資源型城鎮(zhèn)空間擴(kuò)展遙感監(jiān)測分析

遲文峰 郝潤梅 蘇根成 匡文慧 王宏亮

摘要：以RS和GIS作為技術(shù)支撐，基于多期Landsat TM期遙感影像數(shù)據(jù)，采用全數(shù)字化人機(jī)交互式解譯方法提取鄂爾多斯市城鎮(zhèn)空間信息特征，結(jié)合GIS空間分析功能，以地學(xué)統(tǒng)計(jì)方法定量研究了城鎮(zhèn)擴(kuò)展的強(qiáng)度和緊湊度，同時以評價(jià)指標(biāo)與社會經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)相結(jié)合方式，對鄂爾多斯市城鎮(zhèn)擴(kuò)展驅(qū)動力進(jìn)行分析，結(jié)果表明資源的開發(fā)導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口增長是城鎮(zhèn)擴(kuò)展的重要驅(qū)動因子，政府政策性要素在宏觀上及區(qū)域地理環(huán)境作用著城鎮(zhèn)的擴(kuò)展。

關(guān)鍵詞：城鎮(zhèn)擴(kuò)展 GIS 鄂爾多斯市

土地利用/覆蓋變化（LUCC）是全球變化研究的熱點(diǎn)問題之一。1993年，國際地圈與生物圈計(jì)劃（IGBP）和全球變化人類影響計(jì)劃（IHDP）兩大國際組織共同制定的土地利用/覆蓋變化（LUCC）科學(xué)研究計(jì)劃，并將其作為全球變化研究的核心計(jì)劃[1,2]。土地利用變化是人類影響自然環(huán)境的重要過程和表現(xiàn)形式[3], 特別是近些年社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城鎮(zhèn)化水平的進(jìn)程加快，城鎮(zhèn)用地的空間擴(kuò)展成為了LUCC的主要研究方向。

城鎮(zhèn)化水平是一個地區(qū)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的重要表征。本文以近些年社會經(jīng)濟(jì)迅速崛起的內(nèi)蒙古鄂爾多斯市為研究對象，以GIS為平臺研究其城鎮(zhèn)空間格局演變，定量分析城鎮(zhèn)不同時段的擴(kuò)展過程、特點(diǎn)及成因，為保護(hù)土地資源，提高城鎮(zhèn)土地集約化程度，促進(jìn)城鎮(zhèn)土地資源的規(guī)劃與可持續(xù)利用提供科學(xué)依據(jù)。

1. 研究區(qū)概況、數(shù)據(jù)源與處理

1.1 研究區(qū)概況

鄂爾多斯市位于內(nèi)蒙古自治區(qū)西南部，地處鄂爾多斯高原腹地。東部、南部、西部與晉、陜、寧接壤，北部及東北部與包頭以及自治區(qū)首府呼和浩特隔黃河相望。地理坐標(biāo)為北緯37°35′24″-40°51′40〞，東經(jīng)106°42′40〞-111°27′20〞。東西長約400km，南北寬約340km?？偯娣e86752km2。本區(qū)處于溫帶干旱、半干旱地區(qū)，主要由鄂托克高平原、庫布齊沙漠、毛烏素沙地、和林格爾——準(zhǔn)格爾丘陵組成。鄂爾多斯，漢語意為“眾多宮殿”，全市轄東勝區(qū)、準(zhǔn)格爾旗、達(dá)拉特旗、伊金霍洛旗、烏審旗、杭錦旗、鄂托克旗、鄂托克前旗8個旗縣區(qū)，總?cè)丝?49.5萬，其中蒙古族16.8 萬，是以蒙古族為主體，漢族占多數(shù)的地級市[4]。

鄂爾多斯市是內(nèi)蒙古最為重要的能源基地和內(nèi)蒙古呼包鄂金三角的重要組成部分，是內(nèi)蒙古第三大城市，僅次于包頭和呼和浩特。隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，全市人均GDP超過香港，位居全國第一，在如此快速的發(fā)展背景下研究鄂爾多斯市城鎮(zhèn)擴(kuò)展的空間過程有其重要的意義。

1.2 數(shù)據(jù)源與處理

本文選取1990年、2000年Landsat TM影像及2010年Landsat ETM+影像，輔助數(shù)據(jù)包括國產(chǎn)環(huán)境衛(wèi)星影像、Google earth影像及社會經(jīng)濟(jì)方面的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。通過3期數(shù)據(jù)的解譯工作，研究以2000年為基準(zhǔn)年，恰好處于鄂爾多斯發(fā)展的轉(zhuǎn)型期，對比前后10年的城鎮(zhèn)擴(kuò)張過程。

本文使用的主要軟件是ENVI4.5、ArcGIS9.3。以ENVI4.5平臺開展遙感影像處理；利用ArcGIS9.3進(jìn)行影像解譯，獲取城鎮(zhèn)建成區(qū)范圍。技術(shù)方法如下：(1)對3個時相的遙感圖像進(jìn)行影像波段融合，利用收集的1:10萬地形圖對融合后的影像做幾何精校正處理，為了為消除遙感圖像的輻射失真或畸變進(jìn)行輻射校正處理，便于解譯工作防止分幅解譯帶來街邊等問題對影像做拼接處理；(2)收集與辨析鄂爾多斯市行政區(qū)劃建制鎮(zhèn)空間位置，以ArcGIS9.3平臺對不同時相影像開展人機(jī)交互識別，建立城鎮(zhèn)地物解譯標(biāo)識，通過動態(tài)解譯方法最終獲取鄂爾多斯市不同時期城鎮(zhèn)邊界；(3)對全數(shù)字化人機(jī)交互解譯的城市邊界進(jìn)行拓?fù)浠幚恚瑢μ幚砗蟮牟煌鞘忻鏍顢?shù)據(jù)賦以屬性編碼，統(tǒng)計(jì)出不同時段的城市用地面積；(4)收集鄂爾多斯市人口、經(jīng)濟(jì)等時段統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，結(jié)合城市數(shù)據(jù)分析相互關(guān)系與機(jī)理問題。

2. 城鎮(zhèn)空間動態(tài)特征分析

通過解譯成果與數(shù)理統(tǒng)計(jì)的實(shí)現(xiàn)，以城鎮(zhèn)擴(kuò)展強(qiáng)度與緊湊度為城鎮(zhèn)變化評價(jià)指標(biāo)，從城鎮(zhèn)擴(kuò)展的數(shù)量特征、空間分異特征及擴(kuò)張形態(tài)趨勢特征表征城鎮(zhèn)變化的進(jìn)程。

2.1城鎮(zhèn)擴(kuò)展數(shù)量與強(qiáng)度分析

基于全數(shù)字化人工解譯，提取了3個時相的城鎮(zhèn)建成區(qū)邊界。本文以每個時間段內(nèi)城鎮(zhèn)的擴(kuò)展面積來反映其數(shù)量上的擴(kuò)展。城鎮(zhèn)擴(kuò)展強(qiáng)度可以評價(jià)不同時期城市擴(kuò)張的強(qiáng)弱和快慢，既城鎮(zhèn)年均增加面積和基年面積之比，其公式為：

AGR=(UAn+i- UAi)/n UAi×100%

其中，AGR 為城市年均擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)，UAn + i和UA i分別代表n + i和i年的城區(qū)面積。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)鄂爾多斯市1990年城鎮(zhèn)建成區(qū)面積為56.16km2；2000年城鎮(zhèn)建成區(qū)面積為56.57km2，同比1990年凈增加0.41km2；2010年城鎮(zhèn)面積為98.28km2，同比2000年凈增加41.71。1990～2000年十年間城鎮(zhèn)擴(kuò)展非常緩慢,擴(kuò)展強(qiáng)度指數(shù)僅為0.07%，擴(kuò)展模式主要以內(nèi)部填充為主；2000～2010年十年間城鎮(zhèn)擴(kuò)展強(qiáng)度較大，擴(kuò)展強(qiáng)度指數(shù)為7.37%，擴(kuò)展特征以外延為主。

2.2城鎮(zhèn)擴(kuò)展空間分異特征

本文以鄂爾多斯市20年以來為時間尺度，研究1990～2000年及2000～2010年兩個時間階段城鎮(zhèn)面積擴(kuò)展過程。鄂爾多斯市1990～2000年城鎮(zhèn)擴(kuò)展強(qiáng)度不大，城鎮(zhèn)面積變化最大的地區(qū)是鄂托克前旗，從1990年的6.27km2增加到6.68km2，其他區(qū)域變化不明顯；2000～2010年鄂爾多斯市城鎮(zhèn)擴(kuò)展強(qiáng)度指數(shù)達(dá)7.37%(表1)；從圖1可以看出東勝市擴(kuò)張程度最大，2000～2010年10年間建成區(qū)面積從17.63km2增加到39.33km2，增長率達(dá)到55.18%，城鎮(zhèn)結(jié)構(gòu)呈冒進(jìn)式增長。受經(jīng)濟(jì)條件及政策因素的重要影響，2000年至2010年期間，城鎮(zhèn)建成區(qū)在原有基礎(chǔ)上進(jìn)一步增長，建設(shè)用地連續(xù)性加強(qiáng)，特別是2004年對鄂爾多斯市康巴什新區(qū)的建立，使鄂爾多斯市建成區(qū)面積大幅度增加。

2.3城市空間形態(tài)分析

為了定量說明鄂爾多斯市空間形態(tài)演變的特征，本文引入緊湊度指標(biāo)[5]，進(jìn)而反映城市空間形態(tài)特征[6]，其公式為：

式中：c指城市形態(tài)的緊湊度，A 指城市面積，p指城市輪廓周長。緊湊度值越大， 其形狀越緊湊；反之，形狀的緊湊性越差[7]。

分別計(jì)算1990年、2000年、2010年鄂爾多斯市緊湊度指標(biāo)分別為0.16、0.15、0.12。由此可以看出，鄂爾多斯市1990年至2010年20年間城鎮(zhèn)緊湊度指標(biāo)的變化經(jīng)歷由大到小。緊湊度指標(biāo)的變化表征了：鄂爾多斯市逐漸向緊湊度較差的方向發(fā)展，同時也說明了隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，以東勝市為發(fā)展中心，其他旗縣區(qū)域發(fā)展進(jìn)程也隨之加快，城鎮(zhèn)面積整體向外延式發(fā)展。結(jié)合鄂爾多斯市經(jīng)濟(jì)、社會、政治發(fā)展，各區(qū)域的發(fā)展主要以能源帶動經(jīng)濟(jì)，在大力拓展經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)等相關(guān)背景下，建制鎮(zhèn)面積逐步擴(kuò)大。

目前，我國土地資源緊缺，提高土地利用的集約化是國家的重大戰(zhàn)略，在鄂爾多斯市城鎮(zhèn)化的增長過程中，需要不斷調(diào)整、提高城鎮(zhèn)緊湊度，促進(jìn)土地資源的高效利用。

3．城鎮(zhèn)擴(kuò)展驅(qū)動因素分析

城鎮(zhèn)的形成和發(fā)展受自然、社會、經(jīng)濟(jì)等多因素影響，本文基于鄂爾多斯市城鎮(zhèn)時空數(shù)據(jù)的分析，結(jié)合統(tǒng)計(jì)資料及文獻(xiàn)的查詢開展城鎮(zhèn)擴(kuò)展驅(qū)動力分析，分別從人口增長因子、社會經(jīng)濟(jì)因子及政策導(dǎo)向因子等方面進(jìn)行剖析。

3.1社會經(jīng)濟(jì)因子與城鎮(zhèn)擴(kuò)展

鄂爾多斯市獨(dú)特的區(qū)域地理環(huán)境，以資源帶動經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要戰(zhàn)略，促使鄂爾多斯市近20年城鎮(zhèn)面積呈膨脹式擴(kuò)展。根據(jù)內(nèi)蒙古統(tǒng)計(jì)年鑒1990～2010年20年間的國內(nèi)生產(chǎn)總值統(tǒng)計(jì)[8-12],國內(nèi)生產(chǎn)總值從1990年的285682萬元增加到2010的26851879萬元，增長幅度是9299.22%，第一、二、三產(chǎn)業(yè)分別增加了原來的7、139、157倍。同時，GDP總量由1990年的14.9億元增長到2500多億元，人均年工資額也大幅度上漲，據(jù)鄂爾多斯勞資年報(bào)數(shù)據(jù)顯示，2010年全市城鎮(zhèn)單位在崗職工年平均工資為53015元，隨著鄂爾多斯市地區(qū)生產(chǎn)總值和職工工資增加等要素制約，居民購買力增強(qiáng)，帶動了基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、房地產(chǎn)業(yè)、商業(yè)、餐飲及娛樂服務(wù)業(yè)等產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，使得城區(qū)面積冒進(jìn)式擴(kuò)張。

3.2人口因子與城鎮(zhèn)擴(kuò)展

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，特別是建立呼包鄂“金三角”經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，使得鄂爾多斯市城鎮(zhèn)人口數(shù)逐年增加，鄂爾多斯市城鎮(zhèn)人口從1990年23.19萬人增加到2010年的98.49萬人[8-12], 主要原因是隨著鄂爾多斯市第二、三產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展和人均GDP提高所引發(fā)的人口急劇膨脹，人口數(shù)量劇增的同時又導(dǎo)致住房、工業(yè)占地等用地面積的不斷增加，致使城鎮(zhèn)不斷向周邊的郊區(qū)擴(kuò)張，使得城區(qū)邊界不斷擴(kuò)大。

3.3政策因子與城鎮(zhèn)擴(kuò)展

政府決策在宏觀上影響和制約著城鎮(zhèn)擴(kuò)展的速度。1990年以來，“羊煤土氣”等資源的開發(fā)帶動鄂爾多斯市經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，同時政府積極推進(jìn)經(jīng)濟(jì)體制改革和經(jīng)濟(jì)增長方式轉(zhuǎn)變，促進(jìn)科技進(jìn)步，實(shí)行經(jīng)濟(jì)建設(shè)、城鎮(zhèn)建設(shè)和環(huán)境建設(shè)同步規(guī)劃、同步實(shí)施、同步發(fā)展等一系列戰(zhàn)略方針和措施，特別是在固定資產(chǎn)投資方面力度的加大，固定資產(chǎn)投資包括全民所有制單位固定資產(chǎn)投資總額和生產(chǎn)性建設(shè)投資，投資額從1990年的23554萬元增長到2010年的18983957萬元，同比增長了約806倍，政策導(dǎo)向作用對城鎮(zhèn)面積的擴(kuò)展有重大的推進(jìn)作用。

4．結(jié)論與討論

(1) RS和GIS的有機(jī)結(jié)合已廣泛應(yīng)用于社會各個領(lǐng)域，特別是對土地利用的監(jiān)測?；赗S和GIS獲取及分析不同時期城鎮(zhèn)信息，研究城鎮(zhèn)化時空進(jìn)程，同時針對城鎮(zhèn)擴(kuò)張了解城鎮(zhèn)規(guī)劃實(shí)施情況的重要方法。

(2) 從城鎮(zhèn)化影響因子的多元角度出發(fā)，著重分析了影響鄂爾多斯市城鎮(zhèn)冒進(jìn)式增長的影響因子-社會經(jīng)濟(jì)因子、人口因子、政策導(dǎo)向性因子。得出影響鄂爾多斯市城鎮(zhèn)建成區(qū)不斷擴(kuò)張的關(guān)鍵因素是在政策導(dǎo)向性的前提下社會經(jīng)濟(jì)(GDP) 增長和人口數(shù)量增加是其核心影響因子的結(jié)論。

(3) 在城鎮(zhèn)擴(kuò)張進(jìn)程方面，經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展，資金的大力投入以及城市規(guī)劃都發(fā)揮著重要作用。未來城鎮(zhèn)的發(fā)展可在合理規(guī)劃的框架下更多地發(fā)揮市場經(jīng)濟(jì)的作用，使城鎮(zhèn)空間擴(kuò)展強(qiáng)度與緊湊度結(jié)構(gòu)趨于合理。

參考文獻(xiàn)：

[1] Turner B.L.，et al(Eds.).Relating Land Use and Global Land Cover Change，IGBP Report No.24，IHDP Report No.5，International Geosphere-Biosphere Programme，Stockholm，Sweden，1993，p.132.

[2] Turner B.L.，et al.Cover Change Science/Research Plan.IGBP Report，No.35，IHDP Report 7.IGBP of the ICSU and IHDP of the ISSC，Stockholm and Geneva，1995.

[3] Lambin E F，Baulies X，Bockstael N.Land-Use and Land-Cover Change(LUCC)：Implementation Strategy.1and Use and Land Cover Change(Project)Scientific Steering Corn-mitlee，1999.

[4] 伊克昭盟志編纂委員會編.伊克昭盟志[M].現(xiàn)代出版社，1994:383-386.

[5] 劉紀(jì)遠(yuǎn)，王新生，莊大方等.凸殼原理用于城市用地?cái)U(kuò)展空間類型識別[J].地理學(xué)報(bào)，2003，58(6)：886-892.

[6] 郭騰云，董冠鵬.基于GIS和DEA的特大城市空間緊湊度與城市效率分析[J].地球信息科學(xué)學(xué)報(bào)，2009，11(4)：482-489.

[7] 蔡博峰，張?jiān)鱿椋瑒⒈?等.基于遙感和GIS的天津城市空間形態(tài)變化分析[J].地球信息科學(xué)，2007，9(5)：89-93.

[8] 內(nèi)蒙古統(tǒng)計(jì)年鑒[Z].1991.

[9] 內(nèi)蒙古統(tǒng)計(jì)年鑒[Z].1996.

[10] 內(nèi)蒙古統(tǒng)計(jì)年鑒[Z].2001.

[11] 內(nèi)蒙古統(tǒng)計(jì)年鑒[Z].2006.

[12] 內(nèi)蒙古統(tǒng)計(jì)年鑒[Z].2011.