基于多時相遙感影像的寧晉縣主城區(qū)城市擴張分析

張宗函 李 帥 黃惠南 錢文浩 姜 慧 方武生

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學資源環(huán)境學院，湖南長沙 410128；2.北京佰信藍圖科技有限公司，河北石家莊 050000）

隨著我國經(jīng)濟體量增大，人口增長同有限的自然資源特別是土地資源間可能產(chǎn)生矛盾。土地資源有限，建設用地增加可能導致其他非建設用地尤其是農(nóng)用地減少，農(nóng)用地組成成分中，耕地占據(jù)絕大部分。因此，人口增長與城市擴張可能直接或間接導致耕地面積的減少。

1 研究區(qū)概況

寧晉縣隸屬于河北省邢臺市，位于河北省中南部，寧晉縣下轄13個鎮(zhèn)、3個鄉(xiāng)、1個街道辦事處、1個省級開發(fā)區(qū)、364個行政村，總面積1 110.9 km2。研究選取寧晉縣2010、2015、2020年BIGEMAP的航空拍攝影像，人口、經(jīng)濟等數(shù)據(jù)資料在河北省統(tǒng)計年鑒和寧晉縣人民政府門戶網(wǎng)址獲取[1]。

2 影像分析與建設用地提取

研究采用迭代自組織的數(shù)據(jù)，使用動態(tài)聚類分析法對影像進行非監(jiān)督分類，結合目視解譯法對影像進行判讀。非監(jiān)督分類時，迭代分析過程的最大迭代次數(shù)為5[2]。

根據(jù)聚類分析成果進行目視解譯、矢量化處理、疊加分析與擦除操作，得到研究區(qū)2015年和2020年的新增建設用地情況[3]。為了保證新增建設用地情況準確，利用研究區(qū)矢量道路網(wǎng)進行緩沖區(qū)分析，得出研究區(qū)矢量道路面數(shù)據(jù)，針對2010年建設用地和2015年、2020年新增建設用地分別擦除矢量道路數(shù)據(jù)，打散地塊后對地塊面積進行幾何計算和統(tǒng)計匯總，得到研究區(qū)內原有建設用地及新增建設用地分布情況。2010、2015、2020 年寧晉縣的建設用地面積為1 772.36、2 081.29、2 321.19 hm2。

研究區(qū)2010、2015、2020年聚類分析結果如圖1～圖3所示。

圖1 研究區(qū)2010年聚類分析結果

圖2 研究區(qū)2015年聚類分析結果

圖3 研究區(qū)2020年聚類分析結果

3 城市擴張時空分析

3.1 城市擴張的空間特征分析

（1）新增建設用地地理中心偏移。

2010—2020年，研究區(qū)擴張的整體方向為由東南向西北。2010—2015年，城市擴張中心偏移幅度較?。?015—2020年城市擴張中心偏移幅度較大。

（2）建設用地緩沖區(qū)分析。

以研究區(qū)2010年建設用地地理中心為基點，針對研究區(qū)建設用地建立7個1 km的多環(huán)緩沖區(qū)[4]，與3個時間段的研究區(qū)建設用地進行矢量疊加分析，得出3個時間段內研究區(qū)建設用地距地理中心點不同區(qū)域范圍內的空間分布情況。

建設用地多環(huán)緩沖區(qū)空間分布如圖4所示。

圖4 建設用地多環(huán)緩沖區(qū)空間分布

由圖4可知，距離城市地理中心3 000 m范圍內，建設用地面積量達到最大值，且每個緩沖區(qū)范圍內，每個年份的建設用地面積均增長。1 000～3 000 m范圍內，建設用地面積不斷增長；3 000～7 000 m范圍內，建設用地面積開始下降；7 000 m處，2015—2020年新增建設用地面積幾乎為0。結果表明，研究區(qū)內建設用地面積的擴張速度逐步減慢，總體仍有向外擴張趨勢。

3.2 城市擴張時間特征分析

城市建設用地擴展強度指城市擴展或收縮時的總體變化速率，消除了建設用地的初始規(guī)模對擴張?zhí)卣鞯挠绊慬5]。

式中：UII——建設用地的擴展強度；S'——后一時期的建設用地面積（hm2）；S——前一時期的建設用地面積（hm2）；ΔT——時間間隔（年）[6]。

研究區(qū)2010—2020年建設用地擴展強度和擴展速度如表1所示。

表1 研究區(qū)2010—2020年建設用地擴展強度和擴展速度

由表2可知，研究區(qū)2010—2015年建設用地擴展速度和擴展強度較大，2015—2020年建設用地擴展速度和擴展強度較小。

3.3 城市擴張社會經(jīng)濟因素灰色關聯(lián)度分析

本研究采用灰色關聯(lián)度分析法對驅動力因子進行分析，將9項指標分別以X1～X9進行排序，利用各驅動力因子的均值對驅動力因子進行無量綱化處理。

計算灰度關聯(lián)系數(shù)：

各項驅動力數(shù)據(jù)無量綱化匯總如表2所示。

表2 各項驅動力數(shù)據(jù)無量綱化匯總

各驅動力因子的關聯(lián)系數(shù)（ρ=0.5）如表3所示。

表3 各驅動力因子關聯(lián)系數(shù)（ρ=0.5）

如表3所示，各驅動力因子的關聯(lián)度排序為X5＞X7＞X8＞X2＞X9＞X1＞X6＞X4＞X3，表明影響寧晉縣主城區(qū)城市擴張的主要因素為社會驅動力，包括年末人口數(shù)量（X5=0.881）、糧食總產(chǎn)量（X7=0.853）、中學在校人口數(shù)（X8=0.808）、小學在校人口數(shù)（X9=0.743）。

4 結語

從城市擴張的空間角度分析，寧晉縣主城區(qū)城市擴張的整體方向為由東南向西北，以向外擴張為主。距城市地理中心3 000 m處，城市擴張量及城市擴張速度達到最大。從城市擴張的時間角度分析，寧晉縣主城區(qū)建設用地的面積逐年增加，擴張速度逐年減慢。城市擴張是各項驅動力因子相互作用的結果，寧晉縣主城區(qū)城市擴張過程中，社會因素占主導地位，經(jīng)濟、政策因素起推動和促進作用，人口數(shù)量和中學在校學生數(shù)量是研究區(qū)城市擴張的核心驅動力，經(jīng)濟指標是研究區(qū)城市擴張的強力催化劑，交通指標為研究區(qū)內城市擴張?zhí)峁┗A保障。