基于GIS的佛山市城市空间扩张特征分析

发布时间：2020-05-09所属分类：工程师职称论文浏览：1361次

摘 要： 摘要：以Landsat卫星数据为基础，以GIS为技术支撑，选取城市用地扩展速度、扩展强度指数、分形维数、紧凑度等城市形态指标，实证分析19902017年佛山市建成区外部形状的变化过程。结果表明：1)19902000年佛山市城区的空间扩张是一个飞跃增长型，20002009年是

　　摘要：以Landsat卫星数据为基础，以GIS为技术支撑，选取城市用地扩展速度、扩展强度指数、分形维数、紧凑度等城市形态指标，实证分析1990—2017年佛山市建成区外部形状的变化过程。结果表明：1)1990—2000年佛山市城区的空间扩张是一个飞跃增长型，2000—2009年是平稳增长型，2009—2017年是快速增长型，城市重心往西南方向发展;2)佛山市城区扩张以外向型扩展和内向填充型两种方式并存。研究结果可为佛山城市总体规划及综合管理提供科学依据。

　　关键词：GIS;城市扩展;佛山

　　一个城市是由基本空间元素组成的，这些元素构成了不同的空间和各种交通走廊，所以每一座城市的空间形态都是不一样的。城市的发展表现为城市形态的扩展，城市形态是指城市实体所表现出来的具体的空间物质形态，是城市发展内生要素的外在空间体现,是城市内在政治、经济、社会结构、文化传统在城市居民点、城市平面形式、内部组织、建筑和建筑群体布局上的反映[1]。城市空间形态是由自然、经济、交通等因素综合作用的一种空间结果，与城市的可持续发展息息相关[2]。城市的空间形态包括城市内部空间形态和城市外部形态[3]，常用研究方法包括空间扩展分析、城市空间形态测度分析和空间相关与移动分析等[4]。

　　相关期刊推荐：《佛山科学技术学院学报：自然科学版》Journal of Foshan University(Natural Science Edition)(双月刊)曾用刊名：佛山农牧高等专科学校学报;佛山大学学报，1988年创刊，国内外公开发行的自然科学学术季刊，每季末月出版。本刊坚持社会主义方向，遵循“双百方针”，以学科创新怀、应用性和地方性为特色，校内外作者的论文来稿均受欢迎。

　　本文以城市的外部形态作为对象，选择空间扩展分析方法，研究佛山城市的几何形态变化特征，以期为佛山城市的可持续发展提供科学支撑。

　　1研究区域

　　佛山市位于广东省中部，地处珠三角腹地，与广州组成“广佛都市圈”，是“粤港澳大湾区”、“广佛肇经济圈”、“珠江-西江经济带”的主要组成部分，在广东省经济社会发展版图中处于领先地位。

　　佛山市地理位置为北纬22°38'～23°34'，东经112°23'～113°23'，与香港、澳门的车程均在2h左右，随着广深高铁、广珠城际轨道的开通，佛港澳构成“1小时交通圈”。

　　佛山市总面积3797.72km2，截至2017年底，建成区面积约为1368.73km2，范围遍布在禅城区、南海区、顺德区、高明区和三水区。

　　2研究方法

　　2.1数据来源

　　主要数据源包括Landsat卫星影像、高程图(数字高程模型)、气象站点监测数据(气温、降水等)、经济及人口等统计数据。Landsat卫星影像和数字高程模型来源于地理空间数据云(http://www.gscloud.cn/)、遥感集市(http://www.rscloudmart.com/)。

　　派生数据包括1990、2000、2009、2017年的4个时期的城市建成区边界图(从Landsat影像中提取)、坡度坡向图(由数字高程模型派生)、气温分布图和降水分布图(由气象站点数据插值生成)、人口密度图和经济密度图(由统计年鉴数据GIS制图生成)。

　　2.2指标计算

　　2.2.1城市扩展强度和扩展速度

　　城市扩展强度指数(urbanizationintensityindex)是指在某期间内的城市土地扩展面积占其土地总面积的百分比，数字越大，表示扩展越快。根据扩展强度可把城市扩展分为5种类型：高速扩展、快速扩展、中速扩展、低速扩展和缓慢扩展[5]。扩展速度(Expansionspeed)表示一定时间内，城市用地扩展面积的年增长速率，代表研究时期内城市用地扩展的总体规模和趋势。

　　2.2.2城市空间重心

　　城市空间重心是用来描述建成区空间分布的一个重要指数，其动态轨迹可以反映空间要素分布的总体变化趋势。

　　2.2.3紧凑度

　　城市形态的紧凑度是反映城市的空间布局城市形态的一个重要指标[7]。城市紧凑度高，代表城市比较集中，会使土地利用率提高，人们生活环境会受影响;紧凑度低空间离散程度大，会不利于城市管理，各功能地区较分散。

　　3研究结果

　　3.1扩展强度与扩展速度

　　(1)从时间维度上分析。1990—2017年佛山市建成区面积呈高速扩张的趋势，如图1所示。1990—2017年佛山市扩展强度与扩展速度如表1所示。

　　由表1可知，建成区面积增长了1362.392km2，平均每年扩展50.459km2，扩展速度为19.376%，扩展强度指数为1.329%。城市空间扩张具有明显阶段性，其中1990—2000年是一个飞跃增长型(扩张速率15.47%)，2000—2009年是平稳增长型(扩张速率5.87%)，2009—2017年是快速增长型(扩张速率7.53%)。

　　(2)从空间维度上分析。南海区、顺德区城市扩展较快(平均每年增长面积分别为20.998km2和17.484km2)，且一直呈快速增长趋势，2009—2017年期间空间扩张最明显;禅城区2000—2009年增长较快，但受限于周边可开发土地的面积，平均每年仅增加3.114km2;三水区在2009年后城市用地发展迅速，平均每年增加6.229km2;高明区在2009年城市开始快速发展，平均每年增加3.349km2。

　　3.2城市空间重心

　　佛山市建成区向西南方向偏移趋势明显，如图2所示。1990—2017年佛山市重心转移情况如表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年期间，佛山市建成区主要在西部和南部扩展。

　　3.3城市紧凑度

　　(1)按时段分析。1990—2017年佛山市紧凑度如表3所示。由表3可知，1990—2017年佛山建成区紧凑度呈先上升后下降的趋势，1990—2000年城市扩展有紧凑化趋势，说明城市用地比较集中;2000年后随着城市化进程越来越快，城市形状变得越来越复杂，城市用地越来越分散，紧凑度越来越小。

　　(2)按行政区分析。1999—2017年佛山市各区紧凑度如表4所示。由表4可知，1990—2017年，禅城区的城市扩展越来越紧凑;顺德区前期扩展较分散，从2009年开始城市用地越来越集中;三水区则相反，前期较集中，2009年后城市建设用地开始分散;南海区和高明区的紧凑度都是先增大后减少。由此可知，佛山市城市用地扩张外向扩展型和内向填充型两种方式并存，其中禅城区和顺德区以内向扩展型为主，三水区、南海区和高明区以外向扩展型为主。

　　3.4分维度

　　1990—2017年佛山市分维度如表5所示。由表5可知，1990—2017年佛山建成区分维数先下降后上升，在2000年低于了1.5，说明因为城市快速发展，耕地受到了严重的破坏，城市内部空隙被填充，城市用地更加紧凑，建成区边界复杂性减少，分维度下降。2000—2017年，分维数逐步上升，表明在2000—2017年这段时期内佛山市城市空间扩展以内向填充型为主。

　　4结论

　　本研究以遥感影像作为基础数据源，以GIS制图与分析作为技术支撑，尝试实证研究1990—2017年佛山城市空间形态的变化特征。

　　(1)城市空间扩展分析。1)从时间维度看，1990—2017年佛山市建成区面积呈高速扩张的趋势，扩展速度为19.376%，扩展强度指数为1.329%;不同时段佛山市城区的空间扩张速率差异明显，其中1990—2000年是飞跃增长型(扩张速率15.47%)，2000—2009年是平稳增长型(扩张速率5.87%)，2009—2017年是快速增长型(扩张速率7.53%)。2)从空间维度看，南海区、顺德区城市扩展较快，且一直呈快速增长趋势，其中2009—2017年期间空间扩张最明显;禅城区城市化水平已达100%，且受限于周边可开发土地的面积，近30年来建成区面积变化并不明显，平均每年仅增加3.114km2;三水区在2009年后城市用地发展迅速，平均每年增加6.229km2;高明区在2009年城市开始快速发展，平均每年增加3.349km2。3)从重心转移轨迹看，城市空间重心往西南方向偏移，偏移量约0.72km。

　　(2)景观分析。1)按紧凑度分析，1990—2017年佛山建成区紧凑度呈先上升后下降的趋势。2)按分维度分析，1990—2017年佛山建成区分维数先下降后上升。3)按行政区分析，禅城区的城市扩展越来越紧凑，顺德区前期扩展较分散而后期越来越集中，三水区则前期扩展较集中而后期越来越分散，南海区和高明区的紧凑度都是先增大后减少。综上可知，佛山市城市用地扩张外向扩展型和内向填充型两种方式并存，其中禅城区和顺德区以内向扩展型为主，三水区、南海区和高明区以外向扩展型为主。

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