基于多時相遙感影像的城市群擴張?zhí)卣鞣治?/h1>
2021-04-20 08:36:22林森
北京測繪 2021年3期
林 森
(廣州市城市更新規(guī)劃研究院, 廣東 廣州 510055)
0 引言
粵港澳大灣區(qū)是中國傾力打造的世界級城市群,包含廣州、深圳、香港、澳門等9個城市和2個特別行政區(qū),在“一帶一路”經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮著極其重要的作用。掌握該區(qū)域城市群的擴張?zhí)卣?有利于區(qū)域城市群的科學(xué)合理規(guī)劃,對于區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展具有重要意義[1-2]。
現(xiàn)代化城市發(fā)展最大的特點就是城市擴張,但是城市擴張也會衍生出一系列問題,如生態(tài)環(huán)境破壞、土地資源短缺、城市內(nèi)部綠化空間遭到破壞等,因此研究城市擴張規(guī)模、擴展速度、空間分布以及擴展模式對于城市管理和規(guī)劃具有重要意義[3-7]。遙感影像技術(shù)具有實時性、長效性以及高精度等特點,在測繪工程領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,利用遙感影像對城市擴張進行研究能夠大大提高工作效率,并能夠及時掌握其空間變化情況。隨著改革開放的逐漸深入,我國的城市數(shù)量和規(guī)模大大增加,但往往是以犧牲綠色或開放空間為代價,近年來出現(xiàn)的沙塵暴、霧霾等問題更是困擾了城市居民的生活。我國對于城市擴張的研究起步相對較晚,目前來講主要集中于城市擴張驅(qū)動機制、擴張模型、擴張模式、景觀格局變化、城市生態(tài)環(huán)境變化等,但是利用遙感影像進行大區(qū)域城市群擴張的研究還比較缺乏[8-10]。
鑒于目前研究的不足,本文基于多時相遙感影像數(shù)據(jù),對粵港澳大灣區(qū)的城市群擴張?zhí)卣鬟M行了分析,以期能為城市科學(xué)合理規(guī)劃提供借鑒。
1 研究區(qū)概況
粵港澳大灣區(qū)是國家傾力打造的世界級城市群,包含廣州、深圳、珠海、佛山、中山、東莞、肇慶(市轄區(qū))、江門、惠州、香港和澳門等9個城市和2個特別行政區(qū),該區(qū)域總面積約為56 000 km2,總?cè)丝诩s為7 000萬。研究區(qū)地勢平坦、氣候溫和,年平均氣溫22℃,年平均降雨量為1 500 mm,2019年國內(nèi)生產(chǎn)總值達到116 035.66億元。
2 數(shù)據(jù)來源及研究方法
2.1 數(shù)據(jù)來源
本文所使用的遙感影像數(shù)據(jù)為30 m分辨率的Landsat系列遙感衛(wèi)星,包括1990、2000、2010年和2019年共28景。首先需要對遙感影像數(shù)據(jù)進行預(yù)處理:利用ENVI5.3軟件進行輻射定標,消除傳感器的系統(tǒng)誤差;利用ENVI5.3軟件中的FLAASH模塊對多波段影像進行大氣校正,消除輻射誤差;對遙感影像進行裁剪拼接,同時進行色彩校正,保證影像色彩均衡性;建立分類規(guī)則,對土地利用情況進行分類;采用人機交換方式對分類結(jié)果進行修正。數(shù)據(jù)處理流程見圖1所示。
圖1 影像數(shù)據(jù)處理流程示意圖
2.2 研究方法
基于遙感影像預(yù)處理結(jié)果,采用建設(shè)用地比重、城市擴張強度以及景觀擴張指數(shù)3個指標來對城市擴張?zhí)卣鬟M行定量描述。建設(shè)用地比重是指某時刻建設(shè)用地面積占城市總面積的比例;城市擴張強度是指在某段時間內(nèi)擴張面積與城市土地總面積的比例;景觀擴張指數(shù)以新增建設(shè)用地為目標,一定距離范圍內(nèi)的緩沖區(qū)域中原有建設(shè)用地相交部分占緩沖區(qū)面積的比例[11]。3個指標的表達式分別為:
(1)
式(1)中，PCL表示建設(shè)用地比重;Ab表示建設(shè)用地面積;At表示城市總面積。
(2)
式(2)中:UⅡ表示城市擴張強度指數(shù)(01.92為高速擴張);ΔA表示任意兩個時間段內(nèi)建設(shè)用地變化面積;AT表示研究區(qū)土地總面積;T表示時間。
(3)
式(3)中，LEI表示景觀擴張指數(shù)(LEI=0,表示飛地式、0
圖2 擴張模式示意圖
3 結(jié)果分析
3.1 建設(shè)用地比重
分析得到的不同時期粵港澳城市土地利用及建設(shè)用地占比統(tǒng)計情況見圖3～4所示。從圖中可以看到:從整個粵港澳城市土地利用變化類型來講,城市建設(shè)用地規(guī)模隨著時間的推移在不斷增長,特別是2000—2010年,是整個粵港澳地區(qū)城市建設(shè)用地增長最快的10年,建設(shè)用地比重從13.85%增加至18.24%,城市建設(shè)用地主要集中于東莞、深圳、佛山等地;從區(qū)域變化情況來看,澳門地區(qū)在近30年的發(fā)展中,城市建設(shè)用地比重增長幅度最大,達到36.74%,其中增長最快的是在2000—2010年,期間增加從40.35%增長至60.95%,同時香港也是城市建設(shè)用地比重最大的地區(qū),達到65.18%;其次為東莞市,近30年時間里城市建設(shè)用地比重增長25.89%,其中增長最快的為1990—2000年,期間從26.24%增加至38.95%;接下來是深圳、中山、佛山、珠海、廣州、惠州、江門和香港,建設(shè)用地占比最低的地區(qū)是肇慶市,僅為8.97%,這是因為肇慶市面積較大,且離經(jīng)濟中心距離較遠,因而城鎮(zhèn)化進程較慢。從擴張面積來看,近30年來,粵港澳地區(qū)的城市建設(shè)用地增長主要集中于廣州、東莞和佛山3個地區(qū),3個城市的建設(shè)用地的擴張面積占總擴張面積的50%左右。
圖3 土地利用分類
圖4 1990-2020年建設(shè)用地占比統(tǒng)計
3.2 城市擴張強度指數(shù)
分析得到的不同時期粵港澳城市擴張強度及類型見表1～4所示。從表中可以看到:1990—2000年,澳門、東莞、深圳3個地區(qū)的城市擴張強度為快速擴張,中山、佛山2個地區(qū)為中速擴張,珠海、廣州、香港3個地區(qū)為低速擴張,惠州、江門、肇慶為緩慢擴張;2000—2010年,澳門地區(qū)為高速擴張,中山地區(qū)快速擴張,東莞、深圳、珠海、佛山4個地區(qū)為中速擴張,廣州地區(qū)為低速擴張,香港、惠州、江門、肇慶4個地區(qū)為緩慢擴張;2010—2019年,東莞、珠海、廣州、佛山4個地區(qū)為低速擴張,其余地區(qū)均為緩慢擴張;從近30年的城市擴張情況來看,擴張速度從大到小依次為澳門、東莞、深圳、中山、珠海、佛山、廣州、香港、惠州、江門、肇慶,其中,澳門整體上處于快速擴張,東莞、深圳、中山、珠海、佛山5個地區(qū)為中速擴張,廣州為低速擴張,香港、惠州、江門、肇慶4個地區(qū)為緩慢擴張。從粵港澳整個大灣區(qū)來看,1990—2010年,均處于低速擴張期,而2010—2019年為緩慢擴張期,近30年來,粵港澳地區(qū)的城市擴張強度為低速擴張。
表1 1990—2000年城市擴張強度及類別
表2 2000—2010年城市擴張強度及類別
表3 2010—2019年城市擴張強度及類別
表4 1990-2019年城市擴張強度及類別
3.3 景觀擴張指數(shù)
分析得到的不同時期粵港澳城市景觀擴張指數(shù)情況見圖5所示。從圖5中可以看到:1990—2000年,粵港澳地區(qū)的城市擴張模式以填充式為主,占比達到67%,邊緣式和飛地占比分別為32%和3%;2000—2010年,粵港澳地區(qū)的城市擴張模式仍以填充式為主,但占比有所降低,為52%,邊緣式和飛地占比分別為44%和4%;2010—2019年,粵港澳地區(qū)的城市擴張模式以邊緣式為主,占比達到64%,填充和飛地式的占比分別為15%和21%;從近30年的變化過程來講,粵港澳地區(qū)的城市擴張模式是以邊緣模式為主(占比78.5%),填充式(占比10%)和飛地式(占比11.5)為輔,填充擴張模式主要集中于廣州、東莞、深圳、佛山以及中山五個地區(qū),邊緣擴張主模式主要集中于珠海、肇慶、惠州、香港、江門以及澳門等地區(qū),飛地擴張模式規(guī)模較小,且分布較為零散,但飛地式擴張是城市擴張的先頭部隊。
圖5 城市擴張模式分析結(jié)果
對邊緣、飛地和填充三種擴張模式下的土地利用(占用)類型進行了統(tǒng)計分析,結(jié)果見圖6所示。從圖中可以看到:三種擴張模式下,對林地的占用比例最大,其次為耕地,再次為濕地,1990—2019年,粵港澳大灣地區(qū)的城市擴張主要以占用林地和耕地為主,建設(shè)用地有90%以上均來自以上幾種土地,但是這勢必會造成耕地資源緊張、生態(tài)環(huán)境下降等一系列問題,因此,在后續(xù)的城市規(guī)劃中,應(yīng)對城市土地利用結(jié)構(gòu)進行調(diào)整,不斷增加城市綠地,才能實現(xiàn)城市的可持續(xù)發(fā)展。
圖6 不同擴張模式土地利用情況(1990—2019年)
4 結(jié)束語
基于1990—2019年遙感影像數(shù)據(jù),對粵港澳大灣區(qū)城市群擴張?zhí)卣鬟M行了分析,得到如下結(jié)論:
(1)澳門地區(qū)的城市建設(shè)用地比重增長幅度最快,達到36.74%,建設(shè)用地比重最小的地區(qū)為肇慶,僅為8.97%;廣州、東莞和佛山三個地區(qū)的城市擴展面積最大,占粵港澳地區(qū)總擴張面積的50%左右。
(2)研究區(qū)城市擴張強度排名依次為:澳門>東莞>深圳>中山>珠海>佛山>廣州>香港>惠州>江門>肇慶,其中,澳門為快速擴張,東莞、深圳、中山、珠海、佛山五個地區(qū)為中速擴張,廣州為低速擴張,香港、惠州、江門、肇慶四個地區(qū)為緩慢擴張。
(3)研究區(qū)的城市擴張以邊緣模式為主,填充式和飛地式為輔,各擴張模式下的城市建設(shè)用地主要以占用林地和耕地為主,建議今后對城市土地利用結(jié)構(gòu)進行調(diào)整。
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現(xiàn)代化城市發(fā)展最大的特點就是城市擴張,但是城市擴張也會衍生出一系列問題,如生態(tài)環(huán)境破壞、土地資源短缺、城市內(nèi)部綠化空間遭到破壞等,因此研究城市擴張規(guī)模、擴展速度、空間分布以及擴展模式對于城市管理和規(guī)劃具有重要意義[3-7]。遙感影像技術(shù)具有實時性、長效性以及高精度等特點,在測繪工程領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,利用遙感影像對城市擴張進行研究能夠大大提高工作效率,并能夠及時掌握其空間變化情況。隨著改革開放的逐漸深入,我國的城市數(shù)量和規(guī)模大大增加,但往往是以犧牲綠色或開放空間為代價,近年來出現(xiàn)的沙塵暴、霧霾等問題更是困擾了城市居民的生活。我國對于城市擴張的研究起步相對較晚,目前來講主要集中于城市擴張驅(qū)動機制、擴張模型、擴張模式、景觀格局變化、城市生態(tài)環(huán)境變化等,但是利用遙感影像進行大區(qū)域城市群擴張的研究還比較缺乏[8-10]。
鑒于目前研究的不足,本文基于多時相遙感影像數(shù)據(jù),對粵港澳大灣區(qū)的城市群擴張?zhí)卣鬟M行了分析,以期能為城市科學(xué)合理規(guī)劃提供借鑒。
1 研究區(qū)概況
粵港澳大灣區(qū)是國家傾力打造的世界級城市群,包含廣州、深圳、珠海、佛山、中山、東莞、肇慶(市轄區(qū))、江門、惠州、香港和澳門等9個城市和2個特別行政區(qū),該區(qū)域總面積約為56 000 km2,總?cè)丝诩s為7 000萬。研究區(qū)地勢平坦、氣候溫和,年平均氣溫22℃,年平均降雨量為1 500 mm,2019年國內(nèi)生產(chǎn)總值達到116 035.66億元。
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本文所使用的遙感影像數(shù)據(jù)為30 m分辨率的Landsat系列遙感衛(wèi)星,包括1990、2000、2010年和2019年共28景。首先需要對遙感影像數(shù)據(jù)進行預(yù)處理:利用ENVI5.3軟件進行輻射定標,消除傳感器的系統(tǒng)誤差;利用ENVI5.3軟件中的FLAASH模塊對多波段影像進行大氣校正,消除輻射誤差;對遙感影像進行裁剪拼接,同時進行色彩校正,保證影像色彩均衡性;建立分類規(guī)則,對土地利用情況進行分類;采用人機交換方式對分類結(jié)果進行修正。數(shù)據(jù)處理流程見圖1所示。
圖1 影像數(shù)據(jù)處理流程示意圖
2.2 研究方法
基于遙感影像預(yù)處理結(jié)果,采用建設(shè)用地比重、城市擴張強度以及景觀擴張指數(shù)3個指標來對城市擴張?zhí)卣鬟M行定量描述。建設(shè)用地比重是指某時刻建設(shè)用地面積占城市總面積的比例;城市擴張強度是指在某段時間內(nèi)擴張面積與城市土地總面積的比例;景觀擴張指數(shù)以新增建設(shè)用地為目標,一定距離范圍內(nèi)的緩沖區(qū)域中原有建設(shè)用地相交部分占緩沖區(qū)面積的比例[11]。3個指標的表達式分別為:
(1)
式(1)中，PCL表示建設(shè)用地比重;Ab表示建設(shè)用地面積;At表示城市總面積。
(2)
式(2)中:UⅡ表示城市擴張強度指數(shù)(0
(3)
式(3)中，LEI表示景觀擴張指數(shù)(LEI=0,表示飛地式、0 圖2 擴張模式示意圖 分析得到的不同時期粵港澳城市土地利用及建設(shè)用地占比統(tǒng)計情況見圖3～4所示。從圖中可以看到:從整個粵港澳城市土地利用變化類型來講,城市建設(shè)用地規(guī)模隨著時間的推移在不斷增長,特別是2000—2010年,是整個粵港澳地區(qū)城市建設(shè)用地增長最快的10年,建設(shè)用地比重從13.85%增加至18.24%,城市建設(shè)用地主要集中于東莞、深圳、佛山等地;從區(qū)域變化情況來看,澳門地區(qū)在近30年的發(fā)展中,城市建設(shè)用地比重增長幅度最大,達到36.74%,其中增長最快的是在2000—2010年,期間增加從40.35%增長至60.95%,同時香港也是城市建設(shè)用地比重最大的地區(qū),達到65.18%;其次為東莞市,近30年時間里城市建設(shè)用地比重增長25.89%,其中增長最快的為1990—2000年,期間從26.24%增加至38.95%;接下來是深圳、中山、佛山、珠海、廣州、惠州、江門和香港,建設(shè)用地占比最低的地區(qū)是肇慶市,僅為8.97%,這是因為肇慶市面積較大,且離經(jīng)濟中心距離較遠,因而城鎮(zhèn)化進程較慢。從擴張面積來看,近30年來,粵港澳地區(qū)的城市建設(shè)用地增長主要集中于廣州、東莞和佛山3個地區(qū),3個城市的建設(shè)用地的擴張面積占總擴張面積的50%左右。 圖3 土地利用分類 圖4 1990-2020年建設(shè)用地占比統(tǒng)計 分析得到的不同時期粵港澳城市擴張強度及類型見表1～4所示。從表中可以看到:1990—2000年,澳門、東莞、深圳3個地區(qū)的城市擴張強度為快速擴張,中山、佛山2個地區(qū)為中速擴張,珠海、廣州、香港3個地區(qū)為低速擴張,惠州、江門、肇慶為緩慢擴張;2000—2010年,澳門地區(qū)為高速擴張,中山地區(qū)快速擴張,東莞、深圳、珠海、佛山4個地區(qū)為中速擴張,廣州地區(qū)為低速擴張,香港、惠州、江門、肇慶4個地區(qū)為緩慢擴張;2010—2019年,東莞、珠海、廣州、佛山4個地區(qū)為低速擴張,其余地區(qū)均為緩慢擴張;從近30年的城市擴張情況來看,擴張速度從大到小依次為澳門、東莞、深圳、中山、珠海、佛山、廣州、香港、惠州、江門、肇慶,其中,澳門整體上處于快速擴張,東莞、深圳、中山、珠海、佛山5個地區(qū)為中速擴張,廣州為低速擴張,香港、惠州、江門、肇慶4個地區(qū)為緩慢擴張。從粵港澳整個大灣區(qū)來看,1990—2010年,均處于低速擴張期,而2010—2019年為緩慢擴張期,近30年來,粵港澳地區(qū)的城市擴張強度為低速擴張。 表1 1990—2000年城市擴張強度及類別 表2 2000—2010年城市擴張強度及類別 表3 2010—2019年城市擴張強度及類別 表4 1990-2019年城市擴張強度及類別 分析得到的不同時期粵港澳城市景觀擴張指數(shù)情況見圖5所示。從圖5中可以看到:1990—2000年,粵港澳地區(qū)的城市擴張模式以填充式為主,占比達到67%,邊緣式和飛地占比分別為32%和3%;2000—2010年,粵港澳地區(qū)的城市擴張模式仍以填充式為主,但占比有所降低,為52%,邊緣式和飛地占比分別為44%和4%;2010—2019年,粵港澳地區(qū)的城市擴張模式以邊緣式為主,占比達到64%,填充和飛地式的占比分別為15%和21%;從近30年的變化過程來講,粵港澳地區(qū)的城市擴張模式是以邊緣模式為主(占比78.5%),填充式(占比10%)和飛地式(占比11.5)為輔,填充擴張模式主要集中于廣州、東莞、深圳、佛山以及中山五個地區(qū),邊緣擴張主模式主要集中于珠海、肇慶、惠州、香港、江門以及澳門等地區(qū),飛地擴張模式規(guī)模較小,且分布較為零散,但飛地式擴張是城市擴張的先頭部隊。 圖5 城市擴張模式分析結(jié)果 對邊緣、飛地和填充三種擴張模式下的土地利用(占用)類型進行了統(tǒng)計分析,結(jié)果見圖6所示。從圖中可以看到:三種擴張模式下,對林地的占用比例最大,其次為耕地,再次為濕地,1990—2019年,粵港澳大灣地區(qū)的城市擴張主要以占用林地和耕地為主,建設(shè)用地有90%以上均來自以上幾種土地,但是這勢必會造成耕地資源緊張、生態(tài)環(huán)境下降等一系列問題,因此,在后續(xù)的城市規(guī)劃中,應(yīng)對城市土地利用結(jié)構(gòu)進行調(diào)整,不斷增加城市綠地,才能實現(xiàn)城市的可持續(xù)發(fā)展。 圖6 不同擴張模式土地利用情況(1990—2019年) 基于1990—2019年遙感影像數(shù)據(jù),對粵港澳大灣區(qū)城市群擴張?zhí)卣鬟M行了分析,得到如下結(jié)論: (1)澳門地區(qū)的城市建設(shè)用地比重增長幅度最快,達到36.74%,建設(shè)用地比重最小的地區(qū)為肇慶,僅為8.97%;廣州、東莞和佛山三個地區(qū)的城市擴展面積最大,占粵港澳地區(qū)總擴張面積的50%左右。 (2)研究區(qū)城市擴張強度排名依次為:澳門>東莞>深圳>中山>珠海>佛山>廣州>香港>惠州>江門>肇慶,其中,澳門為快速擴張,東莞、深圳、中山、珠海、佛山五個地區(qū)為中速擴張,廣州為低速擴張,香港、惠州、江門、肇慶四個地區(qū)為緩慢擴張。 (3)研究區(qū)的城市擴張以邊緣模式為主,填充式和飛地式為輔,各擴張模式下的城市建設(shè)用地主要以占用林地和耕地為主,建議今后對城市土地利用結(jié)構(gòu)進行調(diào)整。3 結(jié)果分析
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