基于地理國情數據的上海市城區空間擴展分析評價

邵鑫

摘 ?要：該文以上海城區為統計分析單元，以城市地理國情監測數據成果中的城區邊界數據為數據基礎，結合上海市常住人口、地區生產總值等專題數據，運用上海市城區擴展面積、擴展速率、擴展強度、分形維數等多種方法，為上海市城市規劃、區域擴張發展提供數據支持與決策依據。

關鍵詞：地理國情 ?上海市 ?城區擴展 ?空間分析

中圖分類號：P208 ? 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）08（c）-0188-03

為了更好地服務“上海市城市總體規劃（2017—2035年）”，充分發揮地理國情數據成果服務城市發展。將城市地理空間數據與人口、經濟數據相結合，進行城區空間擴展分析評價，研究城市發展模式及城市擴張形態，為城市區域規劃提供數據支持，滿足上海城市建設的發展需求。

“上海市城市總體規劃（2017—2035年）”提出，上海要優化城市空間布局，嚴格控制城市規模，牢牢守住人口、土地、生態、安全4條紅線，提高城市治理水平，加強城市精細化管理，建設具有自身特色的超大型城市。

城市擴張分析研究是以地理空間數據和經濟、人文等專題數據為數據源，利用相關模型和指數等研究方法進行綜合統計分析，結合區域發展規劃，對其空間發展趨勢進行分析和研究，揭示其內在動力，為城市發展提供數據支持與決策依據。

1 ?研究區概況

上海市位于太平洋西岸，亞洲大陸東沿，地處120°51′E～122°12′E，30°40′N～31°53′N，是中國南北海岸中心點，長江和錢塘江在此入海。北界長江，東瀕東海，南臨杭州灣，西接江蘇和浙江兩省，是長江三角洲沖積平原的一部分。上海目前轄有16個區，其中7個市區，9個郊區。上海是長三角城市群中的核心城市，在社會經濟發展中一直處于龍頭位置，在交通樞紐、資源配置、文化交流和科技創新等方面具有重要的戰略地位。作為中國發展最快的城市之一，上海的目標是要建設成具有全球資源配置能力的國際經濟、金融、貿易和航運中心，成為經濟繁榮、社會和諧、環境優美的社會主義現代化國際大都市，并為建設具有較強國際競爭力的長三角世界級城市群做出貢獻。

2 ?數據及研究方法

城區空間擴展分析數據源主要包括上海市2000年、2005年、2010年、2015年與2018年5個年度的城市地理國情監測成果數據以及歷年的上海市統計年鑒人口數據、GDP經濟數據。利用地理空間數據及人口、GDP等專題數據進行建模及指數分析，對上海市城區空間擴展進行分析評價。

采取的主要統計方法如下。

（1）城區擴展速率。

指在某一段時間內的城區面積的增長速度。

Vi=?Uij/?tj ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

式中：Vi為城市擴展速度;?Uij為j時段第i個研究單元城區擴展面積;Δtj為j時段的時間跨度。

（2）擴展強度分析。

指某一時間段內城區面積相對于基期城區的年擴展比例，表示單位時間內城區擴展快慢的差異性。

Ni=?Uij/?tj×Mj×100% ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

式中：Ni為城市擴展強度;?Uij為j時段第i個研究單元城區擴展面積;?tj為j時段的時間跨度;Mj為j時段初期第i個單元城區總面積。

（3）分形維數分析。

指利用城市空間形態不規則的程度，反映城市發展的階段與狀態。

St=2ln（Pt/4）/ln（At） ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （3）

式中，St為t時期城市斑塊的分形維數;At、Pt分別是t時期城市斑塊的面積和周長。

（4）地均人口分析。

B=P/A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（4）

式中：P為市轄區常住人口數;A為城區面積。

（5）地均GDP分析。

G=Qi/Ai ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （5）

式中：Qi為市轄區地區生產總值;Ai為城區面積。

3 ?城區空間擴展分析

3.1 擴展面積及速率分析

如圖1所示，上海市的城區面積逐年增長，2000—2015年上海市的城區面積擴展速率較快，處于快速建設時期，其中，2000—2005年間的擴展速率為58km2/年，2005—2010年間的擴展速率為59km2/年。2010—2015年，城市化建設速度有所放緩，擴展速率為35km2/年。2015—2018年隨著上海嚴控城市規模，控制建設用地規模，優化用地結構，城區擴展速率進一步降低，僅為17km2/年。

從城區面積來看，2000—2018年間上海的城區面積增加約800km2，2018年的城區面積約為2000年城區面積的2倍。

3.2 空間擴展強度分析

3.2.1 八方位擴展強度分析

以上海市城區質心為原點，將城區劃分為8個夾角相同且面積相同的扇形，按年份對城區八方位面積進行擴展強度統計分析。2000—2018年的城區八方位擴展強度圖反映了各方位城區建設快慢，可對城區擴展的變化趨勢進行較為直觀的展示，如圖2所示。

上海市在不同時期內城區內部發展較不均衡。歷年數據對比發現，2000—2018年上海城區在東南、正西等區域城區擴展強度較高，與上海市兩大綜合交通樞紐虹橋國際機場、浦東國際機場空間位置相吻合，符合城市大型交通樞紐周圍集群化建設發展的規劃特點，而東北、正北地區無明顯的產業優勢與城市發展特色，擴展強度較弱。根據城區擴展強度八方圖來看，上海城市快速擴展的階段主要集中在2015年之前，2015年之后隨著上海市著力于控制城市規模，城市定位逐步向人文之城、生態之城轉向，更加注重于城市精細化管理，城區外延性擴展逐漸減弱。

3.2.2 分形維數分析

針對上海市城市邊界空間形態，利用分形維數方法對歷年城區形態進行量化統計，評價其形態結構變化。其中，若分形維數小于1.5時，說明該圖形趨向于簡單;大于1.5時，圖形更為復雜，越接近于1.5，穩定性越差。

分形維數歷年數值變化可以反映兩種城區擴展情況。分形維數數值增長，城市空間形態不規則的程度增加，則反映在這一時期內城區面積的增加以外部擴展為主;形維數數值減少，城市間形態的不規則程度下降，說明城市城區面積的增加是以城區內部填充為主。

通過表1可以看出，2005—2010年，上海市城區分形維數由1.41增加到1.475，增加明顯，該階段城區發展主要以外延式擴張為主。而2010年之后，上海城區的分形維數維持在1.45～1.48，呈逐年遞減趨勢。分形維數遞減說明城市發展逐步從外延式擴張轉向為內部填充、城區改造為主的城區發展模式，城區邊界逐漸規整，用地緊湊節約。

3.3 城區擴展與人口、經濟關聯性分析

人口規模是城市擴張發展的重要影響因素，人口的流入、流出情況直接影響著城市的建設與規劃決策。上海為人口流入型城市，外來人口多，2018年統計年鑒中常住人口數據為2418.33萬人，相比于2000年的1608.6萬人，增加了50.3%。隨著人口的增長，道路與交通設施建設用地與公共服務設施用地等與居民生活息息相關的建設用地明顯增加。模型分析了城區面積與地均常住人口數的相關系數，得出城區面積與地均常駐人口呈典型的二元強負相關性，R2為-0.998。

GDP為驅動城區建設擴展的另一重要影響因素（見圖3）。2018年上海市生產總值為30632.99億元，2000年為4812.15億元，2018年的生產總值是2000年的6.4倍，經濟增長顯著。2005—2010年，上海市GDP穩步增長，2015年后GDP增長率呈現穩中有緩，與八方位強度擴展趨勢相吻合。地均GDP與城區面積相關性模型結果得出，二者間呈現二元強正相關性，相關系數R2為0.989。

4 ?結語

上海市城區擴展分析評價是監測上海市城市地理國情監測的內容之一。在地理國情成果數據、人口數據、GDP經濟數據的基礎上，多維度分析上海市城區擴展趨勢。從統計分析結果來看，上海市的城區擴展速率呈現“先快速、后平穩放緩”的趨勢。擴展強度受城市規劃、區域定位發展、產業結構、交通設施等諸多原因的影響下，東南、西等方向擴展強度增加明顯，東北、正北方位增長緩慢，具有明顯的空間特征和方位性。從分形維數分析結果來看，自2005年以來，城區空間形態呈現先增加、后減少的趨勢，基本反映了上海市這一時期城市處于快速擴展階段，而后隨著上海市嚴控城市發展規模、守住4條紅線的發展目標，城市擴展趨于穩定，城市空間形態以內部填充為主，城市規劃逐步轉變為向居民提供更舒適、更美好的民生環境為服務目標。

同時，在經濟發展和人口布局方面，受長三角城市群協同發展和國家政策的支持，經濟發展突飛猛進。至2018年，人口規模與GDP水平均有跨越性的提高，兩者促進了上海市的城市快速發展，與城區面積擴展具有強相關性，對城區擴展產生了較強的拉動作用。

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