基于地理国情时空数据的城市建成区动态监测

余晓敏，李 兵，詹庆明， 郭华贵，赵 晶

（1.湖北省基础地理信息中心，湖北 武汉 430074；2.湖北省测绘成果档案馆，湖北 武汉 430074；3.武汉大学 城市设计学院，湖北 武汉 430079）

城市建成区动态监测和演变分析是城市总体规划修编、各类专项规划编制的重要依据，也是衡量城市化水平的重要参考[1,2]。地理国情时空数据能为城市建成区动态监测和演变分析提供必要的数据支持。基于地理国情时空数据进行城市建成区动态监测和演变分析，能够及时发现城市规划及城市开发建设中存在的问题和突发状况，使规划能根据实际情况的变化作出适时和适当调整，并从宏观角度给出未来城市拓展的方向和建议，从而更好地指导城市经济发展[3-9]。

本文基于随州市曾都区1999年TM影像、2002年SPOT4影像、2005年SPOT5影像、2009年土地利用调查成果以及2014年地理国情普查成果等地理国情时空数据，通过计算机分类和人工解译等方法分别提取这5 a的建成区矢量信息，结合该地区的城市总体规划、人口、GDP、国民经济社会发展规划等社会经济资料，对曾都区建成区演变的时空特征及成因进行分析[8]，为该区域的可持续发展提供有效的空间决策依据。

1 研究区概况

随州市曾都区位于广水市西侧、随县东南角，是随州市（地级市）政府驻地，总面积约1 316 km2，总人口64.43万，辖5个镇、4个办事处、城南新区管委会和经济开发区管委会、154个村、48个居委会。曾都区地处大别山西段、汉水以东，北有桐柏山，西南有大洪山，两山南北对峙，北部和西南部高，中部低，逐渐向西南倾斜，支脉四延，形成山地、丘陵、岗地、平原四级阶梯。土壤资源丰富，以黄棕壤、黄褐色土、山地棕色森林土为主。气候四季分明，冬干夏雨，雨热同季，雨量适中，光照充足，无霜期长。曾都区行政区划示意图如图1所示。

图1 曾都区地理位置示意图

2 数据来源

2.1 地理国情普查成果数据

随州市曾都区于2014年开展了第一次全国地理国情普查工作，普查的对象主要为曾都区国土范围内的地表自然和人文地理要素，包括与自然资源环境相关的地形地貌、植被覆盖、水域、荒漠与裸露地等地理要素和与人类活动相关的交通网络、居民地与设施、地理单元等地理要素的类别、位置、范围、面积等指标，共涉及到12个一级类、58个二级类和142个三级类，能较好地满足建成区矢量信息提取的需要。

2.2 多时相遥感影像和GIS数据

本文所用到的多时相遥感影像主要包括TM、SPOT4和SPOT5影像，GIS数据为曾都区2009年第二次土地利用调查数据。其中TM影像于1999年获取，覆盖曾都区全域，空间分辨率为30 m；SPOT4影像于2002年获取，覆盖曾都区全域，空间分辨率为10 m；SPOT5影像于2005年获取，覆盖曾都区全域，空间分辨率为10 m。这些地理信息数据为各时期建成区矢量信息的提取提供了较好的数据基础。

2.3 行业专题数据

随州市曾都区规划、国土、民政、统计、公安、交通、发改等相关行业部门也提供了较为详实的城市开发建设数据，这些专题数据能够为开展城市建成区动态监测和分析工作提供有利的支撑。如规划部门提供了城市总体规划数据和各时期的建设用地统计数据；国土部门提供了历年的土地出让划拨数据、基本农田数据；民政局提供了曾都区行政区划图；统计局提供了历年的地方统计年鉴；公安局提供了智能交通建设、车流量数据；交通局提供了道路结构图；发改局提供了国民经济社会发展规划等。

3 曾都区建成区动态监测

基于随州市曾都区地理国情时空数据，通过计算机分类和人工解译的方法可提取出1999年、2002年、2005年、2009年、2014年的随州市曾都区城市建成区矢量图。对各时期的曾都区建成区矢量图进行叠加分析（如图2～5所示）和面积统计（如表1所示），可得出随州市曾都区城市形态演变的特征、模式和规律。

图2 1999～2002年建成区演变图

图3 2002～2005年建成区演变图

图4 2005～2009年建成区演变图

图5 2009～2014年建成区演变图

表1 曾都区城区建成区用地扩展

通过叠加、统计分析可以发现：①1999～2002年，曾都区新增建成区面积较大，总体增长趋势以边缘式扩张为主，新增用地类型主要为工业区和居民区，主要原因是新增建成区的水资源和交通优势突出。②2002～2005年、2005～2009年，曾都区新增建成区面积较少，用地增长仍然以边缘式扩张为主，说明该时期曾都区城市化建设速度较慢。③2009～2014年，曾都区新增建成区面积猛增，用地增长以边缘式、填充式扩张为主，主要是因为该时期随州汽车等产业大量入驻，区域内新建了若干工业园，随着配套设施的完善，机关事业用地和居住用地也大量增加。

4 曾都区建成区演变的影响因素分析

曾都区建成区的用地扩展受多种因素的影响，其中经济、交通、政策法规、人口等因素影响较大。

1）经济方面。曾都区通过汽车及零部件、电子信息产品制造、生物医药及化工产业等工业发展带动建成区的不断扩张，同时工业用地的扩张会扩大居住用地、公共设施用地等用地需求量以满足工业用地配套需求，相关配套用地的需求也带动曾都区建成区不断扩张。

2）交通方面。曾都区城区用地轴向拓展趋势明显，最主要的交通轴是国道316拓展轴，306省道也形成一定的用地轴向拓展趋势，交通较大程度上成为承载城市空间拓展的载体，拉动了曾都区建成区轴向拓展。

3）政策法规方面。随州市政府及曾都区政府通过制定相关产业政策、成立开发区等方式引导和协调城市发展，影响曾都区空间成长及其空间形态的塑造。

4）人口方面。随着经济的快速增长，曾都区城镇人口比例不断提高，人口的迅速增长导致居民对居住和交通、公共设施的需求增加，更多的土地被占用，城市建成区通过迅速扩张来满足这种需求。

5 结 语

本文基于随州市曾都区第一次全国地理国情普查成果、多时相遥感影像和GIS数据以及行业专题数据等地理国情时空数据，对曾都区建成区进行了动态监测和时空演变分析。研究表明，曾都区建成区由于涢河、府河的空间分割而形成“一河两岸”的独特空间格局，城市总体呈现带状空间拓展态势。根据时空演变分析结果，本文建议曾都区在布局结构上以府河为界，分为东岸和西南岸两大板块，以府河形成的水轴和国道形成的路轴构成曾都区主要的空间拓展轴线，从而构筑“一河两岸，轴线组团”的城市空间形态。

[1]牟风云,张增祥,迟耀斌,等.基于多源遥感数据的北京1973～2005年间城市建成区的动态监测与驱动力分析[J].遥感学报,2007,11(2):257-268

[2]Olayiwola A M,Lgbavboa O E.Land Use Dynamics and Expansion of the Built-up Area in Benin City [J].Mediterranean Journal of Social Sciences,2014,5(20):2 506-2 516

[3]Sudhira H S,Ramachandra T V,Jagadish K S.Urban Sprawl:Metrics,Dynamics and Modeling Using GIS[J].International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation,2004(5):29-39

[4]曾磊,宗勇,鲁奇.保定市城市用地扩展的时空演变分析[J].资源科学,2004,26(4):96-103

[5]Jar M K,Garg P K,Khare D.Monitoring and Modeling of Urban Sprawl Using Remote Sensing and GIS Techniques[J].International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation,2008(10):26-43

[6]林目轩,师迎春,陈秧分,等.长沙市区建设用地扩张的时空特征[J].地理研究,2007,26(2):265-274

[7]Fazal S.Urban Expansion and Loss of Agricultural Land——a GIS Based Study of Saharanpur City[J].Environment &Urbanization,2000,12(2):133-149

[8]姜晓丽,张平宇.大连市建成区土地利用时空演变与动力机制分析[J].人文地理,2013,28(4):77-82

[9]李建松,洪亮,史晓明,等.对地理国情监测若干问题的认识[J].地理空间信息,2013,11(5):1-3