基于多時相遙感影像的寧晉縣主城區城市擴張分析

張宗函 李 帥 黃惠南 錢文浩 姜 慧 方武生

（1.湖南農業大學資源環境學院，湖南長沙 410128；2.北京佰信藍圖科技有限公司，河北石家莊 050000）

隨著我國經濟體量增大，人口增長同有限的自然資源特別是土地資源間可能產生矛盾。土地資源有限，建設用地增加可能導致其他非建設用地尤其是農用地減少，農用地組成成分中，耕地占據絕大部分。因此，人口增長與城市擴張可能直接或間接導致耕地面積的減少。

1 研究區概況

寧晉縣隸屬于河北省邢臺市，位于河北省中南部，寧晉縣下轄13個鎮、3個鄉、1個街道辦事處、1個省級開發區、364個行政村，總面積1 110.9 km2。研究選取寧晉縣2010、2015、2020年BIGEMAP的航空拍攝影像，人口、經濟等數據資料在河北省統計年鑒和寧晉縣人民政府門戶網址獲取[1]。

2 影像分析與建設用地提取

研究采用迭代自組織的數據，使用動態聚類分析法對影像進行非監督分類，結合目視解譯法對影像進行判讀。非監督分類時，迭代分析過程的最大迭代次數為5[2]。

根據聚類分析成果進行目視解譯、矢量化處理、疊加分析與擦除操作，得到研究區2015年和2020年的新增建設用地情況[3]。為了保證新增建設用地情況準確，利用研究區矢量道路網進行緩沖區分析，得出研究區矢量道路面數據，針對2010年建設用地和2015年、2020年新增建設用地分別擦除矢量道路數據，打散地塊后對地塊面積進行幾何計算和統計匯總，得到研究區內原有建設用地及新增建設用地分布情況。2010、2015、2020 年寧晉縣的建設用地面積為1 772.36、2 081.29、2 321.19 hm2。

研究區2010、2015、2020年聚類分析結果如圖1～圖3所示。

圖1 研究區2010年聚類分析結果

圖2 研究區2015年聚類分析結果

圖3 研究區2020年聚類分析結果

3 城市擴張時空分析

3.1 城市擴張的空間特征分析

（1）新增建設用地地理中心偏移。

2010—2020年，研究區擴張的整體方向為由東南向西北。2010—2015年，城市擴張中心偏移幅度較小；2015—2020年城市擴張中心偏移幅度較大。

（2）建設用地緩沖區分析。

以研究區2010年建設用地地理中心為基點，針對研究區建設用地建立7個1 km的多環緩沖區[4]，與3個時間段的研究區建設用地進行矢量疊加分析，得出3個時間段內研究區建設用地距地理中心點不同區域范圍內的空間分布情況。

建設用地多環緩沖區空間分布如圖4所示。

圖4 建設用地多環緩沖區空間分布

由圖4可知，距離城市地理中心3 000 m范圍內，建設用地面積量達到最大值，且每個緩沖區范圍內，每個年份的建設用地面積均增長。1 000～3 000 m范圍內，建設用地面積不斷增長；3 000～7 000 m范圍內，建設用地面積開始下降；7 000 m處，2015—2020年新增建設用地面積幾乎為0。結果表明，研究區內建設用地面積的擴張速度逐步減慢，總體仍有向外擴張趨勢。

3.2 城市擴張時間特征分析

城市建設用地擴展強度指城市擴展或收縮時的總體變化速率，消除了建設用地的初始規模對擴張特征的影響[5]。

式中：UII——建設用地的擴展強度；S'——后一時期的建設用地面積（hm2）；S——前一時期的建設用地面積（hm2）；ΔT——時間間隔（年）[6]。

研究區2010—2020年建設用地擴展強度和擴展速度如表1所示。

表1 研究區2010—2020年建設用地擴展強度和擴展速度

由表2可知，研究區2010—2015年建設用地擴展速度和擴展強度較大，2015—2020年建設用地擴展速度和擴展強度較小。

3.3 城市擴張社會經濟因素灰色關聯度分析

本研究采用灰色關聯度分析法對驅動力因子進行分析，將9項指標分別以X1～X9進行排序，利用各驅動力因子的均值對驅動力因子進行無量綱化處理。

計算灰度關聯系數：

各項驅動力數據無量綱化匯總如表2所示。

表2 各項驅動力數據無量綱化匯總

各驅動力因子的關聯系數（ρ=0.5）如表3所示。

表3 各驅動力因子關聯系數（ρ=0.5）

如表3所示，各驅動力因子的關聯度排序為X5＞X7＞X8＞X2＞X9＞X1＞X6＞X4＞X3，表明影響寧晉縣主城區城市擴張的主要因素為社會驅動力，包括年末人口數量（X5=0.881）、糧食總產量（X7=0.853）、中學在校人口數（X8=0.808）、小學在校人口數（X9=0.743）。

4 結語

從城市擴張的空間角度分析，寧晉縣主城區城市擴張的整體方向為由東南向西北，以向外擴張為主。距城市地理中心3 000 m處，城市擴張量及城市擴張速度達到最大。從城市擴張的時間角度分析，寧晉縣主城區建設用地的面積逐年增加，擴張速度逐年減慢。城市擴張是各項驅動力因子相互作用的結果，寧晉縣主城區城市擴張過程中，社會因素占主導地位，經濟、政策因素起推動和促進作用，人口數量和中學在校學生數量是研究區城市擴張的核心驅動力，經濟指標是研究區城市擴張的強力催化劑，交通指標為研究區內城市擴張提供基礎保障。