城市空間擴(kuò)展地理國情監(jiān)測方法的研究

王燕云 田時雨 梁麗芳

摘 要：地理國情監(jiān)測工作是為了對自然與人類社會經(jīng)濟(jì)活動引起的地表變化信息進(jìn)行動態(tài)測繪、統(tǒng)計(jì)、分析、研究，實(shí)現(xiàn)地理國情信息對社會的服務(wù)。本研究是河北省地理國情監(jiān)測試驗(yàn)項(xiàng)目，利用地理國情監(jiān)測技術(shù)，通過研究石家莊市5個歷史時期地理國情要素的變化來實(shí)現(xiàn)對城市空間擴(kuò)展數(shù)據(jù)精確的定量監(jiān)測，基于可靠的地理空間數(shù)據(jù)，結(jié)合經(jīng)濟(jì)、人口、交通等專題數(shù)據(jù)進(jìn)行客觀、定性分析，形成地理國情監(jiān)測報告。本文以石家莊市為例對城區(qū)邊界的提取方法、統(tǒng)計(jì)分析方法進(jìn)行了闡述，對城市空間擴(kuò)展地理國情監(jiān)測模式進(jìn)行了介紹，并展示了城市空間擴(kuò)展監(jiān)測成果。

關(guān)鍵詞：地理國情；空間擴(kuò)展；國情監(jiān)測；地理信息

地理國情監(jiān)測就是綜合利用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）、航空航天遙感技術(shù)（RS）、地理信息系統(tǒng)技術(shù)（GIS）等現(xiàn)代測繪地理信息技術(shù)，利用各時期測繪成果檔案，對自然、人文等地理要素進(jìn)行動態(tài)和定量化、空間化的監(jiān)測，并統(tǒng)計(jì)分析其變化量、變化頻率、分布特征、地域差異、變化趨勢等，形成反映各類資源、環(huán)境、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)要素的空間分布及其發(fā)展變化規(guī)律的監(jiān)測數(shù)據(jù)、圖件和研究報告等，從地理空間的角度客觀、綜合展示國情國力。

為了準(zhǔn)確掌握城市空間擴(kuò)展動態(tài)，本研究基于高精度的歷史地理信息數(shù)據(jù)包括5個時期（1991年，2001年，2005年，2010年，2013年）航攝遙感影像、1∶1萬數(shù)字正射影像圖、1∶1萬數(shù)字線劃圖，采用地理國情監(jiān)測技術(shù)，提取了真實(shí)可靠的地理空間信息，利用空間地理信息數(shù)據(jù)客觀地反映了石家莊城區(qū)空間變化的情況，包括城市空間形態(tài)、建設(shè)規(guī)模、擴(kuò)張方向、路網(wǎng)空間格局等，在歷史系列空間數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了對石家莊市空間格局的動態(tài)監(jiān)測，結(jié)合經(jīng)濟(jì)、人口、交通等專題數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，研究了城市空間擴(kuò)展的因素和驅(qū)動力，城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、城鎮(zhèn)化、機(jī)動化、社會生活方式變化等方面對城市生長的影響，形成了一套完整的城市空間擴(kuò)展地理國情監(jiān)測模式。

1 監(jiān)測方法

本次地理國情監(jiān)測，利用石家莊市歷史存檔各時期（1991年，2001年，2005年，2010年，2013年）的多源、多分辨率遙感影像數(shù)據(jù)、數(shù)字正射影像圖、數(shù)字線劃圖等，按照1∶1萬比例尺，提取石家莊5個監(jiān)測時期的建成區(qū)邊界、房屋建筑區(qū)、各級交通路網(wǎng)等監(jiān)測要素，構(gòu)建變化監(jiān)測數(shù)據(jù)集，采用變化監(jiān)測與變化分析技術(shù)，對城市空間擴(kuò)展開展定量化、空間化監(jiān)測，并結(jié)合經(jīng)濟(jì)、人口、交通專題數(shù)據(jù)，對城市空間發(fā)展進(jìn)行定量、定性分析。（見圖1）

2 城區(qū)邊界提取

2.1 監(jiān)測區(qū)概況

石家莊市是河北省政治、經(jīng)濟(jì)、科技、金融、文化和信息中心，是國務(wù)院批準(zhǔn)的甲類開放城市和實(shí)施沿海開放政策的城市，石家莊也是距離首都北京最近的省會城市、華北地區(qū)重要的商業(yè)貿(mào)易市場流通中心、物流中心、國家重要的交通樞紐。

本項(xiàng)目以石家莊市主城區(qū)為研究對象，地理范圍：以石家莊市三環(huán)以內(nèi)區(qū)域?yàn)橹行模凑战煌ㄇ闆r，將正定包括在范圍內(nèi)，經(jīng)緯度范圍114°15′～114°45′，37°55′～38°10′，面積：1214平方公里。采用未調(diào)整前的五區(qū)進(jìn)行劃分統(tǒng)計(jì)，范圍包括長安區(qū)、橋東區(qū)、橋西區(qū)、新華區(qū)、裕華區(qū)（含高新區(qū)）市內(nèi)5區(qū)（不含石家莊市井陘礦區(qū)），即地理概念上的石家莊市主城區(qū)（未調(diào)整前）。

2.2 城區(qū)邊界提取

按照城區(qū)的定義，依據(jù)“行政境界線”、“中心城區(qū)”、“擴(kuò)展模式”、“城市景觀特征”、“城市形態(tài)”五大特征，從先定性再定量、先宏觀再微觀、先提取后統(tǒng)計(jì)分析的流程，按照“行政境界線”限定、“中心城區(qū)”鎖定、“擴(kuò)展模式”約束、“城市景觀特征”符合、“城市形態(tài)”吻合的五大原則來實(shí)現(xiàn)城區(qū)邊界的界定，從遙感影像上解譯提取城區(qū)的界線。

將石家莊市的5個監(jiān)測時期的航攝遙感影像進(jìn)行空間疊加分析，按照城區(qū)的定義，從歷史變遷的視角綜合分析監(jiān)測城市整體布局、擴(kuò)展的情況，按照2013、2010、2005、2001、1991的順序，根據(jù)收集到的各年代石家莊市行政區(qū)劃圖，結(jié)合1∶1萬DLG提取其行政境界線，結(jié)合行政境界線，逐個時期提取宏觀邊界。

再以1∶1萬DOM為基礎(chǔ)，進(jìn)行地類邊界的判別，提取了城區(qū)精細(xì)邊界，主要包括：飛地型城區(qū)邊界提取，房屋建筑（區(qū)）、綠地、道路、農(nóng)林用地、露天體育場、立交橋等判別。

3 統(tǒng)計(jì)分析

石家莊市城市空間擴(kuò)展統(tǒng)計(jì)分析以地理國情監(jiān)測數(shù)據(jù)形成的數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，利用5個時期石家莊城區(qū)范圍變化對建成區(qū)面積、擴(kuò)展方向、用地結(jié)構(gòu)變化統(tǒng)計(jì)分析出建成區(qū)擴(kuò)張的速率，利用建成區(qū)重心的變化，來判斷城市發(fā)展的方向，同時結(jié)合監(jiān)測年度人口、國民經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，統(tǒng)計(jì)出年度人均建成區(qū)面積，單位GDP的比重，同時結(jié)合城市發(fā)展、城市規(guī)劃等行業(yè)指標(biāo)，縱向判斷城市發(fā)展的均衡性。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，1991-2013年，22年間，全市建成區(qū)面積增加115.41km2。裕華區(qū)是城區(qū)擴(kuò)張最多的區(qū)域，橋東區(qū)最少，全市建成區(qū)面積擴(kuò)張呈現(xiàn)出逐年增加的狀態(tài)，尤其是2010年以來，快速增加。

石家莊市建成區(qū)向四周都有擴(kuò)展。但受地形地貌和城市規(guī)劃約束，道路交通通達(dá)度影響，總體上向西北（新華區(qū)）、東南（裕華區(qū)）方向擴(kuò)展最快，以裕華區(qū)最為顯著，其次為新華區(qū)。擴(kuò)張的形態(tài)及原因分析如下：

新華區(qū)擴(kuò)張，主要以東西向的和平路西路、石太鐵路、北二環(huán)路與南北向的西二環(huán)、友誼北大街、中華北大街組成的路網(wǎng)為框架，隨著道路的延伸、修建而擴(kuò)張。長安區(qū)擴(kuò)張，主要沿北二環(huán)東路兩側(cè)擴(kuò)張，建華北大街、體育北大街向北延伸方向，擴(kuò)張明顯。

裕華區(qū)由原來的郊區(qū)演變而來，其擴(kuò)張隨著體育南大街、建設(shè)南大街和建華南大街延伸至南二環(huán)以南，而迅速開展。河北師范大學(xué)、河北科技大學(xué)等高校新校區(qū)的建設(shè)，對城區(qū)教育用地功能進(jìn)行了調(diào)整。裕華區(qū)范圍增加，自北向南，以和平東路、長江大道、南二環(huán)東路、槐安東路、珠江大道等主干路為框架，向東三環(huán)方向發(fā)展，其中，高新技術(shù)開發(fā)區(qū)的建設(shè)對該區(qū)域擴(kuò)張起了推動作用。

橋西區(qū)，向西受地形影響和城市規(guī)劃控制，擴(kuò)張限制在了西三環(huán)以內(nèi)。西南和南方向，沿友誼南大街和南二環(huán)擴(kuò)展為主。

橋東區(qū)呈南北狹長的條帶狀位于市區(qū)中心地帶，東西方向沒有擴(kuò)展空間，南北方向擴(kuò)張沿京廣鐵路向外延展，受城市規(guī)劃控制，范圍較小。

4 結(jié)語

城市空間發(fā)展伴隨著城市空間結(jié)構(gòu)和功能的調(diào)整，進(jìn)一步對城市內(nèi)外的道路交通系統(tǒng)產(chǎn)生新的需求，而道路交通系統(tǒng)的建設(shè)和完善，也反過來引導(dǎo)或驅(qū)動城市空間格局和范圍的變化。本研究是對地理國情監(jiān)測方法的探索，在對城市空間數(shù)據(jù)定量統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上，結(jié)合人文、經(jīng)濟(jì)、交通等專題要素，對城市空間擴(kuò)展形態(tài)和原因進(jìn)行了定性的分析，形成了一套完整的城市空間擴(kuò)展監(jiān)測模式，此監(jiān)測模式為其他城市的應(yīng)用提供了有益的參考。

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作者簡介：

王燕云（1974-），女，河北石家莊人，工程碩士，高級工程師，現(xiàn)主要從事地理信息成果管理和應(yīng)用。