基于地理國(guó)情數(shù)據(jù)的上海市城區(qū)空間擴(kuò)展分析評(píng)價(jià)

邵鑫

摘 ?要：該文以上海城區(qū)為統(tǒng)計(jì)分析單元，以城市地理國(guó)情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)成果中的城區(qū)邊界數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，結(jié)合上海市常住人口、地區(qū)生產(chǎn)總值等專(zhuān)題數(shù)據(jù)，運(yùn)用上海市城區(qū)擴(kuò)展面積、擴(kuò)展速率、擴(kuò)展強(qiáng)度、分形維數(shù)等多種方法，為上海市城市規(guī)劃、區(qū)域擴(kuò)張發(fā)展提供數(shù)據(jù)支持與決策依據(jù)。

關(guān)鍵詞：地理國(guó)情 ?上海市 ?城區(qū)擴(kuò)展 ?空間分析

中圖分類(lèi)號(hào)：P208 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2019）08（c）-0188-03

為了更好地服務(wù)“上海市城市總體規(guī)劃（2017—2035年）”，充分發(fā)揮地理國(guó)情數(shù)據(jù)成果服務(wù)城市發(fā)展。將城市地理空間數(shù)據(jù)與人口、經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)相結(jié)合，進(jìn)行城區(qū)空間擴(kuò)展分析評(píng)價(jià)，研究城市發(fā)展模式及城市擴(kuò)張形態(tài)，為城市區(qū)域規(guī)劃提供數(shù)據(jù)支持，滿(mǎn)足上海城市建設(shè)的發(fā)展需求。

“上海市城市總體規(guī)劃（2017—2035年）”提出，上海要優(yōu)化城市空間布局，嚴(yán)格控制城市規(guī)模，牢牢守住人口、土地、生態(tài)、安全4條紅線(xiàn)，提高城市治理水平，加強(qiáng)城市精細(xì)化管理，建設(shè)具有自身特色的超大型城市。

城市擴(kuò)張分析研究是以地理空間數(shù)據(jù)和經(jīng)濟(jì)、人文等專(zhuān)題數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，利用相關(guān)模型和指數(shù)等研究方法進(jìn)行綜合統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)合區(qū)域發(fā)展規(guī)劃，對(duì)其空間發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析和研究，揭示其內(nèi)在動(dòng)力，為城市發(fā)展提供數(shù)據(jù)支持與決策依據(jù)。

1 ?研究區(qū)概況

上海市位于太平洋西岸，亞洲大陸東沿，地處120°51′E～122°12′E，30°40′N(xiāo)～31°53′N(xiāo)，是中國(guó)南北海岸中心點(diǎn)，長(zhǎng)江和錢(qián)塘江在此入海。北界長(zhǎng)江，東瀕東海，南臨杭州灣，西接江蘇和浙江兩省，是長(zhǎng)江三角洲沖積平原的一部分。上海目前轄有16個(gè)區(qū)，其中7個(gè)市區(qū)，9個(gè)郊區(qū)。上海是長(zhǎng)三角城市群中的核心城市，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中一直處于龍頭位置，在交通樞紐、資源配置、文化交流和科技創(chuàng)新等方面具有重要的戰(zhàn)略地位。作為中國(guó)發(fā)展最快的城市之一，上海的目標(biāo)是要建設(shè)成具有全球資源配置能力的國(guó)際經(jīng)濟(jì)、金融、貿(mào)易和航運(yùn)中心，成為經(jīng)濟(jì)繁榮、社會(huì)和諧、環(huán)境優(yōu)美的社會(huì)主義現(xiàn)代化國(guó)際大都市，并為建設(shè)具有較強(qiáng)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的長(zhǎng)三角世界級(jí)城市群做出貢獻(xiàn)。

2 ?數(shù)據(jù)及研究方法

城區(qū)空間擴(kuò)展分析數(shù)據(jù)源主要包括上海市2000年、2005年、2010年、2015年與2018年5個(gè)年度的城市地理國(guó)情監(jiān)測(cè)成果數(shù)據(jù)以及歷年的上海市統(tǒng)計(jì)年鑒人口數(shù)據(jù)、GDP經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)。利用地理空間數(shù)據(jù)及人口、GDP等專(zhuān)題數(shù)據(jù)進(jìn)行建模及指數(shù)分析，對(duì)上海市城區(qū)空間擴(kuò)展進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

采取的主要統(tǒng)計(jì)方法如下。

（1）城區(qū)擴(kuò)展速率。

指在某一段時(shí)間內(nèi)的城區(qū)面積的增長(zhǎng)速度。

Vi=?Uij/?tj ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

式中：Vi為城市擴(kuò)展速度;?Uij為j時(shí)段第i個(gè)研究單元城區(qū)擴(kuò)展面積;Δtj為j時(shí)段的時(shí)間跨度。

（2）擴(kuò)展強(qiáng)度分析。

指某一時(shí)間段內(nèi)城區(qū)面積相對(duì)于基期城區(qū)的年擴(kuò)展比例，表示單位時(shí)間內(nèi)城區(qū)擴(kuò)展快慢的差異性。

Ni=?Uij/?tj×Mj×100% ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

式中：Ni為城市擴(kuò)展強(qiáng)度;?Uij為j時(shí)段第i個(gè)研究單元城區(qū)擴(kuò)展面積;?tj為j時(shí)段的時(shí)間跨度;Mj為j時(shí)段初期第i個(gè)單元城區(qū)總面積。

（3）分形維數(shù)分析。

指利用城市空間形態(tài)不規(guī)則的程度，反映城市發(fā)展的階段與狀態(tài)。

St=2ln（Pt/4）/ln（At） ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （3）

式中，St為t時(shí)期城市斑塊的分形維數(shù);At、Pt分別是t時(shí)期城市斑塊的面積和周長(zhǎng)。

（4）地均人口分析。

B=P/A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（4）

式中：P為市轄區(qū)常住人口數(shù);A為城區(qū)面積。

（5）地均GDP分析。

G=Qi/Ai ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （5）

式中：Qi為市轄區(qū)地區(qū)生產(chǎn)總值;Ai為城區(qū)面積。

3 ?城區(qū)空間擴(kuò)展分析

3.1 擴(kuò)展面積及速率分析

如圖1所示，上海市的城區(qū)面積逐年增長(zhǎng)，2000—2015年上海市的城區(qū)面積擴(kuò)展速率較快，處于快速建設(shè)時(shí)期，其中，2000—2005年間的擴(kuò)展速率為58km2/年，2005—2010年間的擴(kuò)展速率為59km2/年。2010—2015年，城市化建設(shè)速度有所放緩，擴(kuò)展速率為35km2/年。2015—2018年隨著上海嚴(yán)控城市規(guī)模，控制建設(shè)用地規(guī)模，優(yōu)化用地結(jié)構(gòu)，城區(qū)擴(kuò)展速率進(jìn)一步降低，僅為17km2/年。

從城區(qū)面積來(lái)看，2000—2018年間上海的城區(qū)面積增加約800km2，2018年的城區(qū)面積約為2000年城區(qū)面積的2倍。

3.2 空間擴(kuò)展強(qiáng)度分析

3.2.1 八方位擴(kuò)展強(qiáng)度分析

以上海市城區(qū)質(zhì)心為原點(diǎn)，將城區(qū)劃分為8個(gè)夾角相同且面積相同的扇形，按年份對(duì)城區(qū)八方位面積進(jìn)行擴(kuò)展強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)分析。2000—2018年的城區(qū)八方位擴(kuò)展強(qiáng)度圖反映了各方位城區(qū)建設(shè)快慢，可對(duì)城區(qū)擴(kuò)展的變化趨勢(shì)進(jìn)行較為直觀的展示，如圖2所示。

上海市在不同時(shí)期內(nèi)城區(qū)內(nèi)部發(fā)展較不均衡。歷年數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，2000—2018年上海城區(qū)在東南、正西等區(qū)域城區(qū)擴(kuò)展強(qiáng)度較高，與上海市兩大綜合交通樞紐虹橋國(guó)際機(jī)場(chǎng)、浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)空間位置相吻合，符合城市大型交通樞紐周?chē)夯ㄔO(shè)發(fā)展的規(guī)劃特點(diǎn)，而東北、正北地區(qū)無(wú)明顯的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)與城市發(fā)展特色，擴(kuò)展強(qiáng)度較弱。根據(jù)城區(qū)擴(kuò)展強(qiáng)度八方圖來(lái)看，上海城市快速擴(kuò)展的階段主要集中在2015年之前，2015年之后隨著上海市著力于控制城市規(guī)模，城市定位逐步向人文之城、生態(tài)之城轉(zhuǎn)向，更加注重于城市精細(xì)化管理，城區(qū)外延性擴(kuò)展逐漸減弱。

3.2.2 分形維數(shù)分析

針對(duì)上海市城市邊界空間形態(tài)，利用分形維數(shù)方法對(duì)歷年城區(qū)形態(tài)進(jìn)行量化統(tǒng)計(jì)，評(píng)價(jià)其形態(tài)結(jié)構(gòu)變化。其中，若分形維數(shù)小于1.5時(shí)，說(shuō)明該圖形趨向于簡(jiǎn)單;大于1.5時(shí)，圖形更為復(fù)雜，越接近于1.5，穩(wěn)定性越差。

分形維數(shù)歷年數(shù)值變化可以反映兩種城區(qū)擴(kuò)展情況。分形維數(shù)數(shù)值增長(zhǎng)，城市空間形態(tài)不規(guī)則的程度增加，則反映在這一時(shí)期內(nèi)城區(qū)面積的增加以外部擴(kuò)展為主;形維數(shù)數(shù)值減少，城市間形態(tài)的不規(guī)則程度下降，說(shuō)明城市城區(qū)面積的增加是以城區(qū)內(nèi)部填充為主。

通過(guò)表1可以看出，2005—2010年，上海市城區(qū)分形維數(shù)由1.41增加到1.475，增加明顯，該階段城區(qū)發(fā)展主要以外延式擴(kuò)張為主。而2010年之后，上海城區(qū)的分形維數(shù)維持在1.45～1.48，呈逐年遞減趨勢(shì)。分形維數(shù)遞減說(shuō)明城市發(fā)展逐步從外延式擴(kuò)張轉(zhuǎn)向?yàn)閮?nèi)部填充、城區(qū)改造為主的城區(qū)發(fā)展模式，城區(qū)邊界逐漸規(guī)整，用地緊湊節(jié)約。

3.3 城區(qū)擴(kuò)展與人口、經(jīng)濟(jì)關(guān)聯(lián)性分析

人口規(guī)模是城市擴(kuò)張發(fā)展的重要影響因素，人口的流入、流出情況直接影響著城市的建設(shè)與規(guī)劃決策。上海為人口流入型城市，外來(lái)人口多，2018年統(tǒng)計(jì)年鑒中常住人口數(shù)據(jù)為2418.33萬(wàn)人，相比于2000年的1608.6萬(wàn)人，增加了50.3%。隨著人口的增長(zhǎng)，道路與交通設(shè)施建設(shè)用地與公共服務(wù)設(shè)施用地等與居民生活息息相關(guān)的建設(shè)用地明顯增加。模型分析了城區(qū)面積與地均常住人口數(shù)的相關(guān)系數(shù)，得出城區(qū)面積與地均常駐人口呈典型的二元強(qiáng)負(fù)相關(guān)性，R2為-0.998。

GDP為驅(qū)動(dòng)城區(qū)建設(shè)擴(kuò)展的另一重要影響因素（見(jiàn)圖3）。2018年上海市生產(chǎn)總值為30632.99億元，2000年為4812.15億元，2018年的生產(chǎn)總值是2000年的6.4倍，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)顯著。2005—2010年，上海市GDP穩(wěn)步增長(zhǎng)，2015年后GDP增長(zhǎng)率呈現(xiàn)穩(wěn)中有緩，與八方位強(qiáng)度擴(kuò)展趨勢(shì)相吻合。地均GDP與城區(qū)面積相關(guān)性模型結(jié)果得出，二者間呈現(xiàn)二元強(qiáng)正相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)R2為0.989。

4 ?結(jié)語(yǔ)

上海市城區(qū)擴(kuò)展分析評(píng)價(jià)是監(jiān)測(cè)上海市城市地理國(guó)情監(jiān)測(cè)的內(nèi)容之一。在地理國(guó)情成果數(shù)據(jù)、人口數(shù)據(jù)、GDP經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，多維度分析上海市城區(qū)擴(kuò)展趨勢(shì)。從統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果來(lái)看，上海市的城區(qū)擴(kuò)展速率呈現(xiàn)“先快速、后平穩(wěn)放緩”的趨勢(shì)。擴(kuò)展強(qiáng)度受城市規(guī)劃、區(qū)域定位發(fā)展、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、交通設(shè)施等諸多原因的影響下，東南、西等方向擴(kuò)展強(qiáng)度增加明顯，東北、正北方位增長(zhǎng)緩慢，具有明顯的空間特征和方位性。從分形維數(shù)分析結(jié)果來(lái)看，自2005年以來(lái)，城區(qū)空間形態(tài)呈現(xiàn)先增加、后減少的趨勢(shì)，基本反映了上海市這一時(shí)期城市處于快速擴(kuò)展階段，而后隨著上海市嚴(yán)控城市發(fā)展規(guī)模、守住4條紅線(xiàn)的發(fā)展目標(biāo)，城市擴(kuò)展趨于穩(wěn)定，城市空間形態(tài)以?xún)?nèi)部填充為主，城市規(guī)劃逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橄蚓用裉峁└孢m、更美好的民生環(huán)境為服務(wù)目標(biāo)。

同時(shí)，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口布局方面，受長(zhǎng)三角城市群協(xié)同發(fā)展和國(guó)家政策的支持，經(jīng)濟(jì)發(fā)展突飛猛進(jìn)。至2018年，人口規(guī)模與GDP水平均有跨越性的提高，兩者促進(jìn)了上海市的城市快速發(fā)展，與城區(qū)面積擴(kuò)展具有強(qiáng)相關(guān)性，對(duì)城區(qū)擴(kuò)展產(chǎn)生了較強(qiáng)的拉動(dòng)作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 佚名.《上海市城市總體規(guī)劃（2017—2035年）》的創(chuàng)新實(shí)踐[J].城鄉(xiāng)規(guī)劃，2019（1）：94-105.

[2] 王小攀，劉建，張斌，等.基于地理國(guó)情數(shù)據(jù)的重慶兩江新區(qū)建成區(qū)空間擴(kuò)張分析[J].北京測(cè)繪，2019，33（1）：40-44.

[3] 王淼，林靜靜，劉博文.基于地理國(guó)情監(jiān)測(cè)的城市空間擴(kuò)展分析——以北京市中心城區(qū)為例[J].北京測(cè)繪，2018，32（9）：1041-1045.

[4] 王學(xué)文，肖純楨.論地理國(guó)情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)特點(diǎn)與分析利用方法[J].江西測(cè)繪，2018（3）：49-50，57.

[5] 吳正鵬，隋克林，楊媛.基于地理國(guó)情數(shù)據(jù)的天津?yàn)I海新區(qū)建成區(qū)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)[J].城市勘測(cè)，2016（6）：14-17.

[6] 李德仁，丁霖，邵振峰.關(guān)于地理國(guó)情監(jiān)測(cè)若干問(wèn)題的思考[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)：信息科學(xué)版，2016，41（2）：143-147.

[7] 徐進(jìn)勇，張?jiān)鱿椋w曉麗，等.近40年珠江三角洲主要城市時(shí)空擴(kuò)展特征及驅(qū)動(dòng)力分析[J].北京大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2015，51（6）：1119-1131.

[8] 付治河.基于地理國(guó)情監(jiān)測(cè)的城市擴(kuò)張分析研究[J].測(cè)繪通報(bào)，2013（3）：98-101.

[9] 呂安民，李成名，林宗堅(jiān)，等.中國(guó)省級(jí)人口增長(zhǎng)率及其空間關(guān)聯(lián)分析[J].地理學(xué)報(bào)，2002（2）：143-150.

[10] 劉盛和.城市土地利用擴(kuò)展的空間模式與動(dòng)力機(jī)制[J].地理科學(xué)進(jìn)展，2002（1）：43-50.