基于多源遙感數(shù)據(jù)的雄安新區(qū)近40年城鎮(zhèn)擴(kuò)展分析

孫禧勇 苗菁 于航 殷亞秋 王亞娟

摘 要：為研究雄安新區(qū)近40年城鎮(zhèn)擴(kuò)展變化，分析其發(fā)展重心所在，以不同時段衛(wèi)星遙感圖像為數(shù)據(jù)源，利用GIS對研究區(qū)近40年來城鎮(zhèn)擴(kuò)展變化進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：近40年來，雄安三縣城鎮(zhèn)用地面積在70年代末至80年代末均屬于低速擴(kuò)張型；80年代末至21世紀(jì)初屬于中速及高速擴(kuò)展型；21世紀(jì)初至2006年為中速及快速擴(kuò)張型；2006年至2014年屬于緩慢及低速擴(kuò)張型。70年代末—2014年三縣發(fā)展空間上彼此集聚趨勢明顯，且都向東北部即北京市、天津市方向發(fā)展，突出北京市、天津市集聚效應(yīng)；發(fā)展模式上，先是沿著主城區(qū)向外發(fā)展，后期呈現(xiàn)填充式及星狀式發(fā)展。

關(guān)鍵詞：多源遙感；城鎮(zhèn)擴(kuò)展；空間分析

中圖分類號：F293.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-0037（2018）2-22-5

Abstract： In order to understand the urban expansion change of Xiong'an new area in the recent 40 years and its development focus， taking the satellite remote sensing images in different periods as the data source， the change of urban expansion in the last 40 years was analyzed by GIS. The results showed that over the past 40 years， the land areas in three countries of Xiong'an from the end of 70s to the end of 80s belonged to low speed expansion； from the end of 80s to early twenty-first century medium and high speed expansion； from the beginning of twenty-first Century to 2006 medium and fast expansion； and from 2006 to 2014 slow and low speed expansion. From the end of 70s to 2014， the development trend of the three counties on the spatial agglomeration is obvious， and they all develop toward the northeast， that is， Beijing and Tianjin， and highlight the agglomeration effects of Beijing and Tianjin. In the mode of development， at first， it develops along the main urban area， and in the latter period it shows filling and star shaped development.

Key words： multi-source remote sensing； urban expansion； spatial analysis

城鎮(zhèn)擴(kuò)展引起城市空間結(jié)構(gòu)的變化是城市化在空間上最直觀的表現(xiàn)，研究空間結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化，有助于了解城市擴(kuò)展的驅(qū)動因素、機制和規(guī)律，對合理地進(jìn)行城市規(guī)劃，促進(jìn)城市可持續(xù)發(fā)展有著重要的意義[1]。城鎮(zhèn)用地擴(kuò)展主要與城市的地理位置、地質(zhì)條件、地貌狀況、城市的綜合實力、城市類型有關(guān)[2]。隨著我國城市化進(jìn)程的加快，城市發(fā)展進(jìn)入一個加速期，其中一個基本特征就是城市空間的急劇擴(kuò)張。城市擴(kuò)展是城鎮(zhèn)化進(jìn)程在地域空間上的一個體現(xiàn)[3]，是衡量城市化水平的主要測度指標(biāo)之一[4]。雄安新區(qū)作為繼深圳經(jīng)濟(jì)特區(qū)和上海浦東新區(qū)之后又一具有全國意義的新區(qū)，通過對雄安新區(qū)近30多年來城鎮(zhèn)擴(kuò)張變化分析，了解其發(fā)展重心所在，從生態(tài)保護(hù)與建設(shè)協(xié)調(diào)發(fā)展的角度出發(fā)，進(jìn)一步改善規(guī)劃方案、合理配置城鎮(zhèn)用地。

1 研究區(qū)背景

雄安新區(qū)為中共中央、國務(wù)院于2017年4月1日設(shè)立的國家級新區(qū)，地處北京、天津、保定腹地，北距首都108千米，東距天津100千米，西距保定70千米。規(guī)劃范圍涵蓋河北省雄縣、容城、安新等3個小縣及周邊區(qū)域，如圖1所示。地貌含有沖洪積平原、沖積平原及沖湖積平原，地質(zhì)類型均為第四紀(jì)，第四紀(jì)堆積區(qū)土壤、水分等條件有利于人類生產(chǎn)生活，如圖2所示，其各類型所占面積統(tǒng)計如圖3所示。濕地類型包含河流濕地及湖泊濕地，分別為易水河、龍泉河及白洋淀，雄縣東部部分出現(xiàn)荒漠化，表現(xiàn)為風(fēng)蝕類型，如圖4所示。

2 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

本研究所采用的五期雄安新區(qū)城鎮(zhèn)擴(kuò)展遙感影像解譯數(shù)據(jù)分別來源于20世紀(jì)70年代末的MSS衛(wèi)星數(shù)據(jù)、20世紀(jì)80年代末的TM衛(wèi)星數(shù)據(jù)、21世紀(jì)初的ETM衛(wèi)星數(shù)據(jù)、2006年的中巴衛(wèi)星數(shù)據(jù)及2014年的高分一號衛(wèi)星數(shù)據(jù)。本研究通過屏幕矢量化方法獲取各種空間數(shù)據(jù)，對比谷歌影像對不同時期遙感影像進(jìn)行城鎮(zhèn)面積的解譯，解譯和勾繪在Arcmap系統(tǒng)中進(jìn)行，在目視解譯的基礎(chǔ)上建立研究區(qū)內(nèi)不同時期城鎮(zhèn)用地擴(kuò)展數(shù)據(jù)庫。通過解譯獲取20世紀(jì)70年代末至2014年不同時期雄安新區(qū)主要城鎮(zhèn)用地空間擴(kuò)張數(shù)據(jù)。

3 城鎮(zhèn)用地擴(kuò)展分析

經(jīng)對不同時期城鎮(zhèn)面積解譯分析，獲取容城縣、安新縣及雄縣主城區(qū)面積變化情況。雄安新區(qū)不同時期城鎮(zhèn)面積擴(kuò)展動態(tài)變化情況分別如圖5所示，其擴(kuò)展數(shù)據(jù)變化情況及城鎮(zhèn)所占不同地貌面積變化情況分別如表1、表2所示。

由表1可知，研究區(qū)三縣主城區(qū)城鎮(zhèn)面積在20世紀(jì)70年代末至2014年一直處于快速增長的狀態(tài)，其中20世紀(jì)80年代末至21世紀(jì)初城鎮(zhèn)增長速率最大，21世紀(jì)初至2014年，增長速率逐漸緩和。由表2可知，容城縣20世紀(jì)70年代末至2014年城鎮(zhèn)地貌類型均為沖洪積平原；安新縣主要地貌類型為沖湖積平原，21世紀(jì)初至2014年沖洪積平原城鎮(zhèn)面積有所擴(kuò)展，且21世紀(jì)初至2006年擴(kuò)展面積最大；雄縣主要地貌類型為沖洪積平原，21世紀(jì)初至2014年間沖湖積平原城鎮(zhèn)面積有較大擴(kuò)展。

3.1 城鎮(zhèn)用地擴(kuò)張強度分析

城鎮(zhèn)用地擴(kuò)張強度表示在單位時間（一般為年）內(nèi)土地面積變化的幅度，其計算公式[5]如公式（1）所示：

在式中：K為城鎮(zhèn)用地的年均變化率；[Ua]為研究期初城鎮(zhèn)用地的面積；[Ub]為研究期末城鎮(zhèn)用地的面積；t為研究時段，一般定義為年。根據(jù)分類數(shù)據(jù)和城鎮(zhèn)用地擴(kuò)張速度模型，計算結(jié)果如表3所示。

從雄安三縣不同時期城鎮(zhèn)面積擴(kuò)展圖表來看，研究區(qū)城鎮(zhèn)用地擴(kuò)張較快，其3個縣轄區(qū)總面積從20世紀(jì)70年代末的5.77km2擴(kuò)張至2014年的84.04km2，年均擴(kuò)張2.30km2，擴(kuò)張強度達(dá)39.90%。容城縣、安新縣、雄縣80年代末至2000年城鎮(zhèn)擴(kuò)展速度最快，將2014年與70年代末相比，容城縣城鎮(zhèn)擴(kuò)展強度最大（49.37%），雄縣擴(kuò)展強度最小（38.00%），但是雄縣的城鎮(zhèn)面積相比最大。依據(jù)樊勇、李曉文等的研究，將城鎮(zhèn)擴(kuò)張分為5種類型：緩慢擴(kuò)張型（K≤5）、低速擴(kuò)張型（525）[6-7]。如表2所示，70年代末至80年代末雄安三縣均屬于低速擴(kuò)張型，縣域城鎮(zhèn)用地增加了2.38km2，占整個時間段的29.4%，容城縣擴(kuò)張面積大于雄縣與安新縣擴(kuò)張面積；80年代末至21世紀(jì)初容城縣及安新縣屬于高速擴(kuò)張型，雄縣為中速擴(kuò)張型，縣域城鎮(zhèn)用地增加了20.41km2，占整個時間段的29.4%，其擴(kuò)張強度均大大增加，安新縣高達(dá)42.22%；21世紀(jì)初至2006年容城縣及安新縣屬于中速擴(kuò)張型，雄縣為快速擴(kuò)張型，縣域城鎮(zhèn)用地增加了27.58km2，占整個時間段的17.6%；2006年至2014年安新縣屬于緩慢擴(kuò)張型，榮城縣及雄縣屬于低速擴(kuò)張型，縣域城鎮(zhèn)用地增加了27.9km2，占整個時間段的23.5%。

可見，隨著研究區(qū)社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，其城鎮(zhèn)用地擴(kuò)張不斷加快，但也受地質(zhì)條件、社會經(jīng)濟(jì)等因素的影響，以至2006年至2014年擴(kuò)張強度有所緩和。

3.2 城市擴(kuò)展空間分析

城市建設(shè)用地的擴(kuò)張本質(zhì)上是城市中心城區(qū)的擴(kuò)張，即現(xiàn)狀城鎮(zhèn)區(qū)域的擴(kuò)張。現(xiàn)狀城鎮(zhèn)區(qū)域的面積變化可以反映出城市建設(shè)用地的整體變化情況[8]。為尋找30多年來雄安新區(qū)范圍內(nèi)城鎮(zhèn)建設(shè)中心移動的規(guī)律，利用空間變化指數(shù)中的土地資源中心計算模型，建立城鎮(zhèn)建設(shè)中心計算模型[9-10]，如公式（2）（3）所示。

式中，Xt、Yt分別為第t年城鎮(zhèn)建設(shè)中心的經(jīng)緯度坐標(biāo)，Cti為第t年第i個城鎮(zhèn)斑塊的面積，Xi、Yi表示第i個城鎮(zhèn)斑塊中心的經(jīng)緯度坐標(biāo)，Ct為第t年的城鎮(zhèn)總面積。

其中雄安新區(qū)各縣不同時期中心點及三縣重心點如圖6所示。由圖可知，在空間上，雄安新區(qū)三縣20世紀(jì)70年代末至2014年彼此集聚趨勢明顯，且都向東北部即北京市、天津市方向發(fā)展，顯示出北京市、天津市集聚效應(yīng)突出。

為探究道路的發(fā)展是否對城鎮(zhèn)的發(fā)展產(chǎn)生一定影響，現(xiàn)將70年代末至2014年道路對照谷歌及百度地圖進(jìn)行道路數(shù)據(jù)的解譯，包括省干線、國家干線、高速及鐵路等。通過解譯獲取70年代末至2014年不同時期雄安新區(qū)道路擴(kuò)展變化數(shù)據(jù)，結(jié)果如圖7所示。

不同顏色代表不同時期道路情況及新增道路數(shù)量，則70年代末至2014年道路新增情況如表4所示，不同時期不同地貌交通設(shè)施統(tǒng)計如表5所示。其中省干線在2006至2014年有所增加，增長率達(dá)151.2%；國家干線長度不變；80年代末至21世紀(jì)初開始建設(shè)有高速公路，2006至2014年再次新增高速里長為35.73千米；2006年之后開始新增鐵路，至2014年新增鐵路長度為54.06千米。由表5可知，地貌為沖積平原的交通統(tǒng)計不變，地貌為沖洪積平原及沖湖積平原的交通設(shè)施均大幅增加。

80年代末至2006年，研究區(qū)高速公路得到發(fā)展，其城鎮(zhèn)擴(kuò)張也均為中速、快速及高速擴(kuò)張型；2006年至2014年鐵路及高速均得到發(fā)展，但由于受距離、地質(zhì)條件及社會經(jīng)濟(jì)等因素的影響，城鎮(zhèn)擴(kuò)張卻趨于緩和。

3.3 城鎮(zhèn)擴(kuò)展模式分析

在擴(kuò)展模式上，雄安新區(qū)范圍內(nèi)所包含的容城縣、安新縣及雄縣在70年代末至2014年，向各個空間方位均有所擴(kuò)展，表現(xiàn)出不同程度的擴(kuò)展。在擴(kuò)展模式上，主城區(qū)先是沿著老城區(qū)向外擴(kuò)散式發(fā)展，其中容城縣70年代末至21世紀(jì)初表現(xiàn)最為明顯，安新縣80年代末至21世紀(jì)初填充式發(fā)展較為明顯，后期均逐步與鄉(xiāng)鎮(zhèn)連成一片，形成新的擴(kuò)展中心，雄縣則主要表現(xiàn)為向除北方向外的星狀發(fā)展。三縣總體發(fā)展方向趨于向北京、天津方向聚集。

4 結(jié)論與討論

本研究通過對雄安新區(qū)容城縣、安新縣及雄縣70年代末至2014年城鎮(zhèn)及道路的解譯，獲得了其在40年來的擴(kuò)展變化及城鎮(zhèn)發(fā)展方向。80年代末至2006年，研究區(qū)高速公路得到發(fā)展，其城鎮(zhèn)擴(kuò)張也均為中速、快速及高速擴(kuò)張型；2006年至2014年鐵路得到發(fā)展，但由于受距離、地質(zhì)條件及社會經(jīng)濟(jì)等因素的影響，城鎮(zhèn)擴(kuò)張趨于緩和，對于道路的發(fā)展是如何影響城鎮(zhèn)擴(kuò)張還有待進(jìn)一步研究?？傮w上，雄安三縣在70年代末至2014年城鎮(zhèn)向東北部即北京市、天津市方向發(fā)展，突出北京市、天津市集聚效應(yīng)。由于本文只是對該地區(qū)城鎮(zhèn)及道路的擴(kuò)展變化進(jìn)行了描述，對于研究區(qū)道路的發(fā)展對城鎮(zhèn)擴(kuò)展的影響尚未指出，下一步將對此及以后的發(fā)展過程中如何把城鎮(zhèn)擴(kuò)張的安全格局考慮進(jìn)去做出研究，為土地利用的規(guī)劃提供進(jìn)一步的參考。

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