基于RS的三峽庫區城市擴展及驅動力研究

摘要：以重慶市涪陵區為例，選取１９８８年、２０００年、２００７年３個時相遙感（ＲＳ）影像，進行解譯處理，結合其他相關統計數據對該區域城市擴展及其驅動力進行研究。結果表明，２００７年主城區面積達２８．０７ ｋｍ２，是１９８８年城區面積的６．６４倍；從增長速率來看，２０００～２００７年涪陵區的城市發展較迅速，面積年增長率達１７．９％。涪陵城市擴展規模、方向及方式受涪陵地形地貌、交通區位、經濟發展、人口增長、政策扶持等綜合因子影響，其中自然地理環境為涪陵西向飛地式發展的主要制約因素。

關鍵詞：遙感；城市擴展；驅動力；涪陵區

中圖分類號：Ｆ２９１；ＴＰ７９文獻標識碼：Ａ文章編號：0439－８114（２０11）11－2225-05

Study on Urban Sprawl and Its Driving Forces in Three Gorges Area Based on RS

——Taking Ｆｕｌｉｎｇ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ ｉｎ Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ City ａｓ ｔｈｅ Ｅｘａｍｐｌｅ

ＹＡＮＧ Ｂｅｎ－ｊｕｎ１，ＹＥ Ｓｏｎｇ－ｌｉｎｇ２，ＫＵＡＮＧ Ｍｉｎｇ－ｓｈｅｎｇ３，HE Dong-xiao4，ＨＵＡＮＧ Ｘｉｎ－ｎａｎ１，ZHANG Chang-jun5

（１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Rｅｓｏｕｒｃｅ Eｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｎｄ Tｏｕｒｉｓｔ Mａｎａｇｅｍｅｎｔ， Ｗｅｓｔｅｒｎ Ａｎｈｕｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｌiuａｎ ２３７０１２，Ａｎｈｕｉ，China；

２． Ａｎｈｕｉ Ｈｏｕｓｉｎｇ ａｎｄ Ｕｒｂａｎ－Ｒｕｒａｌ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ， Ｈｅｆｅｉ ２３０００１，China； ３． Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ ｇｅｏｇｒａｐｈｙ ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｘｉｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｂｅｉｂｅｉ ４００７１５， Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ，China； 4. Rizhao Fishery Institute of Shandong Province， Rizhao 276826，Shandong，China；

5. Department of Political， PLA Zhengjinag boats College， Zhenjiang 212003，Jiangsu，China）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔａｋｉｎｇ Ｆｕｌｉｎｇ ｄｉｓｔｒｉｃｔ ｉｎ Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ａｓ an ｅｘａｍｐｌｅ， ｔｈｅ ｄｒｉｖｉｎｇ ｆｏｒｃｅｓ ａｎｄ ｕｒｂａｎ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｗｅｒｅ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅｍｏｔｅ ｓｅｎｓｉｎｇ ｉｍａｇｅｓ ｏｆ １９８８， ２０００ ａｎｄ ２００７ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ ｉｎ ｔｈｅ ｒｅｇｉｏｎ． Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｕｒｂａｎ ａｒｅａ ｉｎ ２００７ ｗａｓ ２８．０７ｋｍ２， ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ６．６4 ｔｉｍｅｓ of ｔｈａｔ ｉｎ １９８８． Ｆｒｏｍ ２０００ ｔｏ ２００７， ｔｈｅ ｕｒｂａｎ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｉｎ Ｆｕｌｉｎｇ ｄｉｓｔｒｉｃｔ ｗａｓ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｒａｐｉｄ ａｎｄ ｔｈｅ ａｎｎｕａｌ ｇｒｏｗｔｈ ｒａｔｅ of area ｗａｓ １７．９％． Ｔｈｅ ｓｃａｌｅ， ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｐｅｅｄ ｏｆ Ｆｕｌｉｎｇ ｄｉｓｔｒｉｃｔ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ was ｒｅｓｔｒｉｃｔｅｄ ｂｙ ｉｔｓ ｎａｔｕｒａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ， ｓｏｃｉａｌ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ， ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ， ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ， ｐｏｌｉｃｙ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｆａｃｔｏｒｓ． Ｔｈｅ ｎａｔｕｒａｌ ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｗａｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｆａｃｔｏｒ ｌｉｍｉｔｉｎｇ ｔｈｅ ｗｅｓｔｗａｒｄ ｅｎｃｌａｖｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｆｕｌｉｎｇ ｄｉｓｔｒｉｃｔ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ＲＳ， ｕｒｂａｎ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ； ｄｒｉｖｉｎｇ ｆｏｒｃｅ； Ｆｕｌｉｎｇ ｄｉｓｔｒｉｃｔ

西部大開發政策的實施和三峽工程的建設大大推進了西南山區城鎮化進程，但在開發建設過程中，一些地方落實科學發展的理念和能力不夠，一方面，沒有有效結合當地資源環境條件，選擇適合的城市空間結構形態和空間發展方向，盲目開山造地，破壞生態環境，造成潛在地質災害隱患；另一方面，存在城市建設用地結構不合理、土地利用不充分，造成土地資源浪費。因此，研究三峽庫區城鎮擴展的特征，對科學開展城市規劃、合理進行城市功能布局、充分利用土地資源優勢具有一定的啟示作用。

隨著地理信息技術、衛星遙感技術、空間定位技術、測繪和數據處理技術等一系列技術的不斷發展，有關土地利用變化動態監測的基礎數據來源多樣化趨勢越來越明顯，所獲得的數據的分辨率、精確度和可靠性不斷增強，處理和管理手段日漸先進。遙感技術作為一種快速獲取城市現狀基礎資料的重要手段，已經在城市調查與監測、城市規劃與管理中占有重要的位置［１］。因而有效地獲取城鎮用地信息，動態監測城鎮擴展過程，分析城鎮擴展的驅動力機制，可利用不同時相的衛星遙感影像數據通過數字圖像處理方法獲取城鎮信息，從而揭示城鎮動態變化，這與傳統的政府部門統計數據相比更具有實時、可靠性。

目前國內外許多學者已經利用遙感衛星進行城市擴展動態監測和城市土地利用的研究。例如，Ａｌｐｈａｎ［２］利用ＩＫＯＮＯＳ和ＱｕｉｃｋＢｉｒｄ影像對土耳其的卡赫拉曼馬拉什地區進行城市擴展及土地評價研究；Ｄｏｙｇｕｎ等［３］利用ＳＰＯＴ影像對奧克蘭進行了土地利用分類研究。吳宏安等［４］在研究西安城市擴張及其驅動力時，提出了監督分類法和歸一化裸露指數法提取西安市的城市邊界信息；潘衛華等［５］也通過對泉州１９８９年和２０００年ＴＭ／ＥＴＭ＋影像的遙感監測，利用仿歸一化植被指數和計算機監督分類提取了泉州在１１年中的城區空間擴展信息，并分析出泉州市的擴展方式是低密度蔓延和沿條帶狀擴展相結合的；盛輝等［６］對不同時相的ＴＭ圖像進行非監督的變化檢測，得到二值化變化專題圖，然后利用原始資料和調查數據對第二個時相的圖像作監督分類，最后利用變化專題圖與分類專題圖疊加分析獲取城市擴展情況；牟鳳云等［７］、李天華等［８］、陳本清等［９］、馮曉剛等［１０］利用遙感影像分別對北京、南京、廈門、西安等城市擴展進行研究，均取得較好的成果。

本文以重慶市涪陵區為研究對象，以遙感分類提取為主要的獲取數據的手段，結合涪陵區的專題圖件以及人口、經濟等統計信息，定量地分析涪陵區自２０世紀９０年代以來的城市用地變化情況和城市擴展規律及其驅動機制。

１研究區概況及數據來源

涪陵區地處四川盆地和盆邊山地過渡地帶，境內地勢以低山丘陵為主。海拔最高１ ９７７ ｍ，最低１３８ ｍ，多在２００～８００ ｍ。位于北緯２９°２１′、東經１０６°５６′－１０７°４３′。全境東西寬７４．５ ｋｍ，南北長７０．８ ｋｍ，面積２ ９４１．４６ ｋｍ２。涪陵區居重慶市及三峽庫區腹地，扼長江、烏江交匯要沖，歷來有“川東南門戶”之稱，經濟上處于長江經濟帶、烏江干流開發區、武陵山扶貧開發區的結合部，有承東啟西和沿長江、烏江輻射的戰略地位。屬于中亞熱帶濕潤季風氣候，常年平均氣溫１８．１ ℃，年均降水量為１ ０７２ ｍｍ，無霜期３１７ ｄ，日照１ ２４８ ｈ。

本次研究采用的遙感數據源為１９８８年６月４日的Ｌａｎｄｓａｔ ＴＭ影像、２０００年７月３１日的Ｌａｎｄｓａｔ ＥＴＭ＋影像、２００７年８月１８日中巴資源衛星遙感影像。輔助數據主要有：涪陵區１∶５萬地形圖、涪陵區行政區劃圖、涪陵區土地利用現狀圖以及其他經濟、人口等統計數據。

２城市用地信息的提取

２．１數據預處理

遙感圖像在成像時，由于成像投影方式、傳感器外方位元素變化、傳感介質的不均勻、地球曲率、地形起伏、地球旋轉、大氣輻射等因素的影響，使得遙感影像存在誤差，需要對影像數據進行預處理。本文使用的糾正方法為二次多項式法，重采樣用雙線性法進行幾何糾正。

此外為保證多時相的遙感結果具有可比性，運用圖像分幅裁剪技術對圖像進行切割，進行興趣區遙感影像裁剪。同時采用自適應濾波對興趣區域進行增強，使該區域內的各種地類邊緣更加明顯，更容易判別。

２．２研究區遙感影像分類

圖像分類過程實際上是將圖像中的每個像元點或區域歸屬于若干個類別中的一類，或若干個專題要素中的一種，它完成將圖像數據從二維灰度空間轉換到目標模式空間的工作。本文分別進行了常規的最大似然法（Ｍａｘｉｍｕｍ ｌｉｋｅｈｏｏｄ）監督分類和仿歸一化植被指數法（ＮＤＢＩ法）分類。

最大似然法監督分類算法即選擇圖像中未知類別的樣本的觀測值與已知類別的樣本（即訓練區）的觀測值之間的相似度最大，則將其歸為一類。仿歸一化植被指數法是依據各地物在各個波段上不同的波譜特性進行分類，類似于歸一化植被指數（ＮＤＶＩ）法，它是ＮＤＶＩ的一個應用，主要用來判別城鎮用地。而通過采樣對比分析，發現ＮＤＢＩ指數法較準確，比較適用于城鎮建設用地的提取，本文即依據此方法獲得了城市用地范圍圖。

２．３城區擴展圖處理

受地物光譜特征變化不穩定性因素和遙感圖像本身的時相影響，目前由計算機自動提取地物信息尚不能滿足精度要求，必須進行分類后處理。本文根據上述方法提取城市用地信息后，根據土地利用圖以及現場定位驗證，采用人工目視技術進行分析，檢驗其提取精度。發現三期遙感影像處理結果平均相對誤差為７９．４％，因此后期采用了目視修正，基本滿足研究需要。根據遙感影像處理３個不同時期涪陵城區范圍擴展情況，如圖１所示。

３涪陵區城市擴展分析

城市擴展的實質是人類為滿足社會經濟的發展需要，不斷地調整、重新配置城市邊緣區和內部的各種土地利用類型，以及通過飛地或城市搬遷等措施增加新的城市組團，最終都是使得城市用地逐漸增加擴大，而占有其他類型的土地。所以，研究城市擴展的時空強度變化和規律，實質上就是研究城市用地的時空變化強度和變化規律。

３．１涪陵區城市擴展面積和速率

根據圖１中３個時期的主城區范圍，經遙感影像進行處理后獲得的面積數據可知，１９８８年主城區面積為４．２３ ｋｍ２（為增加可比性，１９８８年和２０００年主城區面積均包括了原李渡鎮建設用地），２０００年主城區面積為１２．４５ ｋｍ２，１２年來城市面積擴大了1．９４倍，年均增加面積0.685 ｋｍ２，年均增長率達１６．２％。２００７年主城區面積達２８．０７ ｋｍ２，是２０００年面積的２．２５倍，7年來城市面積年均增加2.231 ｋｍ２，年均增長率達１７．９％。2007年主城區面積比１９８８年增加了２３．８４ ｋｍ２，是１９８８年的６．６４倍。

３．２涪陵區城市用地空間格局的動態演進

將獲得的城市擴展過程圖與涪陵區行政區劃界限進行疊合分析，從而可以進一步進行研究。由圖２可知，１９８８～２０００年涪陵主城區的擴展主要集中在主城南部的江南片區和烏江東岸的江東片區，其中尤以位于江南片區較為突出，而江北片區則不明顯，這是由于主城區一系列基礎設施的配套建設和集聚效應使得城鎮化進程加快，城市用地得以擴展。

２０００～２００７年城區擴展主要在于涪陵新城區李渡鎮的建設，而老城區的發展變化則相對較慢，受自然條件限制的涪陵老城區用地的擴展多沿老城區外延發展。而李渡開發區的大規模建設帶來相應的配套設施，同時也產生巨大的城市集聚效應，從而帶動了涪陵新城區的城鎮化進程。涪陵新老城區雖然在其行政界線上相連，但兩城區建成區受到地形阻隔而在地域上未能連接成片（圖２）。

３．３涪陵區城市用地擴展的時空演化規律

在這１９年間涪陵城市擴展速度變化呈現的規律主要是：２０００年以前城市擴展的速度相對較小，年均增加面積僅０．６８５ ｋｍ２，２０００年以后擴展速度相對較大，每年擴展２．２３１ ｋｍ２，充分顯示了西部大開發、重慶直轄以及三峽工程實施后涪陵城鎮化進程迅猛加速的態勢。

涪陵城市擴展在空間上的變化規律是：城市用地的擴張明顯，顯示城市先期發展沿河流兩岸擴展，但受自然條件的制約，老城區空間擴展在２０００年后處于擴展速度相對減緩，轉而出現以新城區李渡鎮為新的擴展中心，城市出現了西向飛地式擴展。

４涪陵區城市擴展的驅動力分析

城市擴展使得城市用地逐漸增加擴大，城鎮化進程加速，城市人口集中，非農人口數增大。而這種不斷調整、重新配置是多種因素綜合作用的結果，它受到自然條件、經濟發展狀況、人口增長、社會經濟管理體制和所處的發展階段的影響，還受土地資源本身條件的限制。土地資源本身的條件雖然是影響城市擴展的基本因素，但相對于其他因素來說對所引起的城市擴展變化較小。

４．１經濟快速增長

涪陵區全區國民經濟逐年持續、快速、健康發展，２００５年全年實現生產總值１３５．０８億元。由圖３可知，涪陵區經濟在過去的十幾年間持續快速發展，經濟效益不斷提高，直接促使了該區域城市面積的增加。２０００年以后，重慶市政府批準在境內設立重慶高新技術產業開發區涪陵科技園，成為涪陵區規劃建設的新興工業基地和城市發展中心；李渡新城開始建設，這在促進經濟發展的同時，也占用了周邊的大量土地，加速了城市的擴展。經濟的發展是城市空間擴展的直接動力，經濟的快速發展推動了城鎮化的進程，當經濟處于高速發展階段時，有更多的資金用于城市的改造與擴展，城市建設資金增加，促使城市的加速擴展。

４．２城鎮人口的增加

人口因素是人類社會經濟因素中最主要的因素，是推動城鎮用地面積擴展變化的內在動因。涪陵區總人口平穩增加，但由于經濟的快速發展導致大量流動人口的增加，同時人類也以占有一定面積的土地作為其生存、生活的場所，這也使城市用地面積有了很大地擴展。由圖４可知，涪陵區人口平穩增加，１９９７～２００５年的８年時間內，總人口增加了３．０７萬人，增幅達２．８２％；非農業人口增速較大，８年內增長了９．６６萬人，增幅達４３．７３％，遠遠大于總人口的增速。較高的非農業人口增長造成居住、交通等用地的需求和城鎮的擴張，大量農用地轉化為建設用地，從而加快了城市擴展的速度。

４．３固定資產投資額的大幅增加

１９８８年以來，由于國有單位基本建設資金的增加以及其他各種資金的流入，涪陵區的總投資額增長率較快，涪陵區的全社會固定資產投資額從１９８８年的１．６２億元增至２００５年的４９．９２億元（圖５）。固定資產投資額直接影響城市的經濟發展，快速的固定資產投資額增長率使得該地區的城鎮發展速度加快。

４．４交通基礎設施的持續發展

交通建設對城市空間擴展方向具有指導性的作用。城市作為區域文化和經濟中心，其與區域及區域外的物質聯系主要靠交通來實現。因此，交通的發展促進了城市空間擴展并改變城市外部形態，是城市空間擴展的牽動力，對城市空間擴展具有指向性的作用。

涪陵境內有渝涪高速公路、國道Ｇ３１９、省道Ｓ１０３、省道Ｓ９０５等較高等級線路，另還形成以涪陵為中心，向墊江、豐都、武隆、南川、長壽、巴南等３縣3區的發射狀路網格局。這些公路網有力地推進了城市的擴展。涪陵老城區的外延式擴展以及李渡新城區的城市建設與渝涪高速公路、國道Ｇ３１９、省道Ｓ１０３是有很大聯系的。

４．５制度及政策行為因素

任何一種自然資源開發活動都是在一定的文化背景和制度條件下進行的，土地資源自然也不例外。區域土地利用類型都是在特定的經濟系統和政策水平下形成的，政策及制度因素中與土地利用相關政策對城市用地有很重要的影響。

涪陵城屬三峽庫區部分受淹城市。城區內淹沒涉及工廠８４戶，企事業單位４５８個，街道５個，開發區１個，居委會２８個，直接受淹人口３８ ５０２人。受淹房屋８１．３３萬ｍ２，其中單位房屋６２．２６萬ｍ２，居民房屋１９．０７萬ｍ２。除人口和房屋指標外，還涉及相應的道路、供水、供氣、通訊、廣播電視線路、城市公用設施及港口碼頭等。涪陵城區移民遷建規劃人口規模為６２ ３２９人，移民遷建區基礎設施用地規模為４．９８ ｋｍ２，移民遷建區采用分片組團式布局結構，分為江南、江東、江北３個片區，長防大堤、董家灣、橋南、順江、涼塘、點易６個小區。同時集移民安置、城市防洪、滑坡治理、港口復建、城市功能恢復、環境改善于一體的移民遷建防護工程也早已開工建設。

由于移民遷建區主要位于城區西南以及烏江西岸地區，從而在建設遷建區基礎設施的同時，促進了城市用地的增加；并且老城區長江沿岸的防護工程建成后，也將增加城市建筑用地面積。這些都將使得涪陵城區城市用地面積不但不會減少，反而會因三峽工程而增加。

５結論

本研究基于１９８８年、２０００年、２００７年３期涪陵地區遙感影像，分析了該區的城市擴展情況。得出如下結論：

ｌ）通過最大似然法監督分類和仿歸一化植被指數法，提取了涪陵區３期城市信息，以此獲得了該地區的城市擴展信息。結果表明，２０００年以前城市擴展的速度相對較小，年均增加面積僅０．６８５ ｋｍ２，

２０００年以后擴展速度相對較大，年擴展２．２３１ ｋｍ２。２００７年主城區面積達到２８．０７ ｋｍ２，是２０００年的２．２５倍，是１９８８年的６．６４倍。

２）涪陵城市擴展及其方向、速度等受到涪陵自然條件、社會經濟條件、人口、交通等因素的制約，其自然地理環境決定了涪陵的西向飛地式發展，而具體的社會經濟狀況又進一步對涪陵城市建設起到了重要推動作用。

３）山地城市即將進入城鎮化加速發展階段，城市空間擴展的速度必將大大超過以往的發展階段。而涪陵不僅是山地城市，還是三峽庫區城市，因而在涪陵城區發展中協調城市建設與生態環境之間的關系以及新城建設的特色化以避免城區功能重疊，充分發揮城市土地利用效率，促進城市穩步協調發展將是今后涪陵城市發展的重點。

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注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文