基于RS與GIS的城鄉(xiāng)居民點空間格局變化分析

張玉等

摘要：以１９８８、２０００和２００５年３期的Ｌａｎｄｓａｔ ＴＭ影像和統(tǒng)計數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)源，運用３Ｓ技術及景觀生態(tài)學的理論與方法，以石家莊市平原地區(qū)各市（縣）城鄉(xiāng)居民點為研究對象，分析了１９８８—２００５年間研究區(qū)居民點空間格局動態(tài)變化。結果表明，近２０年來，石家莊市平原地區(qū)城鄉(xiāng)居民點規(guī)模呈逐年增長趨勢，各級居民點面積整體增長７１．４％。空間格局上，城市居民點邊界的破碎程度較大；建制鎮(zhèn)居民點個數(shù)及規(guī)模受行政區(qū)劃影響增長迅速；農(nóng)村居民點個數(shù)呈逐年減小趨勢，但規(guī)模擴大。各市（縣）農(nóng)村居民點邊界規(guī)則，平均鄰近距離均有所減小，呈現(xiàn)集中、密集的特點。

關鍵詞：石家莊市平原地區(qū)；城鄉(xiāng)居民點；空間格局

中圖分類號：Ｆ３０１．２４文獻標識碼：Ａ文章編號：0439－８114（２０12）04－0835-06

土地是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎。改革開放以來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展、城鎮(zhèn)化進程加快和人口的日益增長，我國城鎮(zhèn)建設用地發(fā)展快，占用耕地多，內(nèi)部存在利用不充分現(xiàn)象，人多地少的矛盾不斷加劇。城鄉(xiāng)居民點面積作為建設用地的重要組成部分，其合理利用與否關系到土地集約化利用的全面實現(xiàn)。因此研究居民點規(guī)模、分布格局的動態(tài)變化，對于應對城鄉(xiāng)居民點盲目擴張及不合理的土地利用方式、實現(xiàn)耕地資源的占補平衡具有重要的意義。近年來，各級政府制定的土地利用總體規(guī)劃和農(nóng)村土地整理政策、居民點用地變化關注逐步成為國內(nèi)外學者研究的課題之一。當前學者多基于農(nóng)村居民點土地整理進行研究，將農(nóng)村居民點用地變化作為研究對象，運用遙感影像數(shù)據(jù)及土地利用調(diào)查統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行研究［１－９］。可以看出當前學者多把研究重點放在農(nóng)村，多以農(nóng)村居民點的動態(tài)變化為研究對象。但隨著城市化進程加快，城市與建制鎮(zhèn)居民點近２０年的分布與規(guī)模也發(fā)生了巨大的變化。因此，試圖將城鄉(xiāng)居民點納入研究范圍，把城鄉(xiāng)居民點劃分為三個等級，依次對各級居民點近２０年的空間格局變化進行研究，以揭示近２０年石家莊市平原地區(qū)居民點分布時空格局演變特征，為研究區(qū)居民點的合理規(guī)劃與建設、農(nóng)村居民點土地整理工作和實現(xiàn)石家莊市城鄉(xiāng)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)發(fā)展提供幫助。

１研究區(qū)概況

石家莊市位于河北省中南部，地理坐標為３７°２７′－３８°４７′Ｎ、１１３°３０′－１１５°２０′Ｅ，是河北省政治、文化和經(jīng)濟中心。石家莊市總面積１４ ０５２．５６ ｋｍ２，總人口８５４．５８萬人，轄６個區(qū)、５個縣級市、１２個縣和一個國家級高新技術開發(fā)區(qū)。

石家莊市地跨太行山中段和河北平原兩大地貌單元，區(qū)內(nèi)山地丘陵、平原面積各占５０％。研究的劃定標準以海拔１００ ｍ為界限，１００ ｍ以上劃定為山地丘陵地區(qū)，１００ ｍ以下劃定為平原地區(qū)。平原地區(qū)地形適宜，交通便利，居民點年際變化情況比較明顯，因此以石家莊市平原地區(qū)作為研究區(qū)域。研究區(qū)包括石家莊市市區(qū)，４個縣級市——藁城市、晉州市、辛集市和新樂市及６個縣——趙縣、高邑縣、欒城縣、深澤縣、無極縣和正定縣（圖１）。

２數(shù)據(jù)來源與研究方法

２．１數(shù)據(jù)來源與處理

基于ＲＳ、ＧＩＳ平臺和景觀生態(tài)學的理論基礎進行研究。研究影像數(shù)據(jù)采用１９８８、２０００和２００５年３期Ｌａｎｄｓａｔ ＴＭ遙感影像作為提取城鄉(xiāng)居民點面積變化信息的基礎數(shù)據(jù)源。在數(shù)字化過程中輔以石家莊市政區(qū)圖、Ｇｏｏｇｌｅ ｅａｒｔｈ航空相片和石家莊市土地利用現(xiàn)狀資料作為參考信息以保證解譯精度。

研究方法是將城鄉(xiāng)居民點分為3級。一級居民點為城市居民點，指城市居民點以及與城市連片的區(qū)政府、縣級政府所在地鎮(zhèn)級轄區(qū)內(nèi)的商服、住宅、工業(yè)、倉儲、機關、學校等單位用地。二級居民點為建制鎮(zhèn)居民點，指除縣級政府所在鎮(zhèn)轄區(qū)外的建制鎮(zhèn)居民點以及建制鎮(zhèn)轄區(qū)內(nèi)的商服、住宅、工業(yè)、倉儲、學校等企事業(yè)單位用地。三級居民點為農(nóng)村居民點以及所屬的商服、住宅、工業(yè)、倉儲、學校等用地。

在ＡrcＶiew ３．３軟件的支持下將ＴＭ影像運用目視解譯的方法進行數(shù)字化，提取城鄉(xiāng)居民點信息，制作出石家莊市平原地區(qū)１９８８、２０００和２００５年城鄉(xiāng)各級居民點分布圖（圖２）。

２．２景觀格局指數(shù)選取

引入景觀生態(tài)學方法選擇景觀指數(shù)來反映城鄉(xiāng)居民點規(guī)模、分布格局和居民點形狀。用景觀分析軟件Ｆｒａｇｓｔａｔｓ ３．３計算出各級居民點的各種景觀指數(shù)。在研究中只選用斑塊類型（Ｃｌａｓｓ ｍｅｔｒｉｃｓ）層次的景觀指數(shù)。由于景觀尺度分析的結果取決于輸入像元的大小［１０］，在研究中ＴＭ影像的分辨率為３０ｍ，因此選擇３０ｍ作為輸入像元的尺寸，這樣在保持景觀類型細節(jié)信息的同時，又避免了由于輸入像元過小所帶來的景觀噪音點過多的問題［１２］。

３結果與分析

３．１近２０年石家莊市平原地區(qū)城鄉(xiāng)居民點用地面積變化特征

石家莊市平原地區(qū)城鄉(xiāng)居民點用地面積在１９８８-２００５年間增長幅度很大，期內(nèi)各級居民點面積整體增長７１．４％。從１９８８年的６５ ４４８．８８ ｈｍ２增加到２０００年的８２ ７７７．５６ ｈｍ２，增長率達２６．５％，到２００５年增加到１１２ １８０．４８ ｈｍ２，與２０００年相比增長了３５．５％。

城市居民點面積由１９８８年的１２ ８１３．４３ ｈｍ２增加到２０００年的１９ ８８０．８３ ｈｍ２，２００５年達到３２ ２１７．１３ ｈｍ２，近２０年間增加１．５倍。各市（縣）城市居民點面積增長存在一定的區(qū)域差異，圖３展示的是各市（縣）城市居民點面積近２０年的變化情況。從圖３可以看出，各市（縣）城市居民點的面積２００５年與１９８８年相比至少都翻了一番。縣級市城市居民點面積整體增長幅度最大，經(jīng)濟發(fā)展程度高，城市化水平整體高于其他各縣。與石家莊市區(qū)毗鄰的各市（縣）城市居民點面積增幅明顯，其經(jīng)濟活動與市區(qū)聯(lián)系緊密，經(jīng)濟發(fā)展受市區(qū)帶動作用較大。各市（縣）城市居民點用地面積年均增長率差異顯著，與其增長規(guī)模并不吻合，這與政府政策和公共投資有關。

建制鎮(zhèn)居民點面積增長最為顯著，１９８８年為１ ０８７．７ ｈｍ２，到２０００年大幅度增加到４ ３３２．６６ ｈｍ２，２００５年達到６ ０８９．０ ｈｍ２，期內(nèi)增加４．６倍（圖4）。隨著城市化水平的提高和城鎮(zhèn)人口數(shù)量的增加，各市（縣）建制鎮(zhèn)的數(shù)目均大幅度提高，導致建制鎮(zhèn)居民點的面積受行政區(qū)劃的影響大幅度增加。各市（縣）建制鎮(zhèn)居民點面積增長幅度存在一定的區(qū)域差異，縣級市的增長幅度高于其他各縣。建制鎮(zhèn)居民點面積的增加主要是由于城市化水平的提高及經(jīng)濟發(fā)展的影響，特別是近些年來我國實行加快發(fā)展小城鎮(zhèn)建設的政策，鼓勵農(nóng)民工到就近的鄉(xiāng)鎮(zhèn)務工，離土不離鄉(xiāng)，進廠不進城，促進建制鎮(zhèn)規(guī)模迅速擴大。建制鎮(zhèn)居民點用地年均增長率與增長規(guī)模趨勢相吻合，縣級市整體高于其他各縣。趙縣近２０年來建制鎮(zhèn)增長率位居各市（縣）之首，中小城市發(fā)展程度高。

農(nóng)村居民點面積由１９８８年的５１ ５４７．７５ｈｍ２增加到２０００年的５８ ５６４．０７ ｈｍ２，２００５年達到７３ ８７４．３５ ｈｍ２，期內(nèi)增長幅度達到４３．３％，其增長幅度遠小于城市和建制鎮(zhèn)居民點面積的增長幅度。從圖５可以看出，各市（縣）農(nóng)村居民點面積增長存在一定的區(qū)域差異。經(jīng)濟發(fā)展水平高的市（縣）農(nóng)村居民點面積增長幅度較大。城市化進程加快的過程中，國家重視城市建設，大力發(fā)展各類大中小型城市，基礎建設投資多，城鎮(zhèn)建設用地如同攤大餅似地盲目攤大。而對于農(nóng)村居民點，初期隨著農(nóng)民人均純收入的增加而擴展，后期由于人們生活水平提高，不再將大量資金單純用于擴大居民點面積，而是更多地用于生活質(zhì)量的提高。當大量農(nóng)民工和農(nóng)村戶口的學生涌入城市后，其對于農(nóng)村住房面積擴大的需求變小，也使得近２０年來石家莊市平原地區(qū)各市（縣）的農(nóng)村居民點面積增加遠小于城鎮(zhèn)。農(nóng)村居民點用地面積增加體現(xiàn)出區(qū)域差異，經(jīng)濟水平高的縣級市相對增長緩慢，經(jīng)濟水平低的市（縣）增長迅速。經(jīng)濟水平低的市（縣）農(nóng)民將收入用于擴大住房面積的意識依然存在，而發(fā)展水平高的各市（縣）農(nóng)民將更多的收入用于生活質(zhì)量的提高。

３．２近２０年石家莊市平原地區(qū)城鄉(xiāng)居民點用地景觀格局變化特征

引入景觀生態(tài)學方法選擇如下景觀指數(shù)來反映城鄉(xiāng)居民點規(guī)模、分布格局和居民點形狀。主要選取景觀指數(shù)有：反映居民點規(guī)模的指標斑塊個數(shù)（ＮＰ）、平均斑塊面積（ＭＰＳ）、斑塊面積標準差（ＰＳＳＤ）、最大斑塊指數(shù)（ＬＰＩ）；反映居民點分布的指標平均最鄰近距離（ＭＮＮＤ）；反映居民點形狀的指標平均斑塊形狀指數(shù)（ＭＳＩ）、面積加權平均斑塊分維數(shù)（ＡＷＭＰＦＤ）［１１］。

３．２．１城市居民點景觀格局變化特征選取最大斑塊指數(shù)、平均斑塊面積、平均斑塊形狀指數(shù)和面積加權平均分維數(shù)來討論城市居民點景觀格局變化特征。石家莊市城市居民點整體斑塊規(guī)模逐年增大。研究區(qū)最大斑塊及市區(qū)面積持續(xù)擴張，研究區(qū)內(nèi)各市（縣）景觀特征變化存在空間差異（表１）。絕大多數(shù)市（縣）城市居民點斑塊規(guī)模都呈增大趨勢。說明各市（縣）在發(fā)展各級居民點面積的同時都重點發(fā)展建成區(qū)的規(guī)模。各市（縣）城市居民點面積平均斑塊形狀指數(shù)普遍大于１，面積加權平均分維數(shù)也大于１，說明城市居民點在擴張的時候并未按照一個規(guī)則的正方形進行，邊界的曲折程度大。這也是符合實際情況的，由于各市（縣）重點發(fā)展的區(qū)域既不均勻，又不相同，發(fā)展方向也不盡相同，因此導致城市邊界呈不規(guī)則的曲線分布。

３．２．２建制鎮(zhèn)居民點景觀格局變化特征選取斑塊個數(shù)、最大斑塊指數(shù)、平均斑塊面積、斑塊面積標準差、平均斑塊形狀指數(shù)、面積加權平均分維數(shù)指標來研究建制鎮(zhèn)居民點景觀格局變化特征。從表２可以看出，研究區(qū)建制鎮(zhèn)居民點斑塊個數(shù)及面積受行政區(qū)劃的影響，１９８８-２０００年大幅度增加，２０００-２００５年增幅變小或保持穩(wěn)定。居民點規(guī)模差距顯著增加，說明各建制鎮(zhèn)發(fā)展水平差距增大。建制鎮(zhèn)居民點斑塊形狀比較規(guī)則，在發(fā)展過程中呈現(xiàn)較均勻發(fā)展趨勢。各市（縣）建制鎮(zhèn)居民點大致呈現(xiàn)與總體一致的特征。

３．２．３農(nóng)村居民點景觀格局變化特征農(nóng)村居民點景觀格局變化為多數(shù)學者的研究重點。從表３可以看出，石家莊市和平原地區(qū)農(nóng)村居民點整體及除新東市外的各市（縣）個數(shù)均成減少趨勢。一是由于農(nóng)村居民點面積的擴張，使得前期鄰近的村莊連為一體；二是由于石家莊市政府制定了土地利用總體規(guī)劃［１］，通過農(nóng)村居民點的土地整理，盤活現(xiàn)有耕地面積，達到土地的集約利用，使得各市（縣）農(nóng)村居民點平均規(guī)模逐年增大。近年來，越來越多的農(nóng)村人口進城務工，有些人在城市開始定居，轉變?yōu)槌擎?zhèn)人口，但是其在農(nóng)村的住宅仍然保留。有些人為迎合政府土地征用補償，還盲目擴張其農(nóng)村住宅面積，導致在石家莊市城市化進程加快的過程中，農(nóng)村居民點規(guī)模依然增大。農(nóng)村居民點形狀比較規(guī)則，規(guī)則的居民點面積更有利于土地的集約化利用。作為國家、河北省糧食生產(chǎn)基地，“噸糧田”的石家莊市平原地區(qū)，由于土地自然地理條件良好，產(chǎn)量高，因此本地農(nóng)民珍惜現(xiàn)有耕地資源，對于居民點建設用地的擴張采取集約度最高的土地利用方式，以保護耕地資源。從表３還可以看出，近２０年地來，由于居民點面積的擴張，石家莊市平原地區(qū)農(nóng)村居民點之間的距離大大減小，空間分布呈現(xiàn)集中、密集的趨勢。

４結論

１）石家莊市平原地區(qū)各市（縣）城鄉(xiāng)居民點用地面積在１９８８-２００５年間增長了７１．４％。城市居民點面積近２０年間增加１．５倍，各市（縣）城市居民點面積增長存在一定的區(qū)域差異。縣級市及與石家莊市區(qū)毗鄰的市（縣）城市居民點面積增幅明顯。建制鎮(zhèn)居民點面積受行政區(qū)劃的影響顯著，增幅最大，增速最快。農(nóng)村居民點面積逐年增加，但增速遠慢于城市和建制鎮(zhèn)居民點。這與公共投資及政府大力發(fā)展大城市、加快發(fā)展中小城市的政策不無一定關系。

２）城市和建制鎮(zhèn)居民點并非均勻擴張，各市（縣）在發(fā)展的過程中對于發(fā)展區(qū)域有所側重。各建制鎮(zhèn)居民點規(guī)模差異日益明顯。近年來，隨著農(nóng)村居民點面積的擴張，其個數(shù)逐年減少，但規(guī)模變大。農(nóng)村居民點均勻向外擴張，沒有特定的發(fā)展方向，密集度增加。

３）隨著經(jīng)濟的發(fā)展及城鎮(zhèn)化水平的提高，石家莊市平原地區(qū)各市（縣）城鄉(xiāng)居民點的規(guī)模還在逐年擴大，對耕地資源的保護和土地的集約化利用提出了更高的要求。面對石家莊市平原地區(qū)各市（縣）城鄉(xiāng)居民點的現(xiàn)狀，如何提出相應的對策，進行合理的規(guī)劃與控制，使居民點的發(fā)展朝著一個良性、集約性、可持續(xù)性的方向發(fā)展是今后應該重點加以研究的課題。

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