基于RS和GIS的重庆城市空间结构演变分析

金贤锋，陈甲全，张泽烈

（1.重庆市地理信息中心，重庆 401121）

基于RS和GIS的重庆城市空间结构演变分析

金贤锋1，陈甲全1，张泽烈1

（1.重庆市地理信息中心，重庆 401121）

利用RS和GIS技术对2005～2011年重庆市城市空间格局进行动态监测和分析，其中包括对扩展强度指数、紧凑度指数和多样性指数的测算分析。结果表明，2005～2010年，城市建成区规模扩展持续增强，尤以2010年表现最为突出。

城市空间结构；城市规划；经济增长；城市扩张

城市空间结构是城市研究的核心内容。其研究的方向、重点以及研究的深度、广度随城市的发展和空间演化而发展，从而形成了各个时期不同的研究脉络和时代特征[1]。城市空间作为一种对城市经济、社会、环境发展所作的全局性、长远性和纲领性的谋划，在这种形势下应运而生[2]。随着城市化脚步的加快，城市空间在原有基础上扩张成为城市发展过程中的必然现象[3]。

1 数据来源及研究方法

1.1 数据来源及预处理

基于7个时期（2005年、2006年、2007年、2008年、2009年、2010年、2011年）遥感影像，进行几何校正、坐标配准，并经解译、矢量化处理，提取各时期工业、居住、服务等功能用地边界，作为本文的主要数据源。

1.2 研究方法

采用GIS的空间分析方法对重庆城市空间结构、空间形态、空间动态扩张进行定量测度。城市空间形态分析采用紧凑度和多样性指数2个形态特征值进行测算。

1）扩展强度指数。扩展强度指数表达式为：

式中， Iue为扩展强度指数；Δ Uij为j时段第i个研究单元（如某方位或某格网）建成区扩展数量；Δ tj为j时段的时间跨度； TLAi为第i个单元土地总面积。为使不同时期城市规模扩展的速度具有可比性，需要对扩展速度进行标准化处理。本文引入扩展强度指数来对扩展速度进行修正，以扩展强度指数来反映城市规模扩展的强弱和快慢[4]。

2） 紧凑度指数。紧凑度是衡量空间斑块完整性和集聚程度的指标，是反映城市空间形态的重要概念[5]。该模型计算过程简单，便于进行同一城市不同历史时期形状的对比和不同城市间的形状对比。其表达式为：

式中，C为城市的紧凑度；At、Pt分别为第i年城市的面积和周长；C值的范围在0～l。

3）多样性指数。多样性表达式为：

式中，H为多样性指数；Pi为每一种用地类型的用地面积及其在城市总用地的比重。多样性指数是用来反映城市空间形态内在特征的指标值，特指空间类型的数目或丰富度[6]。一般来说，多样性指数越高，城市稳定发展的特征和抗外界干扰的能力就越强，高多样性指数代表城市组织形式的多样性，具有更强的活力和可持续发展能力。

2 结果与分析

2.1 城市空间结构的动态演变

在城市内部重组与外围扩张的双重作用下，2011 年重庆主城城市空间结构呈现出3大特征：①河流、山体等自然要素影响下的片区结构已基本形成。虽然东部和西部片区建设规模尚小，但“一城五片”的大体格局已然奠定。②多中心的城市体系已初步形成。在解放碑、观音桥、沙坪坝、南坪和杨家坪5个成熟城市中心基础上，西永、悦来、龙盛、茶园、龙洲湾、陶家6个市级中心已现雏形。③组团和功能区有了新发展，中心城区内的12个组团、2个功能区的功能和结构趋于完善。总体来看，现行规划确定的“一城五片、一主中心十副中心、二十一组团八功能区”的空间格局已经形成。

从历年数据来看，2005年城市建成区尚集中于中梁山和铜锣山之间，中梁山以西、铜锣山以东城市建成区分布较为零散；至2008年，仍集中于中梁山和铜锣山之间向北拓展，缓慢向中梁山以西扩张；2009～2010年，在继续保持向北拓展的同时，向西拓展开始加速，中梁山和缙云山之间的城市中心、组团、功能区开始集聚；2011年，表现为北向、西向、东向3个方向的同时拓展，中心城区以外的城市中心、组团、功能区均开始发育。然而，在城市空间演变的同时，构成“多中心组团式”城市空间结构的山体、绿地受到“蚕食”，部分片区、组团出现粘连发展的趋势（图1）。

图1 2005～2011年城市空间结构演变过程

2.2 城市空间形态动态分析

2.2.1 总体分析

紧凑度主要用于度量空间不规则形状，可以直接表达空间的形态特征。一般来说，紧凑度越大，城市越紧凑。据式（2）计算，2005～2009年城市紧凑度持续上升，2010年快速下降，2011年又有所上升（图2）。重庆主城的城市形态经历了一个从比较紧凑到比较分散的过程。城市空间的疏解与户籍制度改革、重庆西永综合保税区、两江新区落地发展密切相关。

图2 城市紧凑度变化趋势

多样性指数是用来反映城市空间形态内在特征的指标值，一般来说，多样性指数越高，城市稳定发展的特征和抗外界干扰的能力就越强。据式（3）计算，自2005年以来，城市空间多样性指数呈现持续增加的趋势，尤其是2010年以来，城市多样性指数呈快速增加态势，城市空间形态的多样性不断强化（图3）。

图3 城市多样性指数变化趋势

2.2.2 分行政区分析

各行政区的紧凑度演变兼具共性和差异性。差异性方面，渝中区紧凑度指数最大，并数倍于其余8区，表明渝中区紧凑性最好，而其余8区尚处于对外扩张的阶段，尤以沙坪坝、北碚、巴南3区，表现为强烈的分散式的蔓延扩展模式。共性方面，各区在2010年均有一定程度的疏解过程，尤以渝北区城市空间的疏解最为明显。分区紧凑度的不同，与其历史基础、地形阻力、发展惯性、选址偏向等因素相关，近期则受规划和新区建设影响明显（图4）。

图4 各行政区紧凑度变化趋势

各区的多样性指数呈波动中增长的态势。具体至各个区，渝中区多样性指数最大，这和渝中区在城市发展之初即是作为城市的中心商务区和中心商业区所在，呈现出典型的密集、繁华的城市核心地区的空间形态有关；大渡口区多样性指数最小，这和大渡口区多年以来依赖重钢的单一发展模式相关，2009年重钢搬迁，大渡口区走向转型发展的新时期，多样性指数开始逐步提高（图5）。

图5 各行政区多样性指数变化趋势

2.3 城市空间动态扩展

2.3.1 总体分析

2005年以来，城市建成区规模一直保持快速扩展态势，并表现出明显的阶段性特征。①以2010年为分界点，之前城市建成区规模均以6%左右的速度扩展，之后则以两位数的速率快速扩展。②扩展速度表现出“升-降-升-降”的趋势，2005～2008年，扩展速度持续上升，2009年扩展速度趋缓，2010年扩展速度猛增，2011年有所回缓。从扩展强度指数来看，2005～2010年，城市建成区规模扩展持续增强，尤以2010年表现最为突出，2011年扩展强度尽管有所下降，但仍表现为强劲的空间扩张，如表1。

表1 城市建成区扩展速度与强度/%

2.3.2 分行政区分析

2005年以来，除渝中区因早已实现全域城市化而以城市内部更新为主外，其余8区建成区均保持较快的向外扩展速度。以行政分区为对象，自2005年以来，渝北区建成区规模扩张最大，年均增量和年均增速均保持在10%以上，规模扩张增量和增速均为各行政区之最；自2008年以来，沙坪坝区建成区规模快速扩张，尽管年均增量和增速仍不达渝北区，但快速扩张态势已明朗化。以时间为对象，2009～2010年各行政区城市建成区规模扩展最为明显，尤以江北、沙坪坝、南岸、北碚、渝北5区，建成区规模扩展速度均超过10%，成为历年来城市建成区规模变化最大的年份，如表2。

总体来看，城市空间规模快速扩展，但体现在各行政区中又有明显的不同，并以江北、沙坪坝、南岸、北碚、渝北5区扩张最为迅速。分析城市空间扩展的空间差异：①与现行规划确定的“内环以北、中梁山以西、铜锣山以东”的发展方向有关；②与新区建设和政策推动有关，包括2010年两江新区、西永综合保税区的设立和建设。

表2 各行政区城市建成区规模扩展速度变化/%

2.3.3 各向异性分析

为分析城市空间扩展的方向异性，以解放碑为中心，选取适当的半径使之能包含整个城区，并以东偏北11.25°为起点，分成16个夹角和面积相等的扇形区域。通过各个扇形不同年份建成区面积的分析，得出不同年份各扇区的扩展规模和扩展强度，有利于分清各个时段建成区扩展的主导方向。测算结果表明，2005～2011年间，城市空间除向北扩展为主外，东、西向的扩展亦非常明显（图6）。从历年数据来看，2005～2008年期间，城市空间以向北单向扩展为主；2008～2010年期间，向北单向扩展的态势被打破，西部也呈扩展趋势；2010～2011年期间，在继续向北、向西扩展的同时，东进态势明显，首次出现“东西并进、强势北上”的三向拓展。纵观2005年至今城市空间扩展态势，向多向拓展已成为空间发展的趋势。

图6 2005～2011年城市空间各向扩展强度

3 结 语

总体来看，城市空间结构演化是合理的，具体表现在城市空间形态越来越经济、城市空间布局结构渐趋完善、城市空间地域特色得到保持、城市空间增长有序扩张。但不合理之处和不良倾向仍客观存在： ① 用地扩张显著高于人口增长，且人均建设用地呈逐年上升，表明在节约集约用地上仍需强化。②各类型建设用地发展不均衡、结构不协调，尽管在城市快速增长时期这种现象具有普遍性和客观性，但仍需引导城市建设用地的协调发展，逐步做到用地平衡。③严格控制组团隔离带被占用，杜绝组团之间的粘连趋势，确保“多中心组团式”布局的落实[7]。④强化对地形地貌改造的管控和历史文化的保护，引导城市建设与地形地貌、文化特色相一致。

按城市空间结构的演进趋势，鉴于人口和经济的持续快速增长，决定了在今后相当长一段时间内城市空间仍将保持快速扩张；前所未有的政策优势叠加期，决定城市空间高速发展的长期性，推动城市空间的持续高速发展；一批重大项目相继落地，加速了城市空间的扩张，拉动城市空间形成新格局。以此进行趋势外推，在当前及今后一段时间内，重庆城市空间仍将表现为快速扩张的态势。

[1] 吴启焰,朱喜钢.城市空间结构的回顾与展望[J].地理学与国土研究，2001,17(2):46-50

[2] 陆玭,汤茂林,刘茂松.基于RS和GIS的江阴城市扩张研究[J].南京师范大学学报：自然科学版，2010,33(2):132-137

[3] Tan M H, Robinson G M, Li X B. Urban Spatial Development and Land Use Implications from London's Experiences[J].Journal of Geographical Sciences,2011,21(1):49-64

[4] 杨景.城市空间发展规划研究——以惠州市空间科技城空间发展规划为例[J].城市建设理论研究,2013(13):1-5

[5] 李和平,严爱琼.信息时代城市空间结构的发展[J].重庆建筑大学学报,2002,24(4):1-6

[6] 胡京京,李磊.城市空间结构解析[J].山东省农业管理干部学院学报,2006,22(3):171-173

[7] 沈清基.城市空间结构生态化基本原理研究[J].中国人口·资源与环境,2004,14(6):6-11

P237.9

B

1672-4623（2015）04-0014-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.04.006

金贤锋，高级工程师，主要从事城乡规划与3S技术应用。

2014-07-11。

项目来源：国家科技支撑计划资助项目（2011BAK07B03）；重庆市软科学资助项目（cstc2012cx-rkxA00052）。