城市建設(shè)用地動態(tài)變化及時空演變特征分析
——以合肥市包河區(qū)為例

張思喬，王晨光

（1.安徽建筑大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，安徽 合肥 230601；2.聊城市人民醫(yī)院信息科，山東 聊城 252000）

0 前言

城市作為區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的核心區(qū)，其土地利用變化對區(qū)域整體用地效益的提升具有至關(guān)重要的作用[1]。城市化的外延發(fā)展過程，在一定程度上反映了城市用地規(guī)模呈擴(kuò)大趨勢[2]。隨著中國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和城市快速工業(yè)化進(jìn)程，尤其是城市地區(qū)土地利用類型不斷變化，城區(qū)成為土地利用變化的研究熱點之一[3][4]。中國目前城市建設(shè)用地變化的研究主要有2類：①基于測繪調(diào)查統(tǒng)計與專家評價的經(jīng)驗主義；②基于遙感影像，其實時監(jiān)測的特點提供了強(qiáng)大有效的數(shù)據(jù)支撐。但在以往的城市建設(shè)用地研究區(qū)域的選擇上主要針對熱點區(qū)域[5]，例如深圳[6][7]、上海[8]、南京[9]等城市，合肥作為我國重大發(fā)展戰(zhàn)略地區(qū)及長三角城市群的副中心城市，其城市建設(shè)用地方面的研究較為匱乏，并且大多基于測繪調(diào)查統(tǒng)計數(shù)據(jù)[10][11]。本文以2014年-2018年Landsat8數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用遙感（RS）和地理信息系統(tǒng)等技術(shù)，對合肥市包河區(qū)建設(shè)用進(jìn)行地動態(tài)變化分析。

1 數(shù)據(jù)與研究方法

1.1 研究數(shù)據(jù)

1.1.1 研究范圍

研究區(qū)域為合肥市包河區(qū)，位于合肥市東南方向，全區(qū)面積340k㎡，是合肥市各城區(qū)中面積第一大區(qū)，人口第一大區(qū)。近年來在科研、金融等多個領(lǐng)域發(fā)展迅速，成為合肥市較為繁華的區(qū)域。作為典型快速發(fā)展的城鎮(zhèn)區(qū)域，承擔(dān)著合肥市都市圈較多的功能，因此選擇該區(qū)域為研究對象。

圖1 合肥市區(qū)位圖

1.1.2 研究數(shù)據(jù)

美國NASA的陸地衛(wèi)星計劃（Landsat）于1972年至今發(fā)射了8顆衛(wèi)星，Landsat8于2013年發(fā)射，Landsat8相較于之前的系列衛(wèi)星獲取的遙感影像較為清晰，因此目前一般通過Landsat8獲取影像。其攜帶有OLI陸地成像儀和TIRS熱外傳感器可以獲取11個波段的信息，不同波段顯示不同的信息。本研究使用2014年5月及2018年5月Landsat8 OLI的遙感影像。在GIS中通過光譜分析及數(shù)字圖像處理獲取建設(shè)用地信息。為了保證影像質(zhì)量，下載的影像數(shù)據(jù)云量控制在10%以下。

1.2 研究方法

1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)差橢圓

通過一組地理要素在x和y方向上的空間分布情況，進(jìn)而定義所有要素分布在一個可形象表示的橢圓，它可以識別一組數(shù)據(jù)的方向以及分布的趨勢。其方法是通過所有要素的平均中心和分布距離等要素信息，計算出橢圓的長短半軸、方差和標(biāo)準(zhǔn)差的橢圓[12]。標(biāo)準(zhǔn)差橢圓的形式為：

圖2 2014年包河區(qū)遙感影像

圖3 2015年包河區(qū)遙感影像

x軸和y軸的標(biāo)準(zhǔn)差為：

1.2.2 平均中心

平均中心是一個根據(jù)輸入要素質(zhì)心的平均x和y值構(gòu)造的點。

其中，xi和yi是要素i的坐標(biāo)；n為要素總數(shù)。加權(quán)平均中心擴(kuò)展為

2 結(jié)果與討論

2.1 空間布局變化

合肥市2014年及2018年城市建設(shè)用地識別如圖4、5所示，明顯看出2018年相對于2014年，城市建設(shè)用地大量增加，呈現(xiàn)出全面擴(kuò)張的趨勢，尤其是包河區(qū)東側(cè)及沿巢湖沿岸區(qū)域增加明顯。增長類型有居住、醫(yī)療、行政辦公多個領(lǐng)域。原因在于2006年濱湖新區(qū)正式啟動建設(shè)，并于2014年成立了濱湖新區(qū)建設(shè)管理委員會，在此期間，吸納了更多的城市功能聚集，濱湖新區(qū)快速發(fā)展，城市建設(shè)用地也在短時間內(nèi)急速擴(kuò)張。

圖5 包河區(qū)2018年城市建設(shè)用地識別

2.2 建設(shè)用地動態(tài)變化度量

經(jīng)統(tǒng)計，合肥市2014年至2018年城市建設(shè)用地變化主要分為三類，分別為“消失”建設(shè)用地、未變化用地及新增建設(shè)用地，如圖6所示。其中，2014年～2018年新增建設(shè)用地為74.5km2；2014年～2018年“消失”建設(shè)用地11.5km2；2014年～2018年未變化建設(shè)用地154.5km2，在四年內(nèi)2018年的建設(shè)用地相比于2014年的建設(shè)用地增加了62.9%，平均每年以15.7%速度增長，增長數(shù)量巨大。在區(qū)位上，包河區(qū)建設(shè)用地整體發(fā)展水平均衡，建設(shè)用地增長區(qū)域在整體區(qū)位中分布較為平均。2014年～2018年“消失”建設(shè)用地多轉(zhuǎn)變?yōu)楣珗@綠地、生態(tài)綠地及防護(hù)綠地，例如，濱湖塘西河公園的建設(shè)。整體來說，2014年～2018年城市建設(shè)用地增長速度加快，整體建設(shè)水平均衡。

圖6 包河區(qū)2014年-2018年城市建設(shè)用地變化

2.3 空間變化規(guī)律與特征

為了更好的展示包河區(qū)2014年～2018年建設(shè)用地空間變化的規(guī)律及分布特征，本研究運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)差橢圓對2014年～2018年建設(shè)用地空間變化進(jìn)行分析。其中，長半軸代表包河區(qū)建設(shè)用地標(biāo)準(zhǔn)差橢圓的分布方向，短半軸代表包河區(qū)建設(shè)用的主要分布范圍。長半軸越長說明建設(shè)用地的分布具有明顯的方向性，短半軸越短說明建設(shè)用地的分布具有聚合力。短半軸與長半軸越接近表示要素沒有任何分布特征。如圖7所示，2014年的標(biāo)準(zhǔn)差橢圓長軸距離為8.4km，短軸為6.2km，長短軸差為2.1km；2018年的標(biāo)準(zhǔn)差橢圓長軸的距離為9km，短軸為5.3km，長短軸差為3.7km，2018年長短軸差增長明顯，長軸增加，短軸變短，說明2018年建設(shè)用地分布更具有聚合力，發(fā)展的方向性更為明確。同2014年相比，包河區(qū)城市建設(shè)用地發(fā)展方向由南北方轉(zhuǎn)變?yōu)槲髂现翓|北方向，建設(shè)的重點主要集中在濱湖新區(qū)。

圖7 2014年～2018年建設(shè)用地標(biāo)準(zhǔn)差橢圓

為了更加深入地包河區(qū)不同時期城市建設(shè)用地在空間上的演變規(guī)律，采用平均中心分析法計算得出建設(shè)用地中心的化軌跡，如圖8所示。2014年至2018年，包河區(qū)建設(shè)用地平均中心向東南方向偏移。

圖8 2014年及2018年建設(shè)用地平均中心

2.4 包河區(qū)發(fā)展驅(qū)動力

合肥市建設(shè)用地變化驅(qū)動力主要有以下幾個方面。

①政府宏觀決策。合肥市濱湖新區(qū)是合肥市“1331”城市空間發(fā)展規(guī)劃的重要組成部分。大湖名城、創(chuàng)新高地”的戰(zhàn)略定位，重點打造節(jié)約集約用地、城市生態(tài)建設(shè)2個示范區(qū)，營造交通、生態(tài)、醫(yī)療、教育、購物和休閑“六個環(huán)境”，構(gòu)建區(qū)域性金融商務(wù)、行政辦公、文體旅游、生活服務(wù)、研發(fā)創(chuàng)意和要素交易等“六大中心”。濱湖新區(qū)的大力建設(shè)使包河區(qū)的建設(shè)中心向西南方向偏移。

②道路交通的發(fā)展。2014年濱湖新區(qū)交通道路有限，隨著發(fā)展重點的轉(zhuǎn)移，截止2017年濱湖新區(qū)已建成市政道路166.5km，路網(wǎng)圍合面積超42k㎡，區(qū)內(nèi)建成“六橫六縱”的主干路網(wǎng)[13]，路網(wǎng)密布，交通便捷。2016年軌道交通1號線的開通，高鐵南站的運(yùn)行，加快了該地區(qū)的發(fā)展。

③地理環(huán)境條件優(yōu)越。濱湖新區(qū)位于巢湖北側(cè)，是融入長三角發(fā)揮的門戶，濱湖新區(qū)的建設(shè)能使合肥市建設(shè)成為真正意義上的濱湖城市，更適合該地區(qū)的發(fā)展。

3 結(jié)論

現(xiàn)階段城市快速發(fā)展，城市建設(shè)用地逐年增長，隨之而來的是對城市管理的新挑戰(zhàn)。運(yùn)用遙感圖像處理和分析，獲取城市建設(shè)用地的擴(kuò)展情況為城市土地管理提供了新的思路。本研究基于2014年及2018年合肥市包河區(qū)遙感圖像，通過遙感影像處理和分析，獲取了包河區(qū)4年內(nèi)建設(shè)用地的擴(kuò)展情況，并利用標(biāo)準(zhǔn)差橢圓、平均中心點方法分析了包河區(qū)建設(shè)用地時空演變特征。

①相比于2014年，2018年城市建設(shè)用地大量增加，呈現(xiàn)出全面擴(kuò)張的趨勢，尤其是包河區(qū)東側(cè)及沿巢湖沿岸區(qū)域增加明顯。增長類型有居住、醫(yī)療、行政辦公多個領(lǐng)域。

②2018年的建設(shè)用地相比于2014年的建設(shè)用地增加了62.9%，平均每年以15.7%速度增長，增長數(shù)量巨大。在區(qū)位上，包河區(qū)建設(shè)用地整體發(fā)展水平均衡，建設(shè)用地增長區(qū)域在整體區(qū)位中分布較為平均。

③包河區(qū)城市建設(shè)用地發(fā)展方向由南北方轉(zhuǎn)變?yōu)槲髂现翓|北方向，建設(shè)的重點主要集中在濱湖新區(qū)。建設(shè)用地平均中心向東南方向偏移。

④合肥市建設(shè)用地變化驅(qū)動力主要有政府宏觀決策、道路交通的發(fā)展、地理環(huán)境條件優(yōu)越3個方面的原因。

本研究運(yùn)用遙感及地理信息技術(shù)對包河區(qū)建設(shè)用地動態(tài)變化和時空特征進(jìn)行了分析。研究可以為人們了解城市建設(shè)用地提供新思路，對其他城市具有借鑒意義。受篇幅、時間、數(shù)據(jù)處理水平等因素的限制，研究也存在一定的不足，例如，對遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行挑選時因云量的影響無法使用其他月份的數(shù)據(jù)，可能會對數(shù)據(jù)造成影響，希望在未來進(jìn)行深度學(xué)習(xí)后改正。