羅春

摘 要 本文以湖南省株洲市區(qū)作為研究區(qū)，選取1999、2006、2009和2016年的Landsat遙感影像，利用IBI建筑指數(shù)分別提取了4個(gè)年份的建筑用地，在ARCGIS中對(duì)城市的建成區(qū)面積及擴(kuò)展方向進(jìn)行分析。結(jié)果表明，1999-2016年間株洲市面積凈增74.94 km2，凈增面積為1999年的114%；城市擴(kuò)展方向，1999-2006年間主要為西北和東南，2006-2009年間主要為東南，2009-2016年間主要為西南和東北。運(yùn)用SPSS對(duì)株洲城市擴(kuò)展的驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行分析，結(jié)果表明，株洲的城市空間的擴(kuò)展是各種因素和機(jī)制的綜合疊加，其中人口、經(jīng)濟(jì)、交通、政府策略和規(guī)劃均對(duì)株洲城市擴(kuò)展方向產(chǎn)生了一定的引導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞 城市擴(kuò)展；驅(qū)動(dòng)力；IBI指數(shù)；株洲

中圖分類號(hào)：P237 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： Four Landsat time-series images for 1999， 2006， 2009 and 2013 of Zhuzhou city have been used to study the urban expansion of Zhuzhou urban area with the assistance of remote sensing and GIS technology. The index-based built-up index （IBI） was used to extract urban build-up land information of Zhuzhou from the four images. The results indicated that during the 17-year study period， the urban built-up area of Zhuzhou had a net increase of 74.94km2， which was 114% more than the area in 1999. The main directions of urban expansion are different in different stages ，the expansion direction is northwest and southeast in 1999-2006； the direction of expansion is mainly southeast in 2006-2009；the expansion direction is mainly southwest and northeast in 2009-2016. Use SPSS to analyze the driving factors of Zhuzhou city expansion， the results shows that combined effect of various factors and mechanisms has led to the expansion of urban space， including population， economy， traffic and government strategy should pay attention to the intelligent use of urban land.

Keywords： urban expansion； driving force data； IBI； Zhuzhou city

0 引言

城市化進(jìn)程的快速發(fā)展，城市人口迅速增加，必然引起城市建設(shè)用地不斷向外擴(kuò)展，城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張與城市空間形態(tài)演變，逐漸引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者以及政府部門(mén)的高度重視[1]。1970年Lee等[2]提出了定量測(cè)度城市空間形態(tài)的方法。2003年Wilson等[3]提出了填充式、孤島式、蔓延式、擴(kuò)展式和分支式5種擴(kuò)展模式。徐涵秋[4]利用IBI指數(shù)提取了近30年福州的城市建成區(qū)邊界。劉盛和[5]總結(jié)了歷史形態(tài)、區(qū)位經(jīng)濟(jì)、決策行為、政治經(jīng)濟(jì)學(xué)等4種城市擴(kuò)展模式。朱錫金[6]根據(jù)8種城市空間擴(kuò)展歸納出勻質(zhì)分布、蛛網(wǎng)、海星狀、群體、帶狀5大城市擴(kuò)展形態(tài)。株洲處于“3+5長(zhǎng)株潭”城市群建設(shè)的核心之一，地處湖南乃至全國(guó)的重工業(yè)基地和交通心臟地帶。本文以湖南省株洲市為研究對(duì)象，采用RS和GIS技術(shù)對(duì)株洲實(shí)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，研究株洲市城市空間擴(kuò)展及驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行分析的方法，對(duì)研究“長(zhǎng)株潭城市群”的擴(kuò)展及發(fā)展提供借鑒參考。

1 研究區(qū)數(shù)據(jù)及分析方法

1.1 研究區(qū)數(shù)據(jù)

株洲市位于湖南省東部，處于北緯26°03′

05″～28°01′07″，東經(jīng)112°57′30″～114°07′15″

之間，全年平均氣溫在16～18°C，年均降水量1280 mm。株洲是我國(guó)南方乃至全國(guó)重要的鐵路樞紐，與鄭州并稱為“北鄭南株”，便利的交通是株洲發(fā)展的厚實(shí)基礎(chǔ)。

1.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

本研究采用Landsat遙感數(shù)據(jù)，獲取時(shí)間為1999年9月2日、2006年6月10日（TM）、2009年10月24日和2016年11月28日（OLI）（下載于中國(guó)科學(xué)遙感與地球地理研究所和地理空間數(shù)據(jù)云），由于獲取的遙感數(shù)據(jù)的質(zhì)量及數(shù)量有限，所選取研究的年份間隔和月份不一致，但是對(duì)于研究株洲整體上的城市擴(kuò)展沒(méi)有影響。在ENVI中，以1999年的影像為基準(zhǔn)，對(duì)2006年、2009年和2016年的影像進(jìn)行輻射校正配準(zhǔn)[7-9]。

1.3 城市擴(kuò)展分析方法

（1）城市用地提取

本文根據(jù)2007年徐涵秋提出的IBI建筑指數(shù)[10]進(jìn)行建筑用地提取，表達(dá)式如式1～式4所示。

式中，NDBI為建筑指數(shù)[11]；SAVI為土壤調(diào)節(jié)植被指數(shù)[12]；MNDWI為改進(jìn)水體指數(shù)[13]；MIR、NIR、GREEN、RED分別表示中紅外、近紅外、綠光和紅光波段的反射率；土壤調(diào)節(jié)因子。

根據(jù)IBI建筑指數(shù)[7]提取4個(gè)年份影像的建筑用地信息，通過(guò)與原始影像進(jìn)行疊加及目視判別進(jìn)行人工調(diào)試，得到結(jié)果如圖1所示。其中，圖1a～圖1d為已掩膜掉非株洲市區(qū)的行政區(qū)域的RGB真彩色影像，圖1e～圖1h為提取的建筑用地二值影像，用圖上黑色圖斑代表建筑用地。采用隨機(jī)抽樣的方法，將上述提取的建筑用地分別與同期或準(zhǔn)同期的土地利用現(xiàn)狀圖進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證結(jié)果表明，4個(gè)年份的建筑用地提取總精度都超過(guò)85%，滿足精度要求。

在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將提取的建筑用地（圖1e～圖1h）矢量化，為了更準(zhǔn)確清晰地顯示株洲市城市建成區(qū)的變化，采用象限方位法對(duì)影像進(jìn)行分象限討論[14]，即以1999年株洲市的建筑用地重心為原點(diǎn)，東西向?yàn)闄M軸，南北向?yàn)榭v軸，按8個(gè)方位將研究區(qū)劃分成8個(gè)象限區(qū)域（圖2），并計(jì)算各年份之間8個(gè)象限的增加面積。

（2）城市擴(kuò)展速度計(jì)算

城市擴(kuò)展速度指數(shù)[15]表示在整個(gè)研究時(shí)期內(nèi)的城市不同階段的增長(zhǎng)速度，用以描述城市空間擴(kuò)展的總體趨勢(shì)，其主要根據(jù)所獲取建筑面積以進(jìn)行計(jì)算（式5）。

式中：為城市擴(kuò)展速度指數(shù)，和分別為年和年的城市建成區(qū)面積，以年為單位。

2 株洲市城市擴(kuò)展分析

2.1 株洲市城市擴(kuò)展時(shí)空變化

在ArcGIS中，根據(jù)獲取的4個(gè)年份的建筑用地進(jìn)行分象限疊加分析，計(jì)算17年間整個(gè)株洲市主城區(qū)及各個(gè)象限的建筑用地?cái)U(kuò)展范圍和擴(kuò)展速率。由各年份主城區(qū)影像疊加圖（圖2）看出，17年間株洲的城市擴(kuò)展十分明顯，株洲市建成區(qū)面積由1999年的63.71 km2增長(zhǎng)到2016年的138 km2，增幅為1.17倍。1999-2006年間增長(zhǎng)27.93 km2，年平均城市擴(kuò)展速度為3.99 km2，結(jié)合8個(gè)象限圖，株洲市的主要擴(kuò)展方向?yàn)槲鞅?、東南，其次是西南，這是由于株洲在這期間受到國(guó)家重點(diǎn)項(xiàng)目布局的影響，利用交通路線優(yōu)勢(shì)，沿京廣線分布大力發(fā)展工業(yè)，城市要素往京廣鐵路線集聚，同時(shí)蘆淞區(qū)大力發(fā)展服裝業(yè)，成為江南最大的服裝批發(fā)市場(chǎng)；2006-2009年間增長(zhǎng)14.2 km2，年平均城市擴(kuò)展速度為3.55 km2，株洲市的主要擴(kuò)展方向?yàn)闁|南，較之前的期間有所下降，這主要是由于政府重新規(guī)劃城市布局，蘆淞及荷塘區(qū)政府把重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到舊城區(qū)改造，市政府搬遷至天元區(qū)。同時(shí)，2007年末國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)“長(zhǎng)株潭城市群”戰(zhàn)略剛剛起步，對(duì)株洲市的城市擴(kuò)展具有滯后性；2009-2016年增長(zhǎng)32.16 km2，年平均城市擴(kuò)展速度為5.36 km2，株洲市的主要擴(kuò)展方向?yàn)槲髂虾蜄|北，其中東北方向是由于在“長(zhǎng)株潭城市群”戰(zhàn)略政策下，株洲與湘潭和長(zhǎng)沙快速融為一體，創(chuàng)建了云龍示范區(qū)，而西南方向是由于為了打開(kāi)株洲的西門(mén)，株洲市在2012年開(kāi)發(fā)完成了栗雨工業(yè)園，加速了株洲向西的擴(kuò)展速度，這一時(shí)期株洲的空間擴(kuò)展屬于現(xiàn)代快速擴(kuò)展階段。

2.2 城市擴(kuò)展的驅(qū)動(dòng)因子分析

城市空間擴(kuò)展演化受制于經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和政治方面的力量與作用，按照其自身的發(fā)展律而增長(zhǎng)[16]，對(duì)于株洲這一在短期內(nèi)發(fā)展起來(lái)的大城市，各種因素和機(jī)制的綜合作用導(dǎo)致了城市空間的擴(kuò)展，城市各組成要素通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)尋求適合其發(fā)展的最佳區(qū)位，在不同的發(fā)展時(shí)序演化共生，形成集聚或擴(kuò)散的自組織演替，促進(jìn)了株洲的發(fā)展。

（1）人口增長(zhǎng)

從城市擴(kuò)展的驅(qū)動(dòng)力影響因子中分析人口增長(zhǎng)是城市擴(kuò)展的直接推動(dòng)力。據(jù)表1分析，株洲市區(qū)人口由1999年的73.7萬(wàn)人上升到2016年的122.2萬(wàn)人，這是由于人口的增長(zhǎng)從而需要提供更多的生產(chǎn)生活用地，同時(shí)，隨著人們的生活水平提高，追求更高的生活質(zhì)量，要求更大的生活空間，其中包括居民用地、工業(yè)用地、配套設(shè)施的建設(shè)用地、交通和公共設(shè)施用地等，這些因素都會(huì)導(dǎo)致城市建成區(qū)擴(kuò)展。而在這期間城市化水平由1999年73.7%上升2009年91.83%，之后到2016年稍微下降至87.2%，究其原因是在1999-2009年城市擴(kuò)展的過(guò)程中促進(jìn)了農(nóng)業(yè)人口轉(zhuǎn)非農(nóng)人口，而在2009-2016年期間，株洲市出現(xiàn)了逆城市化現(xiàn)象，究其原因可能是城市內(nèi)環(huán)境質(zhì)量下降，同時(shí)鄉(xiāng)村地區(qū)和小城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)日趨完善，從而引起城市人口向鄉(xiāng)村和城鎮(zhèn)遷移。

（2）經(jīng)濟(jì)發(fā)展

據(jù)表1分析，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與城市空間的擴(kuò)展密切相關(guān)，株洲市區(qū)GDP由1999年的1384913萬(wàn)元猛增到2016年的11281076萬(wàn)元，第二產(chǎn)業(yè)始終占主導(dǎo)位置，同時(shí)，在1999-2006年期間第一產(chǎn)業(yè)比重3.03%降至2.36%，第二產(chǎn)業(yè)60.5%下降至56.28%，第三產(chǎn)業(yè)由36.47上升至41.36%；2006-2009年期間第一產(chǎn)業(yè)比重2.36%下降至1.65%，第二產(chǎn)業(yè)56.28%上升至64.06%，第三產(chǎn)業(yè)41.36%下降至34.29%；2010-2015年期間第一產(chǎn)業(yè)比重1.65%上升至2.17%，第二產(chǎn)業(yè)64.02%下降至58.33%，第三產(chǎn)業(yè)34.29%上升至39.4%；而根據(jù)遙感影像提取的建成區(qū)面積，1999-2006年城市擴(kuò)展速度為3.99 km2，2006-2010年城市擴(kuò)展速度為3.55 km2，2009-2016年城市擴(kuò)展速度為5.36 km2?？梢?jiàn)株洲市主城區(qū)的城市擴(kuò)展在與第二產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有緊密聯(lián)系的同時(shí)，城市擴(kuò)展的速度與第三產(chǎn)業(yè)成正相關(guān)，這表明株洲在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)展方面已經(jīng)在升級(jí)轉(zhuǎn)型階段，在發(fā)展第二產(chǎn)業(yè)的同時(shí)，大力促進(jìn)發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)。

（3）交通線路

交通是城市與區(qū)域及區(qū)域外的物質(zhì)聯(lián)系的主要通道，交通線路的開(kāi)辟與建設(shè)往往成為城市空間擴(kuò)展的大門(mén)，而在株洲市的城市擴(kuò)展中更加明顯。為了更好直觀地反映交通線路對(duì)株洲城市擴(kuò)展的影響，根據(jù)2016年地理國(guó)情普查數(shù)據(jù)調(diào)查的株洲市主城區(qū)范圍，提取出各個(gè)年份的株洲市主城區(qū)的建成區(qū)疊加圖，同時(shí)疊加上株洲市主干道分布圖（圖3）來(lái)進(jìn)行分析，可以看出株洲市的城市擴(kuò)展主要沿京廣鐵路和滬昆鐵路，使車(chē)站成為城市人貨流集散的次中心，通過(guò)集聚與擴(kuò)散作用，促使株洲城市逐步向外擴(kuò)展。隨后，株洲市的公路網(wǎng)絡(luò)和大橋不斷完善，聯(lián)通株洲市對(duì)的河?xùn)|與河西，縮短了各個(gè)城區(qū)的距離。

（4）社會(huì)人文因素

“政府力”往往成為影響城市空間結(jié)構(gòu)演化的最大因素之一。1992年，在鄧小平南方講話的影響下，株洲市第三產(chǎn)業(yè)異軍突起，株洲市的蘆淞區(qū)成為江南最大的服裝批發(fā)市場(chǎng)，同時(shí)帶動(dòng)了中心商業(yè)區(qū)的迅速發(fā)展，并逐步向周邊擴(kuò)展。隨后，株洲市提出計(jì)劃經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型，逐漸從計(jì)劃經(jīng)濟(jì)向市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型，企業(yè)沖破封閉式發(fā)展，建立了高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)給株洲市注入了新的活力。十七大之后，武漢城市圈和長(zhǎng)株潭城市群被國(guó)家確定為“兩型社會(huì)”，在總體規(guī)劃中，明確長(zhǎng)株潭城市群核心區(qū)面積由此前規(guī)劃的894.49 km2擴(kuò)大到1411.69 km2，其中株洲市區(qū)占到535.39 km2，這一政策，將促進(jìn)株洲城市不斷向外擴(kuò)展，其中向北，重點(diǎn)建設(shè)云龍新城，力爭(zhēng)盡快建成生態(tài)城、文化城；向西加快新馬、栗雨等片區(qū)開(kāi)發(fā)，建設(shè)長(zhǎng)株潭自主創(chuàng)新示范區(qū)核心區(qū)。

3 結(jié)語(yǔ)

株洲市建成區(qū)從1999-2016年間面積增幅是1999年建成區(qū)的總面積1.14倍，并且在1999-2006年的擴(kuò)展速率超過(guò)了2006-2010年，而在2010-2016年城市的擴(kuò)展速率又加速增長(zhǎng)。綜合分析表明，株洲市建成區(qū)的擴(kuò)展方向主要先是沿交通干道西北向東南方向呈帶狀擴(kuò)展，之后受政策影響呈現(xiàn)西南和東北擴(kuò)展趨勢(shì)。

株洲市的空間擴(kuò)展同時(shí)受交通、經(jīng)濟(jì)、人口和政府決策因素的綜合影響。研究表明：（1）在交通線路沿線，株洲市城市建筑用地?cái)U(kuò)展十分顯著；（2）人口的快速增長(zhǎng)促進(jìn)了株洲市的快速擴(kuò)展，但近年來(lái)，由于城市環(huán)境質(zhì)量下降和鄉(xiāng)鎮(zhèn)交通設(shè)施改善等原因，株洲市人口較前段時(shí)期有所下降，出現(xiàn)了逆城市化現(xiàn)象；（3）目前，株洲市的城市擴(kuò)展主要以第二產(chǎn)業(yè)驅(qū)動(dòng)為主，但是，近年來(lái)株洲市加速對(duì)產(chǎn)業(yè)優(yōu)化，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型，促進(jìn)發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)，在株洲城市擴(kuò)展的驅(qū)動(dòng)因素中，第三產(chǎn)業(yè)所占比重逐漸上升，而城市發(fā)展質(zhì)量的提高主要靠第三產(chǎn)業(yè)，這也意味著株洲市城市發(fā)展逐步成熟；（4）城市規(guī)劃引導(dǎo)和政府力對(duì)推動(dòng)株洲的城市空間擴(kuò)展扮演著重要的角色。

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