城市空间扩展地理国情监测方法的研究

王燕云 田时雨 梁丽芳

摘 要：地理国情监测工作是为了对自然与人类社会经济活动引起的地表变化信息进行动态测绘、统计、分析、研究，实现地理国情信息对社会的服务。本研究是河北省地理国情监测试验项目，利用地理国情监测技术，通过研究石家庄市5个历史时期地理国情要素的变化来实现对城市空间扩展数据精确的定量监测，基于可靠的地理空间数据，结合经济、人口、交通等专题数据进行客观、定性分析，形成地理国情监测报告。本文以石家庄市为例对城区边界的提取方法、统计分析方法进行了阐述，对城市空间扩展地理国情监测模式进行了介绍，并展示了城市空间扩展监测成果。

关键词：地理国情；空间扩展；国情监测；地理信息

地理国情监测就是综合利用全球导航卫星系统（GNSS）、航空航天遥感技术（RS）、地理信息系统技术（GIS）等现代测绘地理信息技术，利用各时期测绘成果档案，对自然、人文等地理要素进行动态和定量化、空间化的监测，并统计分析其变化量、变化频率、分布特征、地域差异、变化趋势等，形成反映各类资源、环境、生态、经济要素的空间分布及其发展变化规律的监测数据、图件和研究报告等，从地理空间的角度客观、综合展示国情国力。

为了准确掌握城市空间扩展动态，本研究基于高精度的历史地理信息数据包括5个时期（1991年，2001年，2005年，2010年，2013年）航摄遥感影像、1∶1万数字正射影像图、1∶1万数字线划图，采用地理国情监测技术，提取了真实可靠的地理空间信息，利用空间地理信息数据客观地反映了石家庄城区空间变化的情况，包括城市空间形态、建设规模、扩张方向、路网空间格局等，在历史系列空间数据统计和分析的基础上，实现了对石家庄市空间格局的动态监测，结合经济、人口、交通等专题数据进行统计分析，研究了城市空间扩展的因素和驱动力，城市产业结构调整、城镇化、机动化、社会生活方式变化等方面对城市生长的影响，形成了一套完整的城市空间扩展地理国情监测模式。

1 监测方法

本次地理国情监测，利用石家庄市历史存档各时期（1991年，2001年，2005年，2010年，2013年）的多源、多分辨率遥感影像数据、数字正射影像图、数字线划图等，按照1∶1万比例尺，提取石家庄5个监测时期的建成区边界、房屋建筑区、各级交通路网等监测要素，构建变化监测数据集，采用变化监测与变化分析技术，对城市空间扩展开展定量化、空间化监测，并结合经济、人口、交通专题数据，对城市空间发展进行定量、定性分析。（见图1）

2 城区边界提取

2.1 监测区概况

石家庄市是河北省政治、经济、科技、金融、文化和信息中心，是国务院批准的甲类开放城市和实施沿海开放政策的城市，石家庄也是距离首都北京最近的省会城市、华北地区重要的商业贸易市场流通中心、物流中心、国家重要的交通枢纽。

本项目以石家庄市主城区为研究对象，地理范围：以石家庄市三环以内区域为中心，按照交通情况，将正定包括在范围内，经纬度范围114°15′～114°45′，37°55′～38°10′，面积：1214平方公里。采用未调整前的五区进行划分统计，范围包括长安区、桥东区、桥西区、新华区、裕华区（含高新区）市内5区（不含石家庄市井陉矿区），即地理概念上的石家庄市主城区（未调整前）。

2.2 城区边界提取

按照城区的定义，依据“行政境界线”、“中心城区”、“扩展模式”、“城市景观特征”、“城市形态”五大特征，从先定性再定量、先宏观再微观、先提取后统计分析的流程，按照“行政境界线”限定、“中心城区”锁定、“扩展模式”约束、“城市景观特征”符合、“城市形态”吻合的五大原则来实现城区边界的界定，从遥感影像上解译提取城区的界线。

将石家庄市的5个监测时期的航摄遥感影像进行空间叠加分析，按照城区的定义，从历史变迁的视角综合分析监测城市整体布局、扩展的情况，按照2013、2010、2005、2001、1991的顺序，根据收集到的各年代石家庄市行政区划图，结合1∶1万DLG提取其行政境界线，结合行政境界线，逐个时期提取宏观边界。

再以1∶1万DOM为基础，进行地类边界的判别，提取了城区精细边界，主要包括：飞地型城区边界提取，房屋建筑（区）、绿地、道路、农林用地、露天体育场、立交桥等判别。

3 统计分析

石家庄市城市空间扩展统计分析以地理国情监测数据形成的数据库为基础，利用5个时期石家庄城区范围变化对建成区面积、扩展方向、用地结构变化统计分析出建成区扩张的速率，利用建成区重心的变化，来判断城市发展的方向，同时结合监测年度人口、国民经济指标，统计出年度人均建成区面积，单位GDP的比重，同时结合城市发展、城市规划等行业指标，纵向判断城市发展的均衡性。

经统计，1991-2013年，22年间，全市建成区面积增加115.41km2。裕华区是城区扩张最多的区域，桥东区最少，全市建成区面积扩张呈现出逐年增加的状态，尤其是2010年以来，快速增加。

石家庄市建成区向四周都有扩展。但受地形地貌和城市规划约束，道路交通通达度影响，总体上向西北（新华区）、东南（裕华区）方向扩展最快，以裕华区最为显著，其次为新华区。扩张的形态及原因分析如下：

新华区扩张，主要以东西向的和平路西路、石太铁路、北二环路与南北向的西二环、友谊北大街、中华北大街组成的路网为框架，随着道路的延伸、修建而扩张。长安区扩张，主要沿北二环东路两侧扩张，建华北大街、体育北大街向北延伸方向，扩张明显。

裕华区由原来的郊区演变而来，其扩张随着体育南大街、建设南大街和建华南大街延伸至南二环以南，而迅速开展。河北师范大学、河北科技大学等高校新校区的建设，对城区教育用地功能进行了调整。裕华区范围增加，自北向南，以和平东路、长江大道、南二环东路、槐安东路、珠江大道等主干路为框架，向东三环方向发展，其中，高新技术开发区的建设对该区域扩张起了推动作用。

桥西区，向西受地形影响和城市规划控制，扩张限制在了西三环以内。西南和南方向，沿友谊南大街和南二环扩展为主。

桥东区呈南北狭长的条带状位于市区中心地带，东西方向没有扩展空间，南北方向扩张沿京广铁路向外延展，受城市规划控制，范围较小。

4 结语

城市空间发展伴随着城市空间结构和功能的调整，进一步对城市内外的道路交通系统产生新的需求，而道路交通系统的建设和完善，也反过来引导或驱动城市空间格局和范围的变化。本研究是对地理国情监测方法的探索，在对城市空间数据定量统计的基础上，结合人文、经济、交通等专题要素，对城市空间扩展形态和原因进行了定性的分析，形成了一套完整的城市空间扩展监测模式，此监测模式为其他城市的应用提供了有益的参考。

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作者简介：

王燕云（1974-），女，河北石家庄人，工程硕士，高级工程师，现主要从事地理信息成果管理和应用。