結(jié)合宏觀和微觀視角的東莞城市建成區(qū)擴(kuò)張?zhí)卣鞣治?/h1>
2022-05-23 06:23:48劉柔芯白云鶴陳洪偉
地理信息世界 2022年1期
劉柔芯，白云鶴, ，易 龍，陳洪偉
1. 東莞理工學(xué)院，廣東 東莞 523830；
2. 東莞市城鎮(zhèn)融合發(fā)展研究院，廣東 東莞 523830
0 引 言
隨著珠三角地區(qū)城市化快速發(fā)展，建設(shè)用地需求量逐年增加，各城市出現(xiàn)如土地資源緊缺、能源消耗量大、生態(tài)保護(hù)等問題，城市發(fā)展逐漸顯現(xiàn)出發(fā)展分散、效益偏低等特征。因此，全面獲取城市發(fā)展建設(shè)用地信息，綜合評價分析城市擴(kuò)張?zhí)卣?，實施土地資源集約化與宏觀調(diào)控，對未來城市發(fā)展規(guī)劃工作具有重要的現(xiàn)實意義。
近年來，研究人員利用遙感監(jiān)測與遙感影像分析技術(shù)，開展了不同時期城市擴(kuò)張變化特征的研究。目前，分析城市擴(kuò)張?zhí)卣鞯姆椒ㄖ饕譃楹暧^和微觀兩種類型。宏觀分析一般是從城市擴(kuò)張的驅(qū)動機(jī)理、擴(kuò)張?zhí)卣鹘嵌?，表征量化城市擴(kuò)張過程中的城市宏觀形態(tài)變化[1-2]。如王麗萍等[3]利用主成分分析法對江蘇省建設(shè)用地擴(kuò)張的驅(qū)動機(jī)理進(jìn)行分析，得出城市用地變化的主要驅(qū)動因素是經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和人口的增長，而經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展是城市用地擴(kuò)張的根本驅(qū)動力；謝亞娟等[4]以南昌市為研究對象，通過GIS空間分析的方法，運(yùn)用單一土地利用動態(tài)模型、城市擴(kuò)展強(qiáng)度指數(shù)、城市緊湊度等，定量分析1995—2015年南昌市城市擴(kuò)展時空動態(tài)變化的過程和特征。得出1995—2015年南昌城市擴(kuò)展時空分異顯著，西南是城市空間擴(kuò)展的主要方向，同時，南昌市城市擴(kuò)張空間上趨于緊湊，城市擴(kuò)張速度加快。JIAO等[5-6]利用反S函數(shù)定量分析方法分析了中國主要城市1990—2010年城市擴(kuò)張形態(tài)；金兵兵等[7]基于Landsat遙感影像，對廣州市1979—2017年城市擴(kuò)張的協(xié)調(diào)度進(jìn)行了分析，得出新增建設(shè)用地應(yīng)與人口密度、人口城市化率保持協(xié)調(diào)；微觀分析一般使用景觀擴(kuò)張指數(shù)等參數(shù)，量化建成區(qū)斑塊層面的城市土地的微觀形態(tài)變化[8-9]。如劉小平等[10]首次提出景觀擴(kuò)張指數(shù)（LEI），通過景觀擴(kuò)張指數(shù)將擴(kuò)張模式類型分為內(nèi)填式、邊緣式和跳躍式3類。蔣金亮等[11]通過RS、GIS和景觀生態(tài)結(jié)合對長江沿岸上、中、下游中心城市重慶、武漢和南京對城市擴(kuò)張類型分析，結(jié)果顯示南京市以邊緣式增長為主；武漢市從2000年開始以飛地式擴(kuò)張向邊緣式擴(kuò)張轉(zhuǎn)變，重慶市以邊緣式增長為主。錢敏等[12]對蘇錫常地區(qū)1985—2008年各階段城鎮(zhèn)擴(kuò)展空間形態(tài)變化進(jìn)行分析，得出蘇錫常地區(qū)建設(shè)用地增長方式以邊緣式的緊湊增長為主。吳健生等[13]利用景觀指數(shù)，景觀轉(zhuǎn)移矩陣和景觀擴(kuò)張指數(shù)探究深圳市近20年來景觀格局時空變化，并研究了景觀擴(kuò)張的主要驅(qū)動因素。綜上分析，以往城市擴(kuò)張?zhí)卣餮芯恐饕菑暮暧^或者微觀的單方面分析城市擴(kuò)張的研究占比較多，而從宏微觀尺度兩方面結(jié)合分析研究較少，難以全面分析城市擴(kuò)張的特征，因此本研究結(jié)合宏觀和微觀角度，定量化對比分析城市擴(kuò)張?zhí)卣骷俺鞘袛U(kuò)張的時空演化規(guī)律。
經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展中的東莞現(xiàn)已被列為新一線城市，城鎮(zhèn)化發(fā)展水平較高，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展更使東莞迅速從以傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)用地為主的地區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)樾屡d的高度城市化的地區(qū)，面臨著如土地資源緊張等城市化發(fā)展瓶頸問題，因此東莞市有必要開展城市化擴(kuò)張?zhí)卣餮芯縖14]。本研究基于東莞市1998-2018年城市發(fā)展的遙感數(shù)據(jù)，從宏觀角度分析城市擴(kuò)張形態(tài)及變化過程，從微觀角度分析各向斑塊擴(kuò)張過程，獲得城市建成區(qū)擴(kuò)張?zhí)卣骷皶r空演化規(guī)律，研究成果有助于東莞市城鄉(xiāng)融合發(fā)展過程中土地優(yōu)化使用。
1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來源
1.1 研究區(qū)域
東莞市位于廣東省中南部、珠江東岸，北接廣州，東接惠州，南與深圳相連，毗鄰港澳，處于廣州至深圳經(jīng)濟(jì)走廊中（圖1）。東莞市地勢東南高、西北低，地貌以丘陵臺地、沖積平原為主[15]。東莞市氣候為亞熱帶季風(fēng)氣候，有明顯的季風(fēng)現(xiàn)象，夏天長冬天短，日照充足，降雨充沛，常年溫差振幅較穩(wěn)定。東莞市4個街道，28個鎮(zhèn)，隸屬于6個片區(qū)，分別為中心城區(qū)、水鄉(xiāng)片區(qū)、濱海片區(qū)、松山湖片區(qū)、東部片區(qū)和臨深片區(qū)，生態(tài)保護(hù)區(qū)主要位于臨深片區(qū)和東部片區(qū)。
圖1 東莞市各片區(qū)圖Fig.1 Map of each district in Dongguan city
1.2 數(shù)據(jù)來源
本文選取東莞市1998、2003、2008、2013、2018年的Landsat遙感影像（云量少于5%）分析城市擴(kuò)張?zhí)卣鳌?998、2003年的影像分辨率為30 m，其余年份為15 m。為了分析不同階段城市形態(tài)變化特征，將城市擴(kuò)張過程分為4個時間段進(jìn)行研究，分別為1998—2003年（一期），2004—2008年（二期），2009—2013年（三期），2014—2018年（四期）。東莞市遙感影像數(shù)據(jù)來源于國家地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站（http://www.gscloud.cn/），城市土地分類中用google歷史影像圖作影像分類參考，同時利用東莞城市土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)等進(jìn)行判讀。
本研究為了分析東莞城市建成區(qū)擴(kuò)張的宏微觀形態(tài)變化特征，設(shè)置3個宏觀度量指標(biāo)，分別是土地利用信息、城市擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)、城市形態(tài)變化（城市土地密度指數(shù)）；設(shè)置兩個微觀度量指標(biāo)，分別是景觀擴(kuò)張指數(shù)（LEI）、面積加權(quán)平均擴(kuò)張指數(shù)（AWMEI）。
2 研究方法
2.1 城市建成區(qū)擴(kuò)張宏觀度量指標(biāo)
1）土地利用面積變化。為識別東莞市的土地利用信息，對不同年份的遙感影像進(jìn)行輻射校正，大氣校正和融合等預(yù)處理后，采用監(jiān)督分類的方法將其分為建成區(qū)、水系、綠地、裸地等4大類，并計算東莞市1998—2018年各類別的面積變化，得到不同時期城市擴(kuò)張的土地利用信息，研究東莞市不同時期的城市擴(kuò)張?zhí)卣鳌?/p>
2）年均城市擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)。年均城市擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)是反映每年城市擴(kuò)張到其他空間的強(qiáng)度，年均城市擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)越大意味著城市擴(kuò)張速度越快，同時也意味著非建成區(qū)受到擠占的情況加劇，生態(tài)空間的保護(hù)難度加大[2,16]。將遙感影像分類后的影像圖轉(zhuǎn)換為矢量地圖，并提取建成區(qū)。利用東莞市建成區(qū)數(shù)據(jù)，對東莞市不同片區(qū)的年均城市擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)進(jìn)行計算，年均城市擴(kuò)張強(qiáng)度公式[17]為：
式中，F(xiàn)為年均城市擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)；U為研究區(qū)域總面積；Ua為前時相城市建成區(qū)面積；Ub為后時相建成區(qū)面積；△T為前后時相的間隔。
3）城市土地密度。城市土地密度是指城市建成區(qū)的密集程度，主要利用城市圈層分析法分析。城市圈層的劃分是以東莞市政府為圓心，以一定距離為半徑向外做一系列等距的緩沖區(qū)，作為基本分析單元，從而探究城市擴(kuò)張的時空分異特征[18-19]。JIAO發(fā)現(xiàn)城市土地密度在中心距離梯度上符合反S形分布[5]。本文以東莞市政府為中心，生成一系列1 km緩沖帶，逐漸向外緩沖直至覆蓋整個建成區(qū)，共形成60個圈層，從而計算個每個圈層的土地密度。東莞市圈層結(jié)構(gòu)如圖2所示，計算公式為：
圖2 東莞市圈層結(jié)構(gòu)Fig.2 The circle structure of Dongguan city
式中，Dens為城市土地密度；S為單個圈層面積；Surbanland為各個圈層對應(yīng)的建成區(qū)面積。
通過計算城市中各個圈層內(nèi)的城市土地密度，發(fā)現(xiàn)從城市中心到城市外圍，城市土地密度的衰減呈倒S形[7]。喻菁等利用反S函數(shù)擬合各個圈層城市土地密度向外變化的形態(tài)，這種擬合曲線稱為反S曲線[1]。城市土地密度的距離衰減模式反映了城市形態(tài)及其變化[20]，數(shù)學(xué)模型為：
式中，f為城市土地密度；r為到市中心距離；a、c、d為衍生參數(shù)，a為控制反S曲線斜率的參數(shù)，c為城市邊緣建設(shè)用地的參數(shù)值；d為城市邊緣到城市中心的距離估計值。
4）城市緊湊度指數(shù)（KP）。城市緊湊度指數(shù)是描述城市建成區(qū)面積空間形態(tài)緊湊程度的重要指標(biāo)之一，可以表示內(nèi)城區(qū)和外城區(qū)的占比[21-22]。城市的土地密度從城市中心下降到邊緣區(qū)的速度越快，緊湊度越低，KP值越小。城市土地密度從城市中心下降到邊緣區(qū)的速度越慢，KP值越高，緊湊度值越小，計算公式[6]為：
式中，Kp為城市緊湊度指數(shù)；a為公式（3）衍生出來的參數(shù)。
2.2 城市建成區(qū)擴(kuò)張微觀指標(biāo)
1）景觀擴(kuò)張指數(shù)（LEI）。城市擴(kuò)張的微觀分析一般用景觀擴(kuò)張指數(shù)來表示。景觀擴(kuò)張指數(shù)是通過現(xiàn)有城市斑塊與新增斑塊的空間位置關(guān)系來確定城市用地的空間擴(kuò)張模式[23]。本文以東莞市政府所在地為中心將東莞市沿8個方位劃分成8個區(qū)域，劃分結(jié)果如圖3所示。根據(jù)LEI的計算結(jié)果，LEI=0，為飛地式擴(kuò)張；0＜LEI＜50，為邊緣式擴(kuò)張；LEI＞50，為填充式擴(kuò)張。飛地式是指獨(dú)立現(xiàn)有城市用地而新增的城市用地，邊緣式是指在現(xiàn)有的城市用地邊緣新增用地，填充式是指在現(xiàn)在的城市用地里面填充新增用地。緩沖區(qū)越小，LEI的值越穩(wěn)定[24]。以東莞市政府為中心，選取100 m作為緩沖距，生成600個緩沖圈，計算景觀擴(kuò)張指數(shù)，公式為[4]：
圖3 東莞市方位圖Fig.3 Orientation diagram of Dongguan city
式中，A0為緩沖區(qū)與原建成區(qū)重合面積；AN為緩沖區(qū)面積和A0之間的差值。
2）面積加權(quán)平均擴(kuò)張指數(shù)（AWMEI）。面積加權(quán)平均擴(kuò)張指數(shù)反映城市擴(kuò)張的演變過程[1]。AWMEI值越大，城市擴(kuò)張整體越趨于緊湊，計算公式[10]為：
式中，N為新增建設(shè)用地的斑塊數(shù)量；ai為新增斑塊面積；A為所有新增斑塊的面積。
3 結(jié) 果
3.1 城市建成區(qū)擴(kuò)張的宏觀分析
1）土地利用面積變化分析。結(jié)合遙感影像及區(qū)域?qū)嶋H土地利用情況，利用1998、2003、2008、2013、2018年遙感影像進(jìn)行土地利用分類（圖4），樣本分離度均達(dá)到80%以上，土地利用分類精度均在88%～95%。
圖4 不同年份東莞市土地利用分類圖Fig.4 Land use classification map of Dongguan City in different years
不同年份東莞市土地利用面積變化見表1。1998—2018年建成區(qū)面積增加919.49 km2，2018年建成區(qū)面積是1998年3倍。1998年綠地面積為737.37 km2，占全市總面積53.24%，20年間綠地面積逐漸下降，到2018年綠地面積共減少了574.26 km2。裸地面積有小幅減少，1998年裸地面積為355.47 km2，占全市總面積的14.53%，城市擴(kuò)張期間裸地面積波動下降，到2018年總面積下降為131.1 km2，占全市總面積5.32%，20年期間共減少224.37 km2。水系面積變化趨勢與裸地大體一致，1998年水系面積為359.21 km2，占全市總面積14.58%，到2018年水系面積為238.56 km2，占全市總面積9.69%，共減少120.65 km2。以上土地利用過程演變表明，20年期間東莞市經(jīng)歷了一個快速的城鎮(zhèn)化過程，大量的綠地，裸地和水系轉(zhuǎn)化為城市建成區(qū)。
表1 東莞市不同年份土地利用面積Tab.1 Land use classification of Dongguan city in different years
2）年均城市擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)。由圖5可知，從整個東莞市來看，東莞市在一期、二期、三期、四期的年均城市擴(kuò)張強(qiáng)度分別為4.27%、0.92%、1.5%、0.78%。20年期間東莞市年均城市擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)為1.87%，一期建成區(qū)擴(kuò)張最為迅猛，面積增加525.89 km2，這是因為東莞市GDP快速增長，人口大量流動[25]。其次是三期、二期、四期。一期年均城市擴(kuò)張強(qiáng)度是四期的5.47倍。
圖5 不同時期東莞市各片區(qū)城市擴(kuò)張強(qiáng)度變化Fig.5 Changes of urban expansion intensity in different districts of Dongguan city in different periods
從東莞市各片區(qū)來看，一期水鄉(xiāng)片區(qū)擴(kuò)張最快，年均城市擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)為6.47%，高出一期全市年均城市擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)2.2%。這是因為中心城區(qū)的擴(kuò)張向外蔓延到了水鄉(xiāng)片區(qū)，臨深片區(qū)擴(kuò)張最少，年均城市擴(kuò)張強(qiáng)度為1.87%，低于全市年均城市擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)2.4%。這主要是由于臨深片區(qū)有大量的生態(tài)保護(hù)區(qū)，城市擴(kuò)張受到了限制。各片區(qū)之間年均城市擴(kuò)張強(qiáng)度最高值是最低值的3.46倍。二期濱海片區(qū)擴(kuò)張較快，年均城市擴(kuò)張強(qiáng)度為1.74%，高出二期全市年均城市擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)0.82%。這主要是濱海片區(qū)處于珠三角最中心位置，經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著天然的地域優(yōu)勢。其次是水鄉(xiāng)片區(qū)，年均城市擴(kuò)張強(qiáng)度為1.56%。三期松山湖片區(qū)、水鄉(xiāng)片區(qū)、濱海片區(qū)高于三期全市年均城市擴(kuò)張指數(shù)0.27%以上。其中松山湖片區(qū)的擴(kuò)張強(qiáng)度最大，主要是因為東莞市政府政策的推動[26]。中心城區(qū)擴(kuò)張最慢，為1%。四期水鄉(xiāng)片區(qū)的擴(kuò)張強(qiáng)度最高，為1.48%，中心城區(qū)的年均城市擴(kuò)張強(qiáng)度為0.34%，其余片區(qū)擴(kuò)張強(qiáng)度接近，說明東莞市將全市劃分為6大片區(qū)，集中優(yōu)勢資源發(fā)展，取得了較好的效果。
3）城市形態(tài)變化。城市土地密度擬合曲線的擬合效果R2均在0.9以上（圖6），城市土地密度隨著距城市中心距離的增加而減小，開始時曲線快速下降，經(jīng)過一段時間后緩慢下降直至穩(wěn)定，1998—2018年，同一圈層的城市土地密度逐漸增加，各個時間段增加強(qiáng)度不同，一期城市土地密度增加最快。其次三期、二期、四期。
圖6 不同時期城市用地土地密度變化。Fig.6 Changes of urban land density in different periods
在距市中心3 km以內(nèi)，城市土地密度最大。在距市中心40 km處，城市土地密度趨于穩(wěn)定。距市中心12 km、20 km、28 km左右各有一個高峰，從而表明東莞是一個多中心擴(kuò)張城市，距離市中心不同距離的地塊有不同的發(fā)展規(guī)劃。以市中心為中心建立一個30 km的緩沖區(qū)，計算東莞市的城市土地密度，結(jié)果表明當(dāng)緩沖區(qū)范圍設(shè)置為0～30 km時，曲線的擬合度更高。
城市土地密度函數(shù)的參數(shù)見表2。a是控制反S函數(shù)斜率的參數(shù)，1998—2018年，反S函數(shù)的斜率逐漸增加；參數(shù)c是城市邊界的城市土地密度，各年份c值最大值為0.031，表明這20年來東莞城市邊界的城市土地密度小于3.1%；參數(shù)d是城市邊緣到城市中心的距離估計值，1998—2018年逐漸增大，1998年為1.41，2018年增加到29.31。
4）城市緊湊度。利用反S函數(shù)反演的參數(shù)計算城市緊湊度指數(shù)Kp（表2），1998年KP最大，為16.44，表明在1998年城市土地密度從城市中心到邊緣區(qū)的下降速度較慢，城市緊湊度較低。2003、2008、2013、2018年KP逐漸變小，城市緊湊度逐漸增加，1998年KP值是2018年的16倍，表明20年間城市土地密度從城市中心到邊緣區(qū)的下降速度較快即城市中心區(qū)擴(kuò)張開發(fā)快于城郊地區(qū)開發(fā)。
表2 城市土地密度參數(shù)表Tab.2 Table of urban land density parameters
3.2 城市建成區(qū)擴(kuò)張的微觀分析
1）景觀擴(kuò)張指數(shù)。如表3所示，4個時間段內(nèi)東莞市城市景觀擴(kuò)張指數(shù)在不同空間方向上各自占比表明城市擴(kuò)張過程中不同方位上3種城市擴(kuò)張形式共存特征。1998—2018年，快速城鎮(zhèn)化發(fā)展期間東莞市的城市擴(kuò)張形式由邊緣式向填充式轉(zhuǎn)換。相比一期和四期的景觀擴(kuò)張指數(shù)變化可知，東莞市城市擴(kuò)張形式中邊緣式擴(kuò)張占比減少了38.93%，填充式擴(kuò)張增加了42.65%，而飛地式擴(kuò)張減少3.7%。邊緣式擴(kuò)張、飛地式擴(kuò)張往往與城市擴(kuò)張的緊湊度和破碎化程度相關(guān)，廣泛的邊緣式和飛地式擴(kuò)張也印證了東莞市發(fā)展的郊區(qū)化進(jìn)程[1]。
表3 東莞市各擴(kuò)張類型斑塊數(shù)所占比例Tab.3 Proportion of patches of different expansion types in Dongguan city
一期，城市擴(kuò)張形式以邊緣式擴(kuò)張為主，占比65%以上；填充式擴(kuò)張主要發(fā)生在第I、V、VII方位上；第III，IV方位上存在少量飛地式擴(kuò)張，此區(qū)域為東莞市松山湖片區(qū)，松山湖科技產(chǎn)業(yè)園2001年規(guī)劃建設(shè)，而后松山湖片區(qū)附近不斷加速聚集各類企業(yè)[27]。
二期，邊緣式擴(kuò)張較多的是第III、IV、VI、VIII方位，其他方位擴(kuò)張占比有所減少；填充式擴(kuò)張有所增加，在第I、V、VII 方位增加量分別為20.18%、21.78%、40.94%；飛地式擴(kuò)張主要發(fā)生在第VIII方位上，占比為5.95%。
三期，城市填充式擴(kuò)張繼續(xù)增加，在第VII、VIII方位上最多，增加量分別為82.12%、74.56%；邊緣式擴(kuò)張較多的為第III、IV 、VI 方位，增加量分別為 80.18%、73.27%、63.61% ；飛地式擴(kuò)張發(fā)生在第III，VIII方位上，增加量分別為1.74%，3.5%。
四期，除第Ⅲ、Ⅳ、Ⅵ方位，其余所有方位以填充式擴(kuò)張為主，說明城市邊界已經(jīng)固定，城市發(fā)展只能考慮市內(nèi)其他未利用地或城市土地的集約化利用。
2）面積加權(quán)平均擴(kuò)張指數(shù)。圖7表示不同時期各方位面積加權(quán)平均擴(kuò)張指數(shù)（AWMEI）變化特征，反映了1998—2018年東莞市各方位城市擴(kuò)張的整體趨勢。從時間上看，1998年的AWMEI值為15.2，隨后逐年增加，到2018年AWMEI值為22.83，表明1998—2018年城市擴(kuò)張整體上趨于緊湊。
從空間上看，第VII、VIII方位的AWMEI值較大，表明第VII、VIII方位的城市擴(kuò)張緊湊度更高，此處以中心城區(qū)為主。第III、IV、VI方位的AWMEI值較低，表明該方位上城市的緊湊度較低，主要原因是松山湖片區(qū)，東部片區(qū)，臨深片區(qū)等3個區(qū)中存在較大面積的生態(tài)保護(hù)功能區(qū)，城市擴(kuò)張受到限制。其中，在一期，第VIII方位AWMEI值減少了6.75，表明城市緊湊度降低與宏觀的緊湊度增加不一致，其主要原因是此方位存在大量距離市中心較遠(yuǎn)的新增斑塊即飛地式斑塊較多，所以在此方位上城市擴(kuò)張形式在這段期間趨于離散。
4 結(jié) 論
隨著東莞市城市的快速發(fā)展，東莞市土地利用發(fā)生了明顯的變化。本文提取1998—2018年遙感影像的土地利用信息，分析城市建成區(qū)擴(kuò)張?zhí)卣骷俺鞘袛U(kuò)張的時空演化規(guī)律，得出的結(jié)論主要有：
1）東莞市1998—2018年不斷擴(kuò)張，擴(kuò)張強(qiáng)度逐漸減少，建成區(qū)面積逐漸增加，為保證建設(shè)用地的有效利用，要充分發(fā)揮城市建成區(qū)擴(kuò)張與生態(tài)紅線的作用，嚴(yán)格控制新增建設(shè)用地的審批與開發(fā)。
2）城市建成區(qū)擴(kuò)張過程中城市土地密度在城市中心距離變化梯度上符合反S曲線規(guī)律。根據(jù)擬合結(jié)果得出東莞市擴(kuò)張過程是多中心擴(kuò)張模式，除以市中心外，其余擴(kuò)張中心在距離市中心12 km、20 km、28 km左右處，城市擴(kuò)張過程城市形態(tài)趨于緊湊。
3）東莞建成區(qū)擴(kuò)張過程中邊緣式擴(kuò)張、填充式擴(kuò)張和飛地式擴(kuò)張3種擴(kuò)張模式共存。1998—2018年，城市擴(kuò)張由邊緣式擴(kuò)張向填充式擴(kuò)張轉(zhuǎn)變。不同方位AWMEI值不同，則微觀緊湊度也不同。第Ⅶ、Ⅷ方位的擴(kuò)張緊湊度較高，第Ⅲ、Ⅳ、Ⅵ方位的緊湊度較低。雖然Ⅲ、Ⅳ、Ⅵ方位緊湊度低，但這個地方有大量生態(tài)保護(hù)區(qū)，所以東莞市的發(fā)展應(yīng)集中在第Ⅰ、Ⅱ、Ⅴ方位，即水鄉(xiāng)片區(qū)和濱海片區(qū)。
4）城市擴(kuò)張是城鎮(zhèn)化發(fā)展的必經(jīng)之路。逐步填充現(xiàn)有建成區(qū)內(nèi)部未開發(fā)用地，控制外延擴(kuò)張速度，才能提高城市擴(kuò)張中城市用地的利用效率。然而城市用地擴(kuò)張是一個涉及社會、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)等方面的綜合過程，接下來應(yīng)該從經(jīng)濟(jì)社會方面做更深層次的研究。
劉柔芯，白云鶴, ，易 龍，陳洪偉
1. 東莞理工學(xué)院，廣東 東莞 523830；
2. 東莞市城鎮(zhèn)融合發(fā)展研究院，廣東 東莞 523830
0 引 言
隨著珠三角地區(qū)城市化快速發(fā)展，建設(shè)用地需求量逐年增加，各城市出現(xiàn)如土地資源緊缺、能源消耗量大、生態(tài)保護(hù)等問題，城市發(fā)展逐漸顯現(xiàn)出發(fā)展分散、效益偏低等特征。因此，全面獲取城市發(fā)展建設(shè)用地信息，綜合評價分析城市擴(kuò)張?zhí)卣?，實施土地資源集約化與宏觀調(diào)控，對未來城市發(fā)展規(guī)劃工作具有重要的現(xiàn)實意義。
近年來，研究人員利用遙感監(jiān)測與遙感影像分析技術(shù)，開展了不同時期城市擴(kuò)張變化特征的研究。目前，分析城市擴(kuò)張?zhí)卣鞯姆椒ㄖ饕譃楹暧^和微觀兩種類型。宏觀分析一般是從城市擴(kuò)張的驅(qū)動機(jī)理、擴(kuò)張?zhí)卣鹘嵌?，表征量化城市擴(kuò)張過程中的城市宏觀形態(tài)變化[1-2]。如王麗萍等[3]利用主成分分析法對江蘇省建設(shè)用地擴(kuò)張的驅(qū)動機(jī)理進(jìn)行分析，得出城市用地變化的主要驅(qū)動因素是經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和人口的增長，而經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展是城市用地擴(kuò)張的根本驅(qū)動力；謝亞娟等[4]以南昌市為研究對象，通過GIS空間分析的方法，運(yùn)用單一土地利用動態(tài)模型、城市擴(kuò)展強(qiáng)度指數(shù)、城市緊湊度等，定量分析1995—2015年南昌市城市擴(kuò)展時空動態(tài)變化的過程和特征。得出1995—2015年南昌城市擴(kuò)展時空分異顯著，西南是城市空間擴(kuò)展的主要方向，同時，南昌市城市擴(kuò)張空間上趨于緊湊，城市擴(kuò)張速度加快。JIAO等[5-6]利用反S函數(shù)定量分析方法分析了中國主要城市1990—2010年城市擴(kuò)張形態(tài)；金兵兵等[7]基于Landsat遙感影像，對廣州市1979—2017年城市擴(kuò)張的協(xié)調(diào)度進(jìn)行了分析，得出新增建設(shè)用地應(yīng)與人口密度、人口城市化率保持協(xié)調(diào)；微觀分析一般使用景觀擴(kuò)張指數(shù)等參數(shù)，量化建成區(qū)斑塊層面的城市土地的微觀形態(tài)變化[8-9]。如劉小平等[10]首次提出景觀擴(kuò)張指數(shù)（LEI），通過景觀擴(kuò)張指數(shù)將擴(kuò)張模式類型分為內(nèi)填式、邊緣式和跳躍式3類。蔣金亮等[11]通過RS、GIS和景觀生態(tài)結(jié)合對長江沿岸上、中、下游中心城市重慶、武漢和南京對城市擴(kuò)張類型分析，結(jié)果顯示南京市以邊緣式增長為主；武漢市從2000年開始以飛地式擴(kuò)張向邊緣式擴(kuò)張轉(zhuǎn)變，重慶市以邊緣式增長為主。錢敏等[12]對蘇錫常地區(qū)1985—2008年各階段城鎮(zhèn)擴(kuò)展空間形態(tài)變化進(jìn)行分析，得出蘇錫常地區(qū)建設(shè)用地增長方式以邊緣式的緊湊增長為主。吳健生等[13]利用景觀指數(shù)，景觀轉(zhuǎn)移矩陣和景觀擴(kuò)張指數(shù)探究深圳市近20年來景觀格局時空變化，并研究了景觀擴(kuò)張的主要驅(qū)動因素。綜上分析，以往城市擴(kuò)張?zhí)卣餮芯恐饕菑暮暧^或者微觀的單方面分析城市擴(kuò)張的研究占比較多，而從宏微觀尺度兩方面結(jié)合分析研究較少，難以全面分析城市擴(kuò)張的特征，因此本研究結(jié)合宏觀和微觀角度，定量化對比分析城市擴(kuò)張?zhí)卣骷俺鞘袛U(kuò)張的時空演化規(guī)律。
經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展中的東莞現(xiàn)已被列為新一線城市，城鎮(zhèn)化發(fā)展水平較高，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展更使東莞迅速從以傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)用地為主的地區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)樾屡d的高度城市化的地區(qū)，面臨著如土地資源緊張等城市化發(fā)展瓶頸問題，因此東莞市有必要開展城市化擴(kuò)張?zhí)卣餮芯縖14]。本研究基于東莞市1998-2018年城市發(fā)展的遙感數(shù)據(jù)，從宏觀角度分析城市擴(kuò)張形態(tài)及變化過程，從微觀角度分析各向斑塊擴(kuò)張過程，獲得城市建成區(qū)擴(kuò)張?zhí)卣骷皶r空演化規(guī)律，研究成果有助于東莞市城鄉(xiāng)融合發(fā)展過程中土地優(yōu)化使用。
1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來源
1.1 研究區(qū)域
東莞市位于廣東省中南部、珠江東岸，北接廣州，東接惠州，南與深圳相連，毗鄰港澳，處于廣州至深圳經(jīng)濟(jì)走廊中（圖1）。東莞市地勢東南高、西北低，地貌以丘陵臺地、沖積平原為主[15]。東莞市氣候為亞熱帶季風(fēng)氣候，有明顯的季風(fēng)現(xiàn)象，夏天長冬天短，日照充足，降雨充沛，常年溫差振幅較穩(wěn)定。東莞市4個街道，28個鎮(zhèn)，隸屬于6個片區(qū)，分別為中心城區(qū)、水鄉(xiāng)片區(qū)、濱海片區(qū)、松山湖片區(qū)、東部片區(qū)和臨深片區(qū)，生態(tài)保護(hù)區(qū)主要位于臨深片區(qū)和東部片區(qū)。
圖1 東莞市各片區(qū)圖Fig.1 Map of each district in Dongguan city
1.2 數(shù)據(jù)來源
本文選取東莞市1998、2003、2008、2013、2018年的Landsat遙感影像（云量少于5%）分析城市擴(kuò)張?zhí)卣鳌?998、2003年的影像分辨率為30 m，其余年份為15 m。為了分析不同階段城市形態(tài)變化特征，將城市擴(kuò)張過程分為4個時間段進(jìn)行研究，分別為1998—2003年（一期），2004—2008年（二期），2009—2013年（三期），2014—2018年（四期）。東莞市遙感影像數(shù)據(jù)來源于國家地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站（http://www.gscloud.cn/），城市土地分類中用google歷史影像圖作影像分類參考，同時利用東莞城市土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)等進(jìn)行判讀。
本研究為了分析東莞城市建成區(qū)擴(kuò)張的宏微觀形態(tài)變化特征，設(shè)置3個宏觀度量指標(biāo)，分別是土地利用信息、城市擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)、城市形態(tài)變化（城市土地密度指數(shù)）；設(shè)置兩個微觀度量指標(biāo)，分別是景觀擴(kuò)張指數(shù)（LEI）、面積加權(quán)平均擴(kuò)張指數(shù)（AWMEI）。
2 研究方法
2.1 城市建成區(qū)擴(kuò)張宏觀度量指標(biāo)
1）土地利用面積變化。為識別東莞市的土地利用信息，對不同年份的遙感影像進(jìn)行輻射校正，大氣校正和融合等預(yù)處理后，采用監(jiān)督分類的方法將其分為建成區(qū)、水系、綠地、裸地等4大類，并計算東莞市1998—2018年各類別的面積變化，得到不同時期城市擴(kuò)張的土地利用信息，研究東莞市不同時期的城市擴(kuò)張?zhí)卣鳌?/p>
2）年均城市擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)。年均城市擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)是反映每年城市擴(kuò)張到其他空間的強(qiáng)度，年均城市擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)越大意味著城市擴(kuò)張速度越快，同時也意味著非建成區(qū)受到擠占的情況加劇，生態(tài)空間的保護(hù)難度加大[2,16]。將遙感影像分類后的影像圖轉(zhuǎn)換為矢量地圖，并提取建成區(qū)。利用東莞市建成區(qū)數(shù)據(jù)，對東莞市不同片區(qū)的年均城市擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)進(jìn)行計算，年均城市擴(kuò)張強(qiáng)度公式[17]為：
式中，F(xiàn)為年均城市擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)；U為研究區(qū)域總面積；Ua為前時相城市建成區(qū)面積；Ub為后時相建成區(qū)面積；△T為前后時相的間隔。
3）城市土地密度。城市土地密度是指城市建成區(qū)的密集程度，主要利用城市圈層分析法分析。城市圈層的劃分是以東莞市政府為圓心，以一定距離為半徑向外做一系列等距的緩沖區(qū)，作為基本分析單元，從而探究城市擴(kuò)張的時空分異特征[18-19]。JIAO發(fā)現(xiàn)城市土地密度在中心距離梯度上符合反S形分布[5]。本文以東莞市政府為中心，生成一系列1 km緩沖帶，逐漸向外緩沖直至覆蓋整個建成區(qū)，共形成60個圈層，從而計算個每個圈層的土地密度。東莞市圈層結(jié)構(gòu)如圖2所示，計算公式為：
圖2 東莞市圈層結(jié)構(gòu)Fig.2 The circle structure of Dongguan city
式中，Dens為城市土地密度；S為單個圈層面積；Surbanland為各個圈層對應(yīng)的建成區(qū)面積。
通過計算城市中各個圈層內(nèi)的城市土地密度，發(fā)現(xiàn)從城市中心到城市外圍，城市土地密度的衰減呈倒S形[7]。喻菁等利用反S函數(shù)擬合各個圈層城市土地密度向外變化的形態(tài)，這種擬合曲線稱為反S曲線[1]。城市土地密度的距離衰減模式反映了城市形態(tài)及其變化[20]，數(shù)學(xué)模型為：
式中，f為城市土地密度；r為到市中心距離；a、c、d為衍生參數(shù)，a為控制反S曲線斜率的參數(shù)，c為城市邊緣建設(shè)用地的參數(shù)值；d為城市邊緣到城市中心的距離估計值。
4）城市緊湊度指數(shù)（KP）。城市緊湊度指數(shù)是描述城市建成區(qū)面積空間形態(tài)緊湊程度的重要指標(biāo)之一，可以表示內(nèi)城區(qū)和外城區(qū)的占比[21-22]。城市的土地密度從城市中心下降到邊緣區(qū)的速度越快，緊湊度越低，KP值越小。城市土地密度從城市中心下降到邊緣區(qū)的速度越慢，KP值越高，緊湊度值越小，計算公式[6]為：
式中，Kp為城市緊湊度指數(shù)；a為公式（3）衍生出來的參數(shù)。
2.2 城市建成區(qū)擴(kuò)張微觀指標(biāo)
1）景觀擴(kuò)張指數(shù)（LEI）。城市擴(kuò)張的微觀分析一般用景觀擴(kuò)張指數(shù)來表示。景觀擴(kuò)張指數(shù)是通過現(xiàn)有城市斑塊與新增斑塊的空間位置關(guān)系來確定城市用地的空間擴(kuò)張模式[23]。本文以東莞市政府所在地為中心將東莞市沿8個方位劃分成8個區(qū)域，劃分結(jié)果如圖3所示。根據(jù)LEI的計算結(jié)果，LEI=0，為飛地式擴(kuò)張；0＜LEI＜50，為邊緣式擴(kuò)張；LEI＞50，為填充式擴(kuò)張。飛地式是指獨(dú)立現(xiàn)有城市用地而新增的城市用地，邊緣式是指在現(xiàn)有的城市用地邊緣新增用地，填充式是指在現(xiàn)在的城市用地里面填充新增用地。緩沖區(qū)越小，LEI的值越穩(wěn)定[24]。以東莞市政府為中心，選取100 m作為緩沖距，生成600個緩沖圈，計算景觀擴(kuò)張指數(shù)，公式為[4]：
圖3 東莞市方位圖Fig.3 Orientation diagram of Dongguan city
式中，A0為緩沖區(qū)與原建成區(qū)重合面積；AN為緩沖區(qū)面積和A0之間的差值。
2）面積加權(quán)平均擴(kuò)張指數(shù)（AWMEI）。面積加權(quán)平均擴(kuò)張指數(shù)反映城市擴(kuò)張的演變過程[1]。AWMEI值越大，城市擴(kuò)張整體越趨于緊湊，計算公式[10]為：
式中，N為新增建設(shè)用地的斑塊數(shù)量；ai為新增斑塊面積；A為所有新增斑塊的面積。
3 結(jié) 果
3.1 城市建成區(qū)擴(kuò)張的宏觀分析
1）土地利用面積變化分析。結(jié)合遙感影像及區(qū)域?qū)嶋H土地利用情況，利用1998、2003、2008、2013、2018年遙感影像進(jìn)行土地利用分類（圖4），樣本分離度均達(dá)到80%以上，土地利用分類精度均在88%～95%。
圖4 不同年份東莞市土地利用分類圖Fig.4 Land use classification map of Dongguan City in different years
不同年份東莞市土地利用面積變化見表1。1998—2018年建成區(qū)面積增加919.49 km2，2018年建成區(qū)面積是1998年3倍。1998年綠地面積為737.37 km2，占全市總面積53.24%，20年間綠地面積逐漸下降，到2018年綠地面積共減少了574.26 km2。裸地面積有小幅減少，1998年裸地面積為355.47 km2，占全市總面積的14.53%，城市擴(kuò)張期間裸地面積波動下降，到2018年總面積下降為131.1 km2，占全市總面積5.32%，20年期間共減少224.37 km2。水系面積變化趨勢與裸地大體一致，1998年水系面積為359.21 km2，占全市總面積14.58%，到2018年水系面積為238.56 km2，占全市總面積9.69%，共減少120.65 km2。以上土地利用過程演變表明，20年期間東莞市經(jīng)歷了一個快速的城鎮(zhèn)化過程，大量的綠地，裸地和水系轉(zhuǎn)化為城市建成區(qū)。
表1 東莞市不同年份土地利用面積Tab.1 Land use classification of Dongguan city in different years
2）年均城市擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)。由圖5可知，從整個東莞市來看，東莞市在一期、二期、三期、四期的年均城市擴(kuò)張強(qiáng)度分別為4.27%、0.92%、1.5%、0.78%。20年期間東莞市年均城市擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)為1.87%，一期建成區(qū)擴(kuò)張最為迅猛，面積增加525.89 km2，這是因為東莞市GDP快速增長，人口大量流動[25]。其次是三期、二期、四期。一期年均城市擴(kuò)張強(qiáng)度是四期的5.47倍。
圖5 不同時期東莞市各片區(qū)城市擴(kuò)張強(qiáng)度變化Fig.5 Changes of urban expansion intensity in different districts of Dongguan city in different periods
從東莞市各片區(qū)來看，一期水鄉(xiāng)片區(qū)擴(kuò)張最快，年均城市擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)為6.47%，高出一期全市年均城市擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)2.2%。這是因為中心城區(qū)的擴(kuò)張向外蔓延到了水鄉(xiāng)片區(qū)，臨深片區(qū)擴(kuò)張最少，年均城市擴(kuò)張強(qiáng)度為1.87%，低于全市年均城市擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)2.4%。這主要是由于臨深片區(qū)有大量的生態(tài)保護(hù)區(qū)，城市擴(kuò)張受到了限制。各片區(qū)之間年均城市擴(kuò)張強(qiáng)度最高值是最低值的3.46倍。二期濱海片區(qū)擴(kuò)張較快，年均城市擴(kuò)張強(qiáng)度為1.74%，高出二期全市年均城市擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)0.82%。這主要是濱海片區(qū)處于珠三角最中心位置，經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著天然的地域優(yōu)勢。其次是水鄉(xiāng)片區(qū)，年均城市擴(kuò)張強(qiáng)度為1.56%。三期松山湖片區(qū)、水鄉(xiāng)片區(qū)、濱海片區(qū)高于三期全市年均城市擴(kuò)張指數(shù)0.27%以上。其中松山湖片區(qū)的擴(kuò)張強(qiáng)度最大，主要是因為東莞市政府政策的推動[26]。中心城區(qū)擴(kuò)張最慢，為1%。四期水鄉(xiāng)片區(qū)的擴(kuò)張強(qiáng)度最高，為1.48%，中心城區(qū)的年均城市擴(kuò)張強(qiáng)度為0.34%，其余片區(qū)擴(kuò)張強(qiáng)度接近，說明東莞市將全市劃分為6大片區(qū)，集中優(yōu)勢資源發(fā)展，取得了較好的效果。
3）城市形態(tài)變化。城市土地密度擬合曲線的擬合效果R2均在0.9以上（圖6），城市土地密度隨著距城市中心距離的增加而減小，開始時曲線快速下降，經(jīng)過一段時間后緩慢下降直至穩(wěn)定，1998—2018年，同一圈層的城市土地密度逐漸增加，各個時間段增加強(qiáng)度不同，一期城市土地密度增加最快。其次三期、二期、四期。
圖6 不同時期城市用地土地密度變化。Fig.6 Changes of urban land density in different periods
在距市中心3 km以內(nèi)，城市土地密度最大。在距市中心40 km處，城市土地密度趨于穩(wěn)定。距市中心12 km、20 km、28 km左右各有一個高峰，從而表明東莞是一個多中心擴(kuò)張城市，距離市中心不同距離的地塊有不同的發(fā)展規(guī)劃。以市中心為中心建立一個30 km的緩沖區(qū)，計算東莞市的城市土地密度，結(jié)果表明當(dāng)緩沖區(qū)范圍設(shè)置為0～30 km時，曲線的擬合度更高。
城市土地密度函數(shù)的參數(shù)見表2。a是控制反S函數(shù)斜率的參數(shù)，1998—2018年，反S函數(shù)的斜率逐漸增加；參數(shù)c是城市邊界的城市土地密度，各年份c值最大值為0.031，表明這20年來東莞城市邊界的城市土地密度小于3.1%；參數(shù)d是城市邊緣到城市中心的距離估計值，1998—2018年逐漸增大，1998年為1.41，2018年增加到29.31。
4）城市緊湊度。利用反S函數(shù)反演的參數(shù)計算城市緊湊度指數(shù)Kp（表2），1998年KP最大，為16.44，表明在1998年城市土地密度從城市中心到邊緣區(qū)的下降速度較慢，城市緊湊度較低。2003、2008、2013、2018年KP逐漸變小，城市緊湊度逐漸增加，1998年KP值是2018年的16倍，表明20年間城市土地密度從城市中心到邊緣區(qū)的下降速度較快即城市中心區(qū)擴(kuò)張開發(fā)快于城郊地區(qū)開發(fā)。
表2 城市土地密度參數(shù)表Tab.2 Table of urban land density parameters
3.2 城市建成區(qū)擴(kuò)張的微觀分析
1）景觀擴(kuò)張指數(shù)。如表3所示，4個時間段內(nèi)東莞市城市景觀擴(kuò)張指數(shù)在不同空間方向上各自占比表明城市擴(kuò)張過程中不同方位上3種城市擴(kuò)張形式共存特征。1998—2018年，快速城鎮(zhèn)化發(fā)展期間東莞市的城市擴(kuò)張形式由邊緣式向填充式轉(zhuǎn)換。相比一期和四期的景觀擴(kuò)張指數(shù)變化可知，東莞市城市擴(kuò)張形式中邊緣式擴(kuò)張占比減少了38.93%，填充式擴(kuò)張增加了42.65%，而飛地式擴(kuò)張減少3.7%。邊緣式擴(kuò)張、飛地式擴(kuò)張往往與城市擴(kuò)張的緊湊度和破碎化程度相關(guān)，廣泛的邊緣式和飛地式擴(kuò)張也印證了東莞市發(fā)展的郊區(qū)化進(jìn)程[1]。
表3 東莞市各擴(kuò)張類型斑塊數(shù)所占比例Tab.3 Proportion of patches of different expansion types in Dongguan city
一期，城市擴(kuò)張形式以邊緣式擴(kuò)張為主，占比65%以上；填充式擴(kuò)張主要發(fā)生在第I、V、VII方位上；第III，IV方位上存在少量飛地式擴(kuò)張，此區(qū)域為東莞市松山湖片區(qū)，松山湖科技產(chǎn)業(yè)園2001年規(guī)劃建設(shè)，而后松山湖片區(qū)附近不斷加速聚集各類企業(yè)[27]。
二期，邊緣式擴(kuò)張較多的是第III、IV、VI、VIII方位，其他方位擴(kuò)張占比有所減少；填充式擴(kuò)張有所增加，在第I、V、VII 方位增加量分別為20.18%、21.78%、40.94%；飛地式擴(kuò)張主要發(fā)生在第VIII方位上，占比為5.95%。
三期，城市填充式擴(kuò)張繼續(xù)增加，在第VII、VIII方位上最多，增加量分別為82.12%、74.56%；邊緣式擴(kuò)張較多的為第III、IV 、VI 方位，增加量分別為 80.18%、73.27%、63.61% ；飛地式擴(kuò)張發(fā)生在第III，VIII方位上，增加量分別為1.74%，3.5%。
四期，除第Ⅲ、Ⅳ、Ⅵ方位，其余所有方位以填充式擴(kuò)張為主，說明城市邊界已經(jīng)固定，城市發(fā)展只能考慮市內(nèi)其他未利用地或城市土地的集約化利用。
2）面積加權(quán)平均擴(kuò)張指數(shù)。圖7表示不同時期各方位面積加權(quán)平均擴(kuò)張指數(shù)（AWMEI）變化特征，反映了1998—2018年東莞市各方位城市擴(kuò)張的整體趨勢。從時間上看，1998年的AWMEI值為15.2，隨后逐年增加，到2018年AWMEI值為22.83，表明1998—2018年城市擴(kuò)張整體上趨于緊湊。
從空間上看，第VII、VIII方位的AWMEI值較大，表明第VII、VIII方位的城市擴(kuò)張緊湊度更高，此處以中心城區(qū)為主。第III、IV、VI方位的AWMEI值較低，表明該方位上城市的緊湊度較低，主要原因是松山湖片區(qū)，東部片區(qū)，臨深片區(qū)等3個區(qū)中存在較大面積的生態(tài)保護(hù)功能區(qū)，城市擴(kuò)張受到限制。其中，在一期，第VIII方位AWMEI值減少了6.75，表明城市緊湊度降低與宏觀的緊湊度增加不一致，其主要原因是此方位存在大量距離市中心較遠(yuǎn)的新增斑塊即飛地式斑塊較多，所以在此方位上城市擴(kuò)張形式在這段期間趨于離散。
4 結(jié) 論
隨著東莞市城市的快速發(fā)展，東莞市土地利用發(fā)生了明顯的變化。本文提取1998—2018年遙感影像的土地利用信息，分析城市建成區(qū)擴(kuò)張?zhí)卣骷俺鞘袛U(kuò)張的時空演化規(guī)律，得出的結(jié)論主要有：
1）東莞市1998—2018年不斷擴(kuò)張，擴(kuò)張強(qiáng)度逐漸減少，建成區(qū)面積逐漸增加，為保證建設(shè)用地的有效利用，要充分發(fā)揮城市建成區(qū)擴(kuò)張與生態(tài)紅線的作用，嚴(yán)格控制新增建設(shè)用地的審批與開發(fā)。
2）城市建成區(qū)擴(kuò)張過程中城市土地密度在城市中心距離變化梯度上符合反S曲線規(guī)律。根據(jù)擬合結(jié)果得出東莞市擴(kuò)張過程是多中心擴(kuò)張模式，除以市中心外，其余擴(kuò)張中心在距離市中心12 km、20 km、28 km左右處，城市擴(kuò)張過程城市形態(tài)趨于緊湊。
3）東莞建成區(qū)擴(kuò)張過程中邊緣式擴(kuò)張、填充式擴(kuò)張和飛地式擴(kuò)張3種擴(kuò)張模式共存。1998—2018年，城市擴(kuò)張由邊緣式擴(kuò)張向填充式擴(kuò)張轉(zhuǎn)變。不同方位AWMEI值不同，則微觀緊湊度也不同。第Ⅶ、Ⅷ方位的擴(kuò)張緊湊度較高，第Ⅲ、Ⅳ、Ⅵ方位的緊湊度較低。雖然Ⅲ、Ⅳ、Ⅵ方位緊湊度低，但這個地方有大量生態(tài)保護(hù)區(qū)，所以東莞市的發(fā)展應(yīng)集中在第Ⅰ、Ⅱ、Ⅴ方位，即水鄉(xiāng)片區(qū)和濱海片區(qū)。
4）城市擴(kuò)張是城鎮(zhèn)化發(fā)展的必經(jīng)之路。逐步填充現(xiàn)有建成區(qū)內(nèi)部未開發(fā)用地，控制外延擴(kuò)張速度，才能提高城市擴(kuò)張中城市用地的利用效率。然而城市用地擴(kuò)張是一個涉及社會、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)等方面的綜合過程，接下來應(yīng)該從經(jīng)濟(jì)社會方面做更深層次的研究。
