基于多指標的鄭州市城市化擴展過程研究

摘要以鄭州市為研究對象，選取2000、2006、2008和2012年4期遙感影像，運用 RS數字圖像處理技術和GIS空間分析技術，通過空間方位比重等多種指標綜合考慮多種因素詳細分析2000～2012年中原經濟群中心城市——鄭州市城市空間擴展動態變化軌跡。結果表明：2000年以來，鄭州市區的城市擴展明顯，但速度逐漸放緩，擴展方向以向東為主，呈東西南方向發展；城市擴展經歷了從以外部延伸和邊緣擴展為主到以內部填充和邊緣擴展的轉變，表明了城市建設正朝著土地利用集約化方向發展；人口、經濟、交通以及政策因素是促進鄭州市城市快速擴展的主要原因，其中政策因素起到了主導性作用。

關鍵詞多指標；鄭州市；城市擴展

中圖分類號S127；TP79文獻標識碼A文章編號0517-6611（2015）26-369-04

AbstractTaking Zhengzhou as the research object with the help of the four temporal Landsat TM and ETM+ remote sensing data of 2000，2006，2008，2012， using image processing technology of remote sensing （RS） and spatial analysis technology of GIS and considering all the influencing factors by synthesis， the article mainly uses many indexes including the proportion of spatial orientation to study the dynamic changes of urban expansion in Zhengzhou， one of the central plains economic group， during four years of 2000，2006，2008，2012. The results mainly show that since the beginning of the 21st century， the urban expansion of Zhengzhou had increased significantly， but the speed was slowing， and the urban developed towards to the east， the west and the south， but the east is the major direction； urban expansion of Zhengzhou in 12 years varied from external extension and edge extension to internal filling and edge extension， indicating that land use got intensive gradually； Population， economy， traffic and policy are the main factors， but the policy plays a leading role.

Key wordsMultiple indexes； Zhengzhou City； Urban sprawl

城市空間擴展是城市化過程的顯著標志，隨著城市化進程的不斷推進，城市空間擴展已成為國內外學者關注的熱點領域[1-4]。近年來，中原經濟區建設成為國家戰略，所包含的主要城市空間擴展劇烈[5-7]，加強對中原經濟區重點城市的擴展動態研究對于中原城市群的健康持續發展有著重要的意義。

鄭州市作為人口、農業大省河南省的省會城市和中原經濟區的中心城市，土地供求和人地矛盾尖銳，動態剖析城市動態演變過程，及時掌握中心城市擴展現狀成為一種迫切需求。盧曉峰[8]利用RS和GIS技術上對鄭州市城市擴展進行了研究，在精細提取各個時期的土地利用類型后，對城市擴展方位特征做了概略性描述[8]；而賀振等[9]、趙曉麗等[10]對這一過程描述十分詳細，但這些研究都將驅動力因子作用單獨分析，缺乏綜述性。筆者以擴展方位分析為側重點，利用多種表征指標，深層次探尋多種驅動力因子綜合作用下鄭州市進入21世紀以來城市動態演變過程，宏觀上把握土地開發利用的速度及趨勢，以期為鄭州市未來城市發展規劃提供一定的指導依據。

1數據來源與研究方法

1.1研究區概況鄭州是河南省的省會城市，位于 112°42′～114°14′E，34°16′～34°58′N。總面積7 446.2 km2，其中市區總面積1 010.3 km2。鄭州地處河南省中部偏北，華北平原南部，北臨黃河，西依嵩山，東、南為廣闊的黃淮平原。研究區為鄭州市區范圍（不含上街區），涵蓋惠濟區、中原區、二七區、管城區和金水區（圖1）。鄭州市地理位置優越，是河南省政治、經濟、文化中心，我國商貿試點城市之一，全國最大的鐵路十字樞紐客運站之一。2011年底，全市總人口為885.7萬，其中市區總人口數達到437.4萬，全市完成生產總值4 912.7億元，規模以上工業增加值完成2 340.2億元[11]。

1.2數據來源借助Erdas Imagine 9.2平臺對2000、2006、2008、2012年4期遙感影像數據源進行預處理，經過假彩色合成、融合增強處理、投影轉換以及幾何糾正，使用最鄰近法進行灰度重采樣。重采樣后，相對誤差小于30 m。裁剪研究區，根據《全國生態遙感監測土地利用＼覆被分類體系》，結合鄭州市土地利用實際情況，采用人工目視解譯方法，將研究區分成耕地、林地、草地、水域、建設用地以及未利用地6種土地類型，得到2000、2006、2008、2012年4期的土地利用現狀圖。

1.3研究方法該研究主要運用5種指標對城市擴展特征進行描述，包括城市擴展速度、擴展強度、緊湊度、分維數以及建設用地擴展方位比重指數。

1.3.1城市擴展速度指數（P）和強度指數（Q）。城市擴展速度標識城市在整個研究時期內不同階段的年均增長速度，而城市擴展強度是建設用地增加值與基礎年的比值，公式分別為：

P=（UAn+i-UAi）n×UAi×100%（1）

Q=（UAn+i-UAi）n×UA×100%（2）

式中，P表示城市年均擴展速度；Q表示城市擴展強度；UAn+i、UAi、UA分別代表第n+i年、第i年和初始年份的建成區面積，n以年為單位。

1.3.2 緊湊度（BCI）和分維數（FRAC）。緊湊度計算采用Batty提出的公式：

BCI=2πA/P（3）

式中，BCI為城市用地的緊湊度，A為城市建成區面積，P為城市輪廓周長。BCI取值范圍為0～1，其值越大，形狀就越緊湊。

分維數公式為：

FRAC=2ln（Pij4）/lnaij（4）

式中，FRAC表示城市用地分維數；Pij表示城市形態周長；aij表示城市形態面積。分維數值越高，邊界線的復雜程度也就越大。

式中，OP為t2-t1時段的方位比重；diSt2為di方位上t2時刻的面積；diSt1為di方位上t1時刻的面積；St2為t2時刻的區域總面積；St1為時刻t1的區域總面積。

2結果與分析

2.1城市空間擴展速率2000～2012年，研究區林地、草地和未利用地的變化相對較小，而建設用地和耕地的變化最大（圖2）。鄭州市區城市擴展建設用地面積從217.78 km2增加到509.88 km2，12年間面積增加了1.34倍，而中心城區建成區面積由137.47 km2增加到372.14 km2，12年間面積增加了1.71倍。其中，城市面積的增加幾乎全部由耕地轉化而來。

從圖3可以看出，城市擴展速度先小幅增加后大幅下降，表明鄭州市區的城市擴展速率浮動較大，速度正在大幅下降。同時，城市擴展強度變化也非常明顯，在2000～2006年期間為11%，2006～2008年期間迅速增加至21%，然后又迅速下降到2008～2012年期間的6%，表明2006～2008年城市擴展最為劇烈，而2008～2012年建設強度的大幅下降，驗證了鄭州市經濟發展受到了2008年全球經濟危機的負面影響（圖4）。

結合鄭州市區社會發展的歷程，2000～2012年鄭州市區城市擴展經歷了以外部延伸和邊緣擴展為主到以內部填充和邊緣擴展為主的過程。2006年西部擴展顯著，2008年東部和東南部擴展明顯，到了2012年東部城市建設特別突出。總體而言，12年間鄭州市城市的發展以東、西、南方向為主，東、西發展的勢頭強勁，其中東部的發展引起了鄭州市整體質心的變化，體現出東部發展的主導形勢。

2.3綜合驅動力作用下的城市化過程分析鄭州市北部早期擴展快速，主要歸因于連霍高速引導、惠濟區政府北遷和北大學城園區建設。但地理位置上北臨黃河，使得鄭州市向北發展受阻，后期擴展乏力。

南部是主要物流集散中心，商業圈集聚，人口流動頻繁，住房面積需求較大。但南部片區地貌類型復雜，不利于城市建設，因此該區域以舊城改造為主，加之南水北調工程對外圍擴展的限制，土地開發速度緩慢。

東部一直是鄭州市政府以及國家關注的重點方向。在國家經濟技術開發區的基礎上，21世紀初時任河南省長李克強提出加快開發鄭東新區。隨后，中央商務區（CBD）迅速發展成形，便捷的交通和良好的投資環境吸引了大量的工業企業入駐。CBD商業圈的形成與完善，促使鄭東新區影響力快速提升，城市重心向東偏移。2011年“中原經濟區”上升為國家戰略，使得鄭東新區發展與開封市向西發展的強勁勢頭相呼應。

2000年以來研究區整體擴展顯著。綜合多種驅動力影響因子作用分析，人口、經濟、交通、規劃以及政策因素是促進鄭州市快速擴展的主要原因，其中政策導向起到了主導性作用。

3結論

利用多時相衛星遙感數據，運用遙感數字圖像處理技術和空間分析技術提取城市的空間特征信息，結合多種表征指標，綜合多種驅動力因素詳細描述了2000～2012年的鄭州市區城市建設用地變化特征以及未來發展的趨勢，得出以下結論：

（1）2000～2012年，鄭州市區的城市擴展明顯，建設用地的擴展主要來自于耕地，其他用地面積比重較小且變化不大。研究時段內，鄭州市建設用地面積速度和強度都呈現出先增大后減小的趨勢，表明鄭州市城市的擴展變化幅度較大，總體呈現降溫的趨勢。

（2）2000～2012年鄭州市區緊湊度指數先大幅下降，后緩慢增加，而分維數先增加后減小，土地利用集約化趨勢明顯。研究時段內，鄭州城市擴展經歷了以外部延伸和邊緣擴展為主到以內部填充和邊緣擴展為主的過程，未來發展方向以南部緩慢擴展、東西方向快速擴展為主，東部成為主導方向。

（3）人口、經濟、交通、規劃以及政策因素是促進鄭州市城市快速擴展的主要原因，其中政策因素起到了主導性作用。在強有力的政策指導下，鄭州市向東發展的勢頭強勁，與開封向西發展為主導方向的城市擴展趨勢一起驗證了鄭汴一體化進程的快速推進[12]。然而在尖銳的土地利用矛盾背景下，如何利用政策的引導作用更高效地集約利用耕地資源，需要引起政府部門的高度重視。

參考文獻

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