摘 要：以RS和GIS技術為支撐，基于多時相Landsat遙感數(shù)據(jù)，采用人工解譯方法提取錦葫沿海四個城市空間特征信息，結合地學統(tǒng)計方法，定量研究了城市擴張速度、強度、緊湊度及城市用地分維數(shù)四個指標。結果表明：1990-2010年城市擴張面積為8166 hm2，擴張速度為7.37%，擴張強度為0.11；城市用地擴展速度最快的是葫蘆島市；擴展強度最大的是錦州；錦州市、葫蘆島市城市空間越來越分散；葫蘆島市的城市用地邊界最為復雜。該結論可以作為城市規(guī)劃的前期研究，并為城市空間擴展的驅動機制研究及空間擴展模擬打下基礎。

關鍵詞：GIS 城市空間擴展 錦葫沿海地區(qū)

中圖分類號：F291 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）02（c）-00-03

長期以來，由于缺乏堅實的數(shù)據(jù)基礎設施和定量研究方法，我國城市空間擴展研究仍然囿于描述性研究，缺乏系統(tǒng)的空間與微觀研究。計算機技術的發(fā)展、地理信息系統(tǒng)的普及和城市基礎數(shù)據(jù)庫的建立為解決以上問題奠定了技術基礎。利用GIS進行城市空間擴展研究是GIS應用于城市規(guī)劃的新興領域[1]，該文基于GIS和RS技術，對錦葫沿海四個城市進行城市空間擴展特征的定量分析，可以作為城市規(guī)劃的前期研究，并為城市空間擴展的驅動機制研究及空間擴展模擬打下基礎。

1 區(qū)域概況及數(shù)據(jù)處理

研究區(qū)域包括錦州、葫蘆島、興城、凌海4市的行政范圍（以下簡稱“錦葫沿海地區(qū)”），面積7847.6 km2，沿海岸帶呈帶狀分布，地理坐標在北緯39 °59′～41 °26′，東經(jīng)119 °12′47″～121 °45′之間，是傳統(tǒng)的遼西走廊區(qū)位，也是溝通關內外、聯(lián)結東北華北的黃金通道。錦葫沿海地區(qū)區(qū)位優(yōu)勢明顯，屬于“城市熱點區(qū)域”及“生態(tài)敏感區(qū)域”，有填海造地的現(xiàn)象存在，不同于內陸城市的空間擴展，因此選擇錦葫沿海地區(qū)作為研究區(qū)域具有典

型性[2]。

本研究采用1990年9月2日、2000年6月19日和2010年9月28日3個時相的Landsat TM和ETM遙感影像為主要數(shù)據(jù)源（軌道號為：120-31、120-32、121-31和121-32），輔助數(shù)據(jù)源包括地形圖、遼寧省地圖、四個城市的相關規(guī)劃圖等圖件。

用地分類標準依據(jù)2011年發(fā)布的《城市用地分類與規(guī)劃建設用地標準》。在Erdas 2011中完成對影像的校正配準、拼接、切割、假彩色合成等步驟。利用ArcGIS 9.3軟件，通過人工解譯遙感影像進行地物分類，進行遙感影像的目視解譯和數(shù)字化景觀

信息[3]。

2 研究方法

2.1 擴張速度

建設用地的擴張速度表示單位時間內建設用地的變化幅度，計算公式為[4]：

式中：K為研究時段內區(qū)域建設用地的年變化率；Ua、Ub分別為研究時段開始于結束時建設用地的面積；T為研究時段，此處設為年。

2.2 擴張強度

建設用地的擴張強度指數(shù)計算公式為：

式中：Iue為建設用地的擴張強度指數(shù)；ΔUi為某一時段建設用地的擴張數(shù)量；Ai為研究單元的土地總面積；Δt為某一時段的時間跨度。

2.3 緊湊度

城市空間緊湊度變化是度量空間形態(tài)變化的最主要特征指標之一，倍受關注[5]，緊湊度的變化可表征城市用地擴展的空間

特征。

式中：c為緊湊度；At、Pt分別為第t年城市斑塊的面積和周長。c值在0～1，其值越大，表明地物形狀的緊湊性越好，反之越差。圓是形態(tài)最緊湊的圖形，其緊湊度為1。

2.4 城市用地分形維數(shù)

城市用地分形維數(shù)可描述城市邊界形狀的曲折性和復雜性，它反映了土地利用形狀的變化及土地利用受干擾的程度[6]，計算公式如下：

式中：St為第t年城市斑塊的分形數(shù)；At、Pt分別為第t年城市斑塊的面積（km2）和周長（km）。分形維數(shù)值的理論范圍在1～2，維數(shù)越大表示圖形形狀越復雜。當維數(shù)<1.5時，說明圖形趨向于簡單；當維數(shù)=1.5時，表示圖形處于布朗隨機運動狀態(tài)，越接近于該值，穩(wěn)定性越差；當維數(shù)>1.5時，則圖形趨于復雜。

3 城市建設用地擴展特征分析

為了更直觀地反映1990-2010年各城市空間結構的變化過程，在ArcGIS中只提取主城區(qū)建設用地屬性，分別生成錦、葫、凌、興四個城市主城區(qū)的城市擴展圖，見圖1。

統(tǒng)計各時期、各城市的城市建設用地面積，計算城市擴展速度和強度，見表1。

從錦、葫、凌、興1990-2010年間城市用地擴展情況表中可以看出：

（1）1990-2000年，城市用地增長量最高的是葫蘆島市，高達2117 hm2，最低的是凌海市，增量為239 hm2；城市用地擴展速度最快的是葫蘆島市，其次是凌海市、錦州市，最低的是興城市；擴展強度是錦州市最高，次之是葫蘆島市、興城市，最低是凌海市。

（2）2000-2010年，城市用地增長量最高的是葫蘆島市，高達2040公頃，最低的是凌海市，增量只有234 hm2；擴展速度最快的是葫蘆島市，其次是錦州市、凌海市，擴展速度最慢的是興城市；擴展強度最高的為錦州市，其次是葫蘆島市，凌海市和興城市的城市用地擴展強度相當。

（3）1990-2010年這20年里，城市用地擴展速度最快的是葫蘆島市，其次是凌海市、錦州市和興城市；擴展強度排序是錦州市、葫蘆島市、興城市、凌海市。

按照公式分別計算錦、葫、凌、興四市城市緊湊度和分形維數(shù)，將結果用柱狀圖直觀地表示出來，見圖2和圖3。

從圖2和圖3中可以看出：

（1）城市緊湊度由高到低依次是：凌海市、興城市、錦州市、葫蘆島市。錦州市、葫蘆島市城市空間越來越分散。由于緊湊度變化與城市效率變化呈現(xiàn)一定的對應關系[7]，因此葫蘆島市在下一步城市規(guī)劃中應加強城市的空間布局，提高緊湊度，使城市投入要素資源的配置和利用水平得到了改善。

（2）葫蘆島市的城市用地邊界最為復雜，其次是錦州市。凌海市1990-2000年形狀不斷復雜，2000-2010年趨于簡單；興城市正好與凌海市相反。由于在信息熵無法測得的時候，可用分維代替信息熵進行地理信息分析[8]，因此錦葫沿海四個城市中，葫蘆島市的城市用地空間形態(tài)分布是相對最為均衡的。

4 結語

本研究利用遙感數(shù)字圖像處理技術和GIS的空間分析技術監(jiān)測錦葫沿海四個城市1990—2010年城市擴張面積為8166 km2，擴張速度為7.37%，擴張強度為0.11；城市用地擴展速度最快的是葫蘆島市；擴展強度最大的是錦州；錦州市、葫蘆島市城市空間越來越分散；葫蘆島市的城市用地邊界最為復雜。利用多時相遙感影像作為數(shù)據(jù)源，并利用遙感的數(shù)字圖像處理技術和GIS的空間分析技術相結合，可快速有效地監(jiān)測城市用地擴展的面積、速度、強度等，從而可在宏觀上把握城市開發(fā)的方向、速率及占用耕地情況，進而為政府建設、規(guī)劃部門提供宏觀管理信息和科學的決策依據(jù)。

參考文獻

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