锡林浩特市城市扩展特征及驱动力分析



锡林浩特市城市扩展特征及驱动力分析

乌 云 嘎1,冬梅2

(1.内蒙古师范大学 地理科学学院,内蒙古 呼和浩特 010022；2.内蒙古计算机应用研究院，内蒙古 呼和浩特 010010)

摘要：基于锡林浩特市1991年—2011年间的五个不同时段的遥感影像图和2011年行政区划详图，利用Arcgis10软件提取建成区面积，分析锡林浩特市四个阶段城市空间扩展特征；结合1991年—2011年锡林浩特市经济社会数据，分析了锡林浩特市城市扩展的经济社会驱动力。结果表明，锡林浩特市建成区面积主要向东北方向和西南方向扩展，2000年以后扩展强度加大，速度加快。GDP、产业结构转换、非农业人口为主要驱动力。

关键词：城市扩展；驱动力；锡林浩特市

随着社会经济的发展，城市化问题已成为当今各学科研究的重点内容。城市化包括城市人口数量的增加，城市数量的增加，城市文化的蔓延和城市建设用地扩展等方面。城市扩展空间变化特征也是表征城市化的一个重要指标。吴宏安、蒋建军[1]等采用了监督分类法和归一化裸露指数(NDBI)法两种方法提取了西安城市边界信息进行比较，并认为用监督分类法提取城市边界信息相对准确。查勇[2]认为，与传统的计算机和人工提取法相比，归一化建筑指数法是很不错的城市边界提取方法。张心怡、李晓文[3、4]利用多时相遥感图像，对上海市城市扩展规模、强度、空间分布特征等方面进行综合分析。胡德勇、李京、陈云浩[5]等人结合监督分类、非监督分类和归一化裸露指数(NDBI)等三种方法提取长沙市建成区信息，建立缓冲区、叠加分析等方法,绘制城市扩展速度玫瑰图，分析城市扩展速度与重心城区之间的关系。杨存建、周成虎[6]则利用谱间结构阈值法提取水泥顶房屋和瓦顶房屋为主的居住区信息。夏叡[7]运用DBI-SAVI指数相结合的方法,提取了无锡市城市信息。本研究中，由于卫星图像的可获得性和技术上的限制，主要用锡林浩特市1991年到2011年间五个不同年份的卫星图像，利用GIS空间分析技术，分析四个时间段的城市扩展的时空变化特征。

1研究区及研究方法

1.1研究区概况

锡林浩特市位于东经115°13′—117°06′，北纬43°02′—44°52′之间，地处内蒙古自治区东部锡林郭勒草原上，气候属大陆性半干旱气候，是锡林郭勒盟盟府所在地，也是全盟政治、经济、教育、交通和文化中心，以蒙古族为主体、汉族占多数的少数民族地区。全市总面积14780km2，现辖2个苏木、1个镇、8个城市街道办事处、1个开发园区、6个国有农牧场，总人口173652人(2011年)，素有“草原明珠”、“天堂草原”等美誉。正处于经济社会快速发展期，具有得天独厚的优势和发展潜力。由于生态环境敏感，自然条件恶劣，一定程度上限制了该地区的社会经济发展，加上人口过度增长超过了当地环境所能承载的负荷，导致人地关系紧张，阻碍了整个城市的发展。

1.2数据来源与技术路线

1.2.1图像及数据来源

本研究中所用的数据有1991年、1995年、2000年、2005年及2011年的美国Landsat TM4-5卫星图像及锡林浩特市2011年1：2250000比例尺的行政区划详图和1991年到2012年《内蒙古统计年鉴》上统计的社会经济方面的数据(表1)。

表1:研究使用的数据

1.2.2主要技术路线

为了提取锡林浩特市城市扩展动态变化信息，要对下载的Landsat TM4-5卫星图像进行必要的处理：首先，在ENVI4.7软件里进行574波段的图像融合，形成假彩色图；其次，在ARCGIS10.0软件中进行几何精度校正，将误差尽量控制在1个像元以内，同时对合成的遥感图像进行边缘锐化增强处理；最后，以锡林浩特市行政区划图为底图，利用人机交互方法提取不同年份的锡林浩特市建成区面积数据，并进行编辑和统计处理。技术路线图如下：

1.2.3分析指标

(1)城市扩展强度指数。城市扩展强度是通过城市扩展强度指数表示其城市面积变化的幅度，是能够反映城市面积空间上变化的重要指标，其公式为：

(1)

其中，R表示研究末期城市扩展强度，Ux是研究末期城市建成区面积，Uy是研究初期城市建成区面积，T是研究时间间隔。

(2)城市重心(经纬度坐标)。城市重心变化是利用城市建成区面积的坐标计算几何重心坐标，是以经纬度来表示，反映城市中心的迁移情况，计算公式如下：

(2)

(3)

其中，Xt和Yt分别表示第t年城市重心坐标,Cti表示第t年第i块面积，Xi和Yi分别表示第t年第i块面积的经纬度坐标。

(3)城市紧凑度。城市的紧凑度是通过城市轮廓的变化反映城市建成区面积扩展的一个重要指标，根据刘纪远、王新生[9]等人的研究中提出的凸壳方法可简单、直观的测度城市紧凑度，同时以安徽省城市扩展类型变化为例验证了其方法的可行性和易于操作性。计算公式为[8、9]：

(4)

其中，C表示城市的紧凑度，At表示t年城市建成区面积(km2)，Pt表示t年城市建成区轮廓周长(km)，C值介于0到1之间，其值接近1表示城市轮廓具有紧凑性，接近0表示紧凑性差。

(4)城市扩展弹性系数。城市扩展弹性系数反映的是城市建成区面积扩张速度与该城市人口增长速度的协调关系，计算公式为：

(5)

其中，R(i)表示城市扩展弹性系数，A(i)表示城市建成区面积的年均增长率(%)，Pop(i)表示该城市非农业人口的年均增长率(%)。

2城市扩展分析

为了能够全面、综合的反应锡林浩特市城市扩张的时空特征，根据王厚军、李小玉[8、9、14]等人的实证研究， 本文利用城市扩展强度、重心变化、紧凑度和扩展弹性系数等四个指标分析锡林浩特市城市空间扩展特征。

2.1锡林浩特市城市扩展强度分析

1991年到2011年间，锡林浩特市建成区面积(表2)从14.398km2增长的76.756km2，增长了5.33倍，其扩展强度指数为21.65%，年均扩张速度为3.118km2·a-1。锡林浩特市1991年到2011年间城市扩展速度逐年增加。1991年到1995年间建成区面积从14.398km2增加到18.423km2，面积增加了1.28倍，扩展强度指数为6.99%，年均扩展速度为1.006km2·a-1，扩展速度较慢，空间变化不大。1995年到2000年间，建成区面积扩展到24.127km2，增加了1.31倍，扩展强度指数为6.19%，年均扩展速度为1.141km2·a-1，与1991—1995年间比速度有所减小。2000到2005年间，建成区面积扩展到37.123km2，与1995—2000年间相比，增加了1.54倍，扩展强度指数为10.77%，年均扩展速度为2.599km2·a-1，明显加快，扩展速度增加了1.74倍。2005年—2011年间，锡林浩特市建成区面积扩展到76.756km2，与2005年相比增加了2.07倍，扩展强度指数为17.79%，年均扩展速度为6.606km2·a-1，与之前几个阶段相比，城市建成区面积扩展速度最快的时期。

表2:不同时段锡林浩特市城市扩展情况

2.2锡林浩特市城市空间分异特征

为了能够看清锡林浩特市城市空间分异变化，本文中将1991年城市几何中心作为坐标原点，按四个象限八个方位，将研究区分为八个方向的现象区域(图1)，以便分析锡林浩特市建设用地在空间上的扩展特征。锡林浩特市城市重心变化分析结果表明(表3)，1991年—1995年间城市重心向东北方向移动，建成区面积向东北方向扩展，扩展面积不大；1995年—2000年间城市重心继续向东北方向移动，建成区面积向北、南两个方向扩展，扩展面积东北方向扩展面积最大：2000年—2005年间城市重心向西南方向移动，建成区面积主要向东北和西南方向扩展，且扩展面积较大；2005年—2011年城市重心继续向西南移动，且移动距离较远，建成区面积围绕主城区扩展，西南方向扩展面积最广。

图1：1991年—2011年间锡林浩特市城市扩展图

年份经度纬度1991年116°5'13.607″E43°56'48.398″N1995年116°5'23.446″E43°57'4.77″N2000年116°5'28.116″E43°57'9.953″N2005年116°5'6.328″E43°56'58.631″N2011年116°4'15.546″E43°56'41.927″N

2.3锡林浩特市城市空间形态演变特征

城市紧凑度反应的是城市空间形态(外围轮廓)的特征，由表4可以看出，紧凑度由1991年的0.99减少到2011年的0.47，表明锡林浩特市城市紧凑度逐渐变小，1991年到2000年间变化不大，2000年之后开始减少，2005年到2011年间减少幅度最多。这段时间，由于铁路及国家级和省级公路的建设，锡林浩特市与自治区内外的商品流通和人口流动日益频繁等原因，城市空间结构日趋复杂，因此城市空间形态向外扩展较快，城市轮廓 紧凑性变差，但仍属于比较紧凑型。

表4:锡林浩特市城市紧凑度变化

2.4锡林浩特市城市扩展弹性系数分析

由表5可以看出，锡林浩特市1991年—2011年间城市扩展弹性系数为2.07，是中国城市规划设计院给出合理值1.12的1.85倍；1991年—1995年间为2.65是合理值的2.37倍；1995年—2000年为3.43是合理值的3.06倍；2000年—2005年间为1.82是合理值的1.63倍；2005年—2011年间为4.28是合理值的3.83倍。从整体上看，在整个研究时段锡林浩特市城市扩展弹性系数一直大于合理值，尤其是2005年—2011年间的值比较高，表明该地区城市扩展速度与人口增长速度一直处于不协调状态。

表5:不同时段锡林浩特市城市扩展弹性系数

3结论

锡林浩特市城市扩展在时间上存在不均衡性。进入21世纪之前，经济发展缓慢，城市化水平较低，城市扩展速度较慢，强度较低。进入21世纪之后，国家政策的扶持，工业的及旅游业的发展，带动了该地区经济发展，促进了城市化进程，城市扩展速度明显加快。

锡林浩特市城市扩展空间分异特征明显。1991年—2000年间扩展强度较弱、速度缓慢，主要向东北、北和西南方向扩展，城市形态非常紧凑，扩展速度与非农业人口增长速度逐渐趋于协调。2000年—2011年间，城市扩展强度加大，扩展速度加快，城市重心从东北方向先是向西方向移动，后向西南方向移动，城市形态趋于松散，结构日趋复杂，扩展速度与非农业人口增长速度不协调。通过锡林浩特市1991年到2011年的社会经济统计数据分析，结果认为国内生产总值、产业结构转换、非农业人口为主要驱动力。

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Characteristics of Urban Expansion in Xilinhot City Analysis

Wuyunga1,Dongmei2

(1.Institute of Geography,Inner Mongolia Normal University,Huhhot 010022

2.Computer Application Research Institute of Inner Mongolia,Huhhot 010010)

Abstract:Based on the images,which is in period of 1991 to 2011,Xilinhot City in five different periods and the administrative map in 2011,the study analyze the features of urban expansion of Xilinhot City;The driving forces of urban expansion of Xilinhot City is analyzed on the basis of Inner Mongolia statistical yearbook from 1991 to 2011.The results are as follows:the main extension to the northeast and southwest area of Xilinhot City, extending along the main highway.After 2000, the extension strength were intensify and the speed were accelerate. GDP, the transformation of industrial structure, the non agriculture population were the main driving forces during the period.

Key words:urban expansion,driving force,Xilinhot

中图分类号：F291.1

文献标识码：A

文章编号：1004-1869(2015)01-0037-04

作者简介：乌云嘎(1990-)，女，蒙古族，内蒙古通辽市扎鲁特旗人，内蒙古师范大学硕士研究生，研究方向：经济地理与区域发展。

收稿日期：2014-10-16