近30年南宁市建成区时空扩张特征分析

李楣楣　胡宝清　凌子燕

近30年南宁市建成区时空扩张特征分析

李楣楣1,2胡宝清2凌子燕1

（1.南宁师范大学地理科学与规划学院，广西 武鸣 530100；2.南宁师范大学北部湾环境演变与资源利用教育部重点实验室，广西 武鸣 530100）

为了解南宁市建成区的时空扩张特征，文章以1990年、2000年、2010年和2019年Landsat TM/OLI系列遥感影像作为数据，通过遥感解译出南宁市建成区信息，应用扩张速率和扩展强度、扩张方向等指标定量分析1990－2019年南宁市建成区时空转移特征。结果表明：（1）南宁市区扩张明显，扩展速度呈增强趋势；（2）南宁市建成区形态主要是向外扩张和内部填充，空间紧凑度不断下降，空间形态趋于稳定；（3）南宁市建成区的重心由西北向东南迁移，东南方向是南宁市建成区主导扩张方向。

城市建成区；时空特征；遥感影像；南宁市

引言

2020年4月国家发改委印发《2020年新型城镇化建设和城乡融合发展重点任务》，总体要求有“提高质量为导向的新型城镇化战略”“推进新型城镇化建设”等。这意味着国家战略对城市的发展规划提出了更高的要求。准确认识城市建成区的空间扩张形态、方向和规律，能为以后城市规划和可持续发展提供一定的参考[1]。

城市建成区在研究中被广泛使用，但是对于城市建成区边界的界定没有一个明确的定义，不少学者对建成区的理解存在差异。综合《现代地理学词典》《人文地理学词典》《环境科学大辞典》对建成区的定义，均强调建成区的空间是连续的、分布是连片的，且存在比较完善的公用和公共设施。遥感技术结合GIS是提取城市建成区的主要技术手段[2]。因此根据遥感影像提取城市建成区信息时，行政区划内集中连片区域、实际已建或正在建设中包含公用及基础设施的非农业活动用地均属于城市建成区[3]。

城市建成区的扩张问题受到国内外学者关注，国内外学者对建成区的研究主要集中在三个方面：（1）城市建设用地扩展的形态特征；（2）城市建设用地扩展的驱动力和影响因素[4-6]；（3）预测城市建成区的用地扩张趋势[7,8]；国内学者主要研究大尺度的国家中部、东部、中西部城市建成区扩展特征；中等尺度，长江三角洲、珠江三角洲、京津唐等具有代表性的地区；小尺度，北京、上海、广州等大城市的研究[9-11]。对中小城市的建设用地扩展研究比较少[12]。

南宁市是广西的首府，是广西北部湾经济区重要组成部分。认识南宁市建成区时空演变格局，能为南宁市的土地利用和管理提供借鉴，对今后南宁市进行合理的土地利用规划具有一定价值。

1　研究区概况与数据来源

1.1　研究区概况

南宁市（22°12′N-24°′N, 107°18′E-109°38′E）位于广西壮族自治区南部，总面积为22112 km2，2020年总人口874.15万，下辖12个区[13]。研究区为南宁市的建成区，包括西乡塘区、兴宁区、青秀区、江南区、邕宁区、良庆区等六区，总面积为6559 km2[14]，第七次人口普查建成区人口达529.33万人[15]。研究区属于亚热带季风气候区，水热条件良好，以丘陵和平原地貌为主，如图1所示。

图1　研究区位置

1.2　数据来源

从美国地质调查局（http://earthexplorer.usgs.gov/）下载空间分辨率为30 m，云量小于10%，选取1990年、2000年、2010年、2019年共4个时间节点的Landsat系列遥感影像作为数据来源。

2　研究方法

2.1　研究思路

城市建成区的时空扩张特征是指在一定时间间隔内，城市建成区在扩展速度和扩展强度、面积、方向等方面的信息发生变化。利用4个时间节点的遥感影像提取出建设用地的信息，从城市建成区的扩张速度和城市建成区空间形态变化来分析1990－2019年南宁市建成区的时空扩展特征。

2.2　城市建成区时间维度测度指标

2.2.1城市建成区扩张速率和扩张强度指数

扩张速度从速度层面衡量不同时期城市建城区扩张的快慢，扩张强度指数用来定量比较城市建成区的扩展强度，用来衡量不同时期城市建成区扩张强度程度。计算公式如下。

其中，1、2分别表示表示扩张速率和扩张强度，i、ij分别表示城市建成区研究期段内初始面积和末期面积、N表示研究时间间隔，单位是年。扩张强度指数一般分为五个等级[16]：0＜2＜3，缓速扩张；3＜2＜6，低速扩张；6＜2＜9，中速扩张；6＜2＜12，快速扩张；12＜2，高速扩张。

2.3　城市建成区空间维度测度指标

2.3.1紧凑度指数

紧凑度能反映地物形状的参数，体现一个区域建成区的开发强度与土地利用效率，紧凑度指标则主要用于分析城市建成区空间扩张形态的变化特征。紧凑度的值在0～1之间，其值越大，表示城市建成区形状越紧凑，空间形态越饱满，与之相反则城市建成区形状的紧凑性则越差，空间形态趋于离散。计算公式如下。

其中，Q表示紧凑度；M表示城市建成区面积；C表示建成区的周长。

2.3.2重心转移

重心转移是因城市建成区在发展过程中是不平衡的，研究城市在发展过程中的重心变化，能为城市的动态规划找到相关的理论依据。计算公式如下。

式中，、为时相城市建成区重心的经、纬度坐标；M为第块矢量图斑的面积；X、Y为第块图斑的几何中心坐标。

2.3.3象限分析法

把南宁市建成区，按照北、东北、东、东南、南、西南、西和西北八个方向，将建成区的空间分割成八个象限，对提取南宁市建成区4个时间节点的建设用信息进行叠加分析，依次统计南宁市建成区分布在不同方向上的建成区面积，确定建成区在各个方向上建设用地的扩展形态。

3　结果与分析

3.1　南宁市建成区扩张时间特征

南宁市建成区扩张呈现出差异性。1990－2000年，建成区面积增加29.94 km2，扩张速度为2.88 km2/a，扩张强度为6，城市建成区处于上升阶段；2000－2010年，这时期的城市化进程速度加快，随着房地产开发和城市功能配套的逐渐完善，建成区的面积增加了90.82 km2，扩张速度为9.10 km2/a，扩张速率加快，南宁市建成区进入快速扩张阶段；2010－2019年，随着五象新区和南宁地铁基础设施地不断建设，南宁市建成区面积增加到198.10 km2，扩张速度达22.12 km2/a，城市建成区扩张强烈，仍然处在快速发展的阶段。

南宁市建成区扩张速度和扩张强度呈现出相似性（如表1所示）。1990－2000年处于发展开始阶段，建成区扩张面积扩张小，扩张速率慢，扩张强度中等；2000－2010年，南宁市建成区处于上升阶段，建成区面积增加快，扩张速度加快，扩张强度增强；2010－2019年，南宁市建成区仍然处在快速上升阶段，该时期面积增长最大，扩张速度最快，扩张强度达最大。

表1　近30年南宁市建成区扩张情况

3.2　南宁市建成区扩张形态

近三十年南宁市建成区的紧凑度呈现出不断下降态势，南宁市建成区大而分散的空间形态逐渐形成。如表2所示，1990年南宁市城镇化水平低，人口主要集中在建成区中心，功能布局倾向于行政领域，建成区很少向周边扩张延伸，此时紧凑度达最大值0.21；1990－2000年，建成区在原来的基础上开始向周围扩张，扩张幅度不大，在这阶段南宁市建成区的紧凑度变小，建成区的空间格局小而紧凑，紧凑度值为0.16；2000－2010年，南宁市的房地产进入快速开发阶段，西乡塘区的商品房较为集中，建成区向西偏北扩张幅度强烈，2010年建成区的紧凑下降到0.09，南宁市空间分散，扩张形态复杂；2010－2019年，南宁市火车东站修建推动南宁市建成区向东扩张，南宁市建设规划的引导南宁市建成区整体向东南扩张，建成区面积进一步扩大，2019年紧凑度为0.09，南宁市的空间结构呈现出内部紧凑、外部分散的形态，如图2所示。

表2　紧凑度年际变化

图2　南宁市建成区年际变化

3.3　南宁市建成区重心转移

1990－2019年南宁市建成区重心总体呈现出东偏南转移的趋势，迁移距离为2873.32 m。1990－2000年，西乡塘区基础设施不断完善，城市化进程加快，城市重心向东偏南迁移，迁移距离为1142.85 m；2000－2010年，随着房地产开发推进，南宁市城市建成区由横向扩张变成纵向发展，城市重心向北偏西迁移距较短，迁移距离为319.48 m；2010－2019年，随着交通设施不断完善及级五象新区的建设，南宁市通过政策规划的引导，城市重心主要向东偏南迁移，迁移距离为2196.25 m。南宁市城市重心最终位于建成区的东南方向，如图3所示。

图3　南宁市建成区重心迁移

3.4　南宁市建成区空间方位扩张

1990－2000年，南宁市建成区面积以单一方向扩张为主，在东、南方向上扩张，最大扩张面积分别为7.28 km2、5.52 km2，其他方向扩张比较缓慢；2000－2010年，南宁市建成区发展速度较快，建成区在八个方向上均有较大扩张，南宁市建成区的扩张格局由开始的单一方向扩张变为多个方向同时扩张的转变；2010－2019年，南宁市建成区面积扩张剧烈，与上一阶段相比，南宁市建成区在东南方向上扩张了7倍、东方向和西方向扩张了2倍。该时期南宁市建成区的空间形态以内部填充和向外延伸为主，扩张强度与上一阶段相同，说明南宁市建成区地空间形态逐渐趋于稳定，如图4所示。

4　南宁市建成区扩张因素

南宁市是广西的首府，是北部湾城市群核心城市，更是东盟博览会的永久举办地。南宁市建成区的扩张受到人文因素、经济因素的影响，自然因素的制约作用也不可忽略。本文结合已有研究，将南宁市建成区驱动因子归纳为以下四类。

4.1　自然因素

南宁市平均海拔高程约为135 m，地形主要是以河谷为中心的盆地，邕江把南宁市建成区划分为江南区和江北区，因此南宁市建成区的扩张受到河流的抑制作用。建成区主要沿着河流扩张，早期南宁建成区以“摊大饼”的方式向外扩张，建成区纵向发展到一定程度，地形因素开始限制建成区的发展，导致2010－2019年南宁市建成区沿邕江两岸扩张，可以预见未来南宁市建成区的东方向仍然是城市建成扩张的主导方向。

4.2　人口和经济

人口和经济是城市建成区扩张的重要驱动因子。第六次人口普查南宁市建成区的人口总数为343.43万，第七次人口普查南宁市建成区人口总数为529.33万，十年间总人口增长了1.54倍。各类城市基础建设需求不断增长，推动城市建成区不断向外扩张，促进城市的发展。人口增加，各类经济活动增强，用地需求发生改变，空间结构发生变化。

4.3　交通条件

交通网结构布局影响着城市建成区时空演变格局。南宁市建成区主要集中交通网密集的区域，建成区扩张方向与交通走向一致，交通网结构的完善是建成区向周围扩张延伸的基础。

4.4　政策

城市的发展受政府政策强制性的导向作用，《南宁市城市土地利用规划（2006－2020）》中提出南宁市的发展方向是“整体向东，重点向南”，2010－2019年南宁市建成区重心向东南方向迁移，建成区突出“一轴两带多中心”发展模式，逐步形成沿邕江两岸串珠式展开、沿其支流纵深发展的城市布局形态。1990－2019年，建成区的重心由东偏南、由西偏北、由东偏南迁移，迁移方向与土地利用规划一致，如图3所示。

5　结论

本文采用Landsat系列遥感数据提取南宁市建成区信息，采用GIS空间分析方法和测度指标研究南宁市建成区的时空变化特征和空间扩张格局，研究表明：

（1）自1990年以来，近30年来南宁市建成区扩张趋势明显加快，南宁市建成区从1990年49.88 km2扩张到2019年368.74 km2，面积增加了318.86 km2，扩张面积为原来的7倍。

（2）南宁市建成区扩张存在明显的差异。1990－2000年，南宁市建成区东方向和南方向扩张显著；2000－2010年，南宁市建成区在各个方向均存在不同程度的扩张，城市扩张以内部填充为主；2010－2019年，南宁市建成区发展速度快，城市建成区向东、东南方向扩张最突出。

（3）近30年南宁市建成区的紧凑度不断下降、扩张强度不断减小，说明南宁市建成区的空间形态呈现大而分散态势，空间形态复杂，城市空间格局趋于稳定。

[1] 刘智丽，张启斌，岳德鹏，等. 基于Sentinel-2A与NPP-VIIRS夜间灯光数据的城市建成区提取[J]. 国土资源遥感，2019，31(4): 227-234.

[2] 杨小芳，代侦勇，李瑞敏. 基于GIS城市建成区范围界定方法实证研究——以奉化建成区为例[J]. 测绘与空间地理信息，2017，40(11): 103-104，107.

[3] 牟凤云，张增祥，迟耀斌，等. 基于多源遥感数据的北京市1973—2005年间城市建成区的动态监测与驱动力分析[J]. 遥感学报，2007(2): 257-268.

[4] 陈淑兴，韩波，柯长青，等. 济南市建成区扩展的时空特征及驱动力分析[J]. 地理空间信息，2009，7(5): 117-120.

[5] 李天华，马玲，杨武年，等. 应用遥感和GIS技术提取城市建成区及驱动力分析——以南京市为例[J]. 测绘科学，2007(4): 124-125，118，197.

[6] 李佳丹. 浙江省城市化空间格局演变及耕地保护研究[D]. 杭州: 浙江大学，2014.

[7] 韩玉莲，赵玉岩. 长江三角洲城镇建设用地扩展特征及驱动力研究[J]. 上海国土资源，2018，39(2): 16-20，32.

[8] 杨杨，吴次芳，韦仕川，等. 中国建设用地扩展的空间动态演变格局——基于EBI和EBIi的研究[J]. 中国土地科学，2008(1): 23-31.

[9] 刘稼丰，焦利民，董婷，等. 一种新的城市景观扩张过程测度方法:多阶邻接度指数[J]. 地理科学，2018，38(11): 1741-1749.

[10] 张永彬，汲姣，郭力娜. 1978—2014年唐山市中心建设用地扩展时空分析[J]. 测绘科学，2019，44(7): 59-66.

[11] 刘盛和，吴传钧，沈洪泉. 基于GIS的北京城市土地利用扩展模式[J]. 地理学报，2000(4): 407-416.

[12] 蒋伟峰，李天宇，李倩，等. 基于多时相遥感影像的皖北地区城市建成区扩张时空特征分析——以安徽省阜阳市为例[J]. 资源开发与市场，2021，37(7): 780-786.

[13] 《广西统计年鉴2021》编辑委员会及编辑人员. 广西统计年鉴2021[M]. 北京: 中国统计出版社，2021.

[14] 何舸. 山水园林城市生态空间规划研究——以南宁市为例[J]. 生态学报，2021，41(18): 7406-7416.

[15] 广西壮族自治区统计局，广西第七次全国人口普查领导小组办公室. 广西第七次全国人口普查主要数据公报[N].广西日报，2021-05-14(3).

[16] 刘咸德，李军，赵越，等. 北京地区大气颗粒物污染的风向因素研究[J]. 中国环境科学，2010，30(1): 1-6.

Analysis of Spatial and Temporal Expansion Characteristics of Built-Up Area in Nanning City in Recent 30 Years

In order to understand the spatial and temporal expansion characteristics of built-up area in Nanning city, this paper takes Landsat TM/OLI series remote sensing images in 1990, 2000, 2010 and 2019 as data, interprets the information of built-up area in Nanning city through remote sensing, and quantitatively analyzes the spatial and temporal transfer characteristics of built-up area in Nanning city from 1990 to 2019 by using indicators such as expansion rate, expansion intensity and expansion direction. The results show that: (1) the urban expansion of Nanning is obvious, and the expansion speed shows an increasing trend; (2) the form of built-up area in Nanning city is mainly outward expansion and internal filling, the spatial compactness continues to decline, and the spatial form tends to be stable; (3) the center of gravity of the built-up area of Nanning city moves from northwest to southeast, and southeast is the dominant expansion direction of the built-up area of Nanning city.

urban built-up area; temporal and spatial characteristics; remote sening images; Nanning city

TU984

A

1008-1151(2022)02-0022-04

2021-12-05

北部湾海陆交互关键带演变机制与陆海统筹发展研究（2016JJF15001）。

李楣楣（1998－），女，广西北流人，南宁师范大学地理科学与规划学院在读硕士研究生，研究方向为地理信息技术。

胡宝清（1966－），男，江西临川人，南宁师范大学北部湾环境演变与资源利用教育部重点实验室教授，博士，研究方向为脆弱环境演变与整治。