基于RS和GIS的重慶城市空間結(jié)構(gòu)演變分析

金賢鋒，陳甲全，張澤烈

（1.重慶市地理信息中心，重慶 401121）

基于RS和GIS的重慶城市空間結(jié)構(gòu)演變分析

金賢鋒1，陳甲全1，張澤烈1

（1.重慶市地理信息中心，重慶 401121）

利用RS和GIS技術(shù)對2005～2011年重慶市城市空間格局進行動態(tài)監(jiān)測和分析，其中包括對擴展強度指數(shù)、緊湊度指數(shù)和多樣性指數(shù)的測算分析。結(jié)果表明，2005～2010年，城市建成區(qū)規(guī)模擴展持續(xù)增強，尤以2010年表現(xiàn)最為突出。

城市空間結(jié)構(gòu)；城市規(guī)劃；經(jīng)濟增長；城市擴張

城市空間結(jié)構(gòu)是城市研究的核心內(nèi)容。其研究的方向、重點以及研究的深度、廣度隨城市的發(fā)展和空間演化而發(fā)展，從而形成了各個時期不同的研究脈絡(luò)和時代特征[1]。城市空間作為一種對城市經(jīng)濟、社會、環(huán)境發(fā)展所作的全局性、長遠性和綱領(lǐng)性的謀劃，在這種形勢下應(yīng)運而生[2]。隨著城市化腳步的加快，城市空間在原有基礎(chǔ)上擴張成為城市發(fā)展過程中的必然現(xiàn)象[3]。

1 數(shù)據(jù)來源及研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源及預(yù)處理

基于7個時期（2005年、2006年、2007年、2008年、2009年、2010年、2011年）遙感影像，進行幾何校正、坐標(biāo)配準(zhǔn)，并經(jīng)解譯、矢量化處理，提取各時期工業(yè)、居住、服務(wù)等功能用地邊界，作為本文的主要數(shù)據(jù)源。

1.2 研究方法

采用GIS的空間分析方法對重慶城市空間結(jié)構(gòu)、空間形態(tài)、空間動態(tài)擴張進行定量測度。城市空間形態(tài)分析采用緊湊度和多樣性指數(shù)2個形態(tài)特征值進行測算。

1）擴展強度指數(shù)。擴展強度指數(shù)表達式為：

式中， Iue為擴展強度指數(shù)；Δ Uij為j時段第i個研究單元（如某方位或某格網(wǎng)）建成區(qū)擴展數(shù)量；Δ tj為j時段的時間跨度； TLAi為第i個單元土地總面積。為使不同時期城市規(guī)模擴展的速度具有可比性，需要對擴展速度進行標(biāo)準(zhǔn)化處理。本文引入擴展強度指數(shù)來對擴展速度進行修正，以擴展強度指數(shù)來反映城市規(guī)模擴展的強弱和快慢[4]。

2） 緊湊度指數(shù)。緊湊度是衡量空間斑塊完整性和集聚程度的指標(biāo)，是反映城市空間形態(tài)的重要概念[5]。該模型計算過程簡單，便于進行同一城市不同歷史時期形狀的對比和不同城市間的形狀對比。其表達式為：

式中，C為城市的緊湊度；At、Pt分別為第i年城市的面積和周長；C值的范圍在0～l。

3）多樣性指數(shù)。多樣性表達式為：

式中，H為多樣性指數(shù)；Pi為每一種用地類型的用地面積及其在城市總用地的比重。多樣性指數(shù)是用來反映城市空間形態(tài)內(nèi)在特征的指標(biāo)值，特指空間類型的數(shù)目或豐富度[6]。一般來說，多樣性指數(shù)越高，城市穩(wěn)定發(fā)展的特征和抗外界干擾的能力就越強，高多樣性指數(shù)代表城市組織形式的多樣性，具有更強的活力和可持續(xù)發(fā)展能力。

2 結(jié)果與分析

2.1 城市空間結(jié)構(gòu)的動態(tài)演變

在城市內(nèi)部重組與外圍擴張的雙重作用下，2011 年重慶主城城市空間結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出3大特征：①河流、山體等自然要素影響下的片區(qū)結(jié)構(gòu)已基本形成。雖然東部和西部片區(qū)建設(shè)規(guī)模尚小，但“一城五片”的大體格局已然奠定。②多中心的城市體系已初步形成。在解放碑、觀音橋、沙坪壩、南坪和楊家坪5個成熟城市中心基礎(chǔ)上，西永、悅來、龍盛、茶園、龍洲灣、陶家6個市級中心已現(xiàn)雛形。③組團和功能區(qū)有了新發(fā)展，中心城區(qū)內(nèi)的12個組團、2個功能區(qū)的功能和結(jié)構(gòu)趨于完善。總體來看，現(xiàn)行規(guī)劃確定的“一城五片、一主中心十副中心、二十一組團八功能區(qū)”的空間格局已經(jīng)形成。

從歷年數(shù)據(jù)來看，2005年城市建成區(qū)尚集中于中梁山和銅鑼山之間，中梁山以西、銅鑼山以東城市建成區(qū)分布較為零散；至2008年，仍集中于中梁山和銅鑼山之間向北拓展，緩慢向中梁山以西擴張；2009～2010年，在繼續(xù)保持向北拓展的同時，向西拓展開始加速，中梁山和縉云山之間的城市中心、組團、功能區(qū)開始集聚；2011年，表現(xiàn)為北向、西向、東向3個方向的同時拓展，中心城區(qū)以外的城市中心、組團、功能區(qū)均開始發(fā)育。然而，在城市空間演變的同時，構(gòu)成“多中心組團式”城市空間結(jié)構(gòu)的山體、綠地受到“蠶食”，部分片區(qū)、組團出現(xiàn)粘連發(fā)展的趨勢（圖1）。

圖1 2005～2011年城市空間結(jié)構(gòu)演變過程

2.2 城市空間形態(tài)動態(tài)分析

2.2.1 總體分析

緊湊度主要用于度量空間不規(guī)則形狀，可以直接表達空間的形態(tài)特征。一般來說，緊湊度越大，城市越緊湊。據(jù)式（2）計算，2005～2009年城市緊湊度持續(xù)上升，2010年快速下降，2011年又有所上升（圖2）。重慶主城的城市形態(tài)經(jīng)歷了一個從比較緊湊到比較分散的過程。城市空間的疏解與戶籍制度改革、重慶西永綜合保稅區(qū)、兩江新區(qū)落地發(fā)展密切相關(guān)。

圖2 城市緊湊度變化趨勢

多樣性指數(shù)是用來反映城市空間形態(tài)內(nèi)在特征的指標(biāo)值，一般來說，多樣性指數(shù)越高，城市穩(wěn)定發(fā)展的特征和抗外界干擾的能力就越強。據(jù)式（3）計算，自2005年以來，城市空間多樣性指數(shù)呈現(xiàn)持續(xù)增加的趨勢，尤其是2010年以來，城市多樣性指數(shù)呈快速增加態(tài)勢，城市空間形態(tài)的多樣性不斷強化（圖3）。

圖3 城市多樣性指數(shù)變化趨勢

2.2.2 分行政區(qū)分析

各行政區(qū)的緊湊度演變兼具共性和差異性。差異性方面，渝中區(qū)緊湊度指數(shù)最大，并數(shù)倍于其余8區(qū)，表明渝中區(qū)緊湊性最好，而其余8區(qū)尚處于對外擴張的階段，尤以沙坪壩、北碚、巴南3區(qū)，表現(xiàn)為強烈的分散式的蔓延擴展模式。共性方面，各區(qū)在2010年均有一定程度的疏解過程，尤以渝北區(qū)城市空間的疏解最為明顯。分區(qū)緊湊度的不同，與其歷史基礎(chǔ)、地形阻力、發(fā)展慣性、選址偏向等因素相關(guān)，近期則受規(guī)劃和新區(qū)建設(shè)影響明顯（圖4）。

圖4 各行政區(qū)緊湊度變化趨勢

各區(qū)的多樣性指數(shù)呈波動中增長的態(tài)勢。具體至各個區(qū)，渝中區(qū)多樣性指數(shù)最大，這和渝中區(qū)在城市發(fā)展之初即是作為城市的中心商務(wù)區(qū)和中心商業(yè)區(qū)所在，呈現(xiàn)出典型的密集、繁華的城市核心地區(qū)的空間形態(tài)有關(guān)；大渡口區(qū)多樣性指數(shù)最小，這和大渡口區(qū)多年以來依賴重鋼的單一發(fā)展模式相關(guān)，2009年重鋼搬遷，大渡口區(qū)走向轉(zhuǎn)型發(fā)展的新時期，多樣性指數(shù)開始逐步提高（圖5）。

圖5 各行政區(qū)多樣性指數(shù)變化趨勢

2.3 城市空間動態(tài)擴展

2.3.1 總體分析

2005年以來，城市建成區(qū)規(guī)模一直保持快速擴展態(tài)勢，并表現(xiàn)出明顯的階段性特征。①以2010年為分界點，之前城市建成區(qū)規(guī)模均以6%左右的速度擴展，之后則以兩位數(shù)的速率快速擴展。②擴展速度表現(xiàn)出“升-降-升-降”的趨勢，2005～2008年，擴展速度持續(xù)上升，2009年擴展速度趨緩，2010年擴展速度猛增，2011年有所回緩。從擴展強度指數(shù)來看，2005～2010年，城市建成區(qū)規(guī)模擴展持續(xù)增強，尤以2010年表現(xiàn)最為突出，2011年擴展強度盡管有所下降，但仍表現(xiàn)為強勁的空間擴張，如表1。

表1 城市建成區(qū)擴展速度與強度/%

2.3.2 分行政區(qū)分析

2005年以來，除渝中區(qū)因早已實現(xiàn)全域城市化而以城市內(nèi)部更新為主外，其余8區(qū)建成區(qū)均保持較快的向外擴展速度。以行政分區(qū)為對象，自2005年以來，渝北區(qū)建成區(qū)規(guī)模擴張最大，年均增量和年均增速均保持在10%以上，規(guī)模擴張增量和增速均為各行政區(qū)之最；自2008年以來，沙坪壩區(qū)建成區(qū)規(guī)模快速擴張，盡管年均增量和增速仍不達渝北區(qū)，但快速擴張態(tài)勢已明朗化。以時間為對象，2009～2010年各行政區(qū)城市建成區(qū)規(guī)模擴展最為明顯，尤以江北、沙坪壩、南岸、北碚、渝北5區(qū)，建成區(qū)規(guī)模擴展速度均超過10%，成為歷年來城市建成區(qū)規(guī)模變化最大的年份，如表2。

總體來看，城市空間規(guī)?？焖贁U展，但體現(xiàn)在各行政區(qū)中又有明顯的不同，并以江北、沙坪壩、南岸、北碚、渝北5區(qū)擴張最為迅速。分析城市空間擴展的空間差異：①與現(xiàn)行規(guī)劃確定的“內(nèi)環(huán)以北、中梁山以西、銅鑼山以東”的發(fā)展方向有關(guān)；②與新區(qū)建設(shè)和政策推動有關(guān)，包括2010年兩江新區(qū)、西永綜合保稅區(qū)的設(shè)立和建設(shè)。

表2 各行政區(qū)城市建成區(qū)規(guī)模擴展速度變化/%

2.3.3 各向異性分析

為分析城市空間擴展的方向異性，以解放碑為中心，選取適當(dāng)?shù)陌霃绞怪馨麄€城區(qū)，并以東偏北11.25°為起點，分成16個夾角和面積相等的扇形區(qū)域。通過各個扇形不同年份建成區(qū)面積的分析，得出不同年份各扇區(qū)的擴展規(guī)模和擴展強度，有利于分清各個時段建成區(qū)擴展的主導(dǎo)方向。測算結(jié)果表明，2005～2011年間，城市空間除向北擴展為主外，東、西向的擴展亦非常明顯（圖6）。從歷年數(shù)據(jù)來看，2005～2008年期間，城市空間以向北單向擴展為主；2008～2010年期間，向北單向擴展的態(tài)勢被打破，西部也呈擴展趨勢；2010～2011年期間，在繼續(xù)向北、向西擴展的同時，東進態(tài)勢明顯，首次出現(xiàn)“東西并進、強勢北上”的三向拓展?？v觀2005年至今城市空間擴展態(tài)勢，向多向拓展已成為空間發(fā)展的趨勢。

圖6 2005～2011年城市空間各向擴展強度

3 結(jié) 語

總體來看，城市空間結(jié)構(gòu)演化是合理的，具體表現(xiàn)在城市空間形態(tài)越來越經(jīng)濟、城市空間布局結(jié)構(gòu)漸趨完善、城市空間地域特色得到保持、城市空間增長有序擴張。但不合理之處和不良傾向仍客觀存在： ① 用地擴張顯著高于人口增長，且人均建設(shè)用地呈逐年上升，表明在節(jié)約集約用地上仍需強化。②各類型建設(shè)用地發(fā)展不均衡、結(jié)構(gòu)不協(xié)調(diào)，盡管在城市快速增長時期這種現(xiàn)象具有普遍性和客觀性，但仍需引導(dǎo)城市建設(shè)用地的協(xié)調(diào)發(fā)展，逐步做到用地平衡。③嚴(yán)格控制組團隔離帶被占用，杜絕組團之間的粘連趨勢，確?！岸嘀行慕M團式”布局的落實[7]。④強化對地形地貌改造的管控和歷史文化的保護，引導(dǎo)城市建設(shè)與地形地貌、文化特色相一致。

按城市空間結(jié)構(gòu)的演進趨勢，鑒于人口和經(jīng)濟的持續(xù)快速增長，決定了在今后相當(dāng)長一段時間內(nèi)城市空間仍將保持快速擴張；前所未有的政策優(yōu)勢疊加期，決定城市空間高速發(fā)展的長期性，推動城市空間的持續(xù)高速發(fā)展；一批重大項目相繼落地，加速了城市空間的擴張，拉動城市空間形成新格局。以此進行趨勢外推，在當(dāng)前及今后一段時間內(nèi)，重慶城市空間仍將表現(xiàn)為快速擴張的態(tài)勢。

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P237.9

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1672-4623（2015）04-0014-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.04.006

金賢鋒，高級工程師，主要從事城鄉(xiāng)規(guī)劃與3S技術(shù)應(yīng)用。

2014-07-11。

項目來源：國家科技支撐計劃資助項目（2011BAK07B03）；重慶市軟科學(xué)資助項目（cstc2012cx-rkxA00052）。