黑龍江工業(yè)城市建設(shè)用地時(shí)空擴(kuò)張遙感監(jiān)測(cè)

郭晶鵬， 趙映慧， 諶慧倩， 項(xiàng)亞楠， 趙旭朦， 喬 暢

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，哈爾濱 150030)

0 引言

工業(yè)在國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起到了中流砥柱的作用，但快速工業(yè)化引發(fā)的一系列安全問(wèn)題已成為困擾城市健康發(fā)展的嚴(yán)重障礙； 建設(shè)用地?cái)U(kuò)張問(wèn)題掣肘城市的可持續(xù)發(fā)展，研究工業(yè)城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張的機(jī)理形勢(shì)刻不容緩。2014年國(guó)務(wù)院發(fā)布《國(guó)家新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃(2014─2020年)》明確要求改變城市的發(fā)展方式，包括速度型向質(zhì)量型轉(zhuǎn)變、外延式向內(nèi)涵式轉(zhuǎn)變等5種轉(zhuǎn)變方式； 2016年“兩會(huì)”期間又提出了地區(qū)性哈爾濱─長(zhǎng)春(簡(jiǎn)稱(chēng)哈長(zhǎng))城市群的一體化建設(shè)方案。黑龍江省作為東北老工業(yè)基地和哈長(zhǎng)城市群的重要組成部分，哈爾濱、大慶、齊齊哈爾(分別簡(jiǎn)稱(chēng)哈、大、齊)又是哈大齊工業(yè)走廊沿線(xiàn)重要的核心城市，以哈、大、齊為例研究黑龍江省工業(yè)城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張問(wèn)題具有一定的前瞻性。但是目前尚缺乏一種自動(dòng)化提取城市建設(shè)用地變化的機(jī)制，無(wú)法及時(shí)、客觀、真實(shí)地反映城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張變化的區(qū)域特性。為了有效改善黑龍江省工業(yè)型城市發(fā)展帶來(lái)的粗放式利用問(wèn)題，推進(jìn)工業(yè)4.0、新型城鎮(zhèn)化的進(jìn)程和集約且高效的土地利用機(jī)制，必須分析哈、大、齊大型工業(yè)城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張過(guò)程的主要特征，探索城市擴(kuò)張過(guò)程的內(nèi)在的發(fā)展規(guī)律。

城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張是城市空間發(fā)展的變化，更是人類(lèi)生產(chǎn)活動(dòng)范圍的直接表征。國(guó)內(nèi)諸多學(xué)者開(kāi)展了大量關(guān)于城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張的研究工作[1-6]，從最初采用統(tǒng)計(jì)與實(shí)地調(diào)研數(shù)據(jù)研究城市建設(shè)用地，到遙感監(jiān)測(cè)與地理信息系統(tǒng)(geographic information system，GIS)技術(shù)在城市建設(shè)用地研究中的普及與深化，在研究尺度和空間特征分析等方面均取得了顯著成果[7-10]。不同空間尺度的城市建設(shè)用地，其空間特征存在著顯著的差異性[11-12]。在國(guó)家尺度上，劉紀(jì)遠(yuǎn)等[13]基于全國(guó)城市功能分區(qū)及東、中、西、東北4大區(qū)域功能區(qū)規(guī)劃，進(jìn)行了空間特征遙感對(duì)比分析； 葉昌東等[14]探討了1990─2010年間全國(guó)特大城市空間特征的演變； 黃永斌等[15]對(duì)比了全國(guó)地級(jí)市以上城市緊湊度的時(shí)空特征，發(fā)現(xiàn)其存在顯著的規(guī)模等級(jí)遞增效應(yīng)； 舒幫榮等[16]通過(guò)面板計(jì)量數(shù)據(jù)分析法，對(duì)比了全國(guó)不同職能地級(jí)市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張的特征及驅(qū)動(dòng)機(jī)理。在區(qū)域尺度上，主要集中在對(duì)長(zhǎng)三角、珠三角等5大城市群及經(jīng)濟(jì)特區(qū)城市變化的研究[17]： 施利鋒等[18]采用多源遙感數(shù)據(jù)剖析了1973─2013年間經(jīng)濟(jì)特區(qū)的城市空間擴(kuò)張?zhí)卣鳎?曹銀貴等[19]運(yùn)用聚類(lèi)分析、判別分析研究了我國(guó)東部地區(qū)87個(gè)城市的建設(shè)用地變化規(guī)律； 李加林等[20]依托遙感和GIS分析了1979─2005年間長(zhǎng)三角城市建設(shè)用地變化特征。在城市尺度上，多集中于北京、天津、上海、廣州、深圳、廈門(mén)、沈陽(yáng)等發(fā)達(dá)城市[21]： 叢曉男等[22]探討了北京市1991─2011年間城市空間形態(tài)演變及增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)； 蘇建忠等[23]針對(duì)1980年廣州市建設(shè)用地蔓延及調(diào)控展開(kāi)了研究； 孫雁等[24]利用GIS技術(shù)對(duì)比了1910─2010年間不同時(shí)段沈陽(yáng)市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張變化特征。目前，針對(duì)東北地區(qū)和資源型工業(yè)城市建設(shè)用地的相關(guān)研究較少，且對(duì)區(qū)域內(nèi)多個(gè)功能聯(lián)系密切的城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張問(wèn)題亟待研究。本文以哈、大、齊工業(yè)城市為例，分析2000─2015年間哈、大、齊主城區(qū)建設(shè)用地?cái)U(kuò)張變化的時(shí)空特征，模擬城市重心遷移過(guò)程，以期為黑龍江省哈、大、齊等工業(yè)城市轉(zhuǎn)型、加快新型城鎮(zhèn)化建設(shè)并在一定程度上減少其對(duì)耕地的侵占提供參考。

1 數(shù)據(jù)源及研究方法

1.1 數(shù)據(jù)源

本研究選取的數(shù)據(jù)包括： ①哈、大、齊工業(yè)城市2000年、2005年、2010年和2015年4個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的Landsat遙感影像； ②研究區(qū)城市主城區(qū)《2010─2020總體規(guī)劃圖》； ③2000─2015年《城市統(tǒng)計(jì)年鑒》； ④《黑龍江統(tǒng)計(jì)年鑒》。由于2014年5月阿城區(qū)和雙城區(qū)剛剛撤縣變區(qū)，故本研究中哈爾濱市不包括阿城區(qū)和雙城區(qū)。

1.2 數(shù)據(jù)處理

首先下載軌道號(hào)/行號(hào)為118/28、119/28和120/27，且含云量少于10%的Landsat遙感影像，空間分辨率為30 m； 其次，利用BIGMAP與ENVI5.0軟件，結(jié)合哈、大、齊《2010─2020年城市總體規(guī)劃圖》，對(duì)Landsat影像進(jìn)行裁剪和糾正，得到多個(gè)波段的哈、大、齊主城區(qū)影像； 然后對(duì)主城區(qū)影像進(jìn)行B7(R)，B6(G)，B4(B)波段假彩色合成，采用最大似然法進(jìn)行監(jiān)督分類(lèi)，通過(guò)人工目視解譯進(jìn)行糾正，得到分類(lèi)圖，并用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，以保證圖斑屬性的解譯準(zhǔn)確率達(dá)到90%以上； 最后，將分類(lèi)結(jié)果導(dǎo)入ArcGIS10.2中，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和空間疊置分析(圖1)。

1.3 測(cè)度指標(biāo)

本文采用擴(kuò)張強(qiáng)度與速度指數(shù)、緊湊度、增長(zhǎng)彈性系數(shù)、分維指數(shù)、變異系數(shù)和空間重心轉(zhuǎn)移模型等6項(xiàng)測(cè)度指標(biāo)，探討哈、大、齊城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張時(shí)空特征。

1)擴(kuò)張強(qiáng)度與速度指數(shù)，計(jì)算公式為

(1)

(2)

式中：Q和S分別為擴(kuò)張強(qiáng)度和擴(kuò)張速度指數(shù)；Ai為i時(shí)期城市主城區(qū)建設(shè)用地面積；n為時(shí)間間隔；An+i為i+n時(shí)期的城市建設(shè)用地面積。

2)緊湊度，計(jì)算公式為

(3)

式中：J為緊湊度指數(shù)；A為城市主城區(qū)建設(shè)用地面積；Z為城市主城區(qū)輪廓周長(zhǎng)[18]。

3)增長(zhǎng)彈性系數(shù)，計(jì)算公式為

Ii=[(Pit-Pi0)/Pi0]/[(Yit-Yi0)/Yi0]，

(4)

式中：Ii為i時(shí)期的增長(zhǎng)彈性系數(shù)；Yit和Yi0分別為某一要素(人口、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)固定資產(chǎn)投資)i時(shí)期期末和期初的總量；Pit和Pi0分別代表期末和期初的建設(shè)用地總量[10]。

4)分維指數(shù)，計(jì)算公式為

Fi=2ln(Zi/4)/ln(Ai),

(5)

式中：Fi為斑塊i城市分維指數(shù)；Ai為斑塊i的面積；Zi為斑塊i的周長(zhǎng)。F范圍在1～2之間，F(xiàn)越大表示城市內(nèi)部的填充能力越弱，城市形態(tài)越復(fù)雜。當(dāng)F<1.5時(shí)，圖形趨向于簡(jiǎn)單； 當(dāng)F=1.5時(shí)，說(shuō)明圖形處于布朗運(yùn)動(dòng)的邊緣，越接近該值穩(wěn)定性越差； 當(dāng)F>1.5時(shí)，圖形更趨向于復(fù)雜。以城市形態(tài)為研究對(duì)象時(shí)，F(xiàn)極限值應(yīng)在1.71上下[21]。

5)變異系數(shù)，計(jì)算公式為

(6)

6)空間重心轉(zhuǎn)移模型，空間重心轉(zhuǎn)移距離為

(7)

空間重心轉(zhuǎn)移角度為

(8)

式中：yi+1和yi為y軸上相鄰兩點(diǎn)；xi+1和xi為x軸上相鄰兩點(diǎn)；xi為i時(shí)期地理單元的重心橫坐標(biāo)；yi為i時(shí)期地理單元的重心縱坐標(biāo)；Di+1為從i到i+1時(shí)期地理單元空間重心轉(zhuǎn)移距離；βi+1為從i到i+1時(shí)期地理單元空間重心轉(zhuǎn)移方向與正東方向夾角[18]。

2 結(jié)果與分析

2.1 城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張總體特征

2.1.1 擴(kuò)張強(qiáng)度與速度

對(duì)哈、大、齊城市建設(shè)用地信息進(jìn)行提取與統(tǒng)計(jì)分析的結(jié)果表明，2000─2015年間哈、大、齊城市建設(shè)用地發(fā)生強(qiáng)烈擴(kuò)張，2000年建設(shè)用地總面積為800.16 km2，2015年增至1 526.41 km2，擴(kuò)張近1倍； 受2003年振興東北老工業(yè)基地戰(zhàn)略及哈大齊工業(yè)走廊項(xiàng)目的實(shí)施誘導(dǎo)，2000─2005年間哈、大、齊城市建設(shè)用地面積增長(zhǎng)量最大，2010─2015年增長(zhǎng)量次之，增長(zhǎng)量最小時(shí)段在2005─2010年(表1)。

表1 城市擴(kuò)張建設(shè)用地?cái)U(kuò)張強(qiáng)度與速度指數(shù)變化Tab.1 Change of expansion strength and speed index of urban construction land

從城市擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)來(lái)看，2000─2015年間哈、大、齊工業(yè)城市整體擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)呈波動(dòng)遞減態(tài)勢(shì)，由7.01%降至3.88%； 齊齊哈爾和哈爾濱的擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)維持在3.50%～5.90%之間，大慶呈現(xiàn)寬幅波動(dòng)態(tài)勢(shì)，擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)在3.50%～10.40%之間； 2000─2005年間大慶市擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)最大(10.36%)，遠(yuǎn)大于齊齊哈爾(5.80%)和哈爾濱(4.61%)； 2005─2010年間哈、大、齊3市的擴(kuò)張強(qiáng)度基本相同，擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)穩(wěn)定在3.50%左右； 2010─2015年間齊齊哈爾和哈爾濱擴(kuò)張強(qiáng)度保持在4.50%左右，大慶相對(duì)較弱，僅為3.04%。

從建設(shè)用地?cái)U(kuò)張速度分析，2000─2015年間哈、大、齊城市建設(shè)用地總擴(kuò)張速度維持在50 km2/a左右，其中齊齊哈爾和哈爾濱分別穩(wěn)定在10 km2/a和15 km2/a左右，大慶擴(kuò)張速度呈“跳躍”式波動(dòng)； 2000─2005年間大慶速度最高，高達(dá)33.51 km2/a，齊齊哈爾及哈爾濱擴(kuò)張速度分別為11.21 km2/a及13.06 km2/a； 2005─2010年間大慶市擴(kuò)張速度驟降到16.50 km2/a，但與齊齊哈爾(9.28 km2/a)和哈爾濱(12.08 km2/a)相比仍較高； 2010─2015年間哈爾濱擴(kuò)張速度最高(19.03 km2/a)，大慶次之(17.41 km2/a)，齊齊哈爾最低(13.17 km2/a)，且相比前一時(shí)段處于加速狀態(tài)。大慶為石油城市，建設(shè)用地與石油開(kāi)發(fā)用地交叉進(jìn)行，擴(kuò)張速度高于其他城市； 2010─2015年間哈爾濱由于對(duì)平房區(qū)(南)、松北區(qū)(北)大規(guī)模開(kāi)發(fā)建設(shè)，故在該時(shí)段擴(kuò)張速度最大。

2.1.2 擴(kuò)張形態(tài)

利用緊湊度指數(shù)和分維指數(shù)分析城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張空間形態(tài)。2000─2015年間哈大齊工業(yè)城市緊湊度持續(xù)下降，說(shuō)明哈、大、齊城市居民主活動(dòng)區(qū)外擴(kuò)，建設(shè)用地多處擴(kuò)張； 2000年和2005年大慶市緊湊度最大(分別為0.47和0.28)，說(shuō)明大慶城市的城區(qū)比較緊湊； 2010年和2015年緊湊度發(fā)生反轉(zhuǎn)，齊齊哈爾趨于緊湊，大慶和哈爾濱相對(duì)分散，即齊齊哈爾緊湊度(分別為0.21和0.19)高于大慶(分別為0.18和0.13)及哈爾濱(分別為0.15和0.13)(表2)。

2000─2015年間城市分維指數(shù)不斷上揚(yáng)，反映出城市發(fā)展趨向不規(guī)則； 2000年各城市的分維指數(shù)均小于1.44，說(shuō)明城市形態(tài)簡(jiǎn)單，趨于穩(wěn)定； 2005年的分維指數(shù)均接近于1.5，處于布朗運(yùn)動(dòng)邊緣，穩(wěn)定性差，城市顯露出擴(kuò)張現(xiàn)象； 2010─2015年間分維指數(shù)均大于1.5，映射出趨于復(fù)雜的城市形態(tài)，外擴(kuò)趨勢(shì)明顯，填充能力弱(表2)。

表2 城市擴(kuò)張緊湊度與分維指數(shù)Tab.2 Compactness and fractal dimension index of urban expansion

2.1.3 時(shí)間序列上擴(kuò)張?jiān)u價(jià)

運(yùn)用彈性系數(shù)，從人口、經(jīng)濟(jì)和固定投資角度剖析建設(shè)用地?cái)U(kuò)張情況(表3)。

表3 2000─2015年間城市擴(kuò)張?jiān)鲩L(zhǎng)彈性系數(shù)與變異系數(shù)Tab.3 Elastic coefficient and coefficient of variation of urban expansion during 2000─2015

①I(mǎi)a為人口增長(zhǎng)彈性系數(shù)； ②Ib為經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)彈性系數(shù)； ③Ic為固定資產(chǎn)投資增長(zhǎng)彈性系數(shù)。

2000─2015年間齊齊哈爾Ia最大(28.95)，遠(yuǎn)大于大慶和哈爾濱，且三地都大于1，揭示哈、大、齊建設(shè)用地相比其人口數(shù)量處于蔓延狀態(tài)，其中齊齊哈爾蔓延最為顯著； 2000─2015年間大慶市Ib和Ic最大(分別為0.38和0.25)，遠(yuǎn)大于齊齊哈爾及哈爾濱，表明大慶市相比齊齊哈爾和哈爾濱市，土地利用效益最低； 2000─2015年間哈、大、齊城市用地Ia與Ib之比遠(yuǎn)大于2，說(shuō)明工業(yè)城市過(guò)度重視經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出，而忽視了“人”的發(fā)展；Ib與Ic之比在40左右，映射出東北振興戰(zhàn)略、哈大齊工業(yè)走廊給工業(yè)城市帶來(lái)海量資金的投入，但與收益相比，投資效益不高，土地要素投入粗放。

為比較城市時(shí)間序列上年均建設(shè)用地變化率的變異程度，計(jì)算出2000─2015年間城市建設(shè)用地年均擴(kuò)張變化率變異系數(shù)(表3)。大慶市的變異系數(shù)最大(0.74)，齊齊哈爾次之(0.23)，哈爾濱市的最小(0.16)，表明2000─2015年大慶市建設(shè)用地年均變化率波動(dòng)較大，而齊齊哈爾和哈爾濱的建設(shè)用地年均變化率近乎穩(wěn)定，產(chǎn)生這種現(xiàn)象是因大慶市石油工業(yè)用地與城市居住用地同時(shí)開(kāi)發(fā)導(dǎo)致，這與擴(kuò)張強(qiáng)度是吻合的。

2.2 2000─2015年間城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張空間分異

2.2.1 城市空間擴(kuò)張模式分析

把不同時(shí)段建設(shè)用地信息與2005年城市主要公路、鐵路進(jìn)行空間疊置分析(圖2)，探索2000─2015年間哈、大、齊城市的主要空間擴(kuò)張模式。本文的擴(kuò)張模式參考周翔等[26]對(duì)蘇錫建設(shè)用地?cái)U(kuò)張的分析，因篇幅所限，本文不再贅述。

圖2 哈、大、齊城市建設(shè)用地變化Fig.2 Changes of Ha-Da-Qi urban construction land

哈爾濱市2000─2010年間以道里、道外、南崗和香坊4區(qū)為核心，以填充式、邊緣式為主向外擴(kuò)張，呈圈層結(jié)構(gòu)； 2010─2015年間以邊緣式、外延式為主向西南、西北2個(gè)方向擴(kuò)張，道路兩側(cè)條帶狀特證明顯[26]。大慶市在2000─2005年間以讓胡路區(qū)、龍鳳區(qū)、薩爾圖區(qū)為核心，以邊緣式為主、填充式為輔向外擴(kuò)張，城市形態(tài)相對(duì)簡(jiǎn)單，呈核心-邊緣結(jié)構(gòu)； 2005─2015年間以外延式、飛地式為主，朝紅崗區(qū)、大同區(qū)擴(kuò)張，擴(kuò)張模式趨于多元化，城市邊緣不規(guī)則，呈T型軸帶。齊齊哈爾2000─2015年間以原來(lái)的建華、龍沙、鐵峰區(qū)為核心，沿軸帶狀向昂昂溪區(qū)延伸，再朝富拉爾基區(qū)延伸，G111和G302國(guó)道對(duì)齊齊哈爾城市擴(kuò)張具有導(dǎo)向作用。

2.2.2 城市空間擴(kuò)張方向分析

為明確2000─2015年間工業(yè)城市主要的擴(kuò)張方向，以2000年各個(gè)城區(qū)建設(shè)用地的重心為圓心，按照北、東北、東、東南、南、西南、西和西北8個(gè)方向，將城市主城區(qū)空間分割為8個(gè)象限(圖3)，并按象限依次統(tǒng)計(jì)各城市不同年份的建設(shè)用地面積，生成各個(gè)時(shí)段城市擴(kuò)張的雷達(dá)圖(圖4)。

(a) 哈爾濱 (b) 大慶 (c) 齊齊哈爾

圖3哈、大、齊城市擴(kuò)張8象限統(tǒng)計(jì)圖

Fig.3StatisticalmapofHa-Da-Qiurbanexpansionineightquadrants

(a) 哈爾濱 (b) 大慶 (c) 齊齊哈爾

圖4城市分時(shí)段各象限空間擴(kuò)張強(qiáng)度對(duì)比

Fig.4ComparisonofspatialexpansionintensityofeachquadrantinHa-Da-Qicitiesduringdifferentperiods

結(jié)合圖3與圖4總體來(lái)看，哈爾濱市2000─2015年間建設(shè)用地?cái)U(kuò)張明顯方向?yàn)楸薄⑽鞅薄⒛?個(gè)方向，西和西南方向次之，東、東南和東北方向最弱，呈現(xiàn)出“北躍南拓、東優(yōu)西擴(kuò)”空間發(fā)展格局； 大慶市2000─2015年間建設(shè)用地主要的擴(kuò)張方向包括北、東、南、西南4個(gè)方向，東北、西北、東南方向擴(kuò)張均勻，西城區(qū)擴(kuò)張最不顯著，呈現(xiàn)出斜“T”形擴(kuò)張格局(圖2)； 齊齊哈爾市2000─2015年間建設(shè)用地?cái)U(kuò)張顯著方向?yàn)闁|北、東、南和西南4個(gè)方向，西和東南方向擴(kuò)張穩(wěn)定，西北和北方向擴(kuò)張最弱，城內(nèi)交通線(xiàn)路對(duì)城市擴(kuò)張影響顯著，表現(xiàn)出一個(gè)斜“上”字?jǐn)U張格局(圖2)。

結(jié)合圖3與圖4分時(shí)期剖析來(lái)看，哈爾濱市2000─2005年間明顯的擴(kuò)張為西北和南方向，東北、北、東、西南和西方向均勻擴(kuò)張，東南方向最弱； 2005─2010年間南─北軸帶擴(kuò)張最為顯著，西北、西南和西方向擴(kuò)張次之，東、東南和東北方向擴(kuò)張微弱； 2010─2015年間主要擴(kuò)張為北、西、西南、南、東和西北方向，且南北軸帶擴(kuò)張顯著，東南和東北擴(kuò)張較弱。2010─2015年間西、南、東南方向強(qiáng)烈擴(kuò)張，其他方向擴(kuò)張較弱。大慶市2000─2005年間主要的擴(kuò)張方向?yàn)楸薄⑽鞅薄|3個(gè)方向，西、西南、東北、東南和南方向均勻擴(kuò)張； 2005─2010年間以東─東南、西南─北為上、下底，其他擴(kuò)張方向?yàn)樾边叄省疤菪巍睜顢U(kuò)張； 2010─2015年間主要的擴(kuò)張方向?yàn)槲髂稀|北與南，構(gòu)成“三角形”發(fā)展格局，其他方向擴(kuò)張不顯著。齊齊哈爾市2000─2005年間顯著的擴(kuò)張方向?yàn)闁|北、東、南3個(gè)方向，東南、北和西南次之，西和西北方向擴(kuò)張不顯著； 2005─2010年間東北—西南軸帶擴(kuò)張最為顯著，東、南、北次之，西、西北、東南擴(kuò)張較弱。

2.2.3 建設(shè)用地空間重心轉(zhuǎn)移模擬

2000─2015年間哈、大、齊城市主城區(qū)建設(shè)用地均向多個(gè)方向擴(kuò)張，為了更直觀地反映城市建設(shè)用地重心遷移過(guò)程，把同一時(shí)間節(jié)點(diǎn)主城區(qū)的多個(gè)斑塊作為一個(gè)整體，僅生成一個(gè)重心，并在重心轉(zhuǎn)移過(guò)程中標(biāo)注上市政府在重心空間上的相對(duì)位置，繪制出市政府與城市用地重心遷移相對(duì)位置圖(圖5)。

同時(shí)，為了比較各城市重心遷移距離和方向，利用生成的城市重心的經(jīng)緯度坐標(biāo)，計(jì)算出城市建設(shè)用地重心變化情況(表4)。

(a) 哈爾濱 (b) 大慶 (c) 齊齊哈爾

圖5 城市建設(shè)用地重心遷移路線(xiàn)Fig.5 Shift of gravity center of urban construction land表4 城市建設(shè)用地重心變化Tab.4 Changes of gravity center of urban construction land

綜合分析圖5與表4的結(jié)果表明，哈爾濱市在2000─2015年間城市建設(shè)用地重心依次向西北—西北—西南移動(dòng)，移動(dòng)距離和移動(dòng)角度分別為1 528.21 m(124.46°)、391.90 m(170.46°)以及415.93 m(233.07°)，其中2000—2010年間城市重心向市政府方向移動(dòng)，2010—2015年間向市政府方向移動(dòng)跡象減弱，說(shuō)明未來(lái)哈爾濱市西南(平房區(qū))和西北(松北區(qū))將成為城市擴(kuò)張的熱點(diǎn)區(qū)。大慶2000─2015年間城市建設(shè)用地重心分別朝西南—東南—西南方向移動(dòng)，逐漸偏離市政府的空間位置，移動(dòng)距離和移動(dòng)角度分別為4 527.90 m(239.71°)、465.30 m(352.20°)和3 889.92m(259.92°)，表明未來(lái)大慶市西南方向的紅崗區(qū)和大同區(qū)將成為城市擴(kuò)張的熱點(diǎn)區(qū)。齊齊哈爾市2000─2015年間城市建設(shè)用地重心移動(dòng)軌跡為東北—東北—西南移動(dòng)，移動(dòng)距離和移動(dòng)角度(與正東方向夾角)分別為635.87 m(18.38°)、1 338.37 m(25.91°)和2 016.08 m(243.71°)，2000—2010年間城市重心向靠近市政府的位置移動(dòng)，2010—2015年間城市重心向偏離市政府的位置移動(dòng)，說(shuō)明市政府周?chē)_(kāi)發(fā)短期之內(nèi)達(dá)到飽和狀態(tài)，未來(lái)齊齊哈爾市的西南將成為城市擴(kuò)張的熱點(diǎn)區(qū)。

3 結(jié)論與建議

1)從擴(kuò)張強(qiáng)度、擴(kuò)張速度、緊湊度和分維指數(shù)來(lái)看，2000─2015年間哈、大、齊的城市擴(kuò)張快慢交替，其中大慶市波動(dòng)最大，齊齊哈爾和哈爾濱市波動(dòng)相對(duì)較小； 2000─2015年間城市緊湊度不斷下降，2000年最緊湊的是大慶市，2015年最緊湊的為齊齊哈爾市； 2000─2010年間城市擴(kuò)張形態(tài)簡(jiǎn)單，城市分維指數(shù)小于1.5； 2010─2015年間各城市存擴(kuò)張模式趨于多元化，城市邊緣不規(guī)則，形態(tài)復(fù)雜。

2)從彈性增長(zhǎng)系數(shù)和變異系數(shù)來(lái)看，在2000─2015年間城市建設(shè)用地快速擴(kuò)張態(tài)勢(shì)中，齊齊哈爾城市用地-人口蔓延最為突出，大慶市次之，哈爾濱市最弱； 2000─2015年間哈、大、齊城市整體投資效益不高，其中大慶市建設(shè)用地的土地利用效益最低； 2000─2015年間大慶年均擴(kuò)張變化率顯示較大波動(dòng)的跡象，齊齊哈爾和哈爾濱市則相對(duì)穩(wěn)定。

3)2000─2015年間哈爾濱市建設(shè)用地呈現(xiàn)出“北躍南拓、東優(yōu)西擴(kuò)”發(fā)展格局； 大慶市則呈現(xiàn)出斜“T”形擴(kuò)張格局； 齊齊哈爾市呈現(xiàn)出一個(gè)斜“上”字?jǐn)U張態(tài)勢(shì)。

4)城市重心向市政府空間位置方向移動(dòng)，2010年后，這種移動(dòng)減弱，甚至反向移動(dòng)。2000─2015年間哈爾濱市重心沿西北—西北—西南移動(dòng)，西北(松北區(qū))和西南(平房區(qū))將成為城市擴(kuò)張的熱點(diǎn)區(qū)； 大慶市重心朝西南—東南—西南方向移動(dòng)，西南方向的紅崗區(qū)和大同區(qū)是城市擴(kuò)張的熱點(diǎn)區(qū)； 齊齊哈爾市建設(shè)用地重心向東北—東北—西南移動(dòng)，西南方向?yàn)閿U(kuò)張的熱點(diǎn)區(qū)。

需要說(shuō)明的是，雖然本文通過(guò)多指標(biāo)的方法研究了哈、大、齊城市建設(shè)用地的擴(kuò)張?zhí)卣鳎⑷〉昧穗A段性結(jié)論與認(rèn)識(shí)，但隨著工業(yè)化與城鎮(zhèn)化不斷推進(jìn)，各城市擴(kuò)張受到多種因素共同作用，無(wú)論是測(cè)度方法還是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)仍有很大的挖掘和研究潛力； 城市擴(kuò)張的測(cè)度方法除本文采用的方法外，還有優(yōu)勢(shì)度指數(shù)、景觀擴(kuò)張指數(shù)等方法[27]； 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)除Landsat數(shù)據(jù)外，還有城市面板數(shù)據(jù)、夜間燈光數(shù)據(jù)等，可供進(jìn)一步提高城市邊界的提取精度。因此，僅靠增長(zhǎng)彈性系數(shù)和變異系數(shù)對(duì)建設(shè)用地在時(shí)間序列上的擴(kuò)張進(jìn)行評(píng)價(jià)是不夠的，且目前對(duì)建設(shè)用地空間擴(kuò)張布局的自相關(guān)性還缺少研究，對(duì)城市擴(kuò)張的時(shí)空耦合也有待進(jìn)一步研究。