資源型城鎮空間擴展遙感監測分析

遲文峰 郝潤梅 蘇根成 匡文慧 王宏亮

摘要：以RS和GIS作為技術支撐，基于多期Landsat TM期遙感影像數據，采用全數字化人機交互式解譯方法提取鄂爾多斯市城鎮空間信息特征，結合GIS空間分析功能，以地學統計方法定量研究了城鎮擴展的強度和緊湊度，同時以評價指標與社會經濟統計數據相結合方式，對鄂爾多斯市城鎮擴展驅動力進行分析，結果表明資源的開發導致經濟發展和人口增長是城鎮擴展的重要驅動因子，政府政策性要素在宏觀上及區域地理環境作用著城鎮的擴展。

關鍵詞：城鎮擴展 GIS 鄂爾多斯市

土地利用/覆蓋變化（LUCC）是全球變化研究的熱點問題之一。1993年，國際地圈與生物圈計劃（IGBP）和全球變化人類影響計劃（IHDP）兩大國際組織共同制定的土地利用/覆蓋變化（LUCC）科學研究計劃，并將其作為全球變化研究的核心計劃[1,2]。土地利用變化是人類影響自然環境的重要過程和表現形式[3], 特別是近些年社會經濟的快速發展，城鎮化水平的進程加快，城鎮用地的空間擴展成為了LUCC的主要研究方向。

城鎮化水平是一個地區社會經濟發展水平的重要表征。本文以近些年社會經濟迅速崛起的內蒙古鄂爾多斯市為研究對象，以GIS為平臺研究其城鎮空間格局演變，定量分析城鎮不同時段的擴展過程、特點及成因，為保護土地資源，提高城鎮土地集約化程度，促進城鎮土地資源的規劃與可持續利用提供科學依據。

1. 研究區概況、數據源與處理

1.1 研究區概況

鄂爾多斯市位于內蒙古自治區西南部，地處鄂爾多斯高原腹地。東部、南部、西部與晉、陜、寧接壤，北部及東北部與包頭以及自治區首府呼和浩特隔黃河相望。地理坐標為北緯37°35′24″-40°51′40〞，東經106°42′40〞-111°27′20〞。東西長約400km，南北寬約340km。總面積86752km2。本區處于溫帶干旱、半干旱地區，主要由鄂托克高平原、庫布齊沙漠、毛烏素沙地、和林格爾——準格爾丘陵組成。鄂爾多斯，漢語意為“眾多宮殿”，全市轄東勝區、準格爾旗、達拉特旗、伊金霍洛旗、烏審旗、杭錦旗、鄂托克旗、鄂托克前旗8個旗縣區，總人口149.5萬，其中蒙古族16.8 萬，是以蒙古族為主體，漢族占多數的地級市[4]。

鄂爾多斯市是內蒙古最為重要的能源基地和內蒙古呼包鄂金三角的重要組成部分，是內蒙古第三大城市，僅次于包頭和呼和浩特。隨著社會經濟的發展，全市人均GDP超過香港，位居全國第一，在如此快速的發展背景下研究鄂爾多斯市城鎮擴展的空間過程有其重要的意義。

1.2 數據源與處理

本文選取1990年、2000年Landsat TM影像及2010年Landsat ETM+影像，輔助數據包括國產環境衛星影像、Google earth影像及社會經濟方面的統計數據。通過3期數據的解譯工作，研究以2000年為基準年，恰好處于鄂爾多斯發展的轉型期，對比前后10年的城鎮擴張過程。

本文使用的主要軟件是ENVI4.5、ArcGIS9.3。以ENVI4.5平臺開展遙感影像處理；利用ArcGIS9.3進行影像解譯，獲取城鎮建成區范圍。技術方法如下：(1)對3個時相的遙感圖像進行影像波段融合，利用收集的1:10萬地形圖對融合后的影像做幾何精校正處理，為了為消除遙感圖像的輻射失真或畸變進行輻射校正處理，便于解譯工作防止分幅解譯帶來街邊等問題對影像做拼接處理；(2)收集與辨析鄂爾多斯市行政區劃建制鎮空間位置，以ArcGIS9.3平臺對不同時相影像開展人機交互識別，建立城鎮地物解譯標識，通過動態解譯方法最終獲取鄂爾多斯市不同時期城鎮邊界；(3)對全數字化人機交互解譯的城市邊界進行拓撲化處理，對處理后的不同城市面狀數據賦以屬性編碼，統計出不同時段的城市用地面積；(4)收集鄂爾多斯市人口、經濟等時段統計數據，結合城市數據分析相互關系與機理問題。

2. 城鎮空間動態特征分析

通過解譯成果與數理統計的實現，以城鎮擴展強度與緊湊度為城鎮變化評價指標，從城鎮擴展的數量特征、空間分異特征及擴張形態趨勢特征表征城鎮變化的進程。

2.1城鎮擴展數量與強度分析

基于全數字化人工解譯，提取了3個時相的城鎮建成區邊界。本文以每個時間段內城鎮的擴展面積來反映其數量上的擴展。城鎮擴展強度可以評價不同時期城市擴張的強弱和快慢，既城鎮年均增加面積和基年面積之比，其公式為：

AGR=(UAn+i- UAi)/n UAi×100%

其中，AGR 為城市年均擴張強度指數，UAn + i和UA i分別代表n + i和i年的城區面積。

經統計鄂爾多斯市1990年城鎮建成區面積為56.16km2；2000年城鎮建成區面積為56.57km2，同比1990年凈增加0.41km2；2010年城鎮面積為98.28km2，同比2000年凈增加41.71。1990～2000年十年間城鎮擴展非常緩慢,擴展強度指數僅為0.07%，擴展模式主要以內部填充為主；2000～2010年十年間城鎮擴展強度較大，擴展強度指數為7.37%，擴展特征以外延為主。

2.2城鎮擴展空間分異特征

本文以鄂爾多斯市20年以來為時間尺度，研究1990～2000年及2000～2010年兩個時間階段城鎮面積擴展過程。鄂爾多斯市1990～2000年城鎮擴展強度不大，城鎮面積變化最大的地區是鄂托克前旗，從1990年的6.27km2增加到6.68km2，其他區域變化不明顯；2000～2010年鄂爾多斯市城鎮擴展強度指數達7.37%(表1)；從圖1可以看出東勝市擴張程度最大，2000～2010年10年間建成區面積從17.63km2增加到39.33km2，增長率達到55.18%，城鎮結構呈冒進式增長。受經濟條件及政策因素的重要影響，2000年至2010年期間，城鎮建成區在原有基礎上進一步增長，建設用地連續性加強，特別是2004年對鄂爾多斯市康巴什新區的建立，使鄂爾多斯市建成區面積大幅度增加。

2.3城市空間形態分析

為了定量說明鄂爾多斯市空間形態演變的特征，本文引入緊湊度指標[5]，進而反映城市空間形態特征[6]，其公式為：

式中：c指城市形態的緊湊度，A 指城市面積，p指城市輪廓周長。緊湊度值越大， 其形狀越緊湊；反之，形狀的緊湊性越差[7]。

分別計算1990年、2000年、2010年鄂爾多斯市緊湊度指標分別為0.16、0.15、0.12。由此可以看出，鄂爾多斯市1990年至2010年20年間城鎮緊湊度指標的變化經歷由大到小。緊湊度指標的變化表征了：鄂爾多斯市逐漸向緊湊度較差的方向發展，同時也說明了隨著社會經濟的發展，以東勝市為發展中心，其他旗縣區域發展進程也隨之加快，城鎮面積整體向外延式發展。結合鄂爾多斯市經濟、社會、政治發展，各區域的發展主要以能源帶動經濟，在大力拓展經濟技術開發區等相關背景下，建制鎮面積逐步擴大。

目前，我國土地資源緊缺，提高土地利用的集約化是國家的重大戰略，在鄂爾多斯市城鎮化的增長過程中，需要不斷調整、提高城鎮緊湊度，促進土地資源的高效利用。

3．城鎮擴展驅動因素分析

城鎮的形成和發展受自然、社會、經濟等多因素影響，本文基于鄂爾多斯市城鎮時空數據的分析，結合統計資料及文獻的查詢開展城鎮擴展驅動力分析，分別從人口增長因子、社會經濟因子及政策導向因子等方面進行剖析。

3.1社會經濟因子與城鎮擴展

鄂爾多斯市獨特的區域地理環境，以資源帶動經濟發展的主要戰略，促使鄂爾多斯市近20年城鎮面積呈膨脹式擴展。根據內蒙古統計年鑒1990～2010年20年間的國內生產總值統計[8-12],國內生產總值從1990年的285682萬元增加到2010的26851879萬元，增長幅度是9299.22%，第一、二、三產業分別增加了原來的7、139、157倍。同時，GDP總量由1990年的14.9億元增長到2500多億元，人均年工資額也大幅度上漲，據鄂爾多斯勞資年報數據顯示，2010年全市城鎮單位在崗職工年平均工資為53015元，隨著鄂爾多斯市地區生產總值和職工工資增加等要素制約，居民購買力增強，帶動了基礎設施建設、房地產業、商業、餐飲及娛樂服務業等產業的快速發展，使得城區面積冒進式擴張。

3.2人口因子與城鎮擴展

隨著社會經濟的發展，特別是建立呼包鄂“金三角”經濟發展模式，使得鄂爾多斯市城鎮人口數逐年增加，鄂爾多斯市城鎮人口從1990年23.19萬人增加到2010年的98.49萬人[8-12], 主要原因是隨著鄂爾多斯市第二、三產業飛速發展和人均GDP提高所引發的人口急劇膨脹，人口數量劇增的同時又導致住房、工業占地等用地面積的不斷增加，致使城鎮不斷向周邊的郊區擴張，使得城區邊界不斷擴大。

3.3政策因子與城鎮擴展

政府決策在宏觀上影響和制約著城鎮擴展的速度。1990年以來，“羊煤土氣”等資源的開發帶動鄂爾多斯市經濟迅速發展，同時政府積極推進經濟體制改革和經濟增長方式轉變，促進科技進步，實行經濟建設、城鎮建設和環境建設同步規劃、同步實施、同步發展等一系列戰略方針和措施，特別是在固定資產投資方面力度的加大，固定資產投資包括全民所有制單位固定資產投資總額和生產性建設投資，投資額從1990年的23554萬元增長到2010年的18983957萬元，同比增長了約806倍，政策導向作用對城鎮面積的擴展有重大的推進作用。

4．結論與討論

(1) RS和GIS的有機結合已廣泛應用于社會各個領域，特別是對土地利用的監測。基于RS和GIS獲取及分析不同時期城鎮信息，研究城鎮化時空進程，同時針對城鎮擴張了解城鎮規劃實施情況的重要方法。

(2) 從城鎮化影響因子的多元角度出發，著重分析了影響鄂爾多斯市城鎮冒進式增長的影響因子-社會經濟因子、人口因子、政策導向性因子。得出影響鄂爾多斯市城鎮建成區不斷擴張的關鍵因素是在政策導向性的前提下社會經濟(GDP) 增長和人口數量增加是其核心影響因子的結論。

(3) 在城鎮擴張進程方面，經濟和社會的發展，資金的大力投入以及城市規劃都發揮著重要作用。未來城鎮的發展可在合理規劃的框架下更多地發揮市場經濟的作用，使城鎮空間擴展強度與緊湊度結構趨于合理。

參考文獻：

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[2] Turner B.L.，et al.Cover Change Science/Research Plan.IGBP Report，No.35，IHDP Report 7.IGBP of the ICSU and IHDP of the ISSC，Stockholm and Geneva，1995.

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[4] 伊克昭盟志編纂委員會編.伊克昭盟志[M].現代出版社，1994:383-386.

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[9] 內蒙古統計年鑒[Z].1996.

[10] 內蒙古統計年鑒[Z].2001.

[11] 內蒙古統計年鑒[Z].2006.

[12] 內蒙古統計年鑒[Z].2011.