2000～2015年長沙市城市擴張空間特征與驅動因子分析

陳千逸 曾爭

[摘要]科學分析城市擴張的空間特征與驅動因子有助于實現城市的可持續發展。以長沙市作為研究對象，基于2000、2005、2010和2015年的遙感影像及相關統計數據，利用GIS工具從空間形態和空間指向方面刻畫長沙市城市擴張的空間特征，采用嶺回歸方法測度城市擴張的驅動因子。研究發現，長沙市以“吞噬”模式擴張，使城市景觀格局形態破碎化、形狀復雜化，城市擴張空間指向經歷了“東、南方—西方”的轉變。社會經濟的快速發展是長沙市城市擴張的主要驅動因子，政府行為對城市擴張具有導向作用。

[關鍵詞]城市擴張；空間特征；長沙

[中圖分類號]F293.2 [文獻標識碼]A

目前，對城市擴張驅動因子的分析方法逐漸由簡單的定性分析向定量分析過渡，但由于城市擴張是多個因素共同作用的結果，這些因素之間往往又相互關聯、影響，極易造成數據的多重共線性問題。現有研究中普遍使用多元線性回歸分析、灰色關聯分析、空間杜賓模型等方法，無法解決此問題，從而影響結論的準確性。針對已有研究的不足，本文以中部地區典型的大型城市長沙市為研究對象，基于遙感影像，利用GIS技術，借助已有研究方法分析城市擴張的時空特征；引入嶺回歸分析方法，科學測度城市擴張的驅動因子。研究結果對長沙市實現新型城鎮化發展目標、促進城市可持續發展具有重要意義。

1 數據處理與研究方法

1.1 數據來源與處理

此次研究的社會經濟類數據來源于相關年份的統計年鑒以及土地利用數據。圖像數據從2000、2005、2010和2015年的Landsat 7 ETM衛星遙感影像中提取。在對遙感影像執行幾何校正、融合和鑲嵌等處理后，在ArcGIS 10.2中通過目視解釋方法提取城市實體。提取原則見參考文獻[8]。

1.2 研究方法

1.2.1 城市擴張空間形態測度。測度空間形態可以展現城市擴張對景觀格局的影響及城市擴張的方式。利用緊湊度、蛙跳指數和分形維數來表征城市擴張的空間形態特征，計算方法及釋義見參考文獻[4-6]。緊湊度越低、蛙跳指數越高代表城市土地景觀格局越破碎，分形維數上升說明城市土地景觀格局趨于復雜。緊湊度上升、蛙跳指數和分形維數下降表明城市擴張方式以近域推進為主，反之表明城市擴張方式以蛙跳式發展為主。

1.2.2 城市擴張空間指向測度。城市擴張空間指向展現了城市的主要擴張方向及在不同方向上的擴張強度。利用城市空間重心轉移指數和城市擴張雷達圖來刻畫城市擴張空間指向。城市空間重心轉移指數與城市蔓延雷達圖的原理及方法見參考文獻[7]。

1.2.3 城市擴張驅動因子測度。為解決數據多重共線性問題，采用嶺回歸方法進行測度。嶺回歸（Ridge regression）是一種專門分析多重共線性數據的方法，相比最小二乘法，此方法擴大了實際觀測值與估計回歸直線之間的差異，且它對病態數據的耐受性也大大增強。嶺回歸計算原理見參考文獻[9-10]

2 長沙市城市擴張空間特征

2.1 城市擴張空間形態

基于遙感影像制作圖1，根據圖1利用相關公式計算得到4個個年份的城市空間緊湊度、蛙跳指數和分形維數（表1）?？偟膩砜?，盡管2000～2015年長沙市的蛙跳指數有所下降，但緊湊度總體維持在0.13以下，處于較低的水平，且分形維數上升，表明這段時間長沙市土地景觀格局破碎度上升，城市空間形狀趨于復雜。分時段來看，2000～2010年緊湊度下降，分形維數上升；2010～2015年緊湊度上升，分形維數下降，而蛙跳指數則經歷了“上升—下降—上升”的起伏波動。三個指數的變化表明長沙市土地景觀格局經歷了復雜變化，同時也反映出城市擴張方式的變化：2000～2010年蛙跳指數先是升至最高值而又迅速回落，緊湊度快速下降，分形維數持續上升，表明此時段長沙市擴張方式主要為蛙跳式發展（最大蛙跳區域為長沙縣縣城），且由于蛙跳區域不斷擴大并最終與中心團塊連為一體，造成長沙市土地景觀格局破碎度上升、城市空間形狀復雜化；2010～2015年，緊湊度和蛙跳指數略微有所上升，分形維數下降，表明此時段長沙市擴張以近域推進式發展為主，同時兼有一定程度的蛙跳式發展，使城市土地景觀格局破碎度略有下降，城市空間形狀趨于簡單。

總體而言，2000～2015年長沙市土地景觀格局破碎度較高，城市空間形狀較為復雜，反映出長沙市城市空間不規則擴張的問題。從空間形態來看，長沙市擴張模式符合張景奇等人總結的中國城市發展“吞噬”模式：先在城市中心團塊周圍的資源點形成蛙跳區域，隨時間推移蛙跳區域逐步擴大，中心團塊與蛙跳區域之間的空間不斷被填充，最終兩者連成一體，然后在更遠的地方蛙跳式發展，并重復這個過程。

2.2 城市擴張空間指向

在相關計算的基礎上制作城市空間重心轉移示意圖（圖2）和城市擴張雷達圖（圖3）?？偟膩砜?，2000～2015年長沙市城市空間重心基本分布在解放路與韶山北路交匯處附近，整體向東偏移，偏移指數為533.32；此時間段城市空間擴張速度最快的方位為東方，其次是東南方，增長率分別達到了442.24%、290.33%，其他方向上城市空間的擴張速度遠慢這兩個方向，表明2000～2015年長沙市城市擴張空間指向主要為東、南方向，反映出長沙市各個城區間發展不平衡。分時段來看，2000～2005年城市空間重心向東北方向轉移，轉移指數為308.30，城市空間擴張速度最快的方位是東南方（116.79%）；2005～2010年城市空間重心向東南方向轉移，轉移指數為578.60，城市空間擴張速度最快的方位是東方（108.15%）；2010～2015年城市空間重心向西北方向轉移，轉移指數為341.06，城市空間擴張速度最快的方位為西方（73.48%）。這些數據表明，長沙市城市發展的空間指向在不同時期具有差異，即先向東、南方向快速擴張，而后城市發展的重點轉向西方，這主要是由于：2000～2010年間以國家級長沙經濟技術開發區為核心的東部城區得到了快速發展，而長株潭城市群一體化的發展戰略和長沙高鐵南站的建設也帶動了東、南部城區迅速擴張；2010～2015年間長沙市重點開發湘江新區（大河西先導區），同時望城撤縣設區加快了西北部城區的擴張速度，使這段時間城市發展重心逐漸向西轉移。

總體而言，2000～2015年間長沙市城市空間在各個方向上的擴張具有明顯的差異性，東、南部城區的發展最為迅速；2010年以后城市發展重心逐漸向西轉移，使城市發展重心長期聚集在東、南方向的空間格局得到一定程度的優化和調整，促進了各個城區間的協調發展。

3 長沙市城市擴張驅動因子

3.1 回歸模型構建

結合已有理論與長沙市實際情況，從經濟發展、公共交通、政府行為和居民需求4個維度出發，選擇8個單項指標作為解釋變量x量化長沙城市空間擴張的驅動因子，選擇城鎮建設用地面積作為被解釋變量y代表長沙市城市規模（表3）。對被解釋變量與各解釋變量進行相關性檢驗，結果顯示所有相關系數均通過1%顯著性水平檢驗，但x3與y的相關系數僅為-0.65，與其他解釋變量相比x3的相關性較弱，將其剔除。共線性診斷顯示，剩余的7個解釋變量中有6個的容差小于0.1，VIF值大于10，即各解釋變量之間存在著嚴重的多重共線性，需要使用嶺回歸方法來解決這一問題。

（1）社會經濟發展是長沙市城市擴張的主要驅動因子。一方面，房地產行業的快速發展促使城市擴張：據不完全統計，2000～2015年長沙市開工建設和建成的各類住宅小區超過600個，其中不乏一些超大規模的住宅小區，如湘江世紀城、八方小區、碧桂園威尼斯城等；研究期間長沙市城市住宅建筑面積從2.84×107m2增長至1.48×108m2，增長了422.44%；截至2015年居住用地面積占到了城市建設用地面積的37.46%，遠高于全國平均水平（29.99%）和湖南省平均水平（32.64%）。另一方面，工業園區建設作為城市建設的重要內容對城市擴張也具有極強的推動作用：2000～2015年，長沙市共布局了“四區八園”合計12個工業園區，其中重點發展了位于東部城區的長沙經濟技術開發區、隆平高科技園和位于西部城區的長沙高新技術產業開發區、望城經濟開發區，同時通過建設南部城區的暮云工業園、環?？萍籍a業園、天心工業園等來加快與株洲、湘潭的相向發展。

（2）政府行為對長沙市城市擴張具有極強的導向作用。2000～2015年，長沙市的一系列城市發展布局規劃，無論是“十五”規劃中提出的“兩中心、多組團”的城市功能格局，還是“十二五”規劃中提出的“一軸兩帶、一主七片” 的城市空間結構，還是《長沙市城市總體規劃（2003～2020） （2014年修訂）》中提出的“一軸兩帶多中心、一主兩次五組團”的城市發展空間布局，都在不斷強化東西向的發展軸線和長株潭城市群一體化發展目標。在這些戰略和規劃的影響下，東西向的發展軸線和長株潭城市群發展戰略則成為了城市發展的主要引領，造成研究期內長沙市城市空間形態的一系列變化。

（3）各個回歸系數相差不大，最高值（0.2266）也僅為最低值（0.1308）的1.73倍，表明現階段長沙市城市擴張問題是由多種因素共同作用的結果，反映了這一問題的復雜性?？傮w而言，不同于國外以交通和市場為主導的城市擴張模式，長沙市城市擴張具有明顯的政策導向特征。

4 結論

本文從城市擴張空間形態和空間指向方面分析了長沙市城市擴張的空間特征，并測度了城市空間擴張的驅動因子，得出的主要結論如下：

（1）2000～2015年，長沙市以“近域推進—蛙跳發展—近域推進”交替的“吞噬”模式實現城市空間擴張，造成城市景觀格局形態破碎化、城市空間形狀復雜化。在宏觀戰略規劃和城市規劃等政策的導向下，長沙市城市擴張空間指向經歷了“東、南方—西方”的轉變過程，使各個城區間發展不平衡的狀態得到改善。

（2）社會經濟的快速發展、房地產行業的繁榮、工業化的快速推進、宏觀戰略的引導、城市規劃的調控和行政區劃的調整等多種因素共同推動長沙市的城市擴張，其中社會經濟快速發展是長沙市城市擴張的主要驅動因子，而政府行為對城市擴張具有導向作用。不同于國外以交通和市場為主導的城市擴張模式，長沙市城市擴張具有明顯的政策導向特征。

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