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錫林浩特市城市擴展特征及驅(qū)動力分析

烏 云 嘎1,冬梅2

(1.內(nèi)蒙古師范大學 地理科學學院,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010022；2.內(nèi)蒙古計算機應用研究院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010)

摘要：基于錫林浩特市1991年—2011年間的五個不同時段的遙感影像圖和2011年行政區(qū)劃詳圖，利用Arcgis10軟件提取建成區(qū)面積，分析錫林浩特市四個階段城市空間擴展特征；結合1991年—2011年錫林浩特市經(jīng)濟社會數(shù)據(jù)，分析了錫林浩特市城市擴展的經(jīng)濟社會驅(qū)動力。結果表明，錫林浩特市建成區(qū)面積主要向東北方向和西南方向擴展，2000年以后擴展強度加大，速度加快。GDP、產(chǎn)業(yè)結構轉(zhuǎn)換、非農(nóng)業(yè)人口為主要驅(qū)動力。

關鍵詞：城市擴展；驅(qū)動力；錫林浩特市

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，城市化問題已成為當今各學科研究的重點內(nèi)容。城市化包括城市人口數(shù)量的增加，城市數(shù)量的增加，城市文化的蔓延和城市建設用地擴展等方面。城市擴展空間變化特征也是表征城市化的一個重要指標。吳宏安、蔣建軍[1]等采用了監(jiān)督分類法和歸一化裸露指數(shù)(NDBI)法兩種方法提取了西安城市邊界信息進行比較，并認為用監(jiān)督分類法提取城市邊界信息相對準確。查勇[2]認為，與傳統(tǒng)的計算機和人工提取法相比，歸一化建筑指數(shù)法是很不錯的城市邊界提取方法。張心怡、李曉文[3、4]利用多時相遙感圖像，對上海市城市擴展規(guī)模、強度、空間分布特征等方面進行綜合分析。胡德勇、李京、陳云浩[5]等人結合監(jiān)督分類、非監(jiān)督分類和歸一化裸露指數(shù)(NDBI)等三種方法提取長沙市建成區(qū)信息，建立緩沖區(qū)、疊加分析等方法,繪制城市擴展速度玫瑰圖，分析城市擴展速度與重心城區(qū)之間的關系。楊存建、周成虎[6]則利用譜間結構閾值法提取水泥頂房屋和瓦頂房屋為主的居住區(qū)信息。夏叡[7]運用DBI-SAVI指數(shù)相結合的方法,提取了無錫市城市信息。本研究中，由于衛(wèi)星圖像的可獲得性和技術上的限制，主要用錫林浩特市1991年到2011年間五個不同年份的衛(wèi)星圖像，利用GIS空間分析技術，分析四個時間段的城市擴展的時空變化特征。

1研究區(qū)及研究方法

1.1研究區(qū)概況

錫林浩特市位于東經(jīng)115°13′—117°06′，北緯43°02′—44°52′之間，地處內(nèi)蒙古自治區(qū)東部錫林郭勒草原上，氣候?qū)俅箨懶园敫珊禋夂颍清a林郭勒盟盟府所在地，也是全盟政治、經(jīng)濟、教育、交通和文化中心，以蒙古族為主體、漢族占多數(shù)的少數(shù)民族地區(qū)。全市總面積14780km2，現(xiàn)轄2個蘇木、1個鎮(zhèn)、8個城市街道辦事處、1個開發(fā)園區(qū)、6個國有農(nóng)牧場，總?cè)丝?73652人(2011年)，素有“草原明珠”、“天堂草原”等美譽。正處于經(jīng)濟社會快速發(fā)展期，具有得天獨厚的優(yōu)勢和發(fā)展?jié)摿?。由于生態(tài)環(huán)境敏感，自然條件惡劣，一定程度上限制了該地區(qū)的社會經(jīng)濟發(fā)展，加上人口過度增長超過了當?shù)丨h(huán)境所能承載的負荷，導致人地關系緊張，阻礙了整個城市的發(fā)展。

1.2數(shù)據(jù)來源與技術路線

1.2.1圖像及數(shù)據(jù)來源

本研究中所用的數(shù)據(jù)有1991年、1995年、2000年、2005年及2011年的美國Landsat TM4-5衛(wèi)星圖像及錫林浩特市2011年1：2250000比例尺的行政區(qū)劃詳圖和1991年到2012年《內(nèi)蒙古統(tǒng)計年鑒》上統(tǒng)計的社會經(jīng)濟方面的數(shù)據(jù)(表1)。

表1:研究使用的數(shù)據(jù)

1.2.2主要技術路線

為了提取錫林浩特市城市擴展動態(tài)變化信息，要對下載的Landsat TM4-5衛(wèi)星圖像進行必要的處理：首先，在ENVI4.7軟件里進行574波段的圖像融合，形成假彩色圖；其次，在ARCGIS10.0軟件中進行幾何精度校正，將誤差盡量控制在1個像元以內(nèi)，同時對合成的遙感圖像進行邊緣銳化增強處理；最后，以錫林浩特市行政區(qū)劃圖為底圖，利用人機交互方法提取不同年份的錫林浩特市建成區(qū)面積數(shù)據(jù)，并進行編輯和統(tǒng)計處理。技術路線圖如下：

1.2.3分析指標

(1)城市擴展強度指數(shù)。城市擴展強度是通過城市擴展強度指數(shù)表示其城市面積變化的幅度，是能夠反映城市面積空間上變化的重要指標，其公式為：

(1)

其中，R表示研究末期城市擴展強度，Ux是研究末期城市建成區(qū)面積，Uy是研究初期城市建成區(qū)面積，T是研究時間間隔。

(2)城市重心(經(jīng)緯度坐標)。城市重心變化是利用城市建成區(qū)面積的坐標計算幾何重心坐標，是以經(jīng)緯度來表示，反映城市中心的遷移情況，計算公式如下：

(2)

(3)

其中，Xt和Yt分別表示第t年城市重心坐標,Cti表示第t年第i塊面積，Xi和Yi分別表示第t年第i塊面積的經(jīng)緯度坐標。

(3)城市緊湊度。城市的緊湊度是通過城市輪廓的變化反映城市建成區(qū)面積擴展的一個重要指標，根據(jù)劉紀遠、王新生[9]等人的研究中提出的凸殼方法可簡單、直觀的測度城市緊湊度，同時以安徽省城市擴展類型變化為例驗證了其方法的可行性和易于操作性。計算公式為[8、9]：

(4)

其中，C表示城市的緊湊度，At表示t年城市建成區(qū)面積(km2)，Pt表示t年城市建成區(qū)輪廓周長(km)，C值介于0到1之間，其值接近1表示城市輪廓具有緊湊性，接近0表示緊湊性差。

(4)城市擴展彈性系數(shù)。城市擴展彈性系數(shù)反映的是城市建成區(qū)面積擴張速度與該城市人口增長速度的協(xié)調(diào)關系，計算公式為：

(5)

其中，R(i)表示城市擴展彈性系數(shù)，A(i)表示城市建成區(qū)面積的年均增長率(%)，Pop(i)表示該城市非農(nóng)業(yè)人口的年均增長率(%)。

2城市擴展分析

為了能夠全面、綜合的反應錫林浩特市城市擴張的時空特征，根據(jù)王厚軍、李小玉[8、9、14]等人的實證研究， 本文利用城市擴展強度、重心變化、緊湊度和擴展彈性系數(shù)等四個指標分析錫林浩特市城市空間擴展特征。

2.1錫林浩特市城市擴展強度分析

1991年到2011年間，錫林浩特市建成區(qū)面積(表2)從14.398km2增長的76.756km2，增長了5.33倍，其擴展強度指數(shù)為21.65%，年均擴張速度為3.118km2·a-1。錫林浩特市1991年到2011年間城市擴展速度逐年增加。1991年到1995年間建成區(qū)面積從14.398km2增加到18.423km2，面積增加了1.28倍，擴展強度指數(shù)為6.99%，年均擴展速度為1.006km2·a-1，擴展速度較慢，空間變化不大。1995年到2000年間，建成區(qū)面積擴展到24.127km2，增加了1.31倍，擴展強度指數(shù)為6.19%，年均擴展速度為1.141km2·a-1，與1991—1995年間比速度有所減小。2000到2005年間，建成區(qū)面積擴展到37.123km2，與1995—2000年間相比，增加了1.54倍，擴展強度指數(shù)為10.77%，年均擴展速度為2.599km2·a-1，明顯加快，擴展速度增加了1.74倍。2005年—2011年間，錫林浩特市建成區(qū)面積擴展到76.756km2，與2005年相比增加了2.07倍，擴展強度指數(shù)為17.79%，年均擴展速度為6.606km2·a-1，與之前幾個階段相比，城市建成區(qū)面積擴展速度最快的時期。

表2:不同時段錫林浩特市城市擴展情況

2.2錫林浩特市城市空間分異特征

為了能夠看清錫林浩特市城市空間分異變化，本文中將1991年城市幾何中心作為坐標原點，按四個象限八個方位，將研究區(qū)分為八個方向的現(xiàn)象區(qū)域(圖1)，以便分析錫林浩特市建設用地在空間上的擴展特征。錫林浩特市城市重心變化分析結果表明(表3)，1991年—1995年間城市重心向東北方向移動，建成區(qū)面積向東北方向擴展，擴展面積不大；1995年—2000年間城市重心繼續(xù)向東北方向移動，建成區(qū)面積向北、南兩個方向擴展，擴展面積東北方向擴展面積最大：2000年—2005年間城市重心向西南方向移動，建成區(qū)面積主要向東北和西南方向擴展，且擴展面積較大；2005年—2011年城市重心繼續(xù)向西南移動，且移動距離較遠，建成區(qū)面積圍繞主城區(qū)擴展，西南方向擴展面積最廣。

圖1：1991年—2011年間錫林浩特市城市擴展圖

年份經(jīng)度緯度1991年116°5'13.607″E43°56'48.398″N1995年116°5'23.446″E43°57'4.77″N2000年116°5'28.116″E43°57'9.953″N2005年116°5'6.328″E43°56'58.631″N2011年116°4'15.546″E43°56'41.927″N

2.3錫林浩特市城市空間形態(tài)演變特征

城市緊湊度反應的是城市空間形態(tài)(外圍輪廓)的特征，由表4可以看出，緊湊度由1991年的0.99減少到2011年的0.47，表明錫林浩特市城市緊湊度逐漸變小，1991年到2000年間變化不大，2000年之后開始減少，2005年到2011年間減少幅度最多。這段時間，由于鐵路及國家級和省級公路的建設，錫林浩特市與自治區(qū)內(nèi)外的商品流通和人口流動日益頻繁等原因，城市空間結構日趨復雜，因此城市空間形態(tài)向外擴展較快，城市輪廓 緊湊性變差，但仍屬于比較緊湊型。

表4:錫林浩特市城市緊湊度變化

2.4錫林浩特市城市擴展彈性系數(shù)分析

由表5可以看出，錫林浩特市1991年—2011年間城市擴展彈性系數(shù)為2.07，是中國城市規(guī)劃設計院給出合理值1.12的1.85倍；1991年—1995年間為2.65是合理值的2.37倍；1995年—2000年為3.43是合理值的3.06倍；2000年—2005年間為1.82是合理值的1.63倍；2005年—2011年間為4.28是合理值的3.83倍。從整體上看，在整個研究時段錫林浩特市城市擴展彈性系數(shù)一直大于合理值，尤其是2005年—2011年間的值比較高，表明該地區(qū)城市擴展速度與人口增長速度一直處于不協(xié)調(diào)狀態(tài)。

表5:不同時段錫林浩特市城市擴展彈性系數(shù)

3結論

錫林浩特市城市擴展在時間上存在不均衡性。進入21世紀之前，經(jīng)濟發(fā)展緩慢，城市化水平較低，城市擴展速度較慢，強度較低。進入21世紀之后，國家政策的扶持，工業(yè)的及旅游業(yè)的發(fā)展，帶動了該地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展，促進了城市化進程，城市擴展速度明顯加快。

錫林浩特市城市擴展空間分異特征明顯。1991年—2000年間擴展強度較弱、速度緩慢，主要向東北、北和西南方向擴展，城市形態(tài)非常緊湊，擴展速度與非農(nóng)業(yè)人口增長速度逐漸趨于協(xié)調(diào)。2000年—2011年間，城市擴展強度加大，擴展速度加快，城市重心從東北方向先是向西方向移動，后向西南方向移動，城市形態(tài)趨于松散，結構日趨復雜，擴展速度與非農(nóng)業(yè)人口增長速度不協(xié)調(diào)。通過錫林浩特市1991年到2011年的社會經(jīng)濟統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析，結果認為國內(nèi)生產(chǎn)總值、產(chǎn)業(yè)結構轉(zhuǎn)換、非農(nóng)業(yè)人口為主要驅(qū)動力。

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Characteristics of Urban Expansion in Xilinhot City Analysis

Wuyunga1,Dongmei2

(1.Institute of Geography,Inner Mongolia Normal University,Huhhot 010022

2.Computer Application Research Institute of Inner Mongolia,Huhhot 010010)

Abstract:Based on the images,which is in period of 1991 to 2011,Xilinhot City in five different periods and the administrative map in 2011,the study analyze the features of urban expansion of Xilinhot City;The driving forces of urban expansion of Xilinhot City is analyzed on the basis of Inner Mongolia statistical yearbook from 1991 to 2011.The results are as follows:the main extension to the northeast and southwest area of Xilinhot City, extending along the main highway.After 2000, the extension strength were intensify and the speed were accelerate. GDP, the transformation of industrial structure, the non agriculture population were the main driving forces during the period.

Key words:urban expansion,driving force,Xilinhot

中圖分類號：F291.1

文獻標識碼：A

文章編號：1004-1869(2015)01-0037-04

作者簡介：烏云嘎(1990-)，女，蒙古族，內(nèi)蒙古通遼市扎魯特旗人，內(nèi)蒙古師范大學碩士研究生，研究方向：經(jīng)濟地理與區(qū)域發(fā)展。

收稿日期：2014-10-16