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摘 要： 摘要：以Landsat衛(wèi)星數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以GIS為技術(shù)支撐，選取城市用地擴展速度、擴展強度指數(shù)、分形維數(shù)、緊湊度等城市形態(tài)指標(biāo)，實證分析19902017年佛山市建成區(qū)外部形狀的變化過程。結(jié)果表明：1)19902000年佛山市城區(qū)的空間擴張是一個飛躍增長型，20002009年是
摘要：以Landsat衛(wèi)星數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以GIS為技術(shù)支撐，選取城市用地擴展速度、擴展強度指數(shù)、分形維數(shù)、緊湊度等城市形態(tài)指標(biāo)，實證分析1990—2017年佛山市建成區(qū)外部形狀的變化過程。結(jié)果表明：1)1990—2000年佛山市城區(qū)的空間擴張是一個飛躍增長型，2000—2009年是平穩(wěn)增長型，2009—2017年是快速增長型，城市重心往西南方向發(fā)展;2)佛山市城區(qū)擴張以外向型擴展和內(nèi)向填充型兩種方式并存。研究結(jié)果可為佛山城市總體規(guī)劃及綜合管理提供科學(xué)依據(jù)。
關(guān)鍵詞：GIS;城市擴展;佛山
一個城市是由基本空間元素組成的，這些元素構(gòu)成了不同的空間和各種交通走廊，所以每一座城市的空間形態(tài)都是不一樣的。城市的發(fā)展表現(xiàn)為城市形態(tài)的擴展，城市形態(tài)是指城市實體所表現(xiàn)出來的具體的空間物質(zhì)形態(tài)，是城市發(fā)展內(nèi)生要素的外在空間體現(xiàn),是城市內(nèi)在政治、經(jīng)濟、社會結(jié)構(gòu)、文化傳統(tǒng)在城市居民點、城市平面形式、內(nèi)部組織、建筑和建筑群體布局上的反映[1]。城市空間形態(tài)是由自然、經(jīng)濟、交通等因素綜合作用的一種空間結(jié)果，與城市的可持續(xù)發(fā)展息息相關(guān)[2]。城市的空間形態(tài)包括城市內(nèi)部空間形態(tài)和城市外部形態(tài)[3]，常用研究方法包括空間擴展分析、城市空間形態(tài)測度分析和空間相關(guān)與移動分析等[4]。
相關(guān)期刊推薦：《佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版》Journal of Foshan University(Natural Science Edition)(雙月刊)曾用刊名：佛山農(nóng)牧高等專科學(xué)校學(xué)報;佛山大學(xué)學(xué)報，1988年創(chuàng)刊，國內(nèi)外公開發(fā)行的自然科學(xué)學(xué)術(shù)季刊，每季末月出版。本刊堅持社會主義方向，遵循“雙百方針”，以學(xué)科創(chuàng)新懷、應(yīng)用性和地方性為特色，校內(nèi)外作者的論文來稿均受歡迎。
本文以城市的外部形態(tài)作為對象，選擇空間擴展分析方法，研究佛山城市的幾何形態(tài)變化特征，以期為佛山城市的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)支撐。
1研究區(qū)域
佛山市位于廣東省中部，地處珠三角腹地，與廣州組成“廣佛都市圈”，是“粵港澳大灣區(qū)”、“廣佛肇經(jīng)濟圈”、“珠江-西江經(jīng)濟帶”的主要組成部分，在廣東省經(jīng)濟社會發(fā)展版圖中處于領(lǐng)先地位。
佛山市地理位置為北緯22°38'～23°34'，東經(jīng)112°23'～113°23'，與香港、澳門的車程均在2h左右，隨著廣深高鐵、廣珠城際軌道的開通，佛港澳構(gòu)成“1小時交通圈”。
佛山市總面積3797.72km2，截至2017年底，建成區(qū)面積約為1368.73km2，范圍遍布在禪城區(qū)、南海區(qū)、順德區(qū)、高明區(qū)和三水區(qū)。
2研究方法
2.1數(shù)據(jù)來源
主要數(shù)據(jù)源包括Landsat衛(wèi)星影像、高程圖(數(shù)字高程模型)、氣象站點監(jiān)測數(shù)據(jù)(氣溫、降水等)、經(jīng)濟及人口等統(tǒng)計數(shù)據(jù)。Landsat衛(wèi)星影像和數(shù)字高程模型來源于地理空間數(shù)據(jù)云(http://www.gscloud.cn/)、遙感集市(http://www.rscloudmart.com/)。
派生數(shù)據(jù)包括1990、2000、2009、2017年的4個時期的城市建成區(qū)邊界圖(從Landsat影像中提取)、坡度坡向圖(由數(shù)字高程模型派生)、氣溫分布圖和降水分布圖(由氣象站點數(shù)據(jù)插值生成)、人口密度圖和經(jīng)濟密度圖(由統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)GIS制圖生成)。
2.2指標(biāo)計算
2.2.1城市擴展強度和擴展速度
城市擴展強度指數(shù)(urbanizationintensityindex)是指在某期間內(nèi)的城市土地擴展面積占其土地總面積的百分比，數(shù)字越大，表示擴展越快。根據(jù)擴展強度可把城市擴展分為5種類型：高速擴展、快速擴展、中速擴展、低速擴展和緩慢擴展[5]。擴展速度(Expansionspeed)表示一定時間內(nèi)，城市用地擴展面積的年增長速率，代表研究時期內(nèi)城市用地擴展的總體規(guī)模和趨勢。
2.2.2城市空間重心
城市空間重心是用來描述建成區(qū)空間分布的一個重要指數(shù)，其動態(tài)軌跡可以反映空間要素分布的總體變化趨勢。
2.2.3緊湊度
城市形態(tài)的緊湊度是反映城市的空間布局城市形態(tài)的一個重要指標(biāo)[7]。城市緊湊度高，代表城市比較集中，會使土地利用率提高，人們生活環(huán)境會受影響;緊湊度低空間離散程度大，會不利于城市管理，各功能地區(qū)較分散。
3研究結(jié)果
3.1擴展強度與擴展速度
(1)從時間維度上分析。1990—2017年佛山市建成區(qū)面積呈高速擴張的趨勢，如圖1所示。1990—2017年佛山市擴展強度與擴展速度如表1所示。
由表1可知，建成區(qū)面積增長了1362.392km2，平均每年擴展50.459km2，擴展速度為19.376%，擴展強度指數(shù)為1.329%。城市空間擴張具有明顯階段性，其中1990—2000年是一個飛躍增長型(擴張速率15.47%)，2000—2009年是平穩(wěn)增長型(擴張速率5.87%)，2009—2017年是快速增長型(擴張速率7.53%)。
(2)從空間維度上分析。南海區(qū)、順德區(qū)城市擴展較快(平均每年增長面積分別為20.998km2和17.484km2)，且一直呈快速增長趨勢，2009—2017年期間空間擴張最明顯;禪城區(qū)2000—2009年增長較快，但受限于周邊可開發(fā)土地的面積，平均每年僅增加3.114km2;三水區(qū)在2009年后城市用地發(fā)展迅速，平均每年增加6.229km2;高明區(qū)在2009年城市開始快速發(fā)展，平均每年增加3.349km2。
3.2城市空間重心
佛山市建成區(qū)向西南方向偏移趨勢明顯，如圖2所示。1990—2017年佛山市重心轉(zhuǎn)移情況如表2所示
由表2可知，1990—2000年向西南方向偏移了1580.275m，127.847度;2000—2009年向西南方向偏移了2972.74m，157.266度;2009—2017年向西南方向偏移了2810.907m，146.615度;1990—2017年向西南方向偏移了7220.665m，146.775度。由此可知，在2000—2017年期間，佛山市建成區(qū)主要在西部和南部擴展。
3.3城市緊湊度
(1)按時段分析。1990—2017年佛山市緊湊度如表3所示。由表3可知，1990—2017年佛山建成區(qū)緊湊度呈先上升后下降的趨勢，1990—2000年城市擴展有緊湊化趨勢，說明城市用地比較集中;2000年后隨著城市化進程越來越快，城市形狀變得越來越復(fù)雜，城市用地越來越分散，緊湊度越來越小。
(2)按行政區(qū)分析。1999—2017年佛山市各區(qū)緊湊度如表4所示。由表4可知，1990—2017年，禪城區(qū)的城市擴展越來越緊湊;順德區(qū)前期擴展較分散，從2009年開始城市用地越來越集中;三水區(qū)則相反，前期較集中，2009年后城市建設(shè)用地開始分散;南海區(qū)和高明區(qū)的緊湊度都是先增大后減少。由此可知，佛山市城市用地擴張外向擴展型和內(nèi)向填充型兩種方式并存，其中禪城區(qū)和順德區(qū)以內(nèi)向擴展型為主，三水區(qū)、南海區(qū)和高明區(qū)以外向擴展型為主。
3.4分維度
1990—2017年佛山市分維度如表5所示。由表5可知，1990—2017年佛山建成區(qū)分維數(shù)先下降后上升，在2000年低于了1.5，說明因為城市快速發(fā)展，耕地受到了嚴(yán)重的破壞，城市內(nèi)部空隙被填充，城市用地更加緊湊，建成區(qū)邊界復(fù)雜性減少，分維度下降。2000—2017年，分維數(shù)逐步上升，表明在2000—2017年這段時期內(nèi)佛山市城市空間擴展以內(nèi)向填充型為主。
4結(jié)論
本研究以遙感影像作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源，以GIS制圖與分析作為技術(shù)支撐，嘗試實證研究1990—2017年佛山城市空間形態(tài)的變化特征。
(1)城市空間擴展分析。1)從時間維度看，1990—2017年佛山市建成區(qū)面積呈高速擴張的趨勢，擴展速度為19.376%，擴展強度指數(shù)為1.329%;不同時段佛山市城區(qū)的空間擴張速率差異明顯，其中1990—2000年是飛躍增長型(擴張速率15.47%)，2000—2009年是平穩(wěn)增長型(擴張速率5.87%)，2009—2017年是快速增長型(擴張速率7.53%)。2)從空間維度看，南海區(qū)、順德區(qū)城市擴展較快，且一直呈快速增長趨勢，其中2009—2017年期間空間擴張最明顯;禪城區(qū)城市化水平已達100%，且受限于周邊可開發(fā)土地的面積，近30年來建成區(qū)面積變化并不明顯，平均每年僅增加3.114km2;三水區(qū)在2009年后城市用地發(fā)展迅速，平均每年增加6.229km2;高明區(qū)在2009年城市開始快速發(fā)展，平均每年增加3.349km2。3)從重心轉(zhuǎn)移軌跡看，城市空間重心往西南方向偏移，偏移量約0.72km。
(2)景觀分析。1)按緊湊度分析，1990—2017年佛山建成區(qū)緊湊度呈先上升后下降的趨勢。2)按分維度分析，1990—2017年佛山建成區(qū)分維數(shù)先下降后上升。3)按行政區(qū)分析，禪城區(qū)的城市擴展越來越緊湊，順德區(qū)前期擴展較分散而后期越來越集中，三水區(qū)則前期擴展較集中而后期越來越分散，南海區(qū)和高明區(qū)的緊湊度都是先增大后減少。綜上可知，佛山市城市用地擴張外向擴展型和內(nèi)向填充型兩種方式并存，其中禪城區(qū)和順德區(qū)以內(nèi)向擴展型為主，三水區(qū)、南海區(qū)和高明區(qū)以外向擴展型為主。