何麗麗

1佛山市測(cè)繪地理信息研究院，廣東 佛山，528000

改革開(kāi)放以來(lái)，中國(guó)在取得快速發(fā)展的同時(shí)，也面臨著建設(shè)用地過(guò)度擴(kuò)張和生態(tài)環(huán)境遭受破壞等問(wèn)題［1，2］，利用遙感、GIS技術(shù)對(duì)城市擴(kuò)張過(guò)程進(jìn)行研究，有助于揭示城市空間形態(tài)的演變特征和規(guī)律，為城市可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。在已有的城市擴(kuò)張研究中，主要選取衛(wèi)星影像等中低分辨率影像為研究數(shù)據(jù)［3-5］，利用高分辨率航空影像研究的較少；研究?jī)?nèi)容主要以建設(shè)用地為整體，對(duì)城市擴(kuò)展的整體特征、擴(kuò)展模式與模型預(yù)測(cè)等進(jìn)行研究［6，7］，對(duì)建設(shè)用地主要功能用地的內(nèi)部形態(tài)演變特征研究深度不夠；研究對(duì)象主要選取大中比例尺的區(qū)域，比如經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的珠江三角洲、長(zhǎng)江三角洲［8，9］，或是北京、上海、長(zhǎng)沙等城市發(fā)展的典型區(qū)域［8，10-12］，針對(duì)中小城市或城市的某個(gè)轄區(qū)進(jìn)行研究的較少。

自2002年佛山市行政區(qū)劃調(diào)整后，禪城區(qū)由原來(lái)的78 km2調(diào)整為154 km2，近年來(lái)通過(guò)舉辦省運(yùn)會(huì)、開(kāi)展城市升級(jí)改造，使禪城區(qū)城市面貌發(fā)生了顯著變化。利用高分辨率航空影像，采用人工目視解譯方法，研究禪城區(qū)空間形態(tài)演變特征及驅(qū)動(dòng)因素，對(duì)政府決策和城市可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

禪城區(qū)地處東經(jīng)113°00′41″～113°05′40″，北緯22°35′01″～23°02′24″，是佛山市人民政府駐地，佛山市政治、金融、文化、交通和信息中心，行政區(qū)面積154.09 km2，轄祖廟街道、石灣鎮(zhèn)街道、張槎街道、南莊鎮(zhèn)共3個(gè)街道和1個(gè)鎮(zhèn)。近年來(lái)禪城區(qū)發(fā)展迅速，2018年禪城區(qū)GDP總量為1 855.06億元，常住人口118.40萬(wàn)人。

本文研究區(qū)數(shù)據(jù)為2006年、2012年、2014年、2017年航空影像數(shù)據(jù)，分辨率為0.5 m，數(shù)據(jù)格式為JPG格式。輔助資料為歷年土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)、行政界線。借助ENVI與ArcGIS軟件，采用目視解譯方法，將禪城區(qū)4期影像數(shù)據(jù)提取為居住用地、工業(yè)用地、服務(wù)設(shè)施用地、綠地與廣場(chǎng)、道路用地和非建設(shè)用地。

2 城市空間擴(kuò)展分析方法

2.1 擴(kuò)展強(qiáng)度和擴(kuò)展速度

利用擴(kuò)展強(qiáng)度指數(shù)和擴(kuò)展速度指數(shù)分析城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)展的強(qiáng)度和速度。其計(jì)算公式為：

1）擴(kuò)展強(qiáng)度指數(shù)。

式中，Iue為城市擴(kuò)展強(qiáng)度指數(shù)；U n+1為n+i時(shí)刻的建設(shè)用地面積；U i為i時(shí)刻的建設(shè)用地面積；T為時(shí)間間隔。

2）擴(kuò)展速度指數(shù)。

式中，Mue為城市擴(kuò)展速度指數(shù)；ΔU ij為i時(shí)刻到j(luò)時(shí)刻建設(shè)用地面積變化量；ΔT ij為i時(shí)刻到j(luò)時(shí)刻的時(shí)間跨度。

2.2 擴(kuò)展形態(tài)指數(shù)

本文采用緊湊度指數(shù)、分形維度指數(shù)、Boyce-Clark形狀指數(shù)分析城市外部形態(tài)的演變特征。

1）緊湊度指數(shù)。

式中，BCI為城市緊湊度指數(shù)；U為建設(shè)用地面積；P為城市輪廓周長(zhǎng)。緊湊度越高，說(shuō)明城市形狀越緊湊；反之，城市形態(tài)緊湊性越差。

2）分形維度指數(shù)。

式中，St為t時(shí)期城市斑塊的分形維數(shù)指數(shù)；Pt為t時(shí)期城市斑塊的周長(zhǎng)；A t為t時(shí)期城市斑塊的面積。分形維度變大，說(shuō)明城市以向外擴(kuò)展為主；其值變小，說(shuō)明城市以內(nèi)部填充為主；其值不變，說(shuō)明城市進(jìn)入相對(duì)穩(wěn)定的發(fā)展階段。

3）Boyce-Clark形狀指數(shù)。

式中，SBC為Boyce-Clark形狀指數(shù)；ri為從圖形的優(yōu)勢(shì)點(diǎn)到圖形周界的半徑長(zhǎng)度；n為具有相等角度差的輻射半徑數(shù)量。形狀指數(shù)是將城市形狀與標(biāo)準(zhǔn)形狀進(jìn)行比較，得出一個(gè)相對(duì)指數(shù)，根據(jù)相對(duì)指數(shù)確定城市的平面輪廓形狀。

2.3 等扇形分析法

以建設(shè)用地的重心為中心，把城市分為2n（n=1，2，3，…，n）個(gè)夾角和面積相等的扇形區(qū)域，并與各時(shí)期建設(shè)用地矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行空間疊加，判斷各時(shí)期各扇區(qū)用地?cái)U(kuò)展強(qiáng)度。本文以22.50°為間隔，將禪城區(qū)分為16個(gè)夾角和面積相等的扇區(qū)，與不同時(shí)期建設(shè)用地矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行疊置分析，如圖1所示，統(tǒng)計(jì)各年份、各扇區(qū)建設(shè)用地面積和用地增量，判斷城市的擴(kuò)展方向。

圖1 禪城區(qū)城市空間等扇形分析圖Fig.1 Isosector Analysis Chart of Urban Space in Chancheng District

2.4 Kernel核密度分析法

獲取主要功能用地地塊的質(zhì)心并生成點(diǎn)集數(shù)據(jù)，根據(jù)地塊面積進(jìn)行Kernel核密度分析，再采用自然斷裂（nature break）分類(lèi)法，將城市主要功能用地的集聚程度分為3類(lèi)：低密度區(qū)、中密度區(qū)、高密度區(qū)，生成各時(shí)期各功能用地面積密度柵格圖，根據(jù)柵格圖顯示的用地密度變化揭示主要功能用地的空間形態(tài)演變特征。

3 城市空間擴(kuò)展與演變特征

3.1 擴(kuò)展強(qiáng)度特征

從表1可知，2006年禪城區(qū)建設(shè)用地面積為99.32 km2，占城市總面積的64.46%；2012年建設(shè)用地面積為103.19 km2，占總面積的66.97%；2014年建設(shè)用地面積為108.98 km2，占總面積的70.72%；2017年建設(shè)面積為111.82 km2，占總面積的72.57%?？傮w來(lái)看，禪城區(qū)城鎮(zhèn)化水平高，土地開(kāi)發(fā)強(qiáng)度大。

表1 2006年至2017年禪城區(qū)城市擴(kuò)展情況Tab.1 Urban Expansion of Chancheng District from 2006 to 2017

根據(jù)各時(shí)期擴(kuò)展強(qiáng)度指數(shù)和擴(kuò)展速度指數(shù)，將禪城區(qū)城市擴(kuò)展分為3個(gè)階段。

1）2006—2012年緩慢擴(kuò)展期，這一時(shí)期是行政區(qū)劃調(diào)整后城市發(fā)展的第一階段，城市擴(kuò)展強(qiáng)度指數(shù)為0.65%，擴(kuò)展速度指數(shù)為0.64km2/a，相對(duì)另外兩個(gè)時(shí)期，這一時(shí)期的擴(kuò)展強(qiáng)度和擴(kuò)展速度最低，是擴(kuò)展的相對(duì)緩慢期。

2）2012—2014年高速擴(kuò)展期，這一時(shí)期城市擴(kuò)展強(qiáng)度和擴(kuò)展速度分別是前一時(shí)期的4.32和4.53倍。2010年后，佛山市開(kāi)始打造國(guó)家制造業(yè)創(chuàng)新中心，走“世界科技+佛山智造+全球市場(chǎng)”的創(chuàng)新之路，不僅出現(xiàn)了像祖廟商業(yè)文化中心、鄱陽(yáng)奇槎商務(wù)圈等擴(kuò)建、改造項(xiàng)目，還出現(xiàn)了像南莊陶瓷商務(wù)會(huì)展中心、禪西新興產(chǎn)業(yè)基地、綠島湖片區(qū)等新型的產(chǎn)業(yè)基地和智慧綜合體，各類(lèi)功能用地在這一時(shí)期都迅速發(fā)展起來(lái)。

3）2014—2017年穩(wěn)定擴(kuò)展期，這一時(shí)期城市擴(kuò)展強(qiáng)度指數(shù)為0.87%，擴(kuò)展速度為0.95 km2/a，建設(shè)用地總數(shù)在提高，但擴(kuò)展強(qiáng)度和擴(kuò)展速度下降，禪城區(qū)進(jìn)入相對(duì)穩(wěn)定發(fā)展階段。

3.2 擴(kuò)展方向特征

由圖2可以看出，禪城區(qū)2006—2017年主要往西、西北方向擴(kuò)展，但各時(shí)期仍然存在一定的差異：①2006—2012年，城市主要集中在W-NWW和SSSE方向上擴(kuò)展，西和東南方向是這一時(shí)期城市的擴(kuò)展翼。②2012—2014年，數(shù)據(jù)波動(dòng)范圍最大，離散程度也最高，表明這一時(shí)期城市空間擴(kuò)展最為劇烈，W-NWW-NW是城市空間擴(kuò)展的方向翼，西和西北部方向空間擴(kuò)展明顯。③2014—2017年，城市繼續(xù)往NWW方向擴(kuò)展，西北方向擴(kuò)展明顯。

圖2 城市空間擴(kuò)展方向圖Fig.2 Urban Space Expansion Direction Chart

3.3 外部形態(tài)演變特征

禪城區(qū)擴(kuò)展形態(tài)指數(shù)計(jì)算結(jié)果如圖3所示。2006—2017年期間，城市緊湊度指數(shù)從0.34增加至0.39，處于平緩上升趨勢(shì)，表明城市越來(lái)越緊湊；分形維數(shù)從1.35降至1.33，微量下調(diào)，表明城市形狀進(jìn)入相對(duì)穩(wěn)定的發(fā)展階段，城市擴(kuò)張主要以內(nèi)部填充為主；形狀指數(shù)從42.67降至30.74，變化明顯，城市在擴(kuò)展過(guò)程中內(nèi)部斑塊逐漸被填充、聚集，城市形狀越來(lái)越趨于矩形?；谝陨辖Y(jié)果可看出，禪城區(qū)城市發(fā)展主要是以內(nèi)部填充為主，城市斑塊越來(lái)越緊湊，土地集約利用程度越來(lái)越高。

圖3 擴(kuò)展形態(tài)指數(shù)變化趨勢(shì)Fig.3 Change Trend of Extended form Index

3.4 內(nèi)部形態(tài)演變特征

2006—2017年，居住用地、工業(yè)用地和服務(wù)設(shè)施用地變化較大，如圖4所示，在城市發(fā)展過(guò)程中具有較大差異的行為特征，對(duì)城市形態(tài)演變起到了不同程度的影響。

1）居住用地空間分異特征。2006年，禪城區(qū)居住用地高密度區(qū)主要位于祖廟和石灣鎮(zhèn)街道的老城區(qū)，其他區(qū)域呈散狀布局，未出現(xiàn)明顯的空間集聚現(xiàn)象；2006—2012年，居住用地在原高密度區(qū)域向外擴(kuò)大，一是向祖廟商業(yè)文化區(qū)東方向擴(kuò)展，二是隨著鄱陽(yáng)奇槎商務(wù)圈的建成，石灣鎮(zhèn)街道的居住用地向東南方向高密度擴(kuò)展。2012—2014年，居住用地一方面以城市綜合發(fā)展主軸線為中心繼續(xù)向外擴(kuò)展，另一方面，由于舊城改造升級(jí)等原因，張槎有部分工業(yè)用地轉(zhuǎn)換成了居住用地，同時(shí)，受禪西新城中心發(fā)展規(guī)劃的影響，南莊鎮(zhèn)東北方向的居住用地也有所增加，郊區(qū)化趨勢(shì)初步顯現(xiàn)。2014—2017年，禪城區(qū)城市空間形態(tài)基本穩(wěn)定，祖廟、石灣鎮(zhèn)、張槎街道填充式擴(kuò)展，南莊鎮(zhèn)由于綠島湖片區(qū)的開(kāi)發(fā)建設(shè)，季華路以北方向居住用地持續(xù)增加，出現(xiàn)居住的郊區(qū)化現(xiàn)象，居住用地在空間上的均衡性加強(qiáng)。

2）工業(yè)用地空間分異特征。2006年，工業(yè)用地主要集中在張槎街道，石灣鎮(zhèn)街道和南莊鎮(zhèn)工業(yè)用地分布相對(duì)分散。2006—2012年，工業(yè)用地的增長(zhǎng)點(diǎn)主要是分布在張槎街道和南莊鎮(zhèn)。作為工業(yè)大鎮(zhèn)的張槎街道，工業(yè)用地在大江村、上朗村等片區(qū)有高密度擴(kuò)展；南莊鎮(zhèn)在這一時(shí)期第二產(chǎn)業(yè)得到快速發(fā)展，工業(yè)用地在各片區(qū)中有高密度擴(kuò)張。2012—2014年，工業(yè)用地面積開(kāi)始遞減，主要是張槎、石灣鎮(zhèn)街道舊工業(yè)廠房通過(guò)拆除、整治或復(fù)墾復(fù)綠，轉(zhuǎn)換成了居住用地或未建設(shè)用地，另一方面由于新型工業(yè)園區(qū)的建設(shè)，工業(yè)用地在在張槎智慧新城片區(qū)和二橋北沿線片區(qū)、南莊鎮(zhèn)禪西新興產(chǎn)業(yè)片區(qū)等有中密度擴(kuò)展。2014—2017年，工業(yè)用地拆除力度持續(xù)加大，工業(yè)用地面積持續(xù)減少，同時(shí)在南莊鎮(zhèn)與張槎街道接壤處，出現(xiàn)新的工業(yè)用地增長(zhǎng)點(diǎn)。

3）服務(wù)設(shè)施用地空間分異特征。2006年，服務(wù)設(shè)施用地高密度區(qū)位于城市重要節(jié)點(diǎn)，具有明顯的集聚特征。2006—2012年，服務(wù)設(shè)施用地變化不大，但由于建設(shè)用地的擴(kuò)張，服務(wù)設(shè)施用地密度有所降低。2012—2014年，祖廟商業(yè)文化中心、石灣鎮(zhèn)高校區(qū)的服務(wù)設(shè)施用地有所增加；同時(shí)，隨著西部工業(yè)區(qū)和禪西新城中心的建設(shè)，該區(qū)域的配套服務(wù)設(shè)施用地也有所增加。2014—2017年，服務(wù)設(shè)施用地?cái)U(kuò)展明顯。隨著前一時(shí)期新增居住用地和工業(yè)用地的建設(shè)完成，這一時(shí)期的服務(wù)設(shè)施用地?cái)U(kuò)展迅速，且擴(kuò)展點(diǎn)與居住用地和工業(yè)用地在前一時(shí)期和這一時(shí)期的增長(zhǎng)點(diǎn)基本一致。

3.5 城市擴(kuò)張影響因素分析

禪城區(qū)作為土地高度開(kāi)發(fā)的區(qū)域，政府調(diào)控是城市發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力，其中，“三舊”改造、規(guī)劃協(xié)調(diào)、交通引導(dǎo)對(duì)城市擴(kuò)展的影響尤為顯著。

1）“三舊”改造。佛山市的高速發(fā)展帶來(lái)了城市用地的不斷擴(kuò)張，而城市內(nèi)的一些舊村居、廠房卻存在土地利用粗放、低效無(wú)序、城市基礎(chǔ)設(shè)施落后等問(wèn)題，在此背景下，佛山市政府于2007年出臺(tái)了《關(guān)于加快推進(jìn)舊城鎮(zhèn)舊廠房舊村居改造的決定》和3個(gè)相關(guān)配套文件，禪城區(qū)開(kāi)始進(jìn)入土地資源整合階段；2011年初，佛山市政府印發(fā)了《關(guān)于通過(guò)“三舊”改造促進(jìn)工業(yè)提升發(fā)展的若干意見(jiàn)》，禪城區(qū)緊接著也印發(fā)了相應(yīng)的實(shí)施細(xì)則和工作方案，自此禪城區(qū)進(jìn)入“三舊”改造的高潮階段，改造模式從過(guò)去零打碎敲轉(zhuǎn)變?yōu)橥七M(jìn)連片項(xiàng)目改造，這與各類(lèi)用地的實(shí)際發(fā)展趨勢(shì)相一致。

2）規(guī)劃協(xié)調(diào)。城市規(guī)劃是協(xié)調(diào)城市功能布局的有效措施，也是政府調(diào)控社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境等資源合理配置的重要手段之一。為適應(yīng)2002年行政區(qū)劃調(diào)整后城市發(fā)展建設(shè)的需要，佛山市編制了《佛山市城市總體規(guī)劃（2005—2020）》，到2010年城市發(fā)展規(guī)劃是“多級(jí)、網(wǎng)絡(luò)化、組團(tuán)式”的空間發(fā)展結(jié)構(gòu)，目的是加強(qiáng)各區(qū)之間的聯(lián)系，構(gòu)建廣佛都市區(qū)的基本架構(gòu)，因此，2006—2010年，城市擴(kuò)張是分散式的。為適應(yīng)新形勢(shì)下城市的建設(shè)與發(fā)展，佛山市編制了《佛山市城市總體規(guī)劃（2011—2020年）》，目標(biāo)是將佛山市打造成制造業(yè)創(chuàng)新城市，因此2010—2017年，禪城區(qū)一方面向新型工業(yè)、智慧社區(qū)發(fā)展，另一方面，通過(guò)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，將舊廠房、舊村莊進(jìn)行拆除、整治，釋放城市發(fā)展空間。

3）交通引導(dǎo)。交通是城市的基本骨架，是城市空間擴(kuò)展的主要內(nèi)在適應(yīng)性因素，對(duì)城市空間結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和城市空間擴(kuò)展具有巨大的影響。2010年廣佛地鐵1號(hào)線各段線路的陸續(xù)開(kāi)通，強(qiáng)化了禪城區(qū)與南海區(qū)和廣州市的交通聯(lián)系，使得城市向東方向有一定的擴(kuò)張；同時(shí)，隨著“八橫、七縱”快速路網(wǎng)的完善，禪城西部的主干道兩側(cè)開(kāi)始出現(xiàn)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)，城市出現(xiàn)郊區(qū)化發(fā)展。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文利用禪城區(qū)2006年、2012年、2014年和2017年高分辨率航空影像，結(jié)合政府調(diào)控相關(guān)因素，對(duì)禪城區(qū)城市空間擴(kuò)展形態(tài)及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論。

1）2006—2017年，禪城區(qū)經(jīng)歷了緩慢-高速-穩(wěn)定3個(gè)發(fā)展階段，擴(kuò)展方向由“南、西”方向向“西、西北”方向，再向“西偏北”方向發(fā)展；擴(kuò)展模式由分散式擴(kuò)張逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樘畛涫綌U(kuò)展。

2）2006—2017年，居住用地和服務(wù)設(shè)施用地平穩(wěn)增長(zhǎng)，工業(yè)用地先增加后減少，城市由單一功能的“生產(chǎn)型”逐漸向多功能的“綜合型”轉(zhuǎn)變。

3）禪城區(qū)2017年建設(shè)用地比例已超過(guò)70%，土地開(kāi)發(fā)強(qiáng)度遠(yuǎn)超世界高密度發(fā)展國(guó)家和地區(qū)，在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展和新增建設(shè)用地日漸短缺的矛盾下，禪城區(qū)通過(guò)“三舊”改造、規(guī)劃協(xié)調(diào)、交通引導(dǎo)等措施引導(dǎo)城市可持續(xù)發(fā)展，提高城市競(jìng)爭(zhēng)力，優(yōu)化城市內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)。