王婷婷，王運(yùn)動，楊強(qiáng)，張潔

（1.南京林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，南京210037；2.南京地質(zhì)調(diào)查中心，南京210016）

1988年～2014年莆田市城市擴(kuò)展及其驅(qū)動力分析

王婷婷1，王運(yùn)動1，楊強(qiáng)1，張潔2

（1.南京林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，南京210037；2.南京地質(zhì)調(diào)查中心，南京210016）

鑒于城市擴(kuò)張及其驅(qū)動力分析在協(xié)調(diào)城市擴(kuò)張與土地資源保護(hù)的矛盾、促進(jìn)城市可持續(xù)發(fā)展中的重要作用，該文利用多時相遙感數(shù)據(jù)和莆田市社會經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，結(jié)合野外調(diào)查，采用室內(nèi)解譯方法來獲取1988年～2014年莆田城市擴(kuò)張數(shù)據(jù)，以分析不同時期莆田各城區(qū)擴(kuò)張的面積、速度、方向主要驅(qū)動力。1988年～2002年莆田市建成區(qū)擴(kuò)張面積快速增長，而2002年以后增長速度明顯減小；仙游縣、梧塘鎮(zhèn)、大濟(jì)鎮(zhèn)和度尾鎮(zhèn)建成區(qū)擴(kuò)張整體呈現(xiàn)出“增－減”趨勢，其余城鎮(zhèn)建成區(qū)擴(kuò)張則呈現(xiàn)“減－增”趨勢。同時，人口增長、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會投資是莆田城市擴(kuò)張發(fā)展的主要驅(qū)動力，其中，GDP增長是最主要驅(qū)動力。該研究有效地揭示了莆田城市擴(kuò)張的發(fā)展規(guī)律，為該地區(qū)城市規(guī)劃與管理提供參考與借鑒。

城市擴(kuò)張；空間分析；擴(kuò)展速率；驅(qū)動力；莆田市

0 引 言

城市化，或稱城鎮(zhèn)化（Urbanization），指的是人口向城市集中的過程，這一過程包含了社會、人口、空間和經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)換等多方面的內(nèi)容［1］。城市化是社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然，城市化是促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的動力。城市人口增長與城市非農(nóng)業(yè)人口比重增加是城市化的標(biāo)志，但是城市空間的擴(kuò)張也是衡量城市化發(fā)展的一個重要的指標(biāo)。城市建成區(qū)擴(kuò)展往往伴隨著城市周邊地區(qū)土地利用的急劇變化，一直是人們研究城市問題的重要內(nèi)容［2］。開展城市化進(jìn)行的有效監(jiān)測，分析城市擴(kuò)張背后的驅(qū)動力機(jī)制，可科學(xué)合理地指導(dǎo)城市規(guī)劃，控制用地規(guī)模，保護(hù)生態(tài)環(huán)境和有限的土地資源，具有非常重要的意義［3］。城市化過程除了人口與經(jīng)濟(jì)的集中外，更是一個地域空間過程。王娟等利用西安和咸陽1988年～2014年多期數(shù)據(jù)研究和分析了兩市城市擴(kuò)展?fàn)顩r，并分析了城市擴(kuò)張的驅(qū)動力［4］；施益強(qiáng)等根據(jù)近20年土地利用動態(tài)變化特征預(yù)測了廈門未來土地利用的變化趨勢［5］。Tayyebi等利用空間logistic回歸、遙感和GIS模擬等方法重建了不同時期城市的范圍［6］；Hutyra等探究了西雅圖土地覆蓋變化和城市土地擴(kuò)張對碳變化的影響［7］。因此，城市建設(shè)用地擴(kuò)張的時空特征及其環(huán)境效應(yīng)等相關(guān)問題的研究可加深對城市化本質(zhì)的理解，為城市可持續(xù)發(fā)展提供有效的空間決策依據(jù)［8］。

遙感圖像作為地表土地覆蓋的直接影像，具有直觀、信息豐富等特點(diǎn)，而城市作為人類居住地密集的聚落，在遙感影像上能夠很好地反應(yīng)。因此，利用遙感技術(shù)可有效地查明城市在空間和時間序列上的變化。本文利用MapGIS提取1988年、1997年、2002年和2014年4個時相的遙感圖像中莆田市建成區(qū)的邊界，然后通過空間分析得到莆田城市擴(kuò)張變化區(qū)域，并結(jié)合莆田的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口增長等因素統(tǒng)計數(shù)據(jù)，綜合分析莆田城市擴(kuò)張的主要驅(qū)動力與發(fā)展規(guī)律。

1 研究區(qū)概況

莆田市地處24°59′N～25°46′N，118°27′E～119°56′E，位于福建省東部沿海中部地區(qū)。東臨臺灣海峽，西接泉州市的德化縣和福州市的永泰縣，南連泉州市，北鄰福州福清市。市域陸域面積4119km2，其中，市區(qū)陸域面積2284km2，市域海域面積1.12×104km2。屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，年降水量1000mm～2300mm，年均氣溫15℃～21℃。莆田市域風(fēng)向沿海以東北風(fēng)為主，城廂周邊地區(qū)則以偏東風(fēng)為主。市域內(nèi)季風(fēng)明顯，風(fēng)向隨著季節(jié)的交替而轉(zhuǎn)換，冬季多為偏北風(fēng)，夏季多為偏南風(fēng)，春秋季為過渡季節(jié)。內(nèi)陸受山嶺阻擋，風(fēng)向轉(zhuǎn)換不及沿海明顯。

莆田市是福建省下轄的一個地級市。莆田市史稱興安、興化，又稱莆陽，莆仙，自古是閩中的政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心。近年來，莆田市為沿海經(jīng)濟(jì)開放區(qū)，享受國家、省賦予的一系列優(yōu)惠政策，已成為外商和港澳臺商投資的熱點(diǎn)。

圖1 莆田遙感影像圖（GF－1波段組合R3G2B1）

2 數(shù)據(jù)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)源

遙感影像數(shù)據(jù)主要是通過美國國家航空局的地球資源觀測中心獲得的1988年、1997年和2002年3期影像質(zhì)量良好的Landsat系列數(shù)據(jù)［9］，以及2014年高分一號衛(wèi)星（GF－1）數(shù)據(jù)，輔助分析數(shù)據(jù)是收集的莆田1∶50000地形圖、莆田土地利用總體規(guī)劃修編說明和相關(guān)莆田社會經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計年鑒等資料。GF－1的P／MS相機(jī)可獲取8m多光譜影像和2m全色影像（表1），其高空間分辨率特性，可以使城市（鎮(zhèn)）各種土地利用類型的目標(biāo)對象更為清晰和可辨，為城市（鎮(zhèn)）精細(xì)識別土地利用類型、鑒別城市（鎮(zhèn)）空間范圍提供了有力條件。

表1 Landsat數(shù)據(jù)及其特征

2.2 研究方法

本文在莆田市1∶50000地形圖基礎(chǔ)上，對1988年、1997年、2002年和2014年4期遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像拼接裁剪、投影轉(zhuǎn)換、幾何校正和圖像增強(qiáng)處理，根據(jù)野外調(diào)查確定的城市用地解譯標(biāo)志，采用人機(jī)交互目視解譯方法和多時相連續(xù)對比法提取1988年、1997年、2002年和2014年各城鎮(zhèn)用地空間范圍［10］，進(jìn)而利用莆田市地形圖資料和實地調(diào)查來檢核修正城市空間范圍矢量圖，并最終基于空間疊加分析來計算莆田1988年～2014年4個時期城鎮(zhèn)空間擴(kuò)張范圍數(shù)據(jù)（圖2）。

圖2 1988年～2014莆田市城市擴(kuò)張范圍圖

擴(kuò)展速率分析：建設(shè)用地擴(kuò)張速率表示單位時間內(nèi)建設(shè)用地面積變化的幅度，其計算公式為：

式中，Ua和Ub分別表示各監(jiān)測時段開始和結(jié)束時建設(shè)用地的面積，T為監(jiān)測時段的長度，時間步長設(shè)定為年，RS表示年均變化率（表2）。

利用人口總數(shù)、GDP和社會固定資產(chǎn)投資3個方面的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析［11］。以年份為變量（x），人口總數(shù)、GDP和社會固定資產(chǎn)為因變量（y）和建成區(qū)面積進(jìn)行相關(guān)分析。得到相關(guān)性最大的為莆田市擴(kuò)張最主要動力。

表2 1988年～2014年莆田各城區(qū)擴(kuò)張速率統(tǒng)計表／%

3 研究結(jié)果

3.1 增長量分析

根據(jù)1988年～2014莆田各個城市建成區(qū)面積增長量與時間序列的關(guān)系（圖3），可看出莆田市各監(jiān)測年建成區(qū)面積都呈現(xiàn)出明顯的增長趨勢，其中莆田市區(qū)、涵江區(qū)、仙游縣3個城市增長速度最快。從1988年到2014年各時期面積擴(kuò)展量（圖4）中可看出，2002年～2014年期間城市擴(kuò)展面積最大。

圖3 莆田各城區(qū)各年點(diǎn)面積增量圖／km2

1988年以來，莆田城區(qū)向西延伸到南山下，向西北延伸到鳳凰山大觀園邊緣，并對福廈公路城區(qū)段進(jìn)行改道，開始向南發(fā)展。這一時期，涵江主要依托交通干線，以電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展為依托，用地東向發(fā)展。另外，黃石、笏石初具規(guī)模，用地規(guī)模增長不大。

1997年后，在莆田市城市總體規(guī)劃（1993年～2010年）確定的市域“兩點(diǎn)三線三層次”總體布局思想的指引下，莆田力圖實現(xiàn)南北兩大三角地區(qū)共同發(fā)展，整體空間形態(tài)趨向“一心七組團(tuán)”，城涵市區(qū)空間總體布局逐漸形成“組團(tuán)結(jié)構(gòu)、分區(qū)平衡”的格局。城涵城區(qū)進(jìn)一步進(jìn)行城市建設(shè)。城廂主要在現(xiàn)狀空間框架內(nèi)填充、拓展，受東側(cè)“綠心”和西側(cè)山體自然條件限制，發(fā)展逐步偏重南北兩翼，人口進(jìn)一步集聚。

2002年，莆田市縣合并，形成了四區(qū)和兩個管委會的行政區(qū)劃，多個行政發(fā)展主體，促進(jìn)了各組團(tuán)的發(fā)展，除城涵城區(qū)外，笏石、黃石、東莊、忠門等均開始加速發(fā)展。隨著莆田外出經(jīng)商人員返鄉(xiāng)建房和本地農(nóng)民翻建、新建住房的全面開始，鄉(xiāng)村建設(shè)用地擴(kuò)張加速。這一時期，南部湄洲灣地區(qū)開發(fā)成為莆田市發(fā)展的重要方向（圖4）。

3.2 擴(kuò)展速率分析

通常使用城市擴(kuò)展速度來衡量一個城市擴(kuò)展的數(shù)量特征，它是指某空間單元在研究時期內(nèi)建成區(qū)的年平均擴(kuò)展面積［12］。從圖5可知，莆田市和涵江區(qū)建成區(qū)擴(kuò)張總體1988年～2002快速增長，而到2002年后以后增長速度明顯減小；榜頭鎮(zhèn)和笏石鎮(zhèn)建成區(qū)擴(kuò)張總體1988年～1997快速增長，1997年后增長減速；榜頭鎮(zhèn)在1988年～1997年以最大的速度擴(kuò)張建成區(qū)，新度鎮(zhèn)在1997年～2002年以最大的速度進(jìn)行建成區(qū)擴(kuò)張，而黃石鎮(zhèn)則在2002年后以最大的速度擴(kuò)張；仙游縣、梧塘鎮(zhèn)、大濟(jì)鎮(zhèn)和度尾鎮(zhèn)建成區(qū)擴(kuò)張總體呈現(xiàn)出增－減趨勢，其余城鎮(zhèn)建成區(qū)擴(kuò)張總體呈現(xiàn)減－增趨勢［11］。

圖4 1988年～2014年莆田市各城區(qū)不同時期城市擴(kuò)展面積統(tǒng)計圖／km2

圖5 1988年～2014年莆田市各城區(qū)不同時期城市擴(kuò)展速率統(tǒng)計圖

3.3 城市擴(kuò)展驅(qū)動力分析

城市人口快速增長。莆田市市區(qū)人口數(shù)量逐年增加，2007年莆田市年末總?cè)丝?83萬人，其中城鎮(zhèn)人口為130.5萬人。80年代末期、90年代中后期人口增加的速度較快。

經(jīng)濟(jì)快速增長。莆田2008年統(tǒng)計局分析，第二、三產(chǎn)業(yè)是推動莆田市經(jīng)濟(jì)較快增長的主要因素，特別是第二產(chǎn)業(yè)中的工業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)中交通運(yùn)輸業(yè)、金融業(yè)、租賃和商務(wù)服務(wù)業(yè)等行業(yè)的快速增長，為莆田經(jīng)濟(jì)的較快發(fā)展提供了動力。且消費(fèi)投資拉動作用增強(qiáng)，表現(xiàn)在消費(fèi)需求平穩(wěn)增長、投資需求拉動強(qiáng)勁和進(jìn)出口需求下滑。

投資加大。固定資產(chǎn)投資額的多少直接影響城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，快速的固定資產(chǎn)投資額增長率使得近幾年的發(fā)展速度異常加快，導(dǎo)致城市用地的大幅增加。2013年全市全社會固定投資（不含農(nóng)戶）829.49億元，同比增長23.7%。1988年～2014年期間，莆田各地的大規(guī)模地開發(fā)和商品住房、大型市場建設(shè)，使得城區(qū)規(guī)模迅速擴(kuò)張，城區(qū)面積急劇上升，城市擴(kuò)張范圍迅速增加。

利用人口總數(shù)、GDP和社會固定資產(chǎn)投資3個方面的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析（圖6），可以看出，建成區(qū)面積的增加趨勢和GDP增長趨勢非常接近，其相關(guān)系數(shù)為0.994，和固定資產(chǎn)投資的相關(guān)系數(shù)為0.984，和人口增長的相關(guān)系數(shù)為0.860。所以，莆田市城市擴(kuò)展的最主要驅(qū)動力應(yīng)該是GDP的增加。

圖6 莆田市建成區(qū)面積和人口、固定資產(chǎn)投資、GDP的關(guān)系

4 結(jié)束語

利用遙感影像和GIS相結(jié)合，能夠有效地實現(xiàn)城市擴(kuò)張的動態(tài)監(jiān)測，為有關(guān)部門決策提供了科學(xué)依據(jù)［13］。通過本文研究可知：

①利用衛(wèi)星遙感影像提取不同時像的建成區(qū)范圍，根據(jù)經(jīng)驗和野外調(diào)查確定城市用地解譯標(biāo)志，通過人機(jī)交互目視解譯方法，獲取1998年～2014年各期城市用地空間范圍，定量分析城市擴(kuò)張?zhí)匦砸?guī)律。

②莆田市和涵江區(qū)建成區(qū)擴(kuò)張總體1988年～2002快速增長，而到2002以后增長速度明顯減?。话耦^鎮(zhèn)和笏石鎮(zhèn)建成區(qū)擴(kuò)張總體1988年～1997快速增長，1997年后增長減速；榜頭鎮(zhèn)在1988年～1997年以最大的速度擴(kuò)張建成區(qū)，新度鎮(zhèn)在1997年～2002年以最大的速度進(jìn)行建成區(qū)擴(kuò)張，而黃石鎮(zhèn)則在2002年后以最大的速度擴(kuò)張；仙游縣、梧塘鎮(zhèn)、大濟(jì)鎮(zhèn)和度尾鎮(zhèn)建成區(qū)擴(kuò)張總體呈現(xiàn)出增－減趨勢，其余城鎮(zhèn)建成區(qū)擴(kuò)張總體呈現(xiàn)減－增趨勢。

③人口增長、經(jīng)濟(jì)發(fā)展與社會投資等因素是城市擴(kuò)張的主要驅(qū)動力，城市擴(kuò)張是個動態(tài)和連續(xù)的過程。城市經(jīng)濟(jì)與投資的發(fā)展、規(guī)劃布局的調(diào)整等是導(dǎo)致城市建設(shè)用地規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大和數(shù)量劇增的必然因素。城市擴(kuò)張對人類的居住條件和生存環(huán)境產(chǎn)生重大挑戰(zhàn)，協(xié)調(diào)城市擴(kuò)張與資源環(huán)境保護(hù)關(guān)系對城市政府實現(xiàn)城市持續(xù)發(fā)展具有重要意義［14－15］。通過社會經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計資料分析，認(rèn)為GDP增加是城市擴(kuò)展最主要的驅(qū)動力。

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Urban Expansion and Its Driving Force for Putian City from1988to 2014

WANG Ting－ting1，WANG Yun－dong1，YANG Qiang1，ZHANG Jie2
（1.School of Civil Engineering of Nanjing Forestry University，Nanjing210037；2.Nanjing Center，China Geological Survey，Nanjing210016）

Urban expansion and its driving force analysis is the important basis of coordinating the conflict between urban expansion and land resource protection，as well as promoting sustainable urban development.In the study，it shows how to analyze the driven force of the changing expansion area，speed，and its direction in different periods in Putian city by using multitemporal remote sensing data and socio－economic statistics，along with field investigation and the indoor interpretation methods which obtain the latest expansion data from1988to 2014.The expanded area of Putian city grows very fast in 1988～2002，but the growth rate was significantly reduced after 2002.The growth of the expanded area shows the overall trend of increasedecrease in Xianyou county，Wutang town，Daji town and Duwei town，and the urban expansion of the rest towns presents overall trend of decrease－increase.However，the population growth，the economic development and social investment are the main driving force of the development of Putian urban expansion.And GDP growth is the most important factor.This study reveals the regularity and trend of the urban expansion effectively and provides a reference for urban planning and management in Putian.

urban expansion；spatial analysis；growth rate；driving force；Putian city

10.3969／j.issn.1000－3177.2015.06.020

P208

A

1000－3177（2015）142－0111－05

2014－10－28

2015－04－05

2013年大學(xué)生實踐創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目（201310298032Z）；海西經(jīng)濟(jì)區(qū)遙感地質(zhì)綜合調(diào)查（12120114074701）。

王婷婷（1991—），女，在讀本科生，研究方向為測繪工程。

E－mail：476862453＠qq.com

楊強(qiáng)（1982—），男，博士，講師，研究方向為環(huán)境遙感與全球變化。

E－mail：qiangyang＠njfu.edu.cn