基于多源遙感數據的雄安新區近40年城鎮擴展分析
2018-07-09 08:37:34孫禧勇苗菁于航殷亞秋王亞娟
創新科技 2018年2期
孫禧勇 苗菁 于航 殷亞秋 王亞娟
摘 要：為研究雄安新區近40年城鎮擴展變化，分析其發展重心所在，以不同時段衛星遙感圖像為數據源，利用GIS對研究區近40年來城鎮擴展變化進行了分析。結果表明：近40年來，雄安三縣城鎮用地面積在70年代末至80年代末均屬于低速擴張型；80年代末至21世紀初屬于中速及高速擴展型；21世紀初至2006年為中速及快速擴張型；2006年至2014年屬于緩慢及低速擴張型。70年代末—2014年三縣發展空間上彼此集聚趨勢明顯，且都向東北部即北京市、天津市方向發展，突出北京市、天津市集聚效應；發展模式上，先是沿著主城區向外發展，后期呈現填充式及星狀式發展。
關鍵詞：多源遙感；城鎮擴展；空間分析
中圖分類號：F293.2 文獻標識碼：A 文章編號：1671-0037（2018）2-22-5
Abstract： In order to understand the urban expansion change of Xiong'an new area in the recent 40 years and its development focus， taking the satellite remote sensing images in different periods as the data source， the change of urban expansion in the last 40 years was analyzed by GIS. The results showed that over the past 40 years， the land areas in three countries of Xiong'an from the end of 70s to the end of 80s belonged to low speed expansion； from the end of 80s to early twenty-first century medium and high speed expansion； from the beginning of twenty-first Century to 2006 medium and fast expansion； and from 2006 to 2014 slow and low speed expansion. From the end of 70s to 2014， the development trend of the three counties on the spatial agglomeration is obvious， and they all develop toward the northeast， that is， Beijing and Tianjin， and highlight the agglomeration effects of Beijing and Tianjin. In the mode of development， at first， it develops along the main urban area， and in the latter period it shows filling and star shaped development.
Key words： multi-source remote sensing； urban expansion； spatial analysis
城鎮擴展引起城市空間結構的變化是城市化在空間上最直觀的表現，研究空間結構的動態變化，有助于了解城市擴展的驅動因素、機制和規律，對合理地進行城市規劃，促進城市可持續發展有著重要的意義[1]。城鎮用地擴展主要與城市的地理位置、地質條件、地貌狀況、城市的綜合實力、城市類型有關[2]。隨著我國城市化進程的加快，城市發展進入一個加速期，其中一個基本特征就是城市空間的急劇擴張。城市擴展是城鎮化進程在地域空間上的一個體現[3]，是衡量城市化水平的主要測度指標之一[4]。雄安新區作為繼深圳經濟特區和上海浦東新區之后又一具有全國意義的新區，通過對雄安新區近30多年來城鎮擴張變化分析，了解其發展重心所在，從生態保護與建設協調發展的角度出發，進一步改善規劃方案、合理配置城鎮用地。
1 研究區背景
雄安新區為中共中央、國務院于2017年4月1日設立的國家級新區，地處北京、天津、保定腹地，北距首都108千米，東距天津100千米，西距保定70千米。規劃范圍涵蓋河北省雄縣、容城、安新等3個小縣及周邊區域，如圖1所示。地貌含有沖洪積平原、沖積平原及沖湖積平原，地質類型均為第四紀，第四紀堆積區土壤、水分等條件有利于人類生產生活，如圖2所示，其各類型所占面積統計如圖3所示。濕地類型包含河流濕地及湖泊濕地，分別為易水河、龍泉河及白洋淀，雄縣東部部分出現荒漠化，表現為風蝕類型，如圖4所示。
2 數據準備
本研究所采用的五期雄安新區城鎮擴展遙感影像解譯數據分別來源于20世紀70年代末的MSS衛星數據、20世紀80年代末的TM衛星數據、21世紀初的ETM衛星數據、2006年的中巴衛星數據及2014年的高分一號衛星數據。本研究通過屏幕矢量化方法獲取各種空間數據，對比谷歌影像對不同時期遙感影像進行城鎮面積的解譯，解譯和勾繪在Arcmap系統中進行，在目視解譯的基礎上建立研究區內不同時期城鎮用地擴展數據庫。通過解譯獲取20世紀70年代末至2014年不同時期雄安新區主要城鎮用地空間擴張數據。
3 城鎮用地擴展分析
經對不同時期城鎮面積解譯分析，獲取容城縣、安新縣及雄縣主城區面積變化情況。雄安新區不同時期城鎮面積擴展動態變化情況分別如圖5所示，其擴展數據變化情況及城鎮所占不同地貌面積變化情況分別如表1、表2所示。
由表1可知，研究區三縣主城區城鎮面積在20世紀70年代末至2014年一直處于快速增長的狀態，其中20世紀80年代末至21世紀初城鎮增長速率最大，21世紀初至2014年，增長速率逐漸緩和。由表2可知，容城縣20世紀70年代末至2014年城鎮地貌類型均為沖洪積平原；安新縣主要地貌類型為沖湖積平原，21世紀初至2014年沖洪積平原城鎮面積有所擴展，且21世紀初至2006年擴展面積最大；雄縣主要地貌類型為沖洪積平原，21世紀初至2014年間沖湖積平原城鎮面積有較大擴展。
3.1 城鎮用地擴張強度分析
城鎮用地擴張強度表示在單位時間（一般為年）內土地面積變化的幅度，其計算公式[5]如公式（1）所示：
在式中：K為城鎮用地的年均變化率；[Ua]為研究期初城鎮用地的面積；[Ub]為研究期末城鎮用地的面積；t為研究時段，一般定義為年。根據分類數據和城鎮用地擴張速度模型，計算結果如表3所示。
從雄安三縣不同時期城鎮面積擴展圖表來看，研究區城鎮用地擴張較快，其3個縣轄區總面積從20世紀70年代末的5.77km2擴張至2014年的84.04km2，年均擴張2.30km2，擴張強度達39.90%。容城縣、安新縣、雄縣80年代末至2000年城鎮擴展速度最快，將2014年與70年代末相比，容城縣城鎮擴展強度最大（49.37%），雄縣擴展強度最小（38.00%），但是雄縣的城鎮面積相比最大。依據樊勇、李曉文等的研究，將城鎮擴張分為5種類型：緩慢擴張型（K≤5）、低速擴張型（5
可見，隨著研究區社會經濟的發展，其城鎮用地擴張不斷加快，但也受地質條件、社會經濟等因素的影響，以至2006年至2014年擴張強度有所緩和。
3.2 城市擴展空間分析
城市建設用地的擴張本質上是城市中心城區的擴張，即現狀城鎮區域的擴張。現狀城鎮區域的面積變化可以反映出城市建設用地的整體變化情況[8]。為尋找30多年來雄安新區范圍內城鎮建設中心移動的規律，利用空間變化指數中的土地資源中心計算模型，建立城鎮建設中心計算模型[9-10]，如公式（2）（3）所示。
式中，Xt、Yt分別為第t年城鎮建設中心的經緯度坐標，Cti為第t年第i個城鎮斑塊的面積，Xi、Yi表示第i個城鎮斑塊中心的經緯度坐標，Ct為第t年的城鎮總面積。
其中雄安新區各縣不同時期中心點及三縣重心點如圖6所示。由圖可知，在空間上，雄安新區三縣20世紀70年代末至2014年彼此集聚趨勢明顯，且都向東北部即北京市、天津市方向發展，顯示出北京市、天津市集聚效應突出。
為探究道路的發展是否對城鎮的發展產生一定影響，現將70年代末至2014年道路對照谷歌及百度地圖進行道路數據的解譯，包括省干線、國家干線、高速及鐵路等。通過解譯獲取70年代末至2014年不同時期雄安新區道路擴展變化數據，結果如圖7所示。
不同顏色代表不同時期道路情況及新增道路數量，則70年代末至2014年道路新增情況如表4所示，不同時期不同地貌交通設施統計如表5所示。其中省干線在2006至2014年有所增加，增長率達151.2%；國家干線長度不變；80年代末至21世紀初開始建設有高速公路，2006至2014年再次新增高速里長為35.73千米；2006年之后開始新增鐵路，至2014年新增鐵路長度為54.06千米。由表5可知，地貌為沖積平原的交通統計不變，地貌為沖洪積平原及沖湖積平原的交通設施均大幅增加。
80年代末至2006年，研究區高速公路得到發展，其城鎮擴張也均為中速、快速及高速擴張型；2006年至2014年鐵路及高速均得到發展，但由于受距離、地質條件及社會經濟等因素的影響，城鎮擴張卻趨于緩和。
3.3 城鎮擴展模式分析
在擴展模式上，雄安新區范圍內所包含的容城縣、安新縣及雄縣在70年代末至2014年，向各個空間方位均有所擴展，表現出不同程度的擴展。在擴展模式上，主城區先是沿著老城區向外擴散式發展，其中容城縣70年代末至21世紀初表現最為明顯，安新縣80年代末至21世紀初填充式發展較為明顯，后期均逐步與鄉鎮連成一片，形成新的擴展中心，雄縣則主要表現為向除北方向外的星狀發展。三縣總體發展方向趨于向北京、天津方向聚集。
4 結論與討論
本研究通過對雄安新區容城縣、安新縣及雄縣70年代末至2014年城鎮及道路的解譯，獲得了其在40年來的擴展變化及城鎮發展方向。80年代末至2006年，研究區高速公路得到發展，其城鎮擴張也均為中速、快速及高速擴張型；2006年至2014年鐵路得到發展，但由于受距離、地質條件及社會經濟等因素的影響，城鎮擴張趨于緩和，對于道路的發展是如何影響城鎮擴張還有待進一步研究。總體上，雄安三縣在70年代末至2014年城鎮向東北部即北京市、天津市方向發展，突出北京市、天津市集聚效應。由于本文只是對該地區城鎮及道路的擴展變化進行了描述，對于研究區道路的發展對城鎮擴展的影響尚未指出，下一步將對此及以后的發展過程中如何把城鎮擴張的安全格局考慮進去做出研究，為土地利用的規劃提供進一步的參考。
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