北京城市空間的擴展與空間結(jié)構(gòu)演變分析

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1、北京市城市空間的擴展與空間結(jié)構(gòu)演變分析王亮加雨靈【摘要】本研究利用北京市全市域的遙感影像數(shù)據(jù)，運用GIS分析技術，對北京市近30年來的城市空間擴展與城市空間結(jié)構(gòu)演變進行分析。結(jié)果顯示，北京市空間擴展有明顯的階段性和方向性特征。而城市空間結(jié)構(gòu)在2001年以前日趨緊湊，城市擴展圍繞中心城近地域圈層式蔓延態(tài)勢明顯；2001年以后，北京的城市擴展呈現(xiàn)多中心集聚趨勢，近地域新城開始與中心城成片連接，且空間的無序蔓延程度增加。研究表明，常規(guī)性事件是城市空間演化的本底，演化性事件是決定北京城市擴展模式和空間結(jié)構(gòu)演變方式的決定性

2、因素，革命性事件為城市擴展創(chuàng)造了契機，它們共同影響了北京市城市的擴展與空間結(jié)構(gòu)的演變?！娟P鍵詞】城市空間；擴展；結(jié)構(gòu)；演變；北京市1．引言伴隨我國城鎮(zhèn)化進程的不斷加快，城市空間擴展與空間結(jié)構(gòu)演變是城市發(fā)展的必然趨勢[1,2][3,4]。城市化是城市用地增長的主要動力。目前對于城市空間擴展的研究，大多從用地變化的角度出發(fā)，對城市用地擴展的空間過程、格局、動力機制和模式等進行討論，并以北[5~11]京、上海、深圳、廣州、沈陽、武漢、淮安等城市為例開展了廣泛的研究。從研究方法看，近年來開始采用RS數(shù)據(jù)，利用GIS空間技

3、術獲取城市用地資料，計算城市用地單元在[12,13][14][15]某時段內(nèi)的擴展指數(shù)、分形指數(shù)、景觀指數(shù)等。本文將以遙感影像數(shù)據(jù)為基礎，利用GIS空間分析技術，對北京市近30年來的城市空間擴展與城市空間結(jié)構(gòu)演變進行分析。并對空間演化背后的動力機制進行探討。2．數(shù)據(jù)來源與研究方法2.1數(shù)據(jù)類型及來源以北京市全市域遙感影像為基礎數(shù)據(jù)源，均從北京市城市規(guī)劃設計院規(guī)劃信息中心遙感影像數(shù)據(jù)庫獲得。其中，1986年～2001年數(shù)據(jù)為TM遙感影像，分辨率為30米×30米；2006年～2012年數(shù)據(jù)為SPOT5遙感影像，分辨率

4、為10米×10米。為進行空間擴展的動態(tài)分析，需對遙感影像數(shù)據(jù)進行預處理。借助ERDAS軟件對圖像進行幾何精校正，校正精度滿足要求。再對圖像進行裁剪和主成分分析等相關的增強處理，利用人機交互的方式對遙感影像進行監(jiān)督分類。然后將柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成矢量數(shù)據(jù)，再進行用地類型比較和矢量數(shù)據(jù)疊置分析、屬性數(shù)據(jù)的提取和計算。得到完整的遙感解譯數(shù)據(jù)。需要指出的是，由于缺乏建設用地類型的實地普查，無法十分準確地區(qū)分城市建設用地和農(nóng)村建設用地，故在城市擴展的核算中，將兩種類型加總，得到建設用地的數(shù)據(jù)。2.2研究方法2.2.1等扇分析方法

5、等扇形分析是指以研究區(qū)的中心為圓心，選取適當半徑將研究區(qū)劃分成若干相等的扇形區(qū)域，與各時期用地圖層進行GIS疊加，通過計算不同方位的擴展指數(shù)描述用地類型的空間分異。西方的城市一般以中央商務區(qū)（CBD）為中心。但北京市中央商務功能的分散性相對[14,16]較強，參照以往研究，本文以天安門廣場前南北中軸線和長安街的交匯點為中心。在ArcGIS10.0中，以天安門廣場為中心，以適當長度為半徑，從東偏北11.25°為起點，畫出16個夾角相等的扇形，轉(zhuǎn)換成面文件后，調(diào)用ArcGIS10.0軟件中的AnalysisTools

6、/Overlay/Identity工具，將主城區(qū)劃分為16個扇形區(qū)域。在ArcGIS9.3中提取不同扇形區(qū)域的面積，據(jù)此分析不同時段各個扇區(qū)的擴展強度，并以雷達圖進行表現(xiàn)，以利直觀判斷各個時段不同扇區(qū)城市空間擴展強度的差異，分清不同時段城市擴展的主導方向。由于各扇形區(qū)域的夾角相等，因此所得到的擴展強度在時間與空間上均具可比性。2.2.2城市空間擴展和空間結(jié)構(gòu)的主要指標為了全面度量北京近30年來的城市擴展和結(jié)構(gòu)演變，本研究選取了城市擴展的相關指標進行分析。（1）擴展強度指數(shù)擴展強度指數(shù)用于分析和描述城市建成區(qū)用地擴

7、展狀態(tài)，能夠比較不同時期不同方位城[17]市擴張的強弱、快慢和趨勢。擴展強度指數(shù)的表達式為：（1）式（1）中，Ei表示城市擴展強度指數(shù)，Ua、Ub分別表示a、b時期建設用地總面積，T表示a到b時段的時間跨度。（2）緊湊度指數(shù)緊湊度是反映城市空間形態(tài)的一個重要指標，城市輪廓形態(tài)的緊湊度被認為是反映城市空間形態(tài)的一個十分重要的概念，城市形態(tài)緊湊度計算方法有多種，其中Cole和Batty提[18]出的城市邊界緊湊度公式使用最為廣泛，公式為：（2）公式中，Ci代表城市邊界的緊湊度指數(shù)，Ai代表城區(qū)的面積，Pi代表城區(qū)的周

8、長。Ci值一般在0-1之間，值越大，城市邊界形狀約緊湊——即接近圓形；反之值越小，緊湊度越差。（3）分形維數(shù)[19]城市的分形維數(shù)概念最早由Batty和Longley提出，最初用來分析城市的邊界狀況，后來逐漸發(fā)展到用于城市形態(tài)和空間結(jié)構(gòu)的分析。一般的計算公式為：（3）公式（3）中，St代表城市的分形維數(shù)，At代表城區(qū)的面積，Pt代表城區(qū)的周長。一般地，St值在1-2之間，