1988年～2014年莆田市城市扩展及其驱动力分析

王婷婷，王运动，杨强，张洁

（1.南京林业大学土木工程学院，南京210037；2.南京地质调查中心，南京210016）

1988年～2014年莆田市城市扩展及其驱动力分析

王婷婷1，王运动1，杨强1，张洁2

（1.南京林业大学土木工程学院，南京210037；2.南京地质调查中心，南京210016）

鉴于城市扩张及其驱动力分析在协调城市扩张与土地资源保护的矛盾、促进城市可持续发展中的重要作用，该文利用多时相遥感数据和莆田市社会经济统计数据，结合野外调查，采用室内解译方法来获取1988年～2014年莆田城市扩张数据，以分析不同时期莆田各城区扩张的面积、速度、方向主要驱动力。1988年～2002年莆田市建成区扩张面积快速增长，而2002年以后增长速度明显减小；仙游县、梧塘镇、大济镇和度尾镇建成区扩张整体呈现出“增－减”趋势，其余城镇建成区扩张则呈现“减－增”趋势。同时，人口增长、经济发展和社会投资是莆田城市扩张发展的主要驱动力，其中，GDP增长是最主要驱动力。该研究有效地揭示了莆田城市扩张的发展规律，为该地区城市规划与管理提供参考与借鉴。

城市扩张；空间分析；扩展速率；驱动力；莆田市

0 引 言

城市化，或称城镇化（Urbanization），指的是人口向城市集中的过程，这一过程包含了社会、人口、空间和经济转换等多方面的内容［1］。城市化是社会经济发展的必然，城市化是促进经济发展的动力。城市人口增长与城市非农业人口比重增加是城市化的标志，但是城市空间的扩张也是衡量城市化发展的一个重要的指标。城市建成区扩展往往伴随着城市周边地区土地利用的急剧变化，一直是人们研究城市问题的重要内容［2］。开展城市化进行的有效监测，分析城市扩张背后的驱动力机制，可科学合理地指导城市规划，控制用地规模，保护生态环境和有限的土地资源，具有非常重要的意义［3］。城市化过程除了人口与经济的集中外，更是一个地域空间过程。王娟等利用西安和咸阳1988年～2014年多期数据研究和分析了两市城市扩展状况，并分析了城市扩张的驱动力［4］；施益强等根据近20年土地利用动态变化特征预测了厦门未来土地利用的变化趋势［5］。Tayyebi等利用空间logistic回归、遥感和GIS模拟等方法重建了不同时期城市的范围［6］；Hutyra等探究了西雅图土地覆盖变化和城市土地扩张对碳变化的影响［7］。因此，城市建设用地扩张的时空特征及其环境效应等相关问题的研究可加深对城市化本质的理解，为城市可持续发展提供有效的空间决策依据［8］。

遥感图像作为地表土地覆盖的直接影像，具有直观、信息丰富等特点，而城市作为人类居住地密集的聚落，在遥感影像上能够很好地反应。因此，利用遥感技术可有效地查明城市在空间和时间序列上的变化。本文利用MapGIS提取1988年、1997年、2002年和2014年4个时相的遥感图像中莆田市建成区的边界，然后通过空间分析得到莆田城市扩张变化区域，并结合莆田的社会经济发展、人口增长等因素统计数据，综合分析莆田城市扩张的主要驱动力与发展规律。

1 研究区概况

莆田市地处24°59′N～25°46′N，118°27′E～119°56′E，位于福建省东部沿海中部地区。东临台湾海峡，西接泉州市的德化县和福州市的永泰县，南连泉州市，北邻福州福清市。市域陆域面积4119km2，其中，市区陆域面积2284km2，市域海域面积1.12×104km2。属亚热带海洋性季风气候，年降水量1000mm～2300mm，年均气温15℃～21℃。莆田市域风向沿海以东北风为主，城厢周边地区则以偏东风为主。市域内季风明显，风向随着季节的交替而转换，冬季多为偏北风，夏季多为偏南风，春秋季为过渡季节。内陆受山岭阻挡，风向转换不及沿海明显。

莆田市是福建省下辖的一个地级市。莆田市史称兴安、兴化，又称莆阳，莆仙，自古是闽中的政治、经济、文化中心。近年来，莆田市为沿海经济开放区，享受国家、省赋予的一系列优惠政策，已成为外商和港澳台商投资的热点。

图1 莆田遥感影像图（GF－1波段组合R3G2B1）

2 数据源与研究方法

2.1 数据源

遥感影像数据主要是通过美国国家航空局的地球资源观测中心获得的1988年、1997年和2002年3期影像质量良好的Landsat系列数据［9］，以及2014年高分一号卫星（GF－1）数据，辅助分析数据是收集的莆田1∶50000地形图、莆田土地利用总体规划修编说明和相关莆田社会经济统计年鉴等资料。GF－1的P／MS相机可获取8m多光谱影像和2m全色影像（表1），其高空间分辨率特性，可以使城市（镇）各种土地利用类型的目标对象更为清晰和可辨，为城市（镇）精细识别土地利用类型、鉴别城市（镇）空间范围提供了有力条件。

表1 Landsat数据及其特征

2.2 研究方法

本文在莆田市1∶50000地形图基础上，对1988年、1997年、2002年和2014年4期遥感数据进行图像拼接裁剪、投影转换、几何校正和图像增强处理，根据野外调查确定的城市用地解译标志，采用人机交互目视解译方法和多时相连续对比法提取1988年、1997年、2002年和2014年各城镇用地空间范围［10］，进而利用莆田市地形图资料和实地调查来检核修正城市空间范围矢量图，并最终基于空间叠加分析来计算莆田1988年～2014年4个时期城镇空间扩张范围数据（图2）。

图2 1988年～2014莆田市城市扩张范围图

扩展速率分析：建设用地扩张速率表示单位时间内建设用地面积变化的幅度，其计算公式为：

式中，Ua和Ub分别表示各监测时段开始和结束时建设用地的面积，T为监测时段的长度，时间步长设定为年，RS表示年均变化率（表2）。

利用人口总数、GDP和社会固定资产投资3个方面的数据进行相关分析［11］。以年份为变量（x），人口总数、GDP和社会固定资产为因变量（y）和建成区面积进行相关分析。得到相关性最大的为莆田市扩张最主要动力。

表2 1988年～2014年莆田各城区扩张速率统计表／%

3 研究结果

3.1 增长量分析

根据1988年～2014莆田各个城市建成区面积增长量与时间序列的关系（图3），可看出莆田市各监测年建成区面积都呈现出明显的增长趋势，其中莆田市区、涵江区、仙游县3个城市增长速度最快。从1988年到2014年各时期面积扩展量（图4）中可看出，2002年～2014年期间城市扩展面积最大。

图3 莆田各城区各年点面积增量图／km2

1988年以来，莆田城区向西延伸到南山下，向西北延伸到凤凰山大观园边缘，并对福厦公路城区段进行改道，开始向南发展。这一时期，涵江主要依托交通干线，以电子产业发展为依托，用地东向发展。另外，黄石、笏石初具规模，用地规模增长不大。

1997年后，在莆田市城市总体规划（1993年～2010年）确定的市域“两点三线三层次”总体布局思想的指引下，莆田力图实现南北两大三角地区共同发展，整体空间形态趋向“一心七组团”，城涵市区空间总体布局逐渐形成“组团结构、分区平衡”的格局。城涵城区进一步进行城市建设。城厢主要在现状空间框架内填充、拓展，受东侧“绿心”和西侧山体自然条件限制，发展逐步偏重南北两翼，人口进一步集聚。

2002年，莆田市县合并，形成了四区和两个管委会的行政区划，多个行政发展主体，促进了各组团的发展，除城涵城区外，笏石、黄石、东庄、忠门等均开始加速发展。随着莆田外出经商人员返乡建房和本地农民翻建、新建住房的全面开始，乡村建设用地扩张加速。这一时期，南部湄洲湾地区开发成为莆田市发展的重要方向（图4）。

3.2 扩展速率分析

通常使用城市扩展速度来衡量一个城市扩展的数量特征，它是指某空间单元在研究时期内建成区的年平均扩展面积［12］。从图5可知，莆田市和涵江区建成区扩张总体1988年～2002快速增长，而到2002年后以后增长速度明显减小；榜头镇和笏石镇建成区扩张总体1988年～1997快速增长，1997年后增长减速；榜头镇在1988年～1997年以最大的速度扩张建成区，新度镇在1997年～2002年以最大的速度进行建成区扩张，而黄石镇则在2002年后以最大的速度扩张；仙游县、梧塘镇、大济镇和度尾镇建成区扩张总体呈现出增－减趋势，其余城镇建成区扩张总体呈现减－增趋势［11］。

图4 1988年～2014年莆田市各城区不同时期城市扩展面积统计图／km2

图5 1988年～2014年莆田市各城区不同时期城市扩展速率统计图

3.3 城市扩展驱动力分析

城市人口快速增长。莆田市市区人口数量逐年增加，2007年莆田市年末总人口283万人，其中城镇人口为130.5万人。80年代末期、90年代中后期人口增加的速度较快。

经济快速增长。莆田2008年统计局分析，第二、三产业是推动莆田市经济较快增长的主要因素，特别是第二产业中的工业、第三产业中交通运输业、金融业、租赁和商务服务业等行业的快速增长，为莆田经济的较快发展提供了动力。且消费投资拉动作用增强，表现在消费需求平稳增长、投资需求拉动强劲和进出口需求下滑。

投资加大。固定资产投资额的多少直接影响城市的经济发展，快速的固定资产投资额增长率使得近几年的发展速度异常加快，导致城市用地的大幅增加。2013年全市全社会固定投资（不含农户）829.49亿元，同比增长23.7%。1988年～2014年期间，莆田各地的大规模地开发和商品住房、大型市场建设，使得城区规模迅速扩张，城区面积急剧上升，城市扩张范围迅速增加。

利用人口总数、GDP和社会固定资产投资3个方面的数据进行相关分析（图6），可以看出，建成区面积的增加趋势和GDP增长趋势非常接近，其相关系数为0.994，和固定资产投资的相关系数为0.984，和人口增长的相关系数为0.860。所以，莆田市城市扩展的最主要驱动力应该是GDP的增加。

图6 莆田市建成区面积和人口、固定资产投资、GDP的关系

4 结束语

利用遥感影像和GIS相结合，能够有效地实现城市扩张的动态监测，为有关部门决策提供了科学依据［13］。通过本文研究可知：

①利用卫星遥感影像提取不同时像的建成区范围，根据经验和野外调查确定城市用地解译标志，通过人机交互目视解译方法，获取1998年～2014年各期城市用地空间范围，定量分析城市扩张特性规律。

②莆田市和涵江区建成区扩张总体1988年～2002快速增长，而到2002以后增长速度明显减小；榜头镇和笏石镇建成区扩张总体1988年～1997快速增长，1997年后增长减速；榜头镇在1988年～1997年以最大的速度扩张建成区，新度镇在1997年～2002年以最大的速度进行建成区扩张，而黄石镇则在2002年后以最大的速度扩张；仙游县、梧塘镇、大济镇和度尾镇建成区扩张总体呈现出增－减趋势，其余城镇建成区扩张总体呈现减－增趋势。

③人口增长、经济发展与社会投资等因素是城市扩张的主要驱动力，城市扩张是个动态和连续的过程。城市经济与投资的发展、规划布局的调整等是导致城市建设用地规模进一步扩大和数量剧增的必然因素。城市扩张对人类的居住条件和生存环境产生重大挑战，协调城市扩张与资源环境保护关系对城市政府实现城市持续发展具有重要意义［14－15］。通过社会经济统计资料分析，认为GDP增加是城市扩展最主要的驱动力。

［1］陈本清，徐涵秋.城市扩张及其驱动力遥感分析——以厦门市为例［J］.经济地理，2005，25（1）：80－83.

［2］郑兴年，胡宝新，崔伟宏.大城市边缘区土地利用动态遥感试验研究——以北京市朝阳区为例［J］.地理科学，1995，15（1）：47－54.

［3］吴宏安，蒋建军，周杰，等.西安城市扩张及其驱动力分析［J］.地理学报，2005，60（1）：143－150.

［4］王娟，卓静，何慧娟.基于GIS和RS的西安、咸阳城市扩展特征研究［J］.陕西气象，2015（1）：6－10.

［5］施益强，吴志强.近20年厦门市土地利用动态变化及预测［J］.水土保持通报，2014（5）：176－180.

［6］TAYYEBI A，PERRY P C，TAYYEBI A H.Predicting the expansion of an urban boundary using spatial logistic regression and hybrid raster－vector routines with remote sensing and GIS［J］.International Journal of Geographical Information Science，2014（4）：639－659.

［7］HUTYRA L R，YOON B，HEPINSTALL－CYMERMAN J.Carbon consequences of land cover change and expansion of urban lands：a case study in the Seattle metropolitan region［J］.Landscape and Urban Planning，2011（1）：83－93.

［8］马廷柏，王向前.基于地理信息系统的城市扩张分析——以郑州市为例［J］.甘肃科技，2010（7）：41－44

［9］初庆伟，张洪群，吴叶炜.Landsat卫星数据应用探讨［J］.遥感信息，2013，28（4）：110－114.

［10］冯健.转型期中国城市内部空间重构［M］.北京：科学出版社，2004.

［11］付治河.基于地理国情监测的城市扩张分析研究［J］.测绘通报，2013（3）：98－101.

［12］马荣华，陈雯，陈小卉，等.常熟市城镇用地扩展分析［J］.地理学报，2004，59（3）：418－426.

［13］陈本清，徐涵秋.城市扩展及其驱动力遥感分析——以厦门市为例［J］.经济地理，2005（1）：79－93.

［14］胡德勇，李京，陈云浩.基于多时相Landsat数据的城市扩张及其驱动力分析［J］.国土资源遥感，2006（4）：46－54.

［15］萧笃宁.城市化进程与土地资源的可持续利用［J］.云南地理环境研究，1997，9（1）：32－39.

Urban Expansion and Its Driving Force for Putian City from1988to 2014

WANG Ting－ting1，WANG Yun－dong1，YANG Qiang1，ZHANG Jie2
（1.School of Civil Engineering of Nanjing Forestry University，Nanjing210037；2.Nanjing Center，China Geological Survey，Nanjing210016）

Urban expansion and its driving force analysis is the important basis of coordinating the conflict between urban expansion and land resource protection，as well as promoting sustainable urban development.In the study，it shows how to analyze the driven force of the changing expansion area，speed，and its direction in different periods in Putian city by using multitemporal remote sensing data and socio－economic statistics，along with field investigation and the indoor interpretation methods which obtain the latest expansion data from1988to 2014.The expanded area of Putian city grows very fast in 1988～2002，but the growth rate was significantly reduced after 2002.The growth of the expanded area shows the overall trend of increasedecrease in Xianyou county，Wutang town，Daji town and Duwei town，and the urban expansion of the rest towns presents overall trend of decrease－increase.However，the population growth，the economic development and social investment are the main driving force of the development of Putian urban expansion.And GDP growth is the most important factor.This study reveals the regularity and trend of the urban expansion effectively and provides a reference for urban planning and management in Putian.

urban expansion；spatial analysis；growth rate；driving force；Putian city

10.3969／j.issn.1000－3177.2015.06.020

P208

A

1000－3177（2015）142－0111－05

2014－10－28

2015－04－05

2013年大学生实践创新训练计划项目（201310298032Z）；海西经济区遥感地质综合调查（12120114074701）。

王婷婷（1991—），女，在读本科生，研究方向为测绘工程。

E－mail：476862453＠qq.com

杨强（1982—），男，博士，讲师，研究方向为环境遥感与全球变化。

E－mail：qiangyang＠njfu.edu.cn