基于RS與GIS的城鄉(xiāng)居民點(diǎn)空間格局變化分析

張玉等

摘要：以１９８８、２０００和２００５年３期的Ｌａｎｄｓａｔ ＴＭ影像和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)源，運(yùn)用３Ｓ技術(shù)及景觀生態(tài)學(xué)的理論與方法，以石家莊市平原地區(qū)各市（縣）城鄉(xiāng)居民點(diǎn)為研究對(duì)象，分析了１９８８—２００５年間研究區(qū)居民點(diǎn)空間格局動(dòng)態(tài)變化。結(jié)果表明，近２０年來(lái)，石家莊市平原地區(qū)城鄉(xiāng)居民點(diǎn)規(guī)模呈逐年增長(zhǎng)趨勢(shì)，各級(jí)居民點(diǎn)面積整體增長(zhǎng)７１．４％?？臻g格局上，城市居民點(diǎn)邊界的破碎程度較大；建制鎮(zhèn)居民點(diǎn)個(gè)數(shù)及規(guī)模受行政區(qū)劃影響增長(zhǎng)迅速；農(nóng)村居民點(diǎn)個(gè)數(shù)呈逐年減小趨勢(shì)，但規(guī)模擴(kuò)大。各市（縣）農(nóng)村居民點(diǎn)邊界規(guī)則，平均鄰近距離均有所減小，呈現(xiàn)集中、密集的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：石家莊市平原地區(qū)；城鄉(xiāng)居民點(diǎn)；空間格局

中圖分類(lèi)號(hào)：Ｆ３０１．２４文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ａ文章編號(hào)：0439－８114（２０12）04－0835-06

土地是人類(lèi)賴(lài)以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。改革開(kāi)放以來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快和人口的日益增長(zhǎng)，我國(guó)城鎮(zhèn)建設(shè)用地發(fā)展快，占用耕地多，內(nèi)部存在利用不充分現(xiàn)象，人多地少的矛盾不斷加劇。城鄉(xiāng)居民點(diǎn)面積作為建設(shè)用地的重要組成部分，其合理利用與否關(guān)系到土地集約化利用的全面實(shí)現(xiàn)。因此研究居民點(diǎn)規(guī)模、分布格局的動(dòng)態(tài)變化，對(duì)于應(yīng)對(duì)城鄉(xiāng)居民點(diǎn)盲目擴(kuò)張及不合理的土地利用方式、實(shí)現(xiàn)耕地資源的占補(bǔ)平衡具有重要的意義。近年來(lái)，各級(jí)政府制定的土地利用總體規(guī)劃和農(nóng)村土地整理政策、居民點(diǎn)用地變化關(guān)注逐步成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的課題之一。當(dāng)前學(xué)者多基于農(nóng)村居民點(diǎn)土地整理進(jìn)行研究，將農(nóng)村居民點(diǎn)用地變化作為研究對(duì)象，運(yùn)用遙感影像數(shù)據(jù)及土地利用調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究［１－９］?？梢钥闯霎?dāng)前學(xué)者多把研究重點(diǎn)放在農(nóng)村，多以農(nóng)村居民點(diǎn)的動(dòng)態(tài)變化為研究對(duì)象。但隨著城市化進(jìn)程加快，城市與建制鎮(zhèn)居民點(diǎn)近２０年的分布與規(guī)模也發(fā)生了巨大的變化。因此，試圖將城鄉(xiāng)居民點(diǎn)納入研究范圍，把城鄉(xiāng)居民點(diǎn)劃分為三個(gè)等級(jí)，依次對(duì)各級(jí)居民點(diǎn)近２０年的空間格局變化進(jìn)行研究，以揭示近２０年石家莊市平原地區(qū)居民點(diǎn)分布時(shí)空格局演變特征，為研究區(qū)居民點(diǎn)的合理規(guī)劃與建設(shè)、農(nóng)村居民點(diǎn)土地整理工作和實(shí)現(xiàn)石家莊市城鄉(xiāng)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)發(fā)展提供幫助。

１研究區(qū)概況

石家莊市位于河北省中南部，地理坐標(biāo)為３７°２７′－３８°４７′Ｎ、１１３°３０′－１１５°２０′Ｅ，是河北省政治、文化和經(jīng)濟(jì)中心。石家莊市總面積１４ ０５２．５６ ｋｍ２，總?cè)丝冢福担矗担溉f(wàn)人，轄６個(gè)區(qū)、５個(gè)縣級(jí)市、１２個(gè)縣和一個(gè)國(guó)家級(jí)高新技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)。

石家莊市地跨太行山中段和河北平原兩大地貌單元，區(qū)內(nèi)山地丘陵、平原面積各占５０％。研究的劃定標(biāo)準(zhǔn)以海拔１００ ｍ為界限，１００ ｍ以上劃定為山地丘陵地區(qū)，１００ ｍ以下劃定為平原地區(qū)。平原地區(qū)地形適宜，交通便利，居民點(diǎn)年際變化情況比較明顯，因此以石家莊市平原地區(qū)作為研究區(qū)域。研究區(qū)包括石家莊市市區(qū)，４個(gè)縣級(jí)市——藁城市、晉州市、辛集市和新樂(lè)市及６個(gè)縣——趙縣、高邑縣、欒城縣、深澤縣、無(wú)極縣和正定縣（圖１）。

２數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

２．１數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

基于ＲＳ、ＧＩＳ平臺(tái)和景觀生態(tài)學(xué)的理論基礎(chǔ)進(jìn)行研究。研究影像數(shù)據(jù)采用１９８８、２０００和２００５年３期Ｌａｎｄｓａｔ ＴＭ遙感影像作為提取城鄉(xiāng)居民點(diǎn)面積變化信息的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源。在數(shù)字化過(guò)程中輔以石家莊市政區(qū)圖、Ｇｏｏｇｌｅ ｅａｒｔｈ航空相片和石家莊市土地利用現(xiàn)狀資料作為參考信息以保證解譯精度。

研究方法是將城鄉(xiāng)居民點(diǎn)分為3級(jí)。一級(jí)居民點(diǎn)為城市居民點(diǎn)，指城市居民點(diǎn)以及與城市連片的區(qū)政府、縣級(jí)政府所在地鎮(zhèn)級(jí)轄區(qū)內(nèi)的商服、住宅、工業(yè)、倉(cāng)儲(chǔ)、機(jī)關(guān)、學(xué)校等單位用地。二級(jí)居民點(diǎn)為建制鎮(zhèn)居民點(diǎn)，指除縣級(jí)政府所在鎮(zhèn)轄區(qū)外的建制鎮(zhèn)居民點(diǎn)以及建制鎮(zhèn)轄區(qū)內(nèi)的商服、住宅、工業(yè)、倉(cāng)儲(chǔ)、學(xué)校等企事業(yè)單位用地。三級(jí)居民點(diǎn)為農(nóng)村居民點(diǎn)以及所屬的商服、住宅、工業(yè)、倉(cāng)儲(chǔ)、學(xué)校等用地。

在ＡrcＶiew ３．３軟件的支持下將ＴＭ影像運(yùn)用目視解譯的方法進(jìn)行數(shù)字化，提取城鄉(xiāng)居民點(diǎn)信息，制作出石家莊市平原地區(qū)１９８８、２０００和２００５年城鄉(xiāng)各級(jí)居民點(diǎn)分布圖（圖２）。

２．２景觀格局指數(shù)選取

引入景觀生態(tài)學(xué)方法選擇景觀指數(shù)來(lái)反映城鄉(xiāng)居民點(diǎn)規(guī)模、分布格局和居民點(diǎn)形狀。用景觀分析軟件Ｆｒａｇｓｔａｔｓ ３．３計(jì)算出各級(jí)居民點(diǎn)的各種景觀指數(shù)。在研究中只選用斑塊類(lèi)型（Ｃｌａｓｓ ｍｅｔｒｉｃｓ）層次的景觀指數(shù)。由于景觀尺度分析的結(jié)果取決于輸入像元的大?。郏保埃?，在研究中ＴＭ影像的分辨率為３０ｍ，因此選擇３０ｍ作為輸入像元的尺寸，這樣在保持景觀類(lèi)型細(xì)節(jié)信息的同時(shí)，又避免了由于輸入像元過(guò)小所帶來(lái)的景觀噪音點(diǎn)過(guò)多的問(wèn)題［１２］。

３結(jié)果與分析

３．１近２０年石家莊市平原地區(qū)城鄉(xiāng)居民點(diǎn)用地面積變化特征

石家莊市平原地區(qū)城鄉(xiāng)居民點(diǎn)用地面積在１９８８-２００５年間增長(zhǎng)幅度很大，期內(nèi)各級(jí)居民點(diǎn)面積整體增長(zhǎng)７１．４％。從１９８８年的６５ ４４８．８８ ｈｍ２增加到２０００年的８２ ７７７．５６ ｈｍ２，增長(zhǎng)率達(dá)２６．５％，到２００５年增加到１１２ １８０．４８ ｈｍ２，與２０００年相比增長(zhǎng)了３５．５％。

城市居民點(diǎn)面積由１９８８年的１２ ８１３．４３ ｈｍ２增加到２０００年的１９ ８８０．８３ ｈｍ２，２００５年達(dá)到３２ ２１７．１３ ｈｍ２，近２０年間增加１．５倍。各市（縣）城市居民點(diǎn)面積增長(zhǎng)存在一定的區(qū)域差異，圖３展示的是各市（縣）城市居民點(diǎn)面積近２０年的變化情況。從圖３可以看出，各市（縣）城市居民點(diǎn)的面積２００５年與１９８８年相比至少都翻了一番。縣級(jí)市城市居民點(diǎn)面積整體增長(zhǎng)幅度最大，經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度高，城市化水平整體高于其他各縣。與石家莊市區(qū)毗鄰的各市（縣）城市居民點(diǎn)面積增幅明顯，其經(jīng)濟(jì)活動(dòng)與市區(qū)聯(lián)系緊密，經(jīng)濟(jì)發(fā)展受市區(qū)帶動(dòng)作用較大。各市（縣）城市居民點(diǎn)用地面積年均增長(zhǎng)率差異顯著，與其增長(zhǎng)規(guī)模并不吻合，這與政府政策和公共投資有關(guān)。

建制鎮(zhèn)居民點(diǎn)面積增長(zhǎng)最為顯著，１９８８年為１ ０８７．７ ｈｍ２，到２０００年大幅度增加到４ ３３２．６６ ｈｍ２，２００５年達(dá)到６ ０８９．０ ｈｍ２，期內(nèi)增加４．６倍（圖4）。隨著城市化水平的提高和城鎮(zhèn)人口數(shù)量的增加，各市（縣）建制鎮(zhèn)的數(shù)目均大幅度提高，導(dǎo)致建制鎮(zhèn)居民點(diǎn)的面積受行政區(qū)劃的影響大幅度增加。各市（縣）建制鎮(zhèn)居民點(diǎn)面積增長(zhǎng)幅度存在一定的區(qū)域差異，縣級(jí)市的增長(zhǎng)幅度高于其他各縣。建制鎮(zhèn)居民點(diǎn)面積的增加主要是由于城市化水平的提高及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響，特別是近些年來(lái)我國(guó)實(shí)行加快發(fā)展小城鎮(zhèn)建設(shè)的政策，鼓勵(lì)農(nóng)民工到就近的鄉(xiāng)鎮(zhèn)務(wù)工，離土不離鄉(xiāng)，進(jìn)廠不進(jìn)城，促進(jìn)建制鎮(zhèn)規(guī)模迅速擴(kuò)大。建制鎮(zhèn)居民點(diǎn)用地年均增長(zhǎng)率與增長(zhǎng)規(guī)模趨勢(shì)相吻合，縣級(jí)市整體高于其他各縣。趙縣近２０年來(lái)建制鎮(zhèn)增長(zhǎng)率位居各市（縣）之首，中小城市發(fā)展程度高。

農(nóng)村居民點(diǎn)面積由１９８８年的５１ ５４７．７５ｈｍ２增加到２０００年的５８ ５６４．０７ ｈｍ２，２００５年達(dá)到７３ ８７４．３５ ｈｍ２，期內(nèi)增長(zhǎng)幅度達(dá)到４３．３％，其增長(zhǎng)幅度遠(yuǎn)小于城市和建制鎮(zhèn)居民點(diǎn)面積的增長(zhǎng)幅度。從圖５可以看出，各市（縣）農(nóng)村居民點(diǎn)面積增長(zhǎng)存在一定的區(qū)域差異。經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平高的市（縣）農(nóng)村居民點(diǎn)面積增長(zhǎng)幅度較大。城市化進(jìn)程加快的過(guò)程中，國(guó)家重視城市建設(shè)，大力發(fā)展各類(lèi)大中小型城市，基礎(chǔ)建設(shè)投資多，城鎮(zhèn)建設(shè)用地如同攤大餅似地盲目攤大。而對(duì)于農(nóng)村居民點(diǎn)，初期隨著農(nóng)民人均純收入的增加而擴(kuò)展，后期由于人們生活水平提高，不再將大量資金單純用于擴(kuò)大居民點(diǎn)面積，而是更多地用于生活質(zhì)量的提高。當(dāng)大量農(nóng)民工和農(nóng)村戶(hù)口的學(xué)生涌入城市后，其對(duì)于農(nóng)村住房面積擴(kuò)大的需求變小，也使得近２０年來(lái)石家莊市平原地區(qū)各市（縣）的農(nóng)村居民點(diǎn)面積增加遠(yuǎn)小于城鎮(zhèn)。農(nóng)村居民點(diǎn)用地面積增加體現(xiàn)出區(qū)域差異，經(jīng)濟(jì)水平高的縣級(jí)市相對(duì)增長(zhǎng)緩慢，經(jīng)濟(jì)水平低的市（縣）增長(zhǎng)迅速。經(jīng)濟(jì)水平低的市（縣）農(nóng)民將收入用于擴(kuò)大住房面積的意識(shí)依然存在，而發(fā)展水平高的各市（縣）農(nóng)民將更多的收入用于生活質(zhì)量的提高。

３．２近２０年石家莊市平原地區(qū)城鄉(xiāng)居民點(diǎn)用地景觀格局變化特征

引入景觀生態(tài)學(xué)方法選擇如下景觀指數(shù)來(lái)反映城鄉(xiāng)居民點(diǎn)規(guī)模、分布格局和居民點(diǎn)形狀。主要選取景觀指數(shù)有：反映居民點(diǎn)規(guī)模的指標(biāo)斑塊個(gè)數(shù)（ＮＰ）、平均斑塊面積（ＭＰＳ）、斑塊面積標(biāo)準(zhǔn)差（ＰＳＳＤ）、最大斑塊指數(shù)（ＬＰＩ）；反映居民點(diǎn)分布的指標(biāo)平均最鄰近距離（ＭＮＮＤ）；反映居民點(diǎn)形狀的指標(biāo)平均斑塊形狀指數(shù)（ＭＳＩ）、面積加權(quán)平均斑塊分維數(shù)（ＡＷＭＰＦＤ）［１１］。

３．２．１城市居民點(diǎn)景觀格局變化特征選取最大斑塊指數(shù)、平均斑塊面積、平均斑塊形狀指數(shù)和面積加權(quán)平均分維數(shù)來(lái)討論城市居民點(diǎn)景觀格局變化特征。石家莊市城市居民點(diǎn)整體斑塊規(guī)模逐年增大。研究區(qū)最大斑塊及市區(qū)面積持續(xù)擴(kuò)張，研究區(qū)內(nèi)各市（縣）景觀特征變化存在空間差異（表１）。絕大多數(shù)市（縣）城市居民點(diǎn)斑塊規(guī)模都呈增大趨勢(shì)。說(shuō)明各市（縣）在發(fā)展各級(jí)居民點(diǎn)面積的同時(shí)都重點(diǎn)發(fā)展建成區(qū)的規(guī)模。各市（縣）城市居民點(diǎn)面積平均斑塊形狀指數(shù)普遍大于１，面積加權(quán)平均分維數(shù)也大于１，說(shuō)明城市居民點(diǎn)在擴(kuò)張的時(shí)候并未按照一個(gè)規(guī)則的正方形進(jìn)行，邊界的曲折程度大。這也是符合實(shí)際情況的，由于各市（縣）重點(diǎn)發(fā)展的區(qū)域既不均勻，又不相同，發(fā)展方向也不盡相同，因此導(dǎo)致城市邊界呈不規(guī)則的曲線分布。

３．２．２建制鎮(zhèn)居民點(diǎn)景觀格局變化特征選取斑塊個(gè)數(shù)、最大斑塊指數(shù)、平均斑塊面積、斑塊面積標(biāo)準(zhǔn)差、平均斑塊形狀指數(shù)、面積加權(quán)平均分維數(shù)指標(biāo)來(lái)研究建制鎮(zhèn)居民點(diǎn)景觀格局變化特征。從表２可以看出，研究區(qū)建制鎮(zhèn)居民點(diǎn)斑塊個(gè)數(shù)及面積受行政區(qū)劃的影響，１９８８-２０００年大幅度增加，２０００-２００５年增幅變小或保持穩(wěn)定。居民點(diǎn)規(guī)模差距顯著增加，說(shuō)明各建制鎮(zhèn)發(fā)展水平差距增大。建制鎮(zhèn)居民點(diǎn)斑塊形狀比較規(guī)則，在發(fā)展過(guò)程中呈現(xiàn)較均勻發(fā)展趨勢(shì)。各市（縣）建制鎮(zhèn)居民點(diǎn)大致呈現(xiàn)與總體一致的特征。

３．２．３農(nóng)村居民點(diǎn)景觀格局變化特征農(nóng)村居民點(diǎn)景觀格局變化為多數(shù)學(xué)者的研究重點(diǎn)。從表３可以看出，石家莊市和平原地區(qū)農(nóng)村居民點(diǎn)整體及除新東市外的各市（縣）個(gè)數(shù)均成減少趨勢(shì)。一是由于農(nóng)村居民點(diǎn)面積的擴(kuò)張，使得前期鄰近的村莊連為一體；二是由于石家莊市政府制定了土地利用總體規(guī)劃［１］，通過(guò)農(nóng)村居民點(diǎn)的土地整理，盤(pán)活現(xiàn)有耕地面積，達(dá)到土地的集約利用，使得各市（縣）農(nóng)村居民點(diǎn)平均規(guī)模逐年增大。近年來(lái)，越來(lái)越多的農(nóng)村人口進(jìn)城務(wù)工，有些人在城市開(kāi)始定居，轉(zhuǎn)變?yōu)槌擎?zhèn)人口，但是其在農(nóng)村的住宅仍然保留。有些人為迎合政府土地征用補(bǔ)償，還盲目擴(kuò)張其農(nóng)村住宅面積，導(dǎo)致在石家莊市城市化進(jìn)程加快的過(guò)程中，農(nóng)村居民點(diǎn)規(guī)模依然增大。農(nóng)村居民點(diǎn)形狀比較規(guī)則，規(guī)則的居民點(diǎn)面積更有利于土地的集約化利用。作為國(guó)家、河北省糧食生產(chǎn)基地，“噸糧田”的石家莊市平原地區(qū)，由于土地自然地理?xiàng)l件良好，產(chǎn)量高，因此本地農(nóng)民珍惜現(xiàn)有耕地資源，對(duì)于居民點(diǎn)建設(shè)用地的擴(kuò)張采取集約度最高的土地利用方式，以保護(hù)耕地資源。從表３還可以看出，近２０年地來(lái)，由于居民點(diǎn)面積的擴(kuò)張，石家莊市平原地區(qū)農(nóng)村居民點(diǎn)之間的距離大大減小，空間分布呈現(xiàn)集中、密集的趨勢(shì)。

４結(jié)論

１）石家莊市平原地區(qū)各市（縣）城鄉(xiāng)居民點(diǎn)用地面積在１９８８-２００５年間增長(zhǎng)了７１．４％。城市居民點(diǎn)面積近２０年間增加１．５倍，各市（縣）城市居民點(diǎn)面積增長(zhǎng)存在一定的區(qū)域差異。縣級(jí)市及與石家莊市區(qū)毗鄰的市（縣）城市居民點(diǎn)面積增幅明顯。建制鎮(zhèn)居民點(diǎn)面積受行政區(qū)劃的影響顯著，增幅最大，增速最快。農(nóng)村居民點(diǎn)面積逐年增加，但增速遠(yuǎn)慢于城市和建制鎮(zhèn)居民點(diǎn)。這與公共投資及政府大力發(fā)展大城市、加快發(fā)展中小城市的政策不無(wú)一定關(guān)系。

２）城市和建制鎮(zhèn)居民點(diǎn)并非均勻擴(kuò)張，各市（縣）在發(fā)展的過(guò)程中對(duì)于發(fā)展區(qū)域有所側(cè)重。各建制鎮(zhèn)居民點(diǎn)規(guī)模差異日益明顯。近年來(lái)，隨著農(nóng)村居民點(diǎn)面積的擴(kuò)張，其個(gè)數(shù)逐年減少，但規(guī)模變大。農(nóng)村居民點(diǎn)均勻向外擴(kuò)張，沒(méi)有特定的發(fā)展方向，密集度增加。

３）隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及城鎮(zhèn)化水平的提高，石家莊市平原地區(qū)各市（縣）城鄉(xiāng)居民點(diǎn)的規(guī)模還在逐年擴(kuò)大，對(duì)耕地資源的保護(hù)和土地的集約化利用提出了更高的要求。面對(duì)石家莊市平原地區(qū)各市（縣）城鄉(xiāng)居民點(diǎn)的現(xiàn)狀，如何提出相應(yīng)的對(duì)策，進(jìn)行合理的規(guī)劃與控制，使居民點(diǎn)的發(fā)展朝著一個(gè)良性、集約性、可持續(xù)性的方向發(fā)展是今后應(yīng)該重點(diǎn)加以研究的課題。

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