城市建設用地動態變化及時空演變特征分析
——以合肥市包河區為例

張思喬，王晨光

（1.安徽建筑大學建筑與城市規劃學院，安徽 合肥 230601；2.聊城市人民醫院信息科，山東 聊城 252000）

0 前言

城市作為區域社會經濟發展的核心區，其土地利用變化對區域整體用地效益的提升具有至關重要的作用[1]。城市化的外延發展過程，在一定程度上反映了城市用地規模呈擴大趨勢[2]。隨著中國經濟的不斷發展和城市快速工業化進程，尤其是城市地區土地利用類型不斷變化，城區成為土地利用變化的研究熱點之一[3][4]。中國目前城市建設用地變化的研究主要有2類：①基于測繪調查統計與專家評價的經驗主義；②基于遙感影像，其實時監測的特點提供了強大有效的數據支撐。但在以往的城市建設用地研究區域的選擇上主要針對熱點區域[5]，例如深圳[6][7]、上海[8]、南京[9]等城市，合肥作為我國重大發展戰略地區及長三角城市群的副中心城市，其城市建設用地方面的研究較為匱乏，并且大多基于測繪調查統計數據[10][11]。本文以2014年-2018年Landsat8數據為基礎，利用遙感（RS）和地理信息系統等技術，對合肥市包河區建設用進行地動態變化分析。

1 數據與研究方法

1.1 研究數據

1.1.1 研究范圍

研究區域為合肥市包河區，位于合肥市東南方向，全區面積340k㎡，是合肥市各城區中面積第一大區，人口第一大區。近年來在科研、金融等多個領域發展迅速，成為合肥市較為繁華的區域。作為典型快速發展的城鎮區域，承擔著合肥市都市圈較多的功能，因此選擇該區域為研究對象。

圖1 合肥市區位圖

1.1.2 研究數據

美國NASA的陸地衛星計劃（Landsat）于1972年至今發射了8顆衛星，Landsat8于2013年發射，Landsat8相較于之前的系列衛星獲取的遙感影像較為清晰，因此目前一般通過Landsat8獲取影像。其攜帶有OLI陸地成像儀和TIRS熱外傳感器可以獲取11個波段的信息，不同波段顯示不同的信息。本研究使用2014年5月及2018年5月Landsat8 OLI的遙感影像。在GIS中通過光譜分析及數字圖像處理獲取建設用地信息。為了保證影像質量，下載的影像數據云量控制在10%以下。

1.2 研究方法

1.2.1 標準差橢圓

通過一組地理要素在x和y方向上的空間分布情況，進而定義所有要素分布在一個可形象表示的橢圓，它可以識別一組數據的方向以及分布的趨勢。其方法是通過所有要素的平均中心和分布距離等要素信息，計算出橢圓的長短半軸、方差和標準差的橢圓[12]。標準差橢圓的形式為：

圖2 2014年包河區遙感影像

圖3 2015年包河區遙感影像

x軸和y軸的標準差為：

1.2.2 平均中心

平均中心是一個根據輸入要素質心的平均x和y值構造的點。

其中，xi和yi是要素i的坐標；n為要素總數。加權平均中心擴展為

2 結果與討論

2.1 空間布局變化

合肥市2014年及2018年城市建設用地識別如圖4、5所示，明顯看出2018年相對于2014年，城市建設用地大量增加，呈現出全面擴張的趨勢，尤其是包河區東側及沿巢湖沿岸區域增加明顯。增長類型有居住、醫療、行政辦公多個領域。原因在于2006年濱湖新區正式啟動建設，并于2014年成立了濱湖新區建設管理委員會，在此期間，吸納了更多的城市功能聚集，濱湖新區快速發展，城市建設用地也在短時間內急速擴張。

圖5 包河區2018年城市建設用地識別

2.2 建設用地動態變化度量

經統計，合肥市2014年至2018年城市建設用地變化主要分為三類，分別為“消失”建設用地、未變化用地及新增建設用地，如圖6所示。其中，2014年～2018年新增建設用地為74.5km2；2014年～2018年“消失”建設用地11.5km2；2014年～2018年未變化建設用地154.5km2，在四年內2018年的建設用地相比于2014年的建設用地增加了62.9%，平均每年以15.7%速度增長，增長數量巨大。在區位上，包河區建設用地整體發展水平均衡，建設用地增長區域在整體區位中分布較為平均。2014年～2018年“消失”建設用地多轉變為公園綠地、生態綠地及防護綠地，例如，濱湖塘西河公園的建設。整體來說，2014年～2018年城市建設用地增長速度加快，整體建設水平均衡。

圖6 包河區2014年-2018年城市建設用地變化

2.3 空間變化規律與特征

為了更好的展示包河區2014年～2018年建設用地空間變化的規律及分布特征，本研究運用標準差橢圓對2014年～2018年建設用地空間變化進行分析。其中，長半軸代表包河區建設用地標準差橢圓的分布方向，短半軸代表包河區建設用的主要分布范圍。長半軸越長說明建設用地的分布具有明顯的方向性，短半軸越短說明建設用地的分布具有聚合力。短半軸與長半軸越接近表示要素沒有任何分布特征。如圖7所示，2014年的標準差橢圓長軸距離為8.4km，短軸為6.2km，長短軸差為2.1km；2018年的標準差橢圓長軸的距離為9km，短軸為5.3km，長短軸差為3.7km，2018年長短軸差增長明顯，長軸增加，短軸變短，說明2018年建設用地分布更具有聚合力，發展的方向性更為明確。同2014年相比，包河區城市建設用地發展方向由南北方轉變為西南至東北方向，建設的重點主要集中在濱湖新區。

圖7 2014年～2018年建設用地標準差橢圓

為了更加深入地包河區不同時期城市建設用地在空間上的演變規律，采用平均中心分析法計算得出建設用地中心的化軌跡，如圖8所示。2014年至2018年，包河區建設用地平均中心向東南方向偏移。

圖8 2014年及2018年建設用地平均中心

2.4 包河區發展驅動力

合肥市建設用地變化驅動力主要有以下幾個方面。

①政府宏觀決策。合肥市濱湖新區是合肥市“1331”城市空間發展規劃的重要組成部分。大湖名城、創新高地”的戰略定位，重點打造節約集約用地、城市生態建設2個示范區，營造交通、生態、醫療、教育、購物和休閑“六個環境”，構建區域性金融商務、行政辦公、文體旅游、生活服務、研發創意和要素交易等“六大中心”。濱湖新區的大力建設使包河區的建設中心向西南方向偏移。

②道路交通的發展。2014年濱湖新區交通道路有限，隨著發展重點的轉移，截止2017年濱湖新區已建成市政道路166.5km，路網圍合面積超42k㎡，區內建成“六橫六縱”的主干路網[13]，路網密布，交通便捷。2016年軌道交通1號線的開通，高鐵南站的運行，加快了該地區的發展。

③地理環境條件優越。濱湖新區位于巢湖北側，是融入長三角發揮的門戶，濱湖新區的建設能使合肥市建設成為真正意義上的濱湖城市，更適合該地區的發展。

3 結論

現階段城市快速發展，城市建設用地逐年增長，隨之而來的是對城市管理的新挑戰。運用遙感圖像處理和分析，獲取城市建設用地的擴展情況為城市土地管理提供了新的思路。本研究基于2014年及2018年合肥市包河區遙感圖像，通過遙感影像處理和分析，獲取了包河區4年內建設用地的擴展情況，并利用標準差橢圓、平均中心點方法分析了包河區建設用地時空演變特征。

①相比于2014年，2018年城市建設用地大量增加，呈現出全面擴張的趨勢，尤其是包河區東側及沿巢湖沿岸區域增加明顯。增長類型有居住、醫療、行政辦公多個領域。

②2018年的建設用地相比于2014年的建設用地增加了62.9%，平均每年以15.7%速度增長，增長數量巨大。在區位上，包河區建設用地整體發展水平均衡，建設用地增長區域在整體區位中分布較為平均。

③包河區城市建設用地發展方向由南北方轉變為西南至東北方向，建設的重點主要集中在濱湖新區。建設用地平均中心向東南方向偏移。

④合肥市建設用地變化驅動力主要有政府宏觀決策、道路交通的發展、地理環境條件優越3個方面的原因。

本研究運用遙感及地理信息技術對包河區建設用地動態變化和時空特征進行了分析。研究可以為人們了解城市建設用地提供新思路，對其他城市具有借鑒意義。受篇幅、時間、數據處理水平等因素的限制，研究也存在一定的不足，例如，對遙感數據進行挑選時因云量的影響無法使用其他月份的數據，可能會對數據造成影響，希望在未來進行深度學習后改正。