由南偏東72°50′54″。1995—2000年城市重心偏向東南，偏移量值增大至1 063.167 m，偏移方向南偏西46°31′08″。2000—2005年城市重心偏向南，偏移量和偏移方向減小。2005—2010年城市重心偏向西，偏移量最大至1 348.387 m，偏移方向北偏西86°20′49″。2010—2013年城市重心繼續(xù)向西北偏移，偏移量減小至582.281 m，偏移方向北偏西60°37′48″。2013—2016年城市重心方向再次向西南方向偏移，偏移量達(dá)到最小值240.043 m，偏移方向南偏西13°43′13″?？傮w來看，酒泉市城市重心坐標(biāo)表現(xiàn)出先西南后大幅向西偏移。

圖5 酒泉市城市重心轉(zhuǎn)移圖Fig.5 Transfer map of urban center of gravity in Jiuquan

表3 酒泉市城市重心轉(zhuǎn)移Table 3 Transfer of urban center of gravity in Jiuquan

4.2.3 城市空間擴(kuò)展形狀變化較大

形狀指數(shù)用來反映城市空間分布的離散程度，通過與標(biāo)準(zhǔn)形狀的形狀指數(shù)比較可以得出城市空間形態(tài)的發(fā)展變化趨勢。

由圖6可知，酒泉市1990—2000年形狀指數(shù)持續(xù)增大，城鎮(zhèn)空間形態(tài)分布離散，城鎮(zhèn)處于擴(kuò)張狀態(tài)中，城鎮(zhèn)空間聯(lián)系不方便，城鎮(zhèn)形狀從H形復(fù)雜化到接近長條矩形。2000—2010年形狀指數(shù)持續(xù)減小，城鎮(zhèn)空間形態(tài)分布集中，城鎮(zhèn)處于內(nèi)部發(fā)展?fàn)顟B(tài)中，城鎮(zhèn)空間聯(lián)系方便，城鎮(zhèn)形狀從長條矩形重新簡單化到接近星形。2010—2013年形狀指數(shù)快速增大，說明空間形態(tài)分布離散，城鎮(zhèn)再次處于快速擴(kuò)張之中，城鎮(zhèn)空間聯(lián)系不方便。2013—2016年形狀指數(shù)再次減小，城鎮(zhèn)空間形態(tài)分布集中，城鎮(zhèn)處于內(nèi)部發(fā)展?fàn)顟B(tài)中，城鎮(zhèn)空間聯(lián)系方便，城鎮(zhèn)形狀從接近星形再次復(fù)雜化到接近長條矩形。酒泉市城市形狀變化率較低，城鎮(zhèn)外圍邊界相對簡單。

圖6 酒泉市形狀指數(shù)Fig.6 Shape index of Jiuquan

5 城市空間擴(kuò)展驅(qū)動力分析

城市空間發(fā)展受多種因素的影響，包括自然資源條件、經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展?fàn)顩r、人口增長趨勢、交通發(fā)展現(xiàn)狀、政府調(diào)控行為等。多種因素相互作用影響城市空間形態(tài)發(fā)展，根據(jù)酒泉市城市空間擴(kuò)展及建設(shè)用地面板數(shù)據(jù)建立計(jì)量模型，選取影城市空間擴(kuò)展的顯著因素，構(gòu)建影響建成區(qū)用地空間擴(kuò)展的指標(biāo)體系。

以建成區(qū)用地面積作為因變量Y，以人口發(fā)展[市域人口(X1)、城鎮(zhèn)人口(X2)、城鎮(zhèn)化率(X3)]，經(jīng)濟(jì)發(fā)展[GDP(X4)、財(cái)政收入(X5)、財(cái)政支出(X6)]，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)[第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值(X7)、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值(X8)、第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值(X9)、規(guī)模以上工業(yè)增加值(X10)]，建設(shè)投資[全社會固定投資總額(X11)、房地產(chǎn)開發(fā)投資總額(X12)]，消費(fèi)水平[全社會商品零售總額(X13)、批發(fā)零售業(yè)年產(chǎn)值(X14)、餐飲住宿業(yè)年產(chǎn)值(X15)]，生活水平[人均GDP(X16)、在崗職工平均工資(X17)、恩格爾系數(shù)(X18)、城鎮(zhèn)人均可支配收入(X19)、城鎮(zhèn)人均消費(fèi)性支出(X20)]作為因變量。借助DPS軟件利用灰色關(guān)聯(lián)方法對酒泉市2007—2016年城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)展影響因素進(jìn)行定量分析。

由表4可知，酒泉市建設(shè)用地?cái)U(kuò)展的主要因素為經(jīng)濟(jì)發(fā)展和建設(shè)投資，其次為消費(fèi)水平和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，人口發(fā)展和生活水平貢獻(xiàn)度最低。其中關(guān)聯(lián)性最高的因子包括：財(cái)政收入(X5)、全社會固定投資總額(X11)、財(cái)政支出(X6)、第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值(X9)。說明酒泉城市發(fā)展還需要依靠財(cái)政投入和投資拉動，第三產(chǎn)業(yè)服務(wù)業(yè)占有重要的地位，農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)、工業(yè)發(fā)展滯后，規(guī)模以上工業(yè)表現(xiàn)薄弱，城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展缺乏后勁，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理亟需升級換代，消費(fèi)水平亟需提高，需要減少本地人口外流，吸引外來人口加入，提高居民生活水平和生活質(zhì)量。

表4 酒泉市建設(shè)用地空間擴(kuò)展灰色關(guān)聯(lián)度系數(shù)(2007—2016)Table 4 Grey correlation coefficient of spatial expansion of construction land in Jiuquan (2007—2016)

6 結(jié)論

利用多時相遙感影像并借助GIS和遙感技術(shù)，提取城市不同歷史時期空間發(fā)展邊界用于城市空間形態(tài)的定量研究，成為城市空間形態(tài)研究重要的技術(shù)手段。綜合相關(guān)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展統(tǒng)計(jì)資料，利用灰色關(guān)聯(lián)分析方法對影響城市空間擴(kuò)展的要素進(jìn)行定量化分析，能夠準(zhǔn)確掌握城市空間擴(kuò)展規(guī)律。通過對酒泉市空間形態(tài)定量化分析得出如下結(jié)論。

(1)城市空間擴(kuò)展呈現(xiàn)外延快速擴(kuò)展，受政策影響明顯。城鎮(zhèn)發(fā)展速度較快的是2000—2010年。2000年是經(jīng)過市場化改革和宏觀調(diào)控之后的大發(fā)展時期，是經(jīng)濟(jì)發(fā)展10年黃金時期的開端。2010年是金融危機(jī)之后國家陸續(xù)出臺十大產(chǎn)業(yè)振興計(jì)劃、加大科技投入、改善民生，促進(jìn)消費(fèi)等多項(xiàng)政策促進(jìn)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展。

(2)受限于地形地貌條件影響，城市發(fā)展區(qū)別于平原地區(qū)攤大餅式發(fā)展，只能沿著道路和綠洲發(fā)展。空間擴(kuò)展和速度差異較大且階段性明顯，總體上呈現(xiàn)向西靠近嘉峪關(guān)方向發(fā)展，逐漸從前期粗放式發(fā)展過渡到集約式發(fā)展。

(3)外部形態(tài)呈現(xiàn)不穩(wěn)定的分散狀態(tài)，緊湊度較接近說明城市發(fā)展緊湊程度差異化較小，分形維數(shù)接近于圓形說明城市空間形狀趨于簡單，城市重心轉(zhuǎn)移方向呈現(xiàn)向西南和西發(fā)展的趨勢，城市空間擴(kuò)展的形狀差異較大且城市發(fā)展速度不均衡。

城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)展的主要因素為經(jīng)濟(jì)發(fā)展和建設(shè)投資，其次為消費(fèi)水平和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，人口發(fā)展和生活水平貢獻(xiàn)度最低。其中關(guān)聯(lián)性最高的因子包括財(cái)政收入(X5)、全社會固定投資總額(X11)、財(cái)政支出(X6)、第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值(X9)。

通過系統(tǒng)分析城市空間形態(tài)研究趨勢，構(gòu)建定量化城市空間形態(tài)測算指標(biāo)體系和框架，對酒泉城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)展速度與強(qiáng)度、擴(kuò)展方向、緊湊度、分形維數(shù)、重心轉(zhuǎn)移方向等進(jìn)行詳細(xì)分析，但受制于作者、時間、資料成本的限制。今后要從以下方面深入研究：①延長研究時間序列；②加強(qiáng)非物質(zhì)要素研究。