基于RS与GIS的城乡居民点空间格局变化分析

张玉等

摘要：以１９８８、２０００和２００５年３期的Ｌａｎｄｓａｔ ＴＭ影像和统计数据作为数据源，运用３Ｓ技术及景观生态学的理论与方法，以石家庄市平原地区各市（县）城乡居民点为研究对象，分析了１９８８—２００５年间研究区居民点空间格局动态变化。结果表明，近２０年来，石家庄市平原地区城乡居民点规模呈逐年增长趋势，各级居民点面积整体增长７１．４％。空间格局上，城市居民点边界的破碎程度较大；建制镇居民点个数及规模受行政区划影响增长迅速；农村居民点个数呈逐年减小趋势，但规模扩大。各市（县）农村居民点边界规则，平均邻近距离均有所减小，呈现集中、密集的特点。

关键词：石家庄市平原地区；城乡居民点；空间格局

中图分类号：Ｆ３０１．２４文献标识码：Ａ文章编号：0439－８114（２０12）04－0835-06

土地是人类赖以生存和发展的物质基础。改革开放以来，随着经济的发展、城镇化进程加快和人口的日益增长，我国城镇建设用地发展快，占用耕地多，内部存在利用不充分现象，人多地少的矛盾不断加剧。城乡居民点面积作为建设用地的重要组成部分，其合理利用与否关系到土地集约化利用的全面实现。因此研究居民点规模、分布格局的动态变化，对于应对城乡居民点盲目扩张及不合理的土地利用方式、实现耕地资源的占补平衡具有重要的意义。近年来，各级政府制定的土地利用总体规划和农村土地整理政策、居民点用地变化关注逐步成为国内外学者研究的课题之一。当前学者多基于农村居民点土地整理进行研究，将农村居民点用地变化作为研究对象，运用遥感影像数据及土地利用调查统计数据进行研究［１－９］。可以看出当前学者多把研究重点放在农村，多以农村居民点的动态变化为研究对象。但随着城市化进程加快，城市与建制镇居民点近２０年的分布与规模也发生了巨大的变化。因此，试图将城乡居民点纳入研究范围，把城乡居民点划分为三个等级，依次对各级居民点近２０年的空间格局变化进行研究，以揭示近２０年石家庄市平原地区居民点分布时空格局演变特征，为研究区居民点的合理规划与建设、农村居民点土地整理工作和实现石家庄市城乡统筹协调发展提供帮助。

１研究区概况

石家庄市位于河北省中南部，地理坐标为３７°２７′－３８°４７′Ｎ、１１３°３０′－１１５°２０′Ｅ，是河北省政治、文化和经济中心。石家庄市总面积１４ ０５２．５６ ｋｍ２，总人口８５４．５８万人，辖６个区、５个县级市、１２个县和一个国家级高新技术开发区。

石家庄市地跨太行山中段和河北平原两大地貌单元，区内山地丘陵、平原面积各占５０％。研究的划定标准以海拔１００ ｍ为界限，１００ ｍ以上划定为山地丘陵地区，１００ ｍ以下划定为平原地区。平原地区地形适宜，交通便利，居民点年际变化情况比较明显，因此以石家庄市平原地区作为研究区域。研究区包括石家庄市市区，４个县级市——藁城市、晋州市、辛集市和新乐市及６个县——赵县、高邑县、栾城县、深泽县、无极县和正定县（图１）。

２数据来源与研究方法

２．１数据来源与处理

基于ＲＳ、ＧＩＳ平台和景观生态学的理论基础进行研究。研究影像数据采用１９８８、２０００和２００５年３期Ｌａｎｄｓａｔ ＴＭ遥感影像作为提取城乡居民点面积变化信息的基础数据源。在数字化过程中辅以石家庄市政区图、Ｇｏｏｇｌｅ ｅａｒｔｈ航空相片和石家庄市土地利用现状资料作为参考信息以保证解译精度。

研究方法是将城乡居民点分为3级。一级居民点为城市居民点，指城市居民点以及与城市连片的区政府、县级政府所在地镇级辖区内的商服、住宅、工业、仓储、机关、学校等单位用地。二级居民点为建制镇居民点，指除县级政府所在镇辖区外的建制镇居民点以及建制镇辖区内的商服、住宅、工业、仓储、学校等企事业单位用地。三级居民点为农村居民点以及所属的商服、住宅、工业、仓储、学校等用地。

在ＡrcＶiew ３．３軟件的支持下将ＴＭ影像运用目视解译的方法进行数字化，提取城乡居民点信息，制作出石家庄市平原地区１９８８、２０００和２００５年城乡各级居民点分布图（图２）。

２．２景观格局指数选取

引入景观生态学方法选择景观指数来反映城乡居民点规模、分布格局和居民点形状。用景观分析软件Ｆｒａｇｓｔａｔｓ ３．３计算出各级居民点的各种景观指数。在研究中只选用斑块类型（Ｃｌａｓｓ ｍｅｔｒｉｃｓ）层次的景观指数。由于景观尺度分析的结果取决于输入像元的大小［１０］，在研究中ＴＭ影像的分辨率为３０ｍ，因此选择３０ｍ作为输入像元的尺寸，这样在保持景观类型细节信息的同时，又避免了由于输入像元过小所带来的景观噪音点过多的问题［１２］。

３结果与分析

３．１近２０年石家庄市平原地区城乡居民点用地面积变化特征

石家庄市平原地区城乡居民点用地面积在１９８８-２００５年间增长幅度很大，期内各级居民点面积整体增长７１．４％。从１９８８年的６５ ４４８．８８ ｈｍ２增加到２０００年的８２ ７７７．５６ ｈｍ２，增长率达２６．５％，到２００５年增加到１１２ １８０．４８ ｈｍ２，与２０００年相比增长了３５．５％。

城市居民点面积由１９８８年的１２ ８１３．４３ ｈｍ２增加到２０００年的１９ ８８０．８３ ｈｍ２，２００５年达到３２ ２１７．１３ ｈｍ２，近２０年间增加１．５倍。各市（县）城市居民点面积增长存在一定的区域差异，图３展示的是各市（县）城市居民点面积近２０年的变化情况。从图３可以看出，各市（县）城市居民点的面积２００５年与１９８８年相比至少都翻了一番。县级市城市居民点面积整体增长幅度最大，经济发展程度高，城市化水平整体高于其他各县。与石家庄市区毗邻的各市（县）城市居民点面积增幅明显，其经济活动与市区联系紧密，经济发展受市区带动作用较大。各市（县）城市居民点用地面积年均增长率差异显著，与其增长规模并不吻合，这与政府政策和公共投资有关。

建制镇居民点面积增长最为显著，１９８８年为１ ０８７．７ ｈｍ２，到２０００年大幅度增加到４ ３３２．６６ ｈｍ２，２００５年达到６ ０８９．０ ｈｍ２，期内增加４．６倍（图4）。随着城市化水平的提高和城镇人口数量的增加，各市（县）建制镇的数目均大幅度提高，导致建制镇居民点的面积受行政区划的影响大幅度增加。各市（县）建制镇居民点面积增长幅度存在一定的区域差异，县级市的增长幅度高于其他各县。建制镇居民点面积的增加主要是由于城市化水平的提高及经济发展的影响，特别是近些年来我国实行加快发展小城镇建设的政策，鼓励农民工到就近的乡镇务工，离土不离乡，进厂不进城，促进建制镇规模迅速扩大。建制镇居民点用地年均增长率与增长规模趋势相吻合，县级市整体高于其他各县。赵县近２０年来建制镇增长率位居各市（县）之首，中小城市发展程度高。

农村居民点面积由１９８８年的５１ ５４７．７５ｈｍ２增加到２０００年的５８ ５６４．０７ ｈｍ２，２００５年达到７３ ８７４．３５ ｈｍ２，期内增长幅度达到４３．３％，其增长幅度远小于城市和建制镇居民点面积的增长幅度。从图５可以看出，各市（县）农村居民点面积增长存在一定的区域差异。经济发展水平高的市（县）农村居民点面积增长幅度较大。城市化进程加快的过程中，国家重视城市建设，大力发展各类大中小型城市，基础建设投资多，城镇建设用地如同摊大饼似地盲目摊大。而对于农村居民点，初期随着农民人均纯收入的增加而扩展，后期由于人们生活水平提高，不再将大量资金单纯用于扩大居民点面积，而是更多地用于生活质量的提高。当大量农民工和农村户口的学生涌入城市后，其对于农村住房面积扩大的需求变小，也使得近２０年来石家庄市平原地区各市（县）的农村居民点面积增加远小于城镇。农村居民点用地面积增加体现出区域差异，经济水平高的县级市相对增长缓慢，经济水平低的市（县）增长迅速。经济水平低的市（县）农民将收入用于扩大住房面积的意识依然存在，而发展水平高的各市（县）农民将更多的收入用于生活质量的提高。

３．２近２０年石家庄市平原地区城乡居民点用地景观格局变化特征

引入景观生态学方法选择如下景观指数来反映城乡居民点规模、分布格局和居民点形状。主要选取景观指数有：反映居民点规模的指标斑块个数（ＮＰ）、平均斑块面积（ＭＰＳ）、斑块面积标准差（ＰＳＳＤ）、最大斑块指数（ＬＰＩ）；反映居民点分布的指标平均最邻近距离（ＭＮＮＤ）；反映居民点形状的指标平均斑块形状指数（ＭＳＩ）、面积加权平均斑块分维数（ＡＷＭＰＦＤ）［１１］。

３．２．１城市居民点景观格局变化特征选取最大斑块指数、平均斑块面积、平均斑块形状指数和面积加权平均分维数来讨论城市居民点景观格局变化特征。石家庄市城市居民点整体斑块规模逐年增大。研究区最大斑块及市区面积持续扩张，研究区内各市（县）景观特征变化存在空间差异（表１）。绝大多数市（县）城市居民点斑块规模都呈增大趋势。说明各市（县）在发展各级居民点面积的同时都重点发展建成区的规模。各市（县）城市居民点面积平均斑块形状指数普遍大于１，面积加权平均分维数也大于１，说明城市居民点在扩张的时候并未按照一个规则的正方形进行，边界的曲折程度大。这也是符合实际情况的，由于各市（县）重点发展的区域既不均匀，又不相同，发展方向也不尽相同，因此导致城市边界呈不规则的曲线分布。

３．２．２建制镇居民点景观格局变化特征选取斑块个数、最大斑块指数、平均斑块面积、斑块面积标准差、平均斑块形状指数、面积加权平均分维数指标来研究建制镇居民点景观格局变化特征。从表２可以看出，研究区建制镇居民点斑块个数及面积受行政区划的影响，１９８８-２０００年大幅度增加，２０００-２００５年增幅变小或保持稳定。居民点规模差距显著增加，说明各建制镇发展水平差距增大。建制镇居民点斑块形状比较规则，在发展过程中呈现较均匀发展趋势。各市（县）建制镇居民点大致呈现与总体一致的特征。

３．２．３农村居民点景观格局变化特征农村居民点景观格局变化为多数学者的研究重点。从表３可以看出，石家庄市和平原地区农村居民点整体及除新东市外的各市（县）个数均成减少趋势。一是由于农村居民点面积的扩张，使得前期邻近的村庄连为一体；二是由于石家庄市政府制定了土地利用总体规划［１］，通过农村居民点的土地整理，盘活现有耕地面积，达到土地的集约利用，使得各市（县）农村居民点平均规模逐年增大。近年来，越来越多的农村人口进城务工，有些人在城市开始定居，转变为城镇人口，但是其在农村的住宅仍然保留。有些人为迎合政府土地征用补偿，还盲目扩张其农村住宅面积，导致在石家庄市城市化进程加快的过程中，农村居民点规模依然增大。农村居民点形状比较规则，规则的居民点面积更有利于土地的集约化利用。作为国家、河北省粮食生产基地，“吨粮田”的石家庄市平原地区，由于土地自然地理条件良好，产量高，因此本地农民珍惜现有耕地资源，对于居民点建设用地的扩张采取集约度最高的土地利用方式，以保护耕地资源。从表３还可以看出，近２０年地来，由于居民点面积的扩张，石家庄市平原地区农村居民点之间的距离大大减小，空间分布呈现集中、密集的趋势。

４结论

１）石家庄市平原地区各市（县）城乡居民点用地面积在１９８８-２００５年间增长了７１．４％。城市居民点面积近２０年间增加１．５倍，各市（縣）城市居民点面积增长存在一定的区域差异。县级市及与石家庄市区毗邻的市（县）城市居民点面积增幅明显。建制镇居民点面积受行政区划的影响显著，增幅最大，增速最快。农村居民点面积逐年增加，但增速远慢于城市和建制镇居民点。这与公共投资及政府大力发展大城市、加快发展中小城市的政策不无一定关系。

２）城市和建制镇居民点并非均匀扩张，各市（县）在发展的过程中对于发展区域有所侧重。各建制镇居民点规模差异日益明显。近年来，随着农村居民点面积的扩张，其个数逐年减少，但规模变大。农村居民点均匀向外扩张，没有特定的发展方向，密集度增加。

３）随着经济的发展及城镇化水平的提高，石家庄市平原地区各市（县）城乡居民点的规模还在逐年扩大，对耕地资源的保护和土地的集约化利用提出了更高的要求。面对石家庄市平原地区各市（县）城乡居民点的现状，如何提出相应的对策，进行合理的规划与控制，使居民点的发展朝着一个良性、集约性、可持续性的方向发展是今后应该重点加以研究的课题。

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