戴夢婷/文

城市空間擴張是城市化過程的重要標志，不僅是全球可持續(xù)發(fā)展關注的熱點議題，更是中國特色社會主義大背景下我國城市化健康發(fā)展面臨的重大問題。國內外許多學者都對城市空間擴張有所研究，研究方向大致分為3個方面：城市空間擴張模式與特征研究、城市空間擴張模擬模型研究、城市空間擴張驅動因素研究。

一、城市空間擴張模式與特征研究

城市空間擴張主要是建設用地不斷地替代農林草地和水體，從而使城區(qū)土地覆蓋狀況發(fā)生改變，城建區(qū)不斷擴張。

19世紀20年代，國外學者就已經開始研究城市擴張問題。其理論基礎以 Thunen（1826年）的“杜能圈”、Howard（1898年）的“花園城市”等為主。隨后，Park與Burges等（1923年）提出了“同心圓理論”，即城市由內向外依次為：中心商業(yè)區(qū)→過渡帶→低收入人群居住帶→高收入人群居住帶→通勤帶。在此基礎上，Hoyt（1939年）創(chuàng)立了“扇形理論”。接著，Harris和Ullman（1945年）提出了“多中心理論”，即城市擴張圍繞著不同功能的多個獨立中心。同時期的Cristaller和Losch也分別在1933年和1940年提出了“中心地理論”，成了城市地理學和商業(yè)地理學的理論基奠。隨著對城市問題研究的深入，“中心地理論”在美國得到了進一步的發(fā)展，Berry和Garrison（1958年）提出了“距離”和“界限”能夠制約城市中心點的分布。Gottmann（1961年）和Knox（1994年）認為單個城市的空間擴張可以分為集聚型（蔓延式和連片式）和擴散型（軸向式和飛地式）。Wilson等（2003年）也總結出了5種類型，分別為：擴展式、蔓延式、填充式、孤島式和分支式。

同時，學者也根據我國各城市的發(fā)展狀況開展了廣泛研究。有些學者同時分析了多個城市的空間擴張模式，有些學者則對某個城市不同時期的空間擴張模式做了分析。例如，Deng等（2005年）研究分析了我國13個城市的空間擴張模式，Xie（2007年）、樊淑云（2015年）、余琪（2016年）等則分別對北京、成都、廣州等單個城市空間擴張模式做了詳細分析。另外，張豫芳等（2006年）還分析了天山北坡的八個綠洲城市的空間擴張模式。總的來說，中國城市空間擴張模式大致可以歸為4種：填充式、外延式（蔓延式，有時也稱為“攤大餅”式）、廊道式（也稱軸向式或線性蔓延式）和蛙跳式（也稱飛地式、“衛(wèi)星城”式）。隨著城市化進程的迅速發(fā)展，許多城市都漸漸呈現(xiàn)出多種模式混合的擴張模式，依據城市不同區(qū)域的特點呈現(xiàn)出不同的擴張模式。

二、城市空間擴張模擬模型研究

在早期，由于研究資料有限，學者們主要通過考古分析法、調研法和對比法等來模擬研究城市空間擴張形態(tài)，但僅憑低精度的地圖等來研究該問題是遠遠不夠的。近些年，隨著大數據的發(fā)展，用來模擬和分析城市空間擴張過程的模型開始多元化，模擬精度也有了很大提升。

1.元胞自動機（CA）模擬模型應用和改進

元胞自動機（Cellular Automata，CA）模型是一種局部網格動力系統(tǒng)。20世紀50年代，現(xiàn)代計算機創(chuàng)始人馮·諾依曼提出了CA的雛形，但并未引起學者們的關注。直至1970年，英國數學家Conway設計了一款計算機游戲，吸引了許多學者的注意，推動了CA研究的發(fā)展。同年，Tobler首次將它用在了地理空間的模擬上。

隨著科技的發(fā)展和對復雜系統(tǒng)的研究，利用CA模型對城市空間擴張和土地利用等過程的模擬成為一大研究熱點。Xie（1996年）用它模擬了紐約布法羅市土地利用的變化過程；Al-Ahmadi等（2009年）用模糊CA模型模擬了沙特利雅得市的城市空間擴張過程。傳統(tǒng)CA模型在模擬復雜的地理過程中存在一定的局限性，必須將其改進或拓展。Claudia等（2003年）就用Bayes經驗概率方法規(guī)定了CA轉化規(guī)則，成功地模擬和預測了巴西包魯市空間擴張情況。

國內這方面的研究開始得較晚。羅平（2004年）利用GeoFeature-CA模型構建了深圳市土地利用演化仿真模型。對于CA模型的改進與拓展，國內學者們也做了較多研究。例如，楊青生等（2006年）提出的SVM-CA模型，劉小平等（2007年）提出的ACO-CA模型，甘喜慶（2008年）提出的約束logistic-CA模型等，都取得了較為理想的模擬效果。

2.其他常用模擬模型

除了CA模型外，凝聚模型（DLA）、多主體模型（MAM）、神經網絡、分形理論、遺傳免疫系統(tǒng)等也被廣泛地應用在城市空間擴張的研究中。張鴻輝等（2008年）將多智能體系統(tǒng)（MAS）應用于城市土地擴張研究；姜鳳霞（2008年）應用BP神經網絡對泰安市擴張動態(tài)進行了模擬；鄭凱迪等（2011年）運用Sleuth模型模擬并預測了上海市空間擴張；翟瑞雪（2015年）利用多主體模型對贛州市章貢區(qū)的空間擴張做了模擬研究。

三、城市空間擴張驅動因素研究

對于城市空間擴張驅動因素的研究國內外都開展得較早，研究者也較多，不同學派給出了不同解釋。學者們大都從社會經濟、政策和自然因素出發(fā)，探討引起城市空間擴張的主成分，建立城市空間擴張模型。

起初，Colby（1933年）提出城市空間擴張由向心力和離心力一起造成。Form（1954年）從政治學角度將城市擴張的驅動力分為市場驅動力和權力行為力。Meyer等（1994年）則將城市空間擴張驅動因素歸納為政治、經濟、人口和環(huán)境四個方面。

國內學者對城市空間擴張的驅動因素的研究更強調政策的主導作用，也有較多學者關注產業(yè)結構的調整、外資的注入、收入差距、經濟密度和傳統(tǒng)文化等。魯奇等（2001年）還強調了政治及社會意識形態(tài)改變、科技進步等因素的驅動作用。呂昌河等（2004年）對我國145個城市的研究結果表明，我國城市空間擴張的最好解釋是城區(qū)職工的工資收入增長。王婷婷等（2015年）認為福建省莆田市空間擴張最主要的驅動因素是GDP增長；王麗萍等（2005年）則認為第三產業(yè)的發(fā)展是一個主要的驅動因素。黃慶旭等（2009年）將城市空間擴張的驅動因素分為宏觀層（城市規(guī)劃、政策等政府行為，歷史舊城區(qū)格局）、中觀層（經濟因素和社會因素）以及微觀層（自然地理位置、交通設施）。

四、總結與展望

縱觀國內外學者的研究成果，對于城市空間擴張的研究，很多學者還是很有想法，眾多學者的研究推動著該領域研究從定性到定量、從模糊到精確、從粗糙到精細，無論是城市空間擴張的模式與特征，還是其模擬模型，抑或是其驅動因素的研究，都取得了較為積極的成果。

在城市空間擴張的模式與特征的研究方面，學者們對擴張模式的稱謂有許多種，但大致都歸為填充式、外延式、廊道式和蛙跳式。但隨著城市化進程的迅速發(fā)展，許多城市都漸漸呈現(xiàn)出多種模式混合的擴張模式，依據城市不同區(qū)的特點呈現(xiàn)出不同的擴張模式。

在城市空間擴張模擬模型的研究方面，該領域的模擬模型從“一枝獨秀”到“百花齊放”，對CA模型的應用也從傳統(tǒng)的有局限性的元胞自動機，經由各國學者的智慧做了許多的改進與拓展。對CA模型的改進基本集中于其轉換規(guī)則上，隨著研究的深入，從線性轉換規(guī)則到非線性轉換規(guī)則，改進的CA模型模擬精度愈來愈高，對城市空間擴張的動態(tài)模擬愈來愈真實。

在城市空間擴張驅動因素的研究方面，總體來說，自然地理條件是城市空間擴張的基本條件及主要限制因素，經濟社會發(fā)展和人口因素是城市空間擴張的動力源頭，交通設施、城市政策與規(guī)劃等則是引導城市空間擴張模式和方向的重要因素，此外，農地市場化和居民的生活需求也有一定的驅動作用。但這些驅動因素還不夠全面，還需要更加深入的研究。

總體而言，城市空間擴張領域的研究已經有較大的進步，但還存在一些問題，例如，研究數據較為單一，基本都是利用遙感影像和經濟統(tǒng)計數據，在數據來源方面缺乏創(chuàng)新；大多數學者的研究區(qū)都是比較有典型性的城市，雖然研究成果能很好地反映這些城市的空間擴張情況，但缺乏普適性；對于城市空間擴張驅動因素缺乏有規(guī)律的總結歸納等。