基于3S技術(shù)的公主嶺市城鄉(xiāng)居民區(qū)發(fā)展變化研究

杜會石，劉奇鑫，孫艷楠，李天祺

(吉林師范大學(xué) 旅游與地理科學(xué)學(xué)院，吉林 四平 136000)

基于3S技術(shù)的公主嶺市城鄉(xiāng)居民區(qū)發(fā)展變化研究

杜會石，劉奇鑫，孫艷楠，李天祺

(吉林師范大學(xué) 旅游與地理科學(xué)學(xué)院，吉林 四平 136000)

本文以吉林省公主嶺市為研究區(qū)，運用景觀生態(tài)學(xué)原理和方法，開展近13a城區(qū)及周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)發(fā)展變化研究．結(jié)果表明，公主嶺市城鄉(xiāng)居民區(qū)處于擴張狀態(tài)，景觀分離度呈減小趨勢，由2001年的0.33減小到2013年的0.22．研究為該區(qū)城鄉(xiāng)發(fā)展規(guī)劃提供基礎(chǔ)參數(shù)，并作為我國中小城市發(fā)展現(xiàn)狀評估的案例，具有借鑒意義和參考價值．

景觀格局分析；3S技術(shù)；城鄉(xiāng)居民區(qū)；公主嶺市

0 引言

城市化進程已經(jīng)在全球展開，中國經(jīng)濟的快速發(fā)展、交通的日益發(fā)達，成為中小城市發(fā)展的主要驅(qū)動力[1-4]．城市化在給中小城市帶來發(fā)展機遇的同時，也帶來了挑戰(zhàn)和困惑．學(xué)者開始思考如何解決城市化進程中出現(xiàn)的問題，以使城市發(fā)展進程得以平穩(wěn)推進．因此，本文利用公主嶺市2001-2013年5期遙感影像數(shù)據(jù)，分析城鄉(xiāng)居民區(qū)的發(fā)展?fàn)顩r，探究中小城市發(fā)展驅(qū)動因素，為城市發(fā)展規(guī)劃與決策提供科學(xué)依據(jù)．

1 研究區(qū)概況

公主嶺市地處吉林省中西部，位于124°02′～125°18′E， 43°11′～44°09′N之間，總面積4 058 km2(見圖1)．地貌類型分為南部山地和北部平原區(qū)．屬中溫帶濕潤大陸性季風(fēng)氣候，年均氣溫5.6℃，年均降水量594.8 mm，無霜期144 d，盛行SW風(fēng)[5]．

圖1 公主嶺市2013年Landsat標(biāo)準假彩色合成影像

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)處理與信息提取

研究采用的遙感影像數(shù)據(jù)來自于中國科學(xué)院數(shù)據(jù)云(http://www.csdb.cn)，覆蓋范圍為公主嶺市，成像時間為2001、2004、2007、2010、2013年，空間分辨率為30 m．

數(shù)據(jù)處理包括，利用ERDAS 9.2對5期影像(選用第2、3、4、5、7波段)進行波段合成；基于GPS實測地面控制點(如道路交叉點等)，利用2次多項式對其進行幾何精校正；按行政范圍進行裁剪．根據(jù)研究需要，采用人機交互式解譯方式提取鐵路、主要公路和居民區(qū)等專題要素(見圖2)．利用GIS軟件進行地圖輸出，計算圖斑面積，并分析居民區(qū)面積變化特征及發(fā)展?fàn)顩r．

圖2 公主嶺市區(qū)及周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民區(qū)概況圖(a.2001年;b.2004年;c.2007年;d.2010年;e.2013年)

2.2 研究方法

景觀格局分析是研究景觀結(jié)構(gòu)組成特征和空間配置關(guān)系的方法．景觀格局分析方法是將不同類別地理要素視為不同類別景觀，對其進行綜合分析，從而發(fā)現(xiàn)景觀內(nèi)在的規(guī)律[6-7]，通過景觀多樣性指數(shù)、分維數(shù)、破碎度、分離度等指標(biāo)定量表述景觀格局，可為區(qū)域管理和規(guī)劃提供科學(xué)參考．基于景觀格局原理與方法，計算居民區(qū)分離度指數(shù)，可體現(xiàn)其分散程度，分析其空間分布狀況．

景觀分離度指數(shù)公式如下：

Fi=Di/Si

(1)

Si=Ai/A

(2)

Di=1/2(n/A)1/2

(3)

式中，F(xiàn)i為第i類景觀的分離度指數(shù)，n為某個景觀類型中元素的個數(shù)，Ai為第i類景觀的面積，A為研究區(qū)景觀總面積[8]．

3 結(jié)果分析

3.1 面積變化

公主嶺市居民區(qū)圖斑面積呈逐年增大趨勢(見表1)，表明城市正處于發(fā)展變化中，由居民區(qū)與城市主要交通線路的空間關(guān)系可見，居民區(qū)沿鐵路、公路展布，體現(xiàn)出交通線路對居民區(qū)發(fā)展的驅(qū)動作用．

表1 公主嶺市區(qū)及各鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民區(qū)面積(單位：km2)

2007～2010年居民區(qū)面積平均增長率為7%，增幅較小，表明城市發(fā)展進程緩慢；其余時間段內(nèi)，居民區(qū)面積平均增長率均在25%以上，尤其在2010～2013年間，城市發(fā)展最快，增長率達64%．

3.2 格局指數(shù)變化

基于GIS平臺，依據(jù)解譯面積信息，計算相鄰兩個年份間居民區(qū)面積平均增長率和各期景觀分離度指數(shù)．景觀分離度指數(shù)計算方法為，以2001年數(shù)據(jù)為例，由于本文只研究居民區(qū)的景觀分離度指數(shù)，故S0=A0/A=1；元素總個數(shù)n為26，居民區(qū)總面積A=57.97 km2，得D0=1/2(n/A)1/2=0.33；居民區(qū)的景觀分離度指數(shù)F0=D0/S0=0.33．用該方法，分別計算其余各期指數(shù)．

居民區(qū)景觀分離度指數(shù)呈減小趨勢(見圖3)，表明居民區(qū)面積擴張．居民區(qū)斑塊景觀分離度指數(shù)隨時間的推移不斷減小，即從2001年的0.33減小至2013年的0.22，而居民區(qū)的面積逐年擴大(見圖4)．

圖3公主嶺市居民區(qū)景觀分離度指數(shù)圖4公主嶺市區(qū)及各鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民區(qū)面積平均增長率

4 結(jié)論與討論

結(jié)合3S技術(shù)，通過對近13a公主嶺市5期Landsat影像進行解譯分析和景觀格局指數(shù)計算，得到如下結(jié)論：(1)2001年以來，公主嶺市的居民區(qū)面積總體呈現(xiàn)擴張趨勢，城區(qū)及周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)處于發(fā)展?fàn)顟B(tài)，且居民區(qū)延鐵路、公路擴展．鐵路、公路等交通路線有推動居民區(qū)發(fā)展的作用．從相應(yīng)城區(qū)及鄉(xiāng)鎮(zhèn)面積平均增長率來看，2007～2010年增長率最低，為7%，城市發(fā)展進程最為緩慢；2010～2013年增長率最高，為64%，城市發(fā)展進程最為迅速．(2)從景觀格局分析的角度來看，城區(qū)與各鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民區(qū)分離程度呈逐年減小的趨勢，表明居民區(qū)面積處于增長狀態(tài)．(3)下一步可基于地理元胞自動機(Geo-cellular automata)和多智能體(Multi-agent system)等模型，開展城市土地利用動態(tài)演化模擬與優(yōu)化研究．

[1]K.Singh,D.Singh,A.Mathur.Urbanization and its Impact on Groundwater and Natural Drainage:A Case Study of Ludhiana City [J].Indian Journal of Ecology,2013,40(1):1～8.

[2]陳海華.中國中小城市發(fā)展之路[J].管理觀察,2010,(20):36～39.

[3]柯君亮.中小城市交通規(guī)劃與可持續(xù)發(fā)展[J].茂名學(xué)院學(xué)報,2010,20(1):76～79.

[4]朱 懷,王 竹,陳宗炎.我國中小城市發(fā)展與更新的思考與實踐[J].建筑與文化,2010,(5):81～83.

[5]公主嶺市人民政府.自然地理[EB/OL].http://www.gongzhuling.gov.cn/Gzl/site/gzl/news/n3479043687.html,2011-05-10.

[6]H.Du,E.Hasi,Y.Yang,et al.Landscape Pattern Change and Driving Force of Blowouts Distribution in the Hulun Buir Sandy Grassland[J].Sciences in Cold and Arid Regions,2012,4(5):0431-0438.

[7]杜會石,哈 斯,李明玉.1977-2008年延吉市城市景觀格局演變[J].地理科學(xué),2011,31(5):608～612.

[8]韋 薇,張銀龍,趙 兵,等.快速城市化進程中城市擴張對景觀格局分異特征的影響[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報,2011,20(1):7～12.

ResearchonDevelopmentandChangeofResidentialAreainUrbanandRuralRegionsinGongzhulingCityBasedon3STechnology

DUHui-shi,LIUQi-xin,SUNYan-nan,LITian-qi

(College of Tourism and Geographical Science,Jilin Normal University,Siping 136000，China)

Cities around the world,regardless of their sizes,are all in process of rapid developing and changing,and the assessment of urbanization process is now a hot issue in our country.The authors selected Gongzhuling City as the research area,and researches the development and change in urban and nearby rural regions of the city in the past 13 years by using theory and method of landscape ecology.The results indicated that in general Gongzhuling City’s residential area is expanding,and the degree of isolation is decreasing from 0.33 in 2001 to 0.22 in 2013.The research provides basic parameters for the urban and rural development planning in those regions and can be regarded as a case to assess contemporary developing situation of middle-and-small-sized cities in our country.It has a certain significance and value of reference.

landscape pattern analysis;3S technology;urban and rural residential area;Gongzhuling

林險峰)

2014-06-24

國家“十二五”科技支撐計劃項目(2013BAD07B02)；國家自然科學(xué)基金項目(40771020)

杜會石(1983-)，男，吉林省伊通縣人，現(xiàn)為吉林師范大學(xué)旅游與地理科學(xué)學(xué)院講師，博士.研究方向：資源環(huán)境遙感．

K928.5

A

1674-3873-(2014)03-0149-03