基于RS和GIS的重慶城市空間結構演變分析

金賢鋒，陳甲全，張澤烈

（1.重慶市地理信息中心，重慶 401121）

基于RS和GIS的重慶城市空間結構演變分析

金賢鋒1，陳甲全1，張澤烈1

（1.重慶市地理信息中心，重慶 401121）

利用RS和GIS技術對2005～2011年重慶市城市空間格局進行動態監測和分析，其中包括對擴展強度指數、緊湊度指數和多樣性指數的測算分析。結果表明，2005～2010年，城市建成區規模擴展持續增強，尤以2010年表現最為突出。

城市空間結構；城市規劃；經濟增長；城市擴張

城市空間結構是城市研究的核心內容。其研究的方向、重點以及研究的深度、廣度隨城市的發展和空間演化而發展，從而形成了各個時期不同的研究脈絡和時代特征[1]。城市空間作為一種對城市經濟、社會、環境發展所作的全局性、長遠性和綱領性的謀劃，在這種形勢下應運而生[2]。隨著城市化腳步的加快，城市空間在原有基礎上擴張成為城市發展過程中的必然現象[3]。

1 數據來源及研究方法

1.1 數據來源及預處理

基于7個時期（2005年、2006年、2007年、2008年、2009年、2010年、2011年）遙感影像，進行幾何校正、坐標配準，并經解譯、矢量化處理，提取各時期工業、居住、服務等功能用地邊界，作為本文的主要數據源。

1.2 研究方法

采用GIS的空間分析方法對重慶城市空間結構、空間形態、空間動態擴張進行定量測度。城市空間形態分析采用緊湊度和多樣性指數2個形態特征值進行測算。

1）擴展強度指數。擴展強度指數表達式為：

式中， Iue為擴展強度指數；Δ Uij為j時段第i個研究單元（如某方位或某格網）建成區擴展數量；Δ tj為j時段的時間跨度； TLAi為第i個單元土地總面積。為使不同時期城市規模擴展的速度具有可比性，需要對擴展速度進行標準化處理。本文引入擴展強度指數來對擴展速度進行修正，以擴展強度指數來反映城市規模擴展的強弱和快慢[4]。

2） 緊湊度指數。緊湊度是衡量空間斑塊完整性和集聚程度的指標，是反映城市空間形態的重要概念[5]。該模型計算過程簡單，便于進行同一城市不同歷史時期形狀的對比和不同城市間的形狀對比。其表達式為：

式中，C為城市的緊湊度；At、Pt分別為第i年城市的面積和周長；C值的范圍在0～l。

3）多樣性指數。多樣性表達式為：

式中，H為多樣性指數；Pi為每一種用地類型的用地面積及其在城市總用地的比重。多樣性指數是用來反映城市空間形態內在特征的指標值，特指空間類型的數目或豐富度[6]。一般來說，多樣性指數越高，城市穩定發展的特征和抗外界干擾的能力就越強，高多樣性指數代表城市組織形式的多樣性，具有更強的活力和可持續發展能力。

2 結果與分析

2.1 城市空間結構的動態演變

在城市內部重組與外圍擴張的雙重作用下，2011 年重慶主城城市空間結構呈現出3大特征：①河流、山體等自然要素影響下的片區結構已基本形成。雖然東部和西部片區建設規模尚小，但“一城五片”的大體格局已然奠定。②多中心的城市體系已初步形成。在解放碑、觀音橋、沙坪壩、南坪和楊家坪5個成熟城市中心基礎上，西永、悅來、龍盛、茶園、龍洲灣、陶家6個市級中心已現雛形。③組團和功能區有了新發展，中心城區內的12個組團、2個功能區的功能和結構趨于完善。總體來看，現行規劃確定的“一城五片、一主中心十副中心、二十一組團八功能區”的空間格局已經形成。

從歷年數據來看，2005年城市建成區尚集中于中梁山和銅鑼山之間，中梁山以西、銅鑼山以東城市建成區分布較為零散；至2008年，仍集中于中梁山和銅鑼山之間向北拓展，緩慢向中梁山以西擴張；2009～2010年，在繼續保持向北拓展的同時，向西拓展開始加速，中梁山和縉云山之間的城市中心、組團、功能區開始集聚；2011年，表現為北向、西向、東向3個方向的同時拓展，中心城區以外的城市中心、組團、功能區均開始發育。然而，在城市空間演變的同時，構成“多中心組團式”城市空間結構的山體、綠地受到“蠶食”，部分片區、組團出現粘連發展的趨勢（圖1）。

圖1 2005～2011年城市空間結構演變過程

2.2 城市空間形態動態分析

2.2.1 總體分析

緊湊度主要用于度量空間不規則形狀，可以直接表達空間的形態特征。一般來說，緊湊度越大，城市越緊湊。據式（2）計算，2005～2009年城市緊湊度持續上升，2010年快速下降，2011年又有所上升（圖2）。重慶主城的城市形態經歷了一個從比較緊湊到比較分散的過程。城市空間的疏解與戶籍制度改革、重慶西永綜合保稅區、兩江新區落地發展密切相關。

圖2 城市緊湊度變化趨勢

多樣性指數是用來反映城市空間形態內在特征的指標值，一般來說，多樣性指數越高，城市穩定發展的特征和抗外界干擾的能力就越強。據式（3）計算，自2005年以來，城市空間多樣性指數呈現持續增加的趨勢，尤其是2010年以來，城市多樣性指數呈快速增加態勢，城市空間形態的多樣性不斷強化（圖3）。

圖3 城市多樣性指數變化趨勢

2.2.2 分行政區分析

各行政區的緊湊度演變兼具共性和差異性。差異性方面，渝中區緊湊度指數最大，并數倍于其余8區，表明渝中區緊湊性最好，而其余8區尚處于對外擴張的階段，尤以沙坪壩、北碚、巴南3區，表現為強烈的分散式的蔓延擴展模式。共性方面，各區在2010年均有一定程度的疏解過程，尤以渝北區城市空間的疏解最為明顯。分區緊湊度的不同，與其歷史基礎、地形阻力、發展慣性、選址偏向等因素相關，近期則受規劃和新區建設影響明顯（圖4）。

圖4 各行政區緊湊度變化趨勢

各區的多樣性指數呈波動中增長的態勢。具體至各個區，渝中區多樣性指數最大，這和渝中區在城市發展之初即是作為城市的中心商務區和中心商業區所在，呈現出典型的密集、繁華的城市核心地區的空間形態有關；大渡口區多樣性指數最小，這和大渡口區多年以來依賴重鋼的單一發展模式相關，2009年重鋼搬遷，大渡口區走向轉型發展的新時期，多樣性指數開始逐步提高（圖5）。

圖5 各行政區多樣性指數變化趨勢

2.3 城市空間動態擴展

2.3.1 總體分析

2005年以來，城市建成區規模一直保持快速擴展態勢，并表現出明顯的階段性特征。①以2010年為分界點，之前城市建成區規模均以6%左右的速度擴展，之后則以兩位數的速率快速擴展。②擴展速度表現出“升-降-升-降”的趨勢，2005～2008年，擴展速度持續上升，2009年擴展速度趨緩，2010年擴展速度猛增，2011年有所回緩。從擴展強度指數來看，2005～2010年，城市建成區規模擴展持續增強，尤以2010年表現最為突出，2011年擴展強度盡管有所下降，但仍表現為強勁的空間擴張，如表1。

表1 城市建成區擴展速度與強度/%

2.3.2 分行政區分析

2005年以來，除渝中區因早已實現全域城市化而以城市內部更新為主外，其余8區建成區均保持較快的向外擴展速度。以行政分區為對象，自2005年以來，渝北區建成區規模擴張最大，年均增量和年均增速均保持在10%以上，規模擴張增量和增速均為各行政區之最；自2008年以來，沙坪壩區建成區規模快速擴張，盡管年均增量和增速仍不達渝北區，但快速擴張態勢已明朗化。以時間為對象，2009～2010年各行政區城市建成區規模擴展最為明顯，尤以江北、沙坪壩、南岸、北碚、渝北5區，建成區規模擴展速度均超過10%，成為歷年來城市建成區規模變化最大的年份，如表2。

總體來看，城市空間規模快速擴展，但體現在各行政區中又有明顯的不同，并以江北、沙坪壩、南岸、北碚、渝北5區擴張最為迅速。分析城市空間擴展的空間差異：①與現行規劃確定的“內環以北、中梁山以西、銅鑼山以東”的發展方向有關；②與新區建設和政策推動有關，包括2010年兩江新區、西永綜合保稅區的設立和建設。

表2 各行政區城市建成區規模擴展速度變化/%

2.3.3 各向異性分析

為分析城市空間擴展的方向異性，以解放碑為中心，選取適當的半徑使之能包含整個城區，并以東偏北11.25°為起點，分成16個夾角和面積相等的扇形區域。通過各個扇形不同年份建成區面積的分析，得出不同年份各扇區的擴展規模和擴展強度，有利于分清各個時段建成區擴展的主導方向。測算結果表明，2005～2011年間，城市空間除向北擴展為主外，東、西向的擴展亦非常明顯（圖6）。從歷年數據來看，2005～2008年期間，城市空間以向北單向擴展為主；2008～2010年期間，向北單向擴展的態勢被打破，西部也呈擴展趨勢；2010～2011年期間，在繼續向北、向西擴展的同時，東進態勢明顯，首次出現“東西并進、強勢北上”的三向拓展。縱觀2005年至今城市空間擴展態勢，向多向拓展已成為空間發展的趨勢。

圖6 2005～2011年城市空間各向擴展強度

3 結 語

總體來看，城市空間結構演化是合理的，具體表現在城市空間形態越來越經濟、城市空間布局結構漸趨完善、城市空間地域特色得到保持、城市空間增長有序擴張。但不合理之處和不良傾向仍客觀存在： ① 用地擴張顯著高于人口增長，且人均建設用地呈逐年上升，表明在節約集約用地上仍需強化。②各類型建設用地發展不均衡、結構不協調，盡管在城市快速增長時期這種現象具有普遍性和客觀性，但仍需引導城市建設用地的協調發展，逐步做到用地平衡。③嚴格控制組團隔離帶被占用，杜絕組團之間的粘連趨勢，確保“多中心組團式”布局的落實[7]。④強化對地形地貌改造的管控和歷史文化的保護，引導城市建設與地形地貌、文化特色相一致。

按城市空間結構的演進趨勢，鑒于人口和經濟的持續快速增長，決定了在今后相當長一段時間內城市空間仍將保持快速擴張；前所未有的政策優勢疊加期，決定城市空間高速發展的長期性，推動城市空間的持續高速發展；一批重大項目相繼落地，加速了城市空間的擴張，拉動城市空間形成新格局。以此進行趨勢外推，在當前及今后一段時間內，重慶城市空間仍將表現為快速擴張的態勢。

[1] 吳啟焰,朱喜鋼.城市空間結構的回顧與展望[J].地理學與國土研究，2001,17(2):46-50

[2] 陸玭,湯茂林,劉茂松.基于RS和GIS的江陰城市擴張研究[J].南京師范大學學報：自然科學版，2010,33(2):132-137

[3] Tan M H, Robinson G M, Li X B. Urban Spatial Development and Land Use Implications from London's Experiences[J].Journal of Geographical Sciences,2011,21(1):49-64

[4] 楊景.城市空間發展規劃研究——以惠州市空間科技城空間發展規劃為例[J].城市建設理論研究,2013(13):1-5

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[6] 胡京京,李磊.城市空間結構解析[J].山東省農業管理干部學院學報,2006,22(3):171-173

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P237.9

B

1672-4623（2015）04-0014-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.04.006

金賢鋒，高級工程師，主要從事城鄉規劃與3S技術應用。

2014-07-11。

項目來源：國家科技支撐計劃資助項目（2011BAK07B03）；重慶市軟科學資助項目（cstc2012cx-rkxA00052）。