基于CA-Markov的台前县城镇开发边界划定研究

安济文

(大连市勘察测绘研究院集团有限公司，辽宁 大连 116000)

当前，中国经济已迈入高质量发展阶段，城市的发展建设也由粗放外延增长向集约内涵发展转变，城市“摊大饼”式发展模式将一去不复返。但据统计，2009—2018年，我国土地城镇化远远快于人口城镇化，二者发展速度极不协调。因此，通过划定城镇开发边界，促进城镇发展由外延增长向内涵提升转变已成为国土空间规划的核心任务。城镇开发边界作为遏制城市盲目扩张的政策工具，近年来全国很多地区都对其内涵和划定方法进行了探索，但尚未形成统一的规则。

2019年5月10日，国务院印发《关于建立国土空间规划体系并监督实施的若干意见》，要求在“双评价”基础上，科学有序划定“三条控制线”等空间管控边界，强化底线约束，为可持续发展预留空间。2019年11月2日，中办、国办联合印发《关于在国土空间规划中统筹划定落实三条控制线的指导意见》，进一步明确了“三条控制线”划定的基本原则、具体要求和管制规则，为全国统筹划定三条控制线提供了政策依据。本文结合河南省台前县国土空间总体规划实践，借鉴国内外相关经验，通过对城镇建设用地增长规律研究，探索台前县城镇开发边界的划定方法，以期为城镇开发边界划定工作提供经验借鉴。

1 研究方法

目前预测城市增长的模型有很多，元胞自动机(Cellular Automata)模型和Markov模型是较为常用的2种方法。元胞自动机模型具有十分强大的空间运算能力，擅长从空间维度上对城市发展进行模拟，但对于土地利用变化的预测结果不够精准。Markov 模型擅长从时间维度上进行数据的预测和模拟，但其对空间位置变化的预测结果不够精确。如果将二者结合形成CA-Markov模型，彼此互为补充，就能够提高预测结果的准确性。

CA-Markov模型是以历年土地利用变化数据计算出土地利用转移概率矩阵，再运用MCE模块生成土地利用变化适宜性图集为基础，并在此基础上预测未来土地利用的变化趋势，该模型综合了CA模型在空间维度上模拟复杂系统的预测水平和Markov模型在时间维度的数据分析优势，既能高精度的预测土地利用类型变化趋势，又可以准确的模拟国土空间利用变化，克服2个模型的不足，大大提高了预测的准确性。基于此，本文运用CA-Markov模型，结合遥感、GIS软件对河南省台前县2009—2018年的城市扩张情况进行模拟，得到城市增长趋势转换规则，以此趋势模拟2035年城镇开发边界的空间分布状态。

2 项目区概况及数据处理

2.1 项目区概况

台前县隶属于河南省濮阳市管辖，位于黄河下游北岸，豫鲁两省交界位置。南临黄河接山东省郓城、梁山县，北跨金堤河与山东省阳谷县接壤，西邻河南省范县，东与山东省东平县隔黄河相望。全县东西长约40.4km，南北宽约31km，土地总面积448.48km2。全县辖6镇3乡，372个行政村。全县1/3土地位于黄河滩区，2/3土地位于蓄滞洪区，发展限制因素较多。

2.2 数据处理

根据土地利用现状和特点，将台前县的土地利用现状数据分为耕地、林地、水域、建设用地、其它用地等5类，见表1。同时，为了便于数据处理和统计分析，本文从理论分析的角度将乡和镇的规划建设边界统称为城镇开发边界，即城镇开发边界包括城区的开发边界、镇区开发边界和乡集中建设边界。

表1 台前县土地利用类型分类

在CA-Markov模型运算下，对台前县2009—2018年城市增长进行模拟，得出转移概率矩阵。运用CA-Markov模型中MCE模块生成地图集，其运算法则中土地利用的变化受到多种因子的影响，如耕地受到土壤性质、坡度、水域等因素影响，建设用地受到高程、坡度、道路、基本农田等因素的影响。

以2009年为预测起点，定义5×5的元胞滤波器，将适宜性图集加入到预测的模型中，使其作为约束性因素，预测2018年土地利用状况，并将结果与2018年土地利用现状数据进行对比，以便于验证模型构建的合理性与科学性。在预测精度较好的情况下，以2018年为起点，对2035年进行模拟预测。

表2 土地利用转移矩阵表

3 结果与分析

3.1 精度校验

为了保证2035年土地利用状况的模拟精度，先将模拟预测的2018年的土地利用情况与2018年土地利用变更调查现状对比，进行精度检验，以保证预测结果的准确性。

表3 台前县土地利用现状模拟误差分析

从数量误差来看，耕地、林地、水域的误差较小，都在95%以上。建设用地的误差稍大，但基本在10%范围内。从空间误差来看，建设用地和耕地误差较大，主要存在2方面原因：黄河滩区迁建政策因素的影响，滩区内部分农村居民点拆除，在城区和镇区周边布局了安置区，导致滩区建设用地减少，城镇周边建设用地增加；2016年台前产业集聚区扩区规划获河南省发改委批复，2016—2018年产业集聚区增加了大量建设用地。不考虑政策因素，预测结果与建设用地实际发展方向和规模基本符合。

基于以上分析，CA-Markov模型可以对台前县城镇开发边界进行预测。

图1 2018年土地利用现状

图2 预测2018年土地利用情况

3.2 2035年城镇开发边界预测

3.2.1 预测结果

利用CA-Markov模型，以2018年为起始年，进行2035年的土地利用空间分布预测，预测结果见表4。

表4 台前县土地利用结构预测分析

3.2.2 结果分析

从规模上分析，2035年台前县建设用地规模9674hm2，净增加1594hm2，其中城镇建设用地4350hm2。城镇建设用地中，城区3292hm2，占城镇建设用地规模的76%；乡镇1098hm2，占城镇建设用地规模的24%，主要分布在侯庙镇和夹河乡。从空间布局上分析，新增城镇建设用地主要集中在中心城区产业集聚区和镇区周边和以S101为发展主轴的两侧，见图3。

图3 新增建设用地分布图

总体来说，预测结果符合台前县发展趋势。但是，本轮国土空间规划是存量优化提升与高质量增量配置并重的国土空间规划，更加注重向存量要空间，因此，本轮规划确定的新增建设用地指标规模必然会少于上轮土地利用总体规划确定的规模，从这个角度来说，模型预测的新增城镇建设用地规模指标偏高。

3.3 边界协调

基于软件分析的城镇开发边界是对以往的土地利用变化趋势进行的预测，对政策环境因素、规划传导因素和资源本底情况考虑不够充分，因此，需从以下3方面进行修正。

3.3.1 国家重大战略调整，国家重大项目建设影响

黄河流域生态保护和高质量发展战略的提出，明确要求在保护生态的前提下，优化调整区域经济结构和生产力布局。对台前县而言，黄河滩区内应以保育生态为主，滩区外可结合实际优化布局城镇建设用地。京雄商高铁台前站的建设，是台前县未来发展的重大机遇，因此要将高铁经济区的发展纳入城镇开发边界划定的重要影响因素予以考虑。

3.3.2 城镇建设用地指标约束

“自上而下、上下结合”的编制方式是本轮国土空间规划的特点，城镇开发边界的划定受到上级规划建设用地规模指标的约束，城镇开发边界划定过程中既要考虑自身的用地需求，还要严格落实上级规划下达的建设用地总规模等约束性指标，不得突破。

3.3.3 与“双评价”成果衔接

CA-Markov模型适宜性图集的制作对高程、坡度、基本农田等土地资源因素考虑较多，但对水资源、气候资源、灾害情况等因素考虑较少，预测结果精确度有所不足。而这些内容是“双评价”工作的主要内容，因此，可通过与“双评价”成果的衔接，完善CA-Markov模型预测的结果。

3.4 边界划定

利用政策环境因素、规划传导因素和资源本底情况对预测结果进行修正。布局上，核减了黄河滩区内清水河乡的用地布局，将其安置区纳入中心城区开发边界，同时将高铁经济区范围纳入中心城区开发边界；规模上，依据上级部门初步确定的建设用地规模指标的要求，核减了城镇开发边界内城镇用地规模。修正后的城镇开发边界划定方案比模型预测的结果更符合实际，既保障了重点建设项目用地需求，又达到节约集约用地的目的。

规划到2035年，台前县城镇开发边界规模4175hm2，其中，城区城镇开发边界规模3231hm2，镇开发边界规模944hm2。

图4 2035年城镇开发边界

4 结论

本轮国土空间总体规划确定台前县“一核两副多节点”的总体格局，重点发展区域“一核两副”指的就是中心城区、侯庙和夹河。基于CA-Markov模型所确定的重点发展区域与台前县未来重点发展方向基本一致，因此，可以说CA-Markov模型预测结果为城镇开发边界划定提供了切实可行的思路。

但是，模型预测结果对一些外部因素考虑不足，在实际预测过程中需要用政策环境、规划传导以及资源本底等因素对结果进行修正，使城镇开发边界划定结果更符合实际，从而有效引导城镇发展由外延扩张向内涵提升转变，促进地区经济高质量发展。