城區(qū)范圍空間劃定方法研究

伍 江， 劉 春， 應(yīng) 申， 余 婷

(1.同濟(jì)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，上海 200092； 2.同濟(jì)大學(xué)測繪與地理信息學(xué)院，上海 200092； 3.武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，武漢 430072；4. 同濟(jì)大學(xué)城市交通研究院，上海 200092)

0 引言

我國正處于快速城鎮(zhèn)化階段[1]，科學(xué)準(zhǔn)確地劃定城區(qū)范圍，對快速城鎮(zhèn)化時(shí)期下的公共政策以及城鎮(zhèn)化進(jìn)程等研究具有重要意義[2]。早在1955年頒布的《國務(wù)院關(guān)于劃分城鄉(xiāng)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定》中，對城鎮(zhèn)的建制就有明確的規(guī)定。該時(shí)期多推行“切塊設(shè)市”、“切塊設(shè)鎮(zhèn)”的模式，利用行政地域范圍可識(shí)別出城區(qū)范圍。然而，改革開放以后，隨著市場經(jīng)濟(jì)體制的推行，行政地域范圍和地方經(jīng)濟(jì)逐漸聯(lián)系在一起，造成在該時(shí)期我國各地出現(xiàn)大量縣改市、鄉(xiāng)改鎮(zhèn)等的行政區(qū)劃變動(dòng)[3]。1993年《關(guān)于調(diào)整設(shè)市標(biāo)準(zhǔn)的報(bào)告》頒布后，設(shè)市設(shè)鎮(zhèn)的條件放寬，進(jìn)一步推動(dòng)了撤縣設(shè)市、撤鄉(xiāng)設(shè)鎮(zhèn)的熱潮[4]。行政區(qū)劃大量變動(dòng)后，大部分鄉(xiāng)村也被包含在城鎮(zhèn)的行政范圍中，此時(shí)再根據(jù)行政地域識(shí)別城區(qū)范圍，則難以反映真實(shí)的城區(qū)建設(shè)現(xiàn)狀，得出結(jié)果與實(shí)際結(jié)果誤差較大[5]。

為了科學(xué)合理地統(tǒng)一城區(qū)劃分標(biāo)準(zhǔn)，國家制定了一系列文件以明確城區(qū)范圍。2008年國家統(tǒng)計(jì)局發(fā)布的《統(tǒng)計(jì)上劃分城鄉(xiāng)的規(guī)定》(以下簡稱《規(guī)定》)[6]中指出： “城區(qū)是指在市轄區(qū)和不設(shè)區(qū)的市，區(qū)、市政府駐地的實(shí)際建設(shè)連接到的居民委員會(huì)和其他區(qū)域?！薄兑?guī)定》里提出了“實(shí)際建設(shè)”的概念，明確了城區(qū)提取的空間依據(jù)[7]。然而，只有基礎(chǔ)定義而缺乏統(tǒng)一的劃定方法，在國家統(tǒng)計(jì)局、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、地方政府各部門，以及部門內(nèi)部之間，對于城區(qū)仍然存在多個(gè)不同口徑[8]。如何統(tǒng)一城區(qū)劃分方法成為一個(gè)難題[9-10]。

在國外，人口特征和空間關(guān)系常被當(dāng)作城區(qū)劃分的標(biāo)準(zhǔn)。例如，英國利用城市土地利用規(guī)模和人口集聚度劃分城市地區(qū)(urban area)[11]； 美國和日本利用人口密度和通勤水平結(jié)合空間鄰接條件確定城市化地區(qū)(urbanized area)和人口集中地區(qū)(densely inhabited district)[9,12]。然而，利用人口特征提取城區(qū)范圍在我國難以實(shí)現(xiàn)。我國歷次的人口普查文件沒有使用統(tǒng)一的方法，且不同批次的普查方法之間存在較大差異，目前還未形成完善的人口統(tǒng)計(jì)機(jī)制[2]。

識(shí)別城區(qū)范圍也吸引了越來越多國內(nèi)學(xué)者的關(guān)注。早在1995年，周一星等[13]就提出了根據(jù)建成區(qū)下限人口規(guī)模、非農(nóng)化水平和平均人口密度3個(gè)指標(biāo)來劃分城區(qū)，綜合了景觀、人口、經(jīng)濟(jì)等多方面要素開展研究。后續(xù)，研究學(xué)者主要圍繞建設(shè)用地和人口密度兩個(gè)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)開展城區(qū)范圍的提取[14-15]。

遙感圖像因其廣泛、定期、持續(xù)的監(jiān)測能力，逐漸成為城區(qū)范圍提取的重要數(shù)據(jù)來源。一些研究學(xué)者首先利用MODIS數(shù)據(jù)對城市的發(fā)展和擴(kuò)張進(jìn)行監(jiān)測和研究[16]； 隨著遙感技術(shù)的不斷發(fā)展，以Landsat系列為主的中分辨率衛(wèi)星影像被廣泛應(yīng)用于城區(qū)范圍的提取研究當(dāng)中，例如Gao等[17]利用40 a的中分辨率遙感數(shù)據(jù)，監(jiān)測中國長三角地區(qū)的城市發(fā)展過程。然而，由于中低分辨率影像得到的城區(qū)邊界提取精度較低，高分辨率影像逐漸成為城區(qū)范圍識(shí)別的重要數(shù)據(jù)源，例如Wang等[18]提出了一種利用高分辨率圖像和地理信息數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)的半自動(dòng)城市邊界提取方法，結(jié)合城市景觀等輔助數(shù)據(jù)，形成了一套城市范圍劃定的規(guī)則。

基于遙感影像進(jìn)行城區(qū)劃定的方法也在不斷改進(jìn)。受到技術(shù)發(fā)展的限制，研究之初多以人工解讀和目視解譯的方法為主[19]，這種方法通常工作量大、花費(fèi)時(shí)間長。隨后采用最大似然法[20]、決策樹[21]等分類的方法替代原始的人工方法。另外，一些學(xué)者利用遙感影像的光譜信息定義了相關(guān)指標(biāo)，利用指標(biāo)數(shù)值進(jìn)行城區(qū)的劃定[22]，或者是綜合判定的方法[23]。隨著大數(shù)據(jù)和計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，一些機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)的方法也被用于城區(qū)范圍的劃定中[24]。

然而，基于高分辨率遙感影像數(shù)據(jù)的城區(qū)范圍劃定方法也存在一些不足。首先，高分辨率影像數(shù)據(jù)通常成本較高，且數(shù)據(jù)量大，處理費(fèi)時(shí)耗力。其次，針對高精度影像進(jìn)行城區(qū)劃分時(shí)，由于光譜的復(fù)雜性，難以提出普適性的指標(biāo)； 采用機(jī)器學(xué)習(xí)或者深度學(xué)習(xí)的方法時(shí)，由于方法內(nèi)部機(jī)理不透明，無法闡述清楚劃定的規(guī)則和結(jié)果。這導(dǎo)致在利用高分辨率遙感影像開展城區(qū)提取時(shí)，難以快速地對多個(gè)城市進(jìn)行同樣的城區(qū)提取操作，在全國尺度上不適應(yīng)[25]。

第三次全國國土調(diào)查(以下簡稱“三調(diào)”)的成果數(shù)據(jù)為城區(qū)范圍的提取提供了全局尺度高精度的研究數(shù)據(jù)。在《第三次全國國土調(diào)查技術(shù)規(guī)程》(以下簡稱《規(guī)程》)里對土地現(xiàn)狀調(diào)查的精度規(guī)定為[26]： “城鎮(zhèn)內(nèi)部土地利用現(xiàn)狀調(diào)查，采用優(yōu)于0.2 m分辨率的航空遙感影像資料”。對各類圖斑的最小上圖圖斑面積規(guī)定為[26]： “建設(shè)用地和設(shè)施農(nóng)用地實(shí)地面積200 m2； 農(nóng)用地(不含設(shè)施用地)實(shí)地面積400 m2； 其他地類實(shí)地面積600 m2，荒漠地區(qū)可適當(dāng)減低精度，但不應(yīng)低于1 500 m2； 對于有更高管理需求的地區(qū)，建設(shè)用地可適當(dāng)提高調(diào)查精度”。更高精度的土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)和更精細(xì)的成果數(shù)據(jù)圖斑，為城區(qū)范圍的劃分提供了更科學(xué)更合理的全覆蓋的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

此外，在“三調(diào)”成果數(shù)據(jù)集“城鎮(zhèn)村及工礦用地”中，已完成基礎(chǔ)的城區(qū)劃分[26]，主要包含城市(二級(jí)編碼201)(以下簡稱城市201)、建制鎮(zhèn)(二級(jí)編碼202)(以下簡稱建制鎮(zhèn)202)和村莊(二級(jí)編碼203)(以下簡稱村莊203)?；凇叭{(diào)”成果里基礎(chǔ)的城區(qū)劃分?jǐn)?shù)據(jù)再進(jìn)行精細(xì)的城區(qū)提取，可大大減少城區(qū)范圍空間劃定的工作量。

因此，本研究針對城區(qū)范圍空間劃定這一問題，在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上，界定了城區(qū)范圍的空間內(nèi)涵，以“三調(diào)”成果數(shù)據(jù)為基底，輔以測繪地理信息、遙感等技術(shù)手段，綜合考慮用地特征和地物功能判斷、空間連接等多因素，提出了城區(qū)范圍的空間劃定方法。該方法同樣可用于鎮(zhèn)區(qū)范圍的空間劃分，旨在為我國城鄉(xiāng)劃分提供參考。

1 城區(qū)范圍的概念內(nèi)涵

1.1 城區(qū)的概念與屬性特征

目前，我國對城區(qū)概念的界定通常以國務(wù)院2014年發(fā)布的《國務(wù)院關(guān)于調(diào)整城市規(guī)模劃分標(biāo)準(zhǔn)的通知》(以下簡稱《通知》)[27]中對城區(qū)的規(guī)定為基準(zhǔn)： “城區(qū)指在市轄區(qū)和不設(shè)區(qū)的市，區(qū)、市政府駐地實(shí)際建設(shè)連接到的居民委員會(huì)所轄區(qū)域和其他區(qū)域。”這一概念定義繼承于國家統(tǒng)計(jì)局2008年發(fā)布的《規(guī)定》[6]中對城區(qū)的定義。

《通知》中對城區(qū)從行政、土地利用、空間等多角度進(jìn)行了基本界定。從中可歸納出城區(qū)應(yīng)當(dāng)滿足的3個(gè)屬性: ①行政屬性，城區(qū)是在市轄區(qū)和不設(shè)區(qū)的市的行政地域界限內(nèi)，其不能突破所在城市的行政區(qū)劃邊界； ②土地利用屬性，城區(qū)是區(qū)、市政府駐地實(shí)際建設(shè)且連接到的區(qū)域，未建設(shè)的土地不能包含在城區(qū)范圍內(nèi)； ③空間屬性，城區(qū)是指區(qū)、市政府駐地實(shí)際建設(shè)連接到的居民委員會(huì)所轄區(qū)域和其他區(qū)域。對于分散在外圍或周邊的區(qū)域來說，還需要滿足空間連接的條件，才可納入城區(qū)范圍。

1.2 城區(qū)范圍的空間內(nèi)涵

城區(qū)范圍的空間內(nèi)涵最早由周一星教授在1995年提出。其將城市地域分為行政地域、實(shí)體地域(景觀地域)和功能地域[13]： “城市的實(shí)體地域是集中了各種城市設(shè)施，以非農(nóng)業(yè)用地和非農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)為主體的城市型景觀分布范圍，相當(dāng)于城市建成區(qū)。”

城區(qū)實(shí)體地域即城區(qū)的空間范圍，指按照城區(qū)實(shí)際建成情況識(shí)別后確定的范圍，是實(shí)際開發(fā)建設(shè)、市政公用設(shè)施和公共設(shè)施基本具備的區(qū)域。城區(qū)實(shí)體地域的概念銜接城市建成區(qū)的概念，兩者具有相似的空間形態(tài)。建成區(qū)在空間上要求集中連片，一些面積較小的飛地或者空心地要經(jīng)過一定的合并處理。城區(qū)實(shí)體地域則通過空間連接條件的限定，劃出相對集中的實(shí)體地域范圍。

然而，城區(qū)實(shí)體地域與城市建成區(qū)的概念不完全相同。從功能和用地性質(zhì)角度說，城市建成區(qū)包括了實(shí)際建成、享受基本城市服務(wù)、擁有城市基礎(chǔ)設(shè)施的地區(qū)，其偏重于是否已開發(fā)建設(shè)和城市設(shè)施是否完備。城區(qū)實(shí)體地域則偏重于土地的實(shí)際利用類型和空間連接關(guān)系。從行政區(qū)劃范圍上說，城區(qū)實(shí)體地域在市轄區(qū)和不設(shè)區(qū)的市的行政地域內(nèi)劃定[27]； 城市建成區(qū)在城市行政區(qū)內(nèi)劃定[28]。對于設(shè)區(qū)的市，其城市建成區(qū)在整個(gè)市域范圍內(nèi)劃定，而城區(qū)實(shí)體地域只在其市轄區(qū)范圍內(nèi)劃定； 對于不設(shè)區(qū)的市，兩者都在整個(gè)市域范圍內(nèi)劃定。

從地理空間的角度解讀城區(qū)概念，它同樣滿足城區(qū)的3類屬性，并且在其基礎(chǔ)上有進(jìn)一步的界定： ①行政屬性，城區(qū)實(shí)體地域在城區(qū)范圍內(nèi)劃定，不可越過城區(qū)邊界; ②土地利用屬性，城區(qū)實(shí)體地域集中了各種城市設(shè)施，其內(nèi)地物應(yīng)該符合城市用地類型特征，相當(dāng)于城市建成區(qū)； ③空間屬性，城區(qū)實(shí)體地域在空間上實(shí)地可測，空間形態(tài)沒有固定的規(guī)律，分散的實(shí)體地域應(yīng)當(dāng)在空間上連接。

1.3 其他相關(guān)概念

除城市建成區(qū)外，國內(nèi)與城鄉(xiāng)規(guī)劃、城鄉(xiāng)劃分相關(guān)的術(shù)語包括市區(qū)、市域、中心城區(qū)、主城區(qū)、城市建設(shè)用地、城鎮(zhèn)開發(fā)邊界、城市空間增長邊界等。除去城市建設(shè)用地外，其他概念均為考慮管理職能或者未來規(guī)劃的邊界，若非行政區(qū)劃調(diào)整或者城市規(guī)劃建設(shè)調(diào)整之外，其邊界不會(huì)改變。因此這些概念術(shù)語不能反映城市發(fā)展的時(shí)空變化[29]。

2 城區(qū)范圍的空間劃定

2.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

2.1.1 “三調(diào)”成果數(shù)據(jù)

“三調(diào)”對各類用地類型的圖斑進(jìn)行了明確標(biāo)注，成果匯總于“第三次全國國土調(diào)查工作分類”(以下簡稱“三調(diào)”工作分類)數(shù)據(jù)中。該數(shù)據(jù)在GB/T 21010—2017的土地利用現(xiàn)狀分類的基礎(chǔ)上進(jìn)行了部分修改[26]。

除去“三調(diào)”工作分類表外，還包含“城鎮(zhèn)村及工礦用地”數(shù)據(jù)表[26]。該表內(nèi)的數(shù)據(jù)圖層由“三調(diào)”工作分類表中的數(shù)據(jù)圖斑合并而成。將滿足條件的“三調(diào)”工作分類中的單個(gè)圖層合并后，即可得到“城鎮(zhèn)村及工礦用地”數(shù)據(jù)表中的各個(gè)數(shù)據(jù)(表1)。其他輔助“三調(diào)”成果數(shù)據(jù)包括： 地類圖斑(DLTB圖層)、城鎮(zhèn)村等用地(CZCDYD圖層)、行政區(qū)(XZQ圖層)。

表1 城鎮(zhèn)村及工礦用地?cái)?shù)據(jù)集Tab.1 Datasets of urban villages and industrial mining land occupancy

2.1.2 數(shù)據(jù)基準(zhǔn)統(tǒng)一

數(shù)據(jù)的坐標(biāo)、投影設(shè)置如下[26]： 投影，采用高斯-克呂格投影3°分帶(CGCS2000_3_Degree_GK_CM_114E)； 坐標(biāo)系統(tǒng)，采用2000國家大地坐標(biāo)系; 高程基準(zhǔn)，采用1985國家高程基準(zhǔn)。

2.2 劃定技術(shù)流程

總體流程圖如圖1所示。在廣泛調(diào)研國內(nèi)外研究方法的基礎(chǔ)上，基于城區(qū)實(shí)體地域的概念內(nèi)涵，建立了一套提取城區(qū)實(shí)體地域的方法。該方法以城市用地特征和地物功能、地物的空間連接關(guān)系、圖斑所屬的行政地域?yàn)榇_定依據(jù)，依次判斷后得出城區(qū)實(shí)體地域范圍，即城區(qū)的空間范圍。

圖1 城區(qū)范圍空間劃定流程圖Fig.1 Flow chart of the delineation of urban physical area

2.2.1 初始范圍提取

基于“三調(diào)”成果數(shù)據(jù)，可提取出城區(qū)實(shí)體地域劃定的基礎(chǔ)范圍，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)體地域的確定。初始范圍采用“三調(diào)”城市201和城市獨(dú)立工業(yè)用地201A數(shù)據(jù)。其中，城市201數(shù)據(jù)指“城市居民點(diǎn)，以及與城市連片的和區(qū)政府、縣級(jí)市政府所在地鎮(zhèn)級(jí)轄區(qū)的商服、住宅、工業(yè)、機(jī)關(guān)、學(xué)校等單位用地，包括其范圍內(nèi)的其他各類用地”[26]。加載“三調(diào)”數(shù)據(jù)后，根據(jù)屬性將二級(jí)編號(hào)為“201”和“201A”的數(shù)據(jù)導(dǎo)出，即獲取城區(qū)實(shí)體地域劃定的初始范圍。

2.2.2 確定待納入實(shí)體地域的圖斑

根據(jù)初始范圍的用地性質(zhì)可知，城區(qū)初始范圍已經(jīng)包含了大部分的城區(qū)實(shí)體地域。在城區(qū)初始范圍的基礎(chǔ)上，向外判斷其100 m緩沖范圍內(nèi)的圖斑地類是否符合城區(qū)用地類型特征(2.2.2.1節(jié))、空間上是否連接(2.2.2.2節(jié))等。將符合條件的圖斑認(rèn)定為待納入實(shí)體地域的圖斑。

2.2.2.1 城區(qū)用地類型特征判斷

根據(jù)土地利用類型區(qū)別城鄉(xiāng)是城鄉(xiāng)識(shí)別中常用的方法。商業(yè)服務(wù)業(yè)用地、住宅用地、公共管理與公共服務(wù)用地和交通運(yùn)輸用地等4種用地類型常成片分布在城區(qū)范圍內(nèi)，成為區(qū)別城鄉(xiāng)的主要用地類型差異。除去這4類用地類型之外，還有部分其他類型的土地與城市的發(fā)展密切相關(guān)，例如濕地、工礦用地、水域及水利設(shè)施用地、特殊用地等。然而，根據(jù)這些用地類型無法直接區(qū)分城鄉(xiāng)，其城鄉(xiāng)屬性需進(jìn)一步根據(jù)其所處地理位置和城市發(fā)展現(xiàn)狀來區(qū)分。因此，考慮到城區(qū)和鄉(xiāng)村功能的差異，基于“三調(diào)”工作分類，對城區(qū)實(shí)體地物類別作如下要求(表2)。

表2 城區(qū)實(shí)體地物類別及相關(guān)要求Tab.2 Categories and related requirements of land features in urban physical

在實(shí)體地域提取時(shí)，對緩沖區(qū)的圖斑進(jìn)行如下步驟用于城區(qū)用地特征判斷：

1)若其圖斑類別符合實(shí)體地物必選類別，則其用地屬性滿足城市用地特征，繼續(xù)進(jìn)行空間連接(2.2.2.2節(jié))的判斷。

2)若其符合實(shí)體地物候選類別，當(dāng)其具備城市居住和承擔(dān)城市生態(tài)涵養(yǎng)、休閑游憩、防護(hù)隔離、自然和歷史文化保護(hù)及其他城市相關(guān)必要功能時(shí)，考慮將其納入實(shí)體地域的待選范圍。

3)若都不符合，則該類圖斑在用地類型上不滿足城市用地特征，其對城市的發(fā)展建設(shè)所承擔(dān)的功能不大，因此不將其納入。

2.2.2.2 空間連接判斷

地物圖斑與初始范圍之間的空間關(guān)系主要判斷兩者之間是否連接。一般使兩者空間上不連接的阻隔要素主要包括河流、高速公路和鐵路等3種類型。若待納入城區(qū)實(shí)體地域的地物圖斑和城區(qū)初始范圍之間無以上任一阻隔要素時(shí)，則認(rèn)定兩者空間上連接。否則，需考察阻隔要素是否對兩側(cè)地物起阻隔作用。

1)若有可供附近居民和車輛通行的橋梁、涵洞或隧道時(shí)，且橋梁、涵洞或隧道的兩端分別到待納入實(shí)體地域的地物圖斑與初始范圍的最短距離之和不大于100 m時(shí)，則認(rèn)定兩者空間上連接。

2)若待納入實(shí)體地域的地物圖斑與初始范圍分別位于河流兩側(cè)，且有溝通兩岸的輪渡時(shí)，當(dāng)兩側(cè)地物分別到同側(cè)的渡口或碼頭所在建設(shè)用地邊界的距離不大于100 m時(shí)，則認(rèn)定兩者空間上連接。

將判定為與初始范圍空間上連接的圖斑納入實(shí)體地域，若不滿足空間連接條件，則不納入實(shí)體地域。

2.2.3 迭代更新

考慮100 m的緩沖范圍未必能將所有初始范圍附近符合條件的地物都納入，對于新納入的地物應(yīng)當(dāng)進(jìn)行在其基礎(chǔ)上繼續(xù)作緩沖處理，即迭代更新操作(重復(fù)2.2.2節(jié)步驟)。判斷新納入的圖斑周圍是否有滿足條件的地物，若有，則也應(yīng)當(dāng)將其納入。如果新納入圖斑的緩沖區(qū)內(nèi)沒有可以納入的地物，則目前劃定的實(shí)體地域邊界即為城市目前發(fā)展建設(shè)的邊界線，此時(shí)無需再進(jìn)行迭代更新。

在迭代更新的過程中，往往出現(xiàn)因道路的延長將實(shí)體地域范圍延伸至邊緣鄉(xiāng)村區(qū)域，此時(shí)根據(jù)城區(qū)用地特征判斷很可能將鄉(xiāng)村的建設(shè)用地或者一些離城市較遠(yuǎn)的飛地也納入城區(qū)實(shí)體地域范圍。因此，在實(shí)際操作中，一些線狀要素，如道路、溝渠等，不參與迭代過程。

2.2.4 行政邊界核查

對于迭代更新后的所有的待納入實(shí)體地域的圖斑，需要檢查其是否屬于劃定城市的行政范圍內(nèi)。需要疊加“三調(diào)”的行政區(qū)數(shù)據(jù)，將越過該城市行政地域的圖斑刪除，最終與初始范圍疊加，得到實(shí)體地域范圍。

2.3 特殊情況說明

2.3.1 “城中村”劃分

“城中村”是處于城市建設(shè)用地范圍內(nèi)的農(nóng)村社區(qū)[30]。雖然部分“城中村”在土地權(quán)屬上歸集體所有，但是其實(shí)際已享受城市基礎(chǔ)設(shè)施和公共設(shè)施服務(wù)。對于這一類特殊用地，在進(jìn)行初始范圍臨近地物的緩沖分析時(shí)，按照城區(qū)用地特征的判斷步驟進(jìn)行。不考慮將被實(shí)體地域包圍且不滿足城區(qū)實(shí)體地物類型的“城中村”單獨(dú)劃入。

2.3.2 飛地劃分

飛地常指“脫離城市集中連片建設(shè)范圍而單獨(dú)發(fā)展的建設(shè)用地圖斑”[31]。若飛地存在于初始范圍內(nèi)，則直接納入實(shí)體地域中。對于城市發(fā)展中實(shí)際存在的、非初始范圍內(nèi)的飛地，根據(jù)迭代更新的判斷步驟考慮是否將其納入。

3 實(shí)證研究

3.1 研究區(qū)選取

選取四川省巴中市作為實(shí)證研究對象。巴中市地處川陜兩省交界的大巴山系米倉山南麓，屬典型的山地城市。境內(nèi)地貌多變、地形復(fù)雜、多河流，整個(gè)城市組團(tuán)式地分布在河谷和山谷之間，是本研究提出的城區(qū)實(shí)體地域劃分方法的理想實(shí)驗(yàn)地區(qū)。其下設(shè)2區(qū)3縣，即巴州區(qū)、恩陽區(qū)、平昌縣、南江縣和通江縣。實(shí)體地域劃定范圍為巴州區(qū)和恩陽區(qū)。

3.2 城區(qū)初始范圍提取

導(dǎo)入“三調(diào)”數(shù)據(jù)中的城市201和城市獨(dú)立工業(yè)用地201A數(shù)據(jù)，作為城區(qū)的初始范圍(圖2)，城區(qū)初始范圍的面積為3 164.21 hm2，其包含的各類地物以住宅用地、交通運(yùn)輸用地和公共管理與公共服務(wù)用地為主(表3)。

圖2 城區(qū)初始范圍圖Fig.2 Initial urban area

表3 城區(qū)初始范圍各地類統(tǒng)計(jì)表Tab.3 The area proportion of land feature in the initial range

3.3 城區(qū)實(shí)體地域提取

根據(jù)前文提出的城區(qū)實(shí)體地域劃定方法，在經(jīng)過65次迭代更新之后，迭代出現(xiàn)自然終止，得到巴中市實(shí)體地域范圍結(jié)果(圖3)，迭代新增實(shí)體地物總面積為4 072.03 hm2，與城區(qū)初始范圍實(shí)體地物面積之和為7 236.24 hm2，新增的實(shí)體地物主要是住宅用地和交通運(yùn)輸用地(表4)。

圖3 巴中市實(shí)體地域提取結(jié)果圖Fig.3 urban physical area extraction results map in Bazhong

表4 新增實(shí)體地物面積占比情況Tab.4 The area proportion of new land features

3.4 精度分析

本研究提出的城區(qū)范圍空間劃分方法，其可靠性和高精度主要體現(xiàn)在以下2個(gè)方面。

1)研究數(shù)據(jù)的可靠性。為了“全面細(xì)化和完善全國土地利用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，掌握詳實(shí)準(zhǔn)確的全國國土利用現(xiàn)狀和自然資源變化情況”[32]，國家自2017年起開展“三調(diào)”的工作?！爸荚诘诙稳珖鴩琳{(diào)查成果的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步明確土地利用現(xiàn)狀、土地權(quán)屬和專項(xiàng)用地”[32]。

“三調(diào)”數(shù)據(jù)在制作時(shí)，城市部分主比例尺是1∶2 000，其余是1∶5 000。國家統(tǒng)一采購優(yōu)于1 m分辨率影像制作底圖。城鎮(zhèn)內(nèi)部調(diào)查要求地方收集優(yōu)于0.2 m的數(shù)字正射影像以便更好地開展工作，并且伴隨實(shí)地圖斑舉證。與其他研究相比，本研究采用的數(shù)據(jù)具有高精度、全覆蓋的優(yōu)點(diǎn)。依靠高精度的“三調(diào)”數(shù)據(jù)能夠清晰地識(shí)別土地利用類型，提取出科學(xué)可靠的城區(qū)空間范圍[26,32]。

2)劃定方法的可靠性。本研究基于城市土地利用的真實(shí)類型和其與城區(qū)初始范圍之間的空間關(guān)系，通過城區(qū)用地特征判斷和空間連接判斷，劃定真實(shí)可測的城區(qū)范圍。由于城市土地利用類型的客觀性和唯一性，在地理空間上保證了劃定結(jié)果和城市真實(shí)情況的一致性，不存在其他方法中的錯(cuò)分和漏分情況。

4 問題分析

4.1 閾值驗(yàn)證

為了驗(yàn)證緩沖閾值100 m的可靠性，采用150 m的閾值檢驗(yàn)。在巴中市初始范圍的基礎(chǔ)上利用150 m的緩沖閾值進(jìn)行城區(qū)實(shí)體地域的提取。然而，從第5次迭代更新操作開始，新增的實(shí)體地物總面積逐漸減少，并且趨向于一個(gè)定值，每次新增地物總面積均為145 hm2。后續(xù)迭代更新操作中，每次迭代結(jié)果里村莊實(shí)體地物面積占新增實(shí)體地物總面積、村莊實(shí)體地物圖斑個(gè)數(shù)占新增實(shí)體地物圖斑總數(shù)比例趨于穩(wěn)定，直至第18次迭代，依然保持平穩(wěn)比例。結(jié)合城鎮(zhèn)村等用地圖斑的分布情況，推斷150 m距離閾值迭代較難自然終止。

4.2 與人口統(tǒng)計(jì)的關(guān)系

我國長期以來城鎮(zhèn)化率的指標(biāo)采用城鎮(zhèn)人口與總?cè)丝诘谋戎礫33]?；诒狙芯縿澏ǖ某菂^(qū)范圍可在空間上確定城鎮(zhèn)人口的空間統(tǒng)計(jì)范圍。由于城區(qū)實(shí)體地域即為城市的實(shí)際建設(shè)區(qū)域，在這一區(qū)域上常住人口可認(rèn)定為是城鎮(zhèn)人口。然而，由于實(shí)體地域的邊界往往呈現(xiàn)無規(guī)律的空間形態(tài)，與人口統(tǒng)計(jì)邊界不完全重合。因此，在基于城區(qū)實(shí)體地域統(tǒng)計(jì)人口時(shí)，還需要進(jìn)行一定的轉(zhuǎn)換，將城區(qū)實(shí)體地域反映到對應(yīng)的人口統(tǒng)計(jì)邊界。

4.3 城區(qū)范圍更新

我國正處于快速城鎮(zhèn)化的時(shí)代，因而城區(qū)范圍應(yīng)當(dāng)定期更新，以滿足城鎮(zhèn)化指標(biāo)統(tǒng)計(jì)的相關(guān)要求。城區(qū)范圍應(yīng)當(dāng)盡可能地反映城區(qū)的實(shí)際建設(shè)情況，同時(shí)考慮所付出的人力物力盡可能少。因而在更新城區(qū)范圍時(shí)，可將上一期的城區(qū)范圍作為該期的城區(qū)初始范圍，在其基礎(chǔ)上結(jié)合國土變更調(diào)查的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正、核查等工作。

5 結(jié)論

科學(xué)合理地劃定城區(qū)范圍，對統(tǒng)一國家各部門、各城市統(tǒng)計(jì)口徑，和城市的管理、研究，具有重大意義。然而長期以來，我國尚未建立一套完整的提取城區(qū)邊界的方法體系，各部門、各城市往往有各自的一套操作標(biāo)準(zhǔn)，這造成統(tǒng)計(jì)結(jié)果難以比較。

本研究針對城區(qū)劃分的熱點(diǎn)問題，基于《規(guī)定》中對于城區(qū)的劃分依據(jù)，確定城區(qū)范圍的空間概念，并且提出劃定城區(qū)范圍空間邊界的方法。該方法基于“三調(diào)”成果數(shù)據(jù)，以土地的真實(shí)覆蓋情況和與初始范圍之間的空間關(guān)系為篩選標(biāo)準(zhǔn)，劃定了城市范圍的空間邊界。該方法可同樣運(yùn)用于鎮(zhèn)區(qū)范圍的識(shí)別。

本研究結(jié)論如下：

1)通過與其他城區(qū)劃分相關(guān)的術(shù)語對比，在遵循《規(guī)定》和《通知》里關(guān)于城區(qū)定義的基礎(chǔ)上，明確城區(qū)范圍的空間概念內(nèi)涵，即城區(qū)實(shí)體地域，該范圍反映了城市的實(shí)際建設(shè)情況，在空間上實(shí)地可測。

2)以高精度、全覆蓋的“三調(diào)”數(shù)據(jù)為基底，建立了一套空間劃定城區(qū)范圍的方法流程，對城區(qū)提取過程中的難點(diǎn)問題做了明確的規(guī)定，從而能統(tǒng)一高效地在全國范圍內(nèi)劃定城區(qū)范圍。

3)以巴中市為例，采用本研究提出的方法劃定巴中市的城區(qū)范圍，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明該方法的可行性。通過對城區(qū)范圍的劃分，可有效在地理空間上劃分城鄉(xiāng)，對城鎮(zhèn)化指標(biāo)統(tǒng)計(jì)、城市下一步建設(shè)規(guī)劃等工作具有一定指導(dǎo)意義。

本研究尚存在以下不足：

1)實(shí)證研究僅選取一座城市，結(jié)果具有局限性，未來可針對不同規(guī)模、不同地域位置、不同人口密度的城市開展研究，進(jìn)行分類討論。

2)城區(qū)劃定過程中迭代次數(shù)的限制。由于城鄉(xiāng)相互交錯(cuò)，空間上難以分割，如何設(shè)置合理的迭代次數(shù)從而解決劃定過程中城區(qū)延伸的情況，還有待完善。

3)本研究劃定的城區(qū)基于空間地理范圍，而當(dāng)前大部分統(tǒng)計(jì)工作的最小單元均為統(tǒng)計(jì)區(qū)劃單元。如何有效統(tǒng)一城區(qū)空間范圍和區(qū)劃范圍，使得劃定結(jié)果具有統(tǒng)計(jì)意義，將是下一步需要研究的重點(diǎn)。

志謝：感謝巴中市政府提供的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，感謝上海同濟(jì)城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院成都分院吳偉國、吳童榮、邱艷嬌、惠澤惠在本文制圖制表過程中提供的幫助。