浙江省主要城市空间形态演变及城镇化质量评估

张 甜，康育龙，梁勤欧

（浙江师范大学 地理与环境科学学院，浙江 金华 321004）

浙江省主要城市空间形态演变及城镇化质量评估

张 甜，康育龙，梁勤欧*

（浙江师范大学 地理与环境科学学院，浙江 金华 321004）

“城市化”是当今中国城市发展的重要战略方向，城市形态分析与城镇化质量评估是城市化研究的基础理论问题.文章借助RS和GIS技术提取出浙江省11个主要城市在1993年、2003年和2014年的建成区信息，并利用形状指数、紧凑度、分形分维、扩张速度和扩张强度及城市重心转移等指标对浙江省城市形态进行了测度.并基于熵值法对社会、经济、人口、环境等共23个因子建立评价指标体系，对不同城市的城镇化质量进行评估并提出相关建议.

浙江省；主要城市；城市形态；城镇化质量

“城镇化”是中国城市发展的重要战略方向，城市形态分析则是深入研究中国城镇化发展的切入点之一.作为城市巨系统的重要组成部分，城市形态与当地政治、经济及社会因素之间存在着相互制约和相互影响的关系[1].

国外对城市形态的研究已有百余年历史并趋向于多元化.近年来，国外的研究主要针对城市发展的理论模型深入探讨[2-4]，并结合可持续发展思想，对城市结构和空间要素优化开展研究.如生态城，可持续社区等[5-6].随着理论的不断深入，这些研究不断延伸到城市群体空间组合的研究，如卫星城、大都市圈等[7].除此之外，学者还提出城市规划管理和城市景观保护的经验对策[8-9].

国内学者对城市的研究主要从空间形态、演变规律和空间特征方面进行研究，在剖析城市现状和对其定性描述中做出了贡献[10-11].最近几年，学者结合各种新方法，从微观视角[12-13]研究城市形态的案例逐渐增多.并随着科技发展，RS、GIS等技术以及元胞自动机、多智能体、网络分析、Ripley’s K函数等方法也被学者们用于城市形态研究[14-16].甚至灯光数据等也被学者们用于建成区信息的提取，并成为新兴研究方式[17].

就浙江省城市形态研究的相关文献而言，学者侧重对浙江个别城市形态定性描述[18-19]，没有多视角研究浙江省11个城市的空间形态演变的过程，同时缺少城镇质量的定量分析.由此可见，借助地理信息技术从时间—空间角度，对浙江省城市形态动态演变特征及城镇质量进行定性、定量的分析是非常必要的.

1 研究方法及数据预处理

本文运用形状指数（SBC）[20]、紧凑度指数（BCI）[21]、扩张速度（AGA）[22]、凸壳方法[23]和城市重心转移[24]等方法对浙江省11个城市测度进行分析.

文中所用遥感数据源于美国地质调查局官网，选择云量在2%以下的夏季、秋季影像.对其进行FLAASH大气校正和几何校正，以期在最大程度上降低噪声干扰，提高精度获取地物信息.采用NDBI-SAVI算法提取建成区信息，得到各市在不同年份的建成区信息见图1.

从图1可以看出浙江省各主要城市的建成区面积呈现出不同程度的扩张，因此，有必要定量分析其形态.

图1 浙江城市在不同年份的建成区形状Fig.1 Shapes of urban built-up areas of cities in Zhejiang in different years

2 城市形态测度分析

2.1 形状分析

形状指数能反映城市的形状特征，是量化空间城市形态的重要手段，借鉴前人经验[25]，本研究取n的值为32.图2为各主要城市在1993年、2003年、2014年城市形状指数散点图.

图2 1993年、2003年、2014年城市形状散点图Fig.2 Scatter plot of urban shape indices at 1993,2003 and 2014

从形状类型来看，大部分城市的形态处于竖矩形到菱形之间.城市形状变化最不明显的有绍兴、台州，城市形状变化最大的有杭州、湖州、衢州.

从形状指数数值来看，1993年形状指数最大的是舟山、温州，最小的是衢州、湖州、丽水；2003年形状指数最大的是舟山、湖州、宁波，形状指数最小的是金华、绍兴；2014年形状指数最大的是舟山、温州、湖州，形状指数最小的是绍兴、嘉兴.显然浙江省内陆地区且距主城区接近的城市形状指数较低，舟山、温州或湖州由于沿海地形破碎或主城区相离很远的城市形状指数偏高.SBC的值越大，意味着城市的形态更复杂、破碎，与周围城市辖区的交界面积更大，受到外界影响更大.如舟山市形状破碎，有狭长的海岸线，受到的影响更强烈.

总体而言，浙江省城市形状趋于复杂化，但是个体之间的差异变小，形状指数的多样性变多，城市形态趋于多元化发展.

2.2 紧凑度分析

图3为浙江省城市形状紧凑度变化图.表1反映了紧凑度与形状指数之间的关系.

图3 浙江省11个城市形态紧凑度变化Fig.3 Changes of compactness indices of 11 cities in Zhejiang

从横向上来看（见图3），1993年城市形状最紧凑的是衢州、丽水、邵兴等.2003年城市形状紧凑度数值大部分都趋于下降，形态趋于涣散，此时城市形态相对紧凑的是杭州、绍兴等.在2014年形状最紧凑的是丽水、温州等.这说明城市形态紧凑度变化并无明显的规律可循.

从纵向上来看，浙江省近20年来城市形态紧凑度指数呈现波动变化，各城市形状变化各有其特点.表1反映了紧凑度和形状指数之间没有多大的关系，表明城市形状的变化与理论意义上的紧凑度并无太大的关系.

2.3 扩张速度与扩展强度分析

从城市扩展速度来看，1993年城市扩张速度最快的是温州、杭州等，扩张速度最慢的是金华、丽水；2003年至2014年城市扩张速度最快的是台州、宁波，扩张速度最慢的是杭州、绍兴.结果表明，在不同的时期城市发展速度的快慢排序会发生变化.

从扩展强度看，1993年至2003年温州市处于较快城市扩张阶段，而其它城市为缓慢扩张阶段；2003年至2014年宁波、台州为较快城市扩张阶段，其它城市为缓慢扩张阶段.表2表明扩张速度和扩张强度之间有较强的相关性.

各城市扩展速度与扩张强度见表3.

表1 形状指数与紧凑度相关分析Tab.1 Correlation analysis of compactness indices and shape indices

表2 扩张速度与扩张强度相关分析Tab.2 Correlation analysis of expansion speed and expansion intensity

表3 各城市扩展速度与扩张强度Tab.3 Extension strength and extension speed of 11 cities

2.4 扩展类型分析

根据凸壳理论绘制城市建成区的扩展情况，结果如图4和图5所示.

表4和表5对不同时期的浙江省主要城市用地扩张面积及各市扩展类型进行了汇总.

若城市内部空隙不断被填充，且填充部分的面积大于外延部分面积时，该扩展类型属于填充型.从表4可以看出，在1993年到2003年只有金华市扩展类型属于填充型，这种类型的城市边缘的凹凸性在理论上会变小，其形状应趋于紧凑.从图3可以看出，金华市总体上是趋于紧凑的.绍兴在2003年到2014年向内填充面积占了42.37%，它在2014年的紧凑度也比较高，表明城市向内填充扩张能提高其形态的紧凑度.

图4 1993-2003年浙江城市用地扩展Fig.4 Urban land expansion in Zhejiang from 1993 to 2003

表4 1993-2003年浙江城市扩展类型Tab.4 The types of urban land expansion in Zhejiang from 1993 to 2003

图5 2003-2014年浙江城市用地扩展Fig.5 Urban land expansion in Zhejiang from 2003 to 2014

表5 2003-2014年浙江城市扩展类型Tab.5 The types of urban land expansion in Zhejiang from 2003 to 2014

城市土地向外扩张是城市化的度量指标之一.从图4和图5可以看出，城市化的过程中除了向内扩展的部分，城市大部分是向外延伸扩展的，且形态各异.既有在原来老城区基础上不断向外扩展延伸的外延型城市，如嘉兴、绍兴等呈现“摊大饼”式的扩张形态；也有像杭州一样在扩张的过程中受到西湖景区、水体、山脉的限制，在原来老城区基础上扩张受到限制，因此将富阳作为其新区的卫星城来缓解城市扩张的压力；更有台州在原来城区上的组团式扩张.但几乎所有城市在扩展的过程当中并不是单一的扩展形态存在的，而是各种扩展方式并存，以某种扩展为主.

各城市的扩展类型在不同的历史时期是不同的.如丽水在1993-2003年以沿着交通干线扩展为主的“廊道型”为主，兼具“填充”、“外延”两种类型，而在2003-2014年则以“外延”扩展类型为主，兼具“填充”式扩张.也有一些城市因为地形的限制，多年来城市扩展并不明显，如舟山只能在岛屿较平坦处扩展，空间扩张受到限制.

2.5 城市重心转移

利用ArcGIS软件得到浙江省各主要城市在1993年、2003年和2014年的重心点坐标.图6绘制城市重心的转移情况，并计算城市重心的转移距离和转移角度，结果如表6.

表6 浙江省主要城市重心转移情况Tab.6 Elasticity Coefficient of Urban Land Expansion of 11 cities in Different Periods

从图6可以看出，各城市的转移距离和转移角度有很大的不同，大致可以归为几类：

1）新区扩张型.这类城市的新区离旧城区较远，代表性城市为杭州市.1993年杭州市的建成区仍然以长江西北侧的上城区、下城区及江干区几何中心为重心，1996年建立滨江高新技术新区并将其纳入杭州市辖区范围，接着在2001年余杭市撤市建区.可以看到，这期间杭州的城市重心向东南方向偏移了5287.29 m.在2014年富阳撤县建区后，城市重心向西南方向偏移了4229.67 m.这种因纳入新区而导致的城市重心空间转移非常明显.类似的还有衢州市，在2001年衢州市将衢县撤县建区，归入衢州市管辖后，衢江区面积不断扩张，城市重心不断向衢江区所在的东部发生偏移.

2）优势扩张型.该类型的代表为绍兴市.绍兴市分为西北侧的柯桥区与东南侧的越城区，其中越城区为绍兴老市区.绍兴市在1993年到2003年城市面积主要向越城区所在的地域扩张，城市重心向东南方向偏移了244.11 m.2001年，绍兴县人民政府搬到了柯桥镇.柯桥镇在2000年以后以较快的速度发展，以期与杭州有更多的联系，可以看出，在2014年绍兴的城市重心向柯桥所在的区域扩展，城市重心向东北迁移了939.82 m.

同样，丽水市从1993年到2003年沿着330国道扩展，城市重心也向东北方向偏移了605 m，而从2003年到2014年，丽水向东北和西北方向都有大面积扩展，其中西北方向扩展面积更大，其城市重心在继续向东北迁移的时候更向西北侧偏移了726.51 m.

图6 11个城市重心转移Fig.6 The shift of the center of the 11 cities

3）交替型.如金华市从1993年到2003年城市重心虽发生了转移，但从空间位置上来看并无太大变化，而在2003年到2014年，金华向西侧扩展明显，城市重心也随之向西南方向迁移.宁波市从1993年到2003年并无明显的迁移，但在2003年以后，伴随着鄞州区经济快速发展，鄞州区和江东区连片土地面积的扩张，2003年至2014年期间，城市重心向西南方向迁移量很明显.

4）无变化型.这种城市重心从其位置来看并没有发生太大的变化，如台州市.虽然台州市管辖的椒江区、黄岩区和路桥区建成区面积都在扩张，但这种变化总体上趋于平衡，城市重心在空间位置上并没有发生特别大的变化.

3 浙江省城镇化质量评价指标构建及空间差异分析

城镇化质量评估可以为城市空间形态的进一步拓展提供理论支持.城市化质量的内涵包含了四方面内容：城市发展的动力（城市的发展力、创新力、竞争力及可持续性）、城市发展的公平性（城乡协调性、人均占有财富的公平性）、城市发展的质量（人民精神生活满足的程度）、城市发展集约化程度（能源和土地的集约利用程度）.

本文以浙江省统计网、中国城市统计年鉴网下载的2013年的相关数据来构建指标评价体系.其中，目标层为浙江省城市化质量水平，系统层包括了人口指标、社会指标、经济指标和环境指标，共23个具体指标（见表7）.

表7 城镇化质量综合评价指标体系Tab.7 Comprehensive evaluation index system of urbanization quality

3.1 基于熵值法的城镇化质量评估

3.1.1 熵值法原理

德国物理学家克劳斯提出的熵理论是用来测度一个系统的混乱程度.该方法在评估城市化质量评估时取得了很好的效果[26].本文在分析数据离散程度的基础上利用熵值法，在最大程度上降低各指标间信息重叠，并降低主观权重赋值的随机性.

信息论中的信息用来度量有序程度，熵用来度量混乱程度，因此信息和熵的绝对值相等但符号相反.矩阵代表了a个待评价目标和b个评价指标，在评估过程中，当指标间的差异越小即信息集中程度越高时，信息熵会越大，此时能提供的信息量越小，指标在综合评价时起到的作用越小，权重也相应较小.相反，当数据越混乱离散程度越大时，信息熵会相应的越小，能提供的有用信息量越大，此时该指标在综合评价过程中起到的作用越大，权重也相应的更大[27].

3.1.2 计算过程

1）原始数据标准化处理

式中，Amn代表第m个城市第n项指标的原始数值，A′mn为标准化处理后的值，代表第n项指标的均值，Sn代表第n项指标的标准差.

对标准化后的数值进行平移以消除负数的影响，公式为：

式中，Xmn为平移了D幅度后的数值，根据实际情况取D的值为3.

2）城市指标比重计算

在各项指标同度量化后，计算第m个城市所占第n项指标的比重.

其中，a为城市个数，本文中取值11，b为指标个数，本文取值23.

3.1.3 第n项指标熵值

式中，q=1/ln(a),En代表第n项指标的熵值，其值不小于零.经计算，q的取值为0.417032391.

3）差异系数

在得到第n项指标的熵值后，还需计算第n项指标的差异系数，公式为：

4）指标权重确定

对差异系数进行归一化处理后计算第n项指标的权重，公式为：

5）城镇化质量计算

得到第n项指标的权重和在该项指标下第m个城市所占的比重后就可以计算城市化质量数值，公式为：

3.2 结果分析

对浙江省11个主要城市4个子系统共23项指标的数据进行熵值法处理后，得到了浙江省主要城市城市化质量综合得分及各项排名结果（见表8）.

表8 浙江省11个市城镇化质量得分及排序Tab.8 The scores and ranking of urbanization development quality of 11 cities

由表8可以看出，浙江省11个主要城市城市化质量有很大的差别.其中，杭州市城市化质量评分最高，是城市化质量排名最后的丽水市的2.16倍.为了能更清楚的分析各城市的城镇质量空间分布差异，对浙江省城市化质量进行聚类分析并绘制了类型图（见图7）.

由于杭州和宁波经济发达、社会基础设施健全、人口素质高、环境质量较好，城市化质量的得分在0.095312到0.148192之间，属于高质量区.绍兴和温州交通、经济虽发达，但人口发展和生态环境制约其发展，属于较高城市化质量城市，其城市化质量得分在0.089234到0.095311之间.嘉兴、台州、金华为中等城市化质量城市，它们的城市化质量得分为0.0892、0.0877和0.0869.各城市在经济、社会、人口、环境方面均有不同表现.湖州市质量得分0.0787，虽然环境质量好，但由于社会经济限制，城市化质量并不高.丽水、衢州、舟山分别以0.0686、0.0655、0.0653的城市质量得分居浙江省城市质量评估倒数行列，属于低城市化质量城市.三市的共同特点是经济不发达、人口发展质量不高，城乡二元化差异明显，但突出表现的问题各有不同.

图7 11个城市城镇化质量空间差异Fig.7 The regional difference of urbanization development quality of 11 cities

4 结语

本文虽然借助30 m分辨率的Landsat系列影像对城市形态进行分析，取得了一定的结果，但宁波市辖区范围内部分海洋DEM数据不可获得导致了制图不美观性.另外，文中指标的选取过程中由于部分数据缺失等因素，对研究结果的精度有一定影响.更深入的研究需要获取更高分辨率的影像，从城市交通线路、街角和街道布局、建筑肌理等方面对城市的微观形态变化进行分析，而构建一套贯通宏观——中观——微观的研究体系是今后仍需要研究的内容.

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责任编辑：毕和平

Spatial Form Evolution and the Evaluation of the Quality of Urbanization in Zhejiang Province

ZHANG Tian，KANG Yulong，LIANG Qinou＊
（School of Geography and Environmental Science，Zhejiang Normal University，Jinhua321004，China）

“Urbanization”is an important strategy for the development of Chinese cities,and urban form analysis and quality evaluation are the basic theoretical issues of studying urbanization.This paper extracts information of 11 main cit⁃ies of Zhejiang Province in 1993,2003,2014 based on RS and GIS technology.By using indexes such as shape,compact⁃ness,fractal dimension,strength of the expansion,and urban shift,etc.,it measures urban forms of Zhejiang Province.It al⁃so establishes an evaluation system concerning the 23 factors of society,economy,demography and environment,etc.based on entropy method.Finally,it assesses the quality of different cities’urbanization and makes recommendations.

Zhejiang Province；main cities；urban forms；the quality of urbanization

TU 984.2

A

1674-4942（2017）01-0055-12

2016-11-30

国家自然科学基金（70773089）

*通讯作者：梁勤欧，教授，E-mail：qoliang@sina.com

10.12051/j.issn.1674-4942.2017.01.010