吳小君，方秀琴*，苗月鮮，王凱，龐嬋云

(1. 河海大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 211100； 2. 安徽大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，安徽 合肥 230601)

基于Landsat的合肥市城市擴(kuò)張研究

吳小君1，方秀琴1*，苗月鮮1，王凱1，龐嬋云2

(1. 河海大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 211100； 2. 安徽大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，安徽 合肥 230601)

城市擴(kuò)張及其驅(qū)動(dòng)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)展中具有重要作用.以合肥市1996，1999，2002，2005，2008，2011，2014年Landsat影像為數(shù)據(jù)源，采用監(jiān)督分類方法獲取合肥市城市用地時(shí)空分布定量信息，從城市面積變化、形態(tài)變化和重心遷移3個(gè)方面分析合肥市城市擴(kuò)張情況，并結(jié)合自然環(huán)境、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口增長(zhǎng)、交通建設(shè)、政府行為等影響因子對(duì)合肥市城市發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行分析.結(jié)果表明： 1996～2014年合肥市城市用地面積擴(kuò)張286.09 km2，擴(kuò)張率為394.7%，擴(kuò)張速度為15.89 km2·a-1.近20 a來(lái)，合肥市在外形上逐漸趨于狹長(zhǎng)，以向西南擴(kuò)張為主，并呈現(xiàn)以交通線為主的星形擴(kuò)張，城區(qū)擴(kuò)張亦十分明顯.驅(qū)動(dòng)力分析得出合肥市擴(kuò)張的主要影響因子為人口增長(zhǎng)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展.

城市擴(kuò)張；遙感；空間分析；驅(qū)動(dòng)力

0 引 言

城市化是一個(gè)地區(qū)和國(guó)家社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、文化和科技水平的重要標(biāo)志，也是衡量一個(gè)國(guó)家和地區(qū)管理水平和社會(huì)組織程度的重要標(biāo)尺[1].城市化的一個(gè)重要特征即為城市用地的擴(kuò)張[2]，侵占了該城市周圍的耕地，導(dǎo)致耕地面積越來(lái)越少，因此，分析城市擴(kuò)張規(guī)律及其驅(qū)動(dòng)力機(jī)制，對(duì)科學(xué)合理地指導(dǎo)城市規(guī)劃、保護(hù)生態(tài)環(huán)境和有限的耕地資源具有非常重要的意義[3].地理信息系統(tǒng)特有的強(qiáng)大的空間分析功能與遙感技術(shù)的完美結(jié)合，不僅能對(duì)目前人類生活中的眾多現(xiàn)象加以分析說明，更能對(duì)未來(lái)的生活做出合理的規(guī)劃，例如Landsat影像數(shù)據(jù)多年來(lái)被廣泛應(yīng)用于城市擴(kuò)張、水域擴(kuò)張、植被提取等研究領(lǐng)域.

合肥市位于安徽省中部，是安徽省的政治、經(jīng)濟(jì)、科教、文化中心.1996年以來(lái)，合肥市經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，城市化進(jìn)程不斷加快，城市在空間上的擴(kuò)展也十分顯著.作為與長(zhǎng)三角相鄰的新生大城市，合肥市對(duì)中部地區(qū)發(fā)展的影響越來(lái)越明顯，不僅體現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，而且較為突出地體現(xiàn)在城市建設(shè)方面.因此，以合肥市1996，1999，2002，2005，2008，2011，2014年的系列Landsat遙感影像為研究對(duì)象，在ENVI與ArcGIS軟件支持下建立了能夠定量表征近年來(lái)合肥市擴(kuò)張情況的關(guān)系圖.不僅能展示和分析合肥市在不同時(shí)期內(nèi)、不同方向、不同空間單元上的擴(kuò)展變化，而且通過分析其擴(kuò)張過程中的驅(qū)動(dòng)力，還能對(duì)合肥市的未來(lái)發(fā)展規(guī)劃、城市用地調(diào)整和產(chǎn)業(yè)布局規(guī)劃起指導(dǎo)作用[4].

1 試驗(yàn)區(qū)及其數(shù)據(jù)

1.1 合肥市概況

合肥市位于31°31′N～32°37′N、116°40′E～117°52′E，地處安徽省正中央，江淮分水嶺南側(cè)面，巢湖北岸，屬于內(nèi)地前沿、具有承東啟西、貫通南北的重要區(qū)位優(yōu)勢(shì).合肥市為皖江城市帶核心城市之一，合肥都市圈的中心城市，也是長(zhǎng)三角城市群副中心城市、國(guó)家重要的科研教育基地、現(xiàn)代制造業(yè)基地和綜合交通樞紐.

圖1 合肥市地理位置及交通路線圖Fig.1 Geographic location and traffic route map of Hefei

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

研究所選用的空間分辨率Landsat系列衛(wèi)星數(shù)據(jù)主要來(lái)自美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局(USGS： http： //glovis.usgs.gov/)和中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)(http： //www.gscloud.cn/)[5].包含Landsat TM和ETM+傳感器的1996～2014年共7景數(shù)據(jù)，本文選取的數(shù)據(jù)時(shí)間間隔為3 a，如表1所示，輔助分析數(shù)據(jù)來(lái)自合肥市人口數(shù)據(jù)以及相關(guān)社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)年鑒等資料.

表1 合肥市遙感數(shù)據(jù)(條帶號(hào)： 121，行列號(hào)： 38)

Table 1 Remote sensing data of Hefei City (path： 121, row： 38)

1.3 數(shù)據(jù)預(yù)處理

Landsat ETM+傳感器在2003年5月發(fā)生故障因產(chǎn)生了條帶數(shù)據(jù)[6]，所以先對(duì)2008，2011，2014年的數(shù)據(jù)進(jìn)行條帶修復(fù)，條帶修復(fù)采用的是具有開源代碼的多時(shí)相加權(quán)線性回歸方法(WLR)[7]，之后對(duì)所用年份的數(shù)據(jù)進(jìn)行多波段合成，并進(jìn)行幾何校正、輻射校正、感興趣區(qū)域的圖像裁剪等預(yù)處理.

2 城市擴(kuò)張研究方法及分析

衛(wèi)星遙感為城市變化趨勢(shì)分析提供了快速便捷的途徑[8].本文選擇合肥市作為研究對(duì)象，利用中國(guó)地區(qū)縣級(jí)矢量邊界圖將合肥市所屬縣區(qū)在ArcGIS中進(jìn)行邊界融合得到合肥市矢量邊界，并通過合肥市矢量邊界對(duì)遙感影像進(jìn)行裁剪得到研究區(qū)域的遙感影像圖.針對(duì)該區(qū)域的遙感影像圖，選擇2種常用方法提取城市用地，即監(jiān)督分類(supervised classification，SC)與歸一化建筑指數(shù)( normalized difference build-up index，NDBI)，比較2種提取結(jié)果進(jìn)而確定一種較適宜的方法提取合肥市城鎮(zhèn)建設(shè)用地.并對(duì)合肥城市擴(kuò)張的時(shí)空特征進(jìn)行分析、總結(jié)，以社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)城市擴(kuò)張驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行分析.

2.1 城市信息提取方法的比較和分析

2.1.1 歸一化建筑指數(shù)法

在Landsat TM影像中，第5波段的城鎮(zhèn)灰度值較第4波段有明顯升高，其他地物灰度值明顯降低，通過這一光譜特性便可應(yīng)用歸一化建筑指數(shù)(NDBI)提取城鎮(zhèn)用地[9].表達(dá)式為

(1)

式中，band4表示近紅外波段的反射率，band5表示中紅外波段的反射率.

2.1.2 監(jiān)督分類法

監(jiān)督分類是人機(jī)交互的一種分類方法，其理論基礎(chǔ)是建立統(tǒng)計(jì)識(shí)別函數(shù)，并根據(jù)典型樣本訓(xùn)練方法進(jìn)行分類[10].本文使用的是最大似然法，所選擇的樣本類別分別為建設(shè)用地、植被、水體及其他.

2.1.3 提取結(jié)果分析

首先，以2005年合肥市遙感影像圖為例，分別利用歸一化建筑指數(shù)法和監(jiān)督分類法提取城市信息(見圖2)，本文從兩方面來(lái)對(duì)比該2種方法的提取結(jié)果.從提取面積精度來(lái)看(見表2)，監(jiān)督分類法提取面積為308.829 km2，NDBI提取面積為311.433 km2，以目視判讀及矢量化解譯VI(vectorization interpretation)的城市面積309.245 km2作為參考值，可知監(jiān)督分類法的提取結(jié)果精度更高.

表2 城市建設(shè)面積提取方法精度比較

Table 2 Comparison of extraction methods of urban area

此外，本文是在ERDAS軟件的支持下，先選擇訓(xùn)練樣本，再利用最大似然法監(jiān)督分類結(jié)果，并用軟件進(jìn)行精度檢驗(yàn)，生成相應(yīng)的精度評(píng)價(jià)矩陣.根據(jù)精度檢驗(yàn)結(jié)果，影像的分類精度為91.30%，Kappa系數(shù)為89.15%，能夠滿足本文的精度要求.

2.2 合肥市城市擴(kuò)張面積變化分析

利用上文確定的監(jiān)督分類法提取合肥市1996～2014年每隔3 a的城市建設(shè)面積數(shù)據(jù)，如表3所示.

表3 合肥市城市建設(shè)面積統(tǒng)計(jì)表

Table 3 Statistical table of urban area of Hefei

城市擴(kuò)張?jiān)诳臻g上最直接的表現(xiàn)形式就是建設(shè)用地的擴(kuò)張[11].由表3中可知： 1996～2014年，合肥市城市擴(kuò)張經(jīng)歷了由慢變快再變慢的過程.1996～2014年，合肥市平均城市面積是102.445 7 km2，2014年的城市面積幾乎是1996年的5倍.合肥市城市面積呈持續(xù)擴(kuò)大的趨勢(shì)，且1999～2005年擴(kuò)張趨勢(shì)最為明顯，6 a擴(kuò)張了4倍多，2005～2014年，城市擴(kuò)張速率相對(duì)緩慢.

為了進(jìn)一步比較城市面積隨時(shí)間變化的情況，引入城市擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)這一指標(biāo)，其定義如下： 某空間單元在一定時(shí)期內(nèi)城市土地利用擴(kuò)展面積占其土地總面積的百分比數(shù)值越大，則擴(kuò)展得越快[12].計(jì)算公式如下：

(2)

其中，AGR為城市年均擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)，UAn+i和UAi分別指第n+i和i年的城區(qū)面積.從城市擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)指標(biāo)可以看出： 合肥市總體呈擴(kuò)張趨勢(shì)，1996～1999年處于擴(kuò)張低谷期，在此期間合肥市擴(kuò)張變化不顯著，城市擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)僅為1.454%；1999～2005年是合肥城市迅速擴(kuò)張時(shí)期： 1999～2002年城市擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)高達(dá)36.399%，2002～2005年達(dá)31.711%.2005～2014年有所下降，城市擴(kuò)張趨勢(shì)相對(duì)緩慢.

為了更加直觀地呈現(xiàn)合肥市城市面積的變化情況，利用Excel軟件做了圖2所示的折線圖，以進(jìn)一步說明上述分析.

圖2 1996～2014年合肥市城市建筑面積變化圖Fig.2 Urban construction area of Hefei from 1996 to 2014

2.3 合肥市城市擴(kuò)張形態(tài)分析

城市邊界輪廓形態(tài)的緊湊度可以反映城市空間的形態(tài)變化特征[13]，其公式為[14]

(3)

其中，C指城市緊湊度指數(shù)，A為城市面積，P為城市邊界周長(zhǎng).C值在0～1，越大說明城市形態(tài)越緊湊，越趨于圓形，越小說明城市形態(tài)越松散，趨于細(xì)長(zhǎng).計(jì)算合肥市各年城市緊湊度，結(jié)果如表4所示.

表4 合肥市城市緊湊度變化表

Table 4 City compactness change of Hefei

由表4可見： 1996～2005年合肥城市緊湊度指數(shù)較高，均高于2005～2014年，1999年最大，為0.053 5，2014年最小為0.015 9.

為了進(jìn)一步研究合肥城市擴(kuò)張的形態(tài)變化，將提取的1996～2014年合肥市城市信息圖在ArcGIS中疊加，結(jié)果如圖3所示.從圖3可以看出： 1996～1999年，合肥市整體呈團(tuán)塊狀分布，以中心市區(qū)和周邊幾個(gè)小區(qū)域?yàn)橹鳎?996年與2002年，合肥市城區(qū)在主城區(qū)面積上有了明顯的擴(kuò)張；2002～2005年，合肥城市建筑用地在原有城市與交通基礎(chǔ)上以主城區(qū)向外擴(kuò)張為主；2005～2008年，城市擴(kuò)張?jiān)?005年的基礎(chǔ)上在貫穿城區(qū)的交通主線兩側(cè)開始了城區(qū)建設(shè)；2008～2011年，主城區(qū)與之前周邊發(fā)展的小區(qū)域通過交通線得以接連發(fā)展，城區(qū)面積得到進(jìn)一步擴(kuò)張；2011～2014年，在之前擴(kuò)張的基礎(chǔ)上城區(qū)建設(shè)正逐漸向西南方向移動(dòng)，城區(qū)外形呈狹長(zhǎng)形.總體而言，合肥市城市擴(kuò)張是以交通線為主線的星形外擴(kuò)，由中心市區(qū)和外部輻射兩部分組成，外部輻射區(qū)呈現(xiàn)西南大、東北小的局勢(shì).

圖3 1996～2014年合肥市城市擴(kuò)張形態(tài)變化圖Fig.3 Morphological changes of urban expansion in Hefei from 1996 to 2014

2.4 合肥市城市擴(kuò)張重心遷移分析

城市重心是城市發(fā)展擴(kuò)張的基準(zhǔn)點(diǎn)，城市重心的遷移方向與城市擴(kuò)張方向基本一致[15]，因此，通過計(jì)算不同時(shí)期合肥市城市重心坐標(biāo)，研究合肥城市重心的遷移變化情況，可進(jìn)一步分析合肥市城市擴(kuò)張規(guī)律.其重心計(jì)算公式如下[16]：

(4)

(5)

其中，Xt，Yt指t年時(shí)合肥市城市重心的經(jīng)緯度坐標(biāo)；Cti為t年時(shí)第i塊矢量圖斑面積；Xi、Yi分別是

第i塊矢量圖斑幾何中心的經(jīng)緯度坐標(biāo).

由不同年間的合肥市城市重心的經(jīng)緯度坐標(biāo)可計(jì)算出其重心遷移距離：

(6)

統(tǒng)計(jì)各時(shí)段合肥市的重心坐標(biāo)，分析各時(shí)段城市重心坐標(biāo)相對(duì)于1996年的遷移距離以及遷移方向(見表5)，并繪制各時(shí)段城市重心相對(duì)于1996年的遷移雷達(dá)圖和城區(qū)擴(kuò)張雷達(dá)圖(見圖4、圖5)，可更直觀地發(fā)現(xiàn)城市重心遷移的規(guī)律和各時(shí)段城區(qū)擴(kuò)張的主導(dǎo)方向[17].

表5 不同時(shí)期的合肥市重心坐標(biāo)

Table 5 The center of gravity of Hefei in different periods

從表5看，1996～2014年合肥市城市重心向著不同的方向遷移.結(jié)合圖4，易發(fā)現(xiàn)近年來(lái)合肥市城市重心只在東北方向和西北方向有過小幅度遷移，主要遷移方向還是西南部和南部，其中，向西南方向的遷移最為明顯.重心朝西南方向遷移的表現(xiàn)形式即為整個(gè)城區(qū)朝西南方向擴(kuò)張(見圖5)，合肥市城區(qū)擴(kuò)張方向與城市重心遷移方向一致，均為西南方向.

3 城市擴(kuò)張驅(qū)動(dòng)力分析

3.1 自然環(huán)境

圖4 合肥市市重心遷移雷達(dá)圖Fig.4 Radar map of gravity migration of Hefei center

圖5 合肥市城區(qū)擴(kuò)張雷達(dá)圖Fig.5 Radar map of urban expansion of Hefei

自然環(huán)境是城區(qū)擴(kuò)張的基礎(chǔ)，是城區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的保障[18].對(duì)合肥來(lái)說，西部有死火山大蜀山，西北方向有2座大型水庫(kù)，南部有巢湖，這些自然環(huán)境都限制了城市的擴(kuò)展.此外，合肥市北部和東部均與縣區(qū)接壤，發(fā)展空間也很有限，只有城市西南部，地勢(shì)平坦、開闊且地質(zhì)、水文條件較好，最適合作為城市的主要拓展方向[19].而近20 a來(lái)，合肥市也因受自身地理位置的影響逐漸向西南方向擴(kuò)張，城市形狀逐漸趨于狹長(zhǎng)，這也進(jìn)一步反映了自然環(huán)境對(duì)城市擴(kuò)張的影響.

3.2 人口增長(zhǎng)

隨著國(guó)家城鎮(zhèn)化政策的推進(jìn)以及經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，合肥市常住人口不斷增加，但在不同時(shí)間段內(nèi)漲幅有所不同.合肥市總?cè)丝趶?996年末的近400萬(wàn)到2014年末的近720萬(wàn)，為原來(lái)的1.8倍(人口數(shù)據(jù)來(lái)源于合肥市歷年統(tǒng)計(jì)年鑒).從表6可以看出，人口在1996～2008年的增長(zhǎng)幅度較為平穩(wěn)，2008～2011年增長(zhǎng)迅速，2011～2014年再次恢復(fù)平穩(wěn).結(jié)合城區(qū)面積可知，1996～2014年的研究過程中，合肥市人口的增長(zhǎng)和城區(qū)面積呈正相關(guān)，人口的增長(zhǎng)在一定程度上促進(jìn)了城區(qū)面積的擴(kuò)張.

為了更加直觀地呈現(xiàn)合肥市人口變化和城區(qū)面積變化的相關(guān)性，利用Excel軟件做折線圖(見圖6)，圖6的人口變化和城區(qū)面積變化趨勢(shì)進(jìn)一步驗(yàn)證了上述分析.

圖6 1996～2014年合肥市人口數(shù)量與城區(qū)面積變化圖Fig.6 Change of the population and urban area of Hefei from 1996 to 2014

3.3 經(jīng)濟(jì)發(fā)展

經(jīng)濟(jì)的發(fā)展往往是一個(gè)城市擴(kuò)張的主要決定因素[20]，十多年來(lái)，合肥市經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)迅速，城鎮(zhèn)居民的年人均可支配收入從1996年的4 390元，到2014年的26 000元，增加了4.92倍(經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來(lái)源于合肥市歷年統(tǒng)計(jì)年鑒).這不僅成為合肥市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的有力證明，更為其城市擴(kuò)張打下了堅(jiān)實(shí)的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ).此外，城鎮(zhèn)居民人均消費(fèi)性支出也是反映城市經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀的重要指標(biāo).1996年合肥市城鎮(zhèn)居民人均消費(fèi)性支出為3 928元，至2014年已高達(dá)19 432元(見表6).

表6 合肥市1996～2014年人口增長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r與城市面積

Table 6 The population growth, the economic development and urban area of Hefei from 1996 to 2014

為了進(jìn)一步驗(yàn)證筆者的分析，利用Excel軟件做了折線圖(見圖7)，可看出1996～2014年合肥市城鎮(zhèn)居民的年人均可支配收入和人均消費(fèi)性支出的變化趨勢(shì)與城市面積的變化步調(diào)基本一致，說明在經(jīng)濟(jì)水平逐漸加速增長(zhǎng)的同時(shí)城鎮(zhèn)化速度也在加快.

3.4 交通發(fā)展

交通發(fā)展在一定程度上影響城市的擴(kuò)張，合理的交通建設(shè)能在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)對(duì)城市的擴(kuò)張起促進(jìn)作用.1990年之后，合肥市的城市建設(shè)開始以修路和發(fā)展工業(yè)區(qū)為重點(diǎn)，2008年年底合肥東西南北主交通線均有了大幅度向外延伸，形成4條環(huán)城道路和1條環(huán)城高速.至2014年，隨著現(xiàn)代化交通網(wǎng)的逐日完善，城市邊緣地區(qū)的發(fā)展條件得到一定的優(yōu)化.交通建設(shè)是新開發(fā)區(qū)建設(shè)的保障和先導(dǎo)，隨著長(zhǎng)江西路、金寨路、合安路，合肥國(guó)家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)、經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)、政務(wù)文化新區(qū)的陸續(xù)建設(shè)，推進(jìn)了合肥市向西南方向的擴(kuò)張.

圖7 合肥市經(jīng)濟(jì)發(fā)展與城市擴(kuò)張趨勢(shì)圖Fig.7 Trend of the economic development and urban expansion of Hefei

3.5 政府行為

政府在城市擴(kuò)張的過程中往往起宏觀調(diào)控的作用，出臺(tái)的相關(guān)政策對(duì)城市規(guī)劃、擴(kuò)張模式及速度都有直接影響[21].1992年合肥市在被劃為開放城市之后，市委市政府設(shè)立了“開放開發(fā)再造新合肥”的戰(zhàn)略目標(biāo)，在合肥市掀起了建城熱潮，促成了城市的加速擴(kuò)張.此外，政府為了加強(qiáng)對(duì)濱湖新區(qū)的建設(shè)，提出了“141”空間發(fā)展戰(zhàn)略，指出要將合肥建成“一個(gè)主城，四個(gè)組團(tuán)，一個(gè)濱湖新區(qū)”[22]，使得合肥市的擴(kuò)張模式由原來(lái)的 “環(huán)狀外擴(kuò)”轉(zhuǎn)變?yōu)橄蛭髂习l(fā)展的擴(kuò)張模式.

4 結(jié) 論

近年來(lái)合肥市城市面積擴(kuò)張明顯，基于Landsat數(shù)據(jù)提取出該城市信息，從城市面積變化、形態(tài)和重心遷移三方面分析了1996～2014年合肥市城市擴(kuò)張的情況，并根據(jù)城市擴(kuò)張情況分析其驅(qū)動(dòng)力，得到如下結(jié)論：

4.1從擴(kuò)張面積上看，合肥市1996～2004年面積變化十分明顯.城市用地從1996年的72.49 km2擴(kuò)張至2014年的358.59 km2，擴(kuò)張面積達(dá)286.09 km2，僅18 a其面積就擴(kuò)張了4倍，擴(kuò)張速度為15.89 km2·a-1.

4.2從擴(kuò)展時(shí)序上看，合肥市城市擴(kuò)展呈現(xiàn)明顯的階段性.除了1999～2005年城市擴(kuò)張?jiān)鏊俦容^快之外，1996～2002年和2005～2014年這2個(gè)時(shí)間段均處于擴(kuò)張低速期.結(jié)合合肥市人口及經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況，時(shí)間的推移、人口的增加以及居民生活水平的提高，必將推動(dòng)合肥城市的擴(kuò)張.

4.3從空間形態(tài)上看，由城市緊湊度分析發(fā)現(xiàn)，合肥市1996年緊湊度達(dá)到高峰，之后一直下降，因此1996～2014年合肥市城市形態(tài)逐漸趨于狹長(zhǎng).此外，通過對(duì)不同時(shí)期的城市用地疊加分析發(fā)現(xiàn)，合肥市城市擴(kuò)張呈以交通線為主線的星形，由中心市區(qū)和外部輻射區(qū)組成，外部輻射區(qū)呈現(xiàn)西南大、東北小的局勢(shì).雖然，近年來(lái)合肥市中心在東北方向和西北方向有過小幅度遷移，但主要還在西南部和南部，其中，向西南方向的遷移最為明顯.城市規(guī)劃制定時(shí)必須遵循城市重心轉(zhuǎn)移規(guī)律，合肥市城市規(guī)劃應(yīng)該利用城市重心向西南遷移的規(guī)律，制定相關(guān)政策以促進(jìn)西南地區(qū)發(fā)展，加速城市重心的轉(zhuǎn)移，繼續(xù)推動(dòng)城市的高速發(fā)展.

4.4從驅(qū)動(dòng)因素上看，對(duì)合肥市城市擴(kuò)張的驅(qū)動(dòng)力分析結(jié)果顯示，城市擴(kuò)張是“自然因素”“經(jīng)濟(jì)發(fā)展”“人口增長(zhǎng)”“交通發(fā)展”“政府作用”等因素共同作用的結(jié)果.合肥市地處平原地區(qū)，良好的地理位置是城市擴(kuò)張的前提.經(jīng)濟(jì)發(fā)展是城市擴(kuò)張的決定性因子，人口增長(zhǎng)是城市擴(kuò)張的基礎(chǔ)因素，人口增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展與合肥市城市擴(kuò)張的相關(guān)系數(shù)較高.交通發(fā)展和政府政策的宏觀調(diào)控牽引著城市的擴(kuò)張，政府的規(guī)劃和決策引領(lǐng)城市的發(fā)展方向.近15 a來(lái)，合肥市政府通過招商引資力求將西南地區(qū)的政務(wù)區(qū)打造為合肥“曼哈頓”，進(jìn)一步促進(jìn)了合肥地區(qū)向西南地區(qū)擴(kuò)張.

城市擴(kuò)張是城市發(fā)展過程中的必經(jīng)之路，但是在城市擴(kuò)張過程中也出現(xiàn)了許多新的問題，如城市交通壓力增加、土地資源利用不合理、生態(tài)環(huán)境破壞以及房?jī)r(jià)過高等，針對(duì)出現(xiàn)的新問題應(yīng)積極給出解決對(duì)策.就城市擴(kuò)張而言，合肥城市發(fā)展過程中緊湊度指數(shù)大致呈“W”形，近幾年緊湊度指數(shù)明顯偏低，必將導(dǎo)致城市內(nèi)部各個(gè)組分之間聯(lián)系距離的增加，從而導(dǎo)致交通效率降低.同時(shí)，城市規(guī)模的擴(kuò)大，將導(dǎo)致城市居民工作和生活空間的不匹配，城市交通壓力日益上升.為了防止城市發(fā)展過度膨脹以及“攤大餅”式發(fā)展，政府應(yīng)該合理規(guī)劃城市功能分區(qū)，優(yōu)化城市結(jié)構(gòu)，提高城市的緊湊度，進(jìn)一步完善城市的交通建設(shè)，縮短城市居民的通勤時(shí)間，提高城市的職能效率.城市發(fā)展中，新區(qū)和開發(fā)區(qū)的建設(shè)占用了周邊大量耕地，破壞了生態(tài)環(huán)境.新區(qū)開發(fā)程度比較低，并且教育、文化、休閑、商業(yè)等設(shè)施到位率低，導(dǎo)致新區(qū)“地廣人稀，人氣不旺”.因此，在開發(fā)建設(shè)中政府應(yīng)該合理利用土地資源，嚴(yán)格控制土地增量，節(jié)約和集約利用土地，增強(qiáng)土地利用強(qiáng)度，盤活存量，實(shí)現(xiàn)人口和產(chǎn)業(yè)的雙聚集.

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WU Xiaojun1, FANG Xiuqin1, MIAO Yuexian1, WANG Kai1, PANG Chanyun2

(1.SchoolofEarthSciencesandEngineering,HohaiUniversity,Nanjing211100,China; 2.SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering,AnhuiUniversity,Hefei230601,China)

StudyonurbanexpansionofHefeicitybasedonLandsatdata. Journal of Zhejiang University(Science Edition), 2017, 44(6): 631-639

Analysis on urban expansion and its potential drivers play an important role in coordinating the contradiction between urban expansion and land resources protection and in promoting the urban sustainable development. Based on the series of Landsat images in 1996, 1999, 2002, 2005, 2008, 2011 and 2014, we extracted the spatio-temporal distribution of city information of Hefei using supervised classification method. The urban expansion of Hefei city were analyzed from three aspects, urban area change, shape change and center of gravity. Furthermore, the natural environment, economic development, population growth, traffic construction, government behavior and other factors were combined to investigate the driving forces of urban development in Hefei city. The results show that： From 1996 to 2014, the urban land area of Hefei is 286.09 km2; The expansion rate is 394.7%; And the expansion velocity is 15.89 km2·a-1. The appearance of urban expansion is very obvious. Specifically speaking, during the past nearly 20 a, the expansion appearance of Hefei city gradually tends to be narrow with the expansion direction towards the southwest; And, the expansion pattern appears as the star expansion mainly by transportation routes. The driving force analyses show that the main influencing factors of Hefei expansion are population growth and economic development.

urban expansion; remote sensing; spatial analysis; driving forces

2016-12-28.

項(xiàng)目資助： “十三五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016YFA0601500)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(2016B05414).

吳小君(1991—)，ORCID: http://orcid.org/0000-0002-7709-4207，女，碩士研究生，主要從事遙感研究，E-mail:2360868477@qq.com.

*通信作者，ORCID: http://orcid.org/0000-0002-3532-1811，E-mail: kinkinfang@hhu.edu.cn.

10.3785/j.issn.1008-9497.2017.06.001

P 208

A

1008-9497(2017)06-631-09