资源型城镇空间扩展遥感监测分析

迟文峰 郝润梅 苏根成 匡文慧 王宏亮

摘要：以RS和GIS作为技术支撑，基于多期Landsat TM期遥感影像数据，采用全数字化人机交互式解译方法提取鄂尔多斯市城镇空间信息特征，结合GIS空间分析功能，以地学统计方法定量研究了城镇扩展的强度和紧凑度，同时以评价指标与社会经济统计数据相结合方式，对鄂尔多斯市城镇扩展驱动力进行分析，结果表明资源的开发导致经济发展和人口增长是城镇扩展的重要驱动因子，政府政策性要素在宏观上及区域地理环境作用着城镇的扩展。

关键词：城镇扩展 GIS 鄂尔多斯市

土地利用/覆盖变化（LUCC）是全球变化研究的热点问题之一。1993年，国际地圈与生物圈计划（IGBP）和全球变化人类影响计划（IHDP）两大国际组织共同制定的土地利用/覆盖变化（LUCC）科学研究计划，并将其作为全球变化研究的核心计划[1,2]。土地利用变化是人类影响自然环境的重要过程和表现形式[3], 特别是近些年社会经济的快速发展，城镇化水平的进程加快，城镇用地的空间扩展成为了LUCC的主要研究方向。

城镇化水平是一个地区社会经济发展水平的重要表征。本文以近些年社会经济迅速崛起的内蒙古鄂尔多斯市为研究对象，以GIS为平台研究其城镇空间格局演变，定量分析城镇不同时段的扩展过程、特点及成因，为保护土地资源，提高城镇土地集约化程度，促进城镇土地资源的规划与可持续利用提供科学依据。

1. 研究区概况、数据源与处理

1.1 研究区概况

鄂尔多斯市位于内蒙古自治区西南部，地处鄂尔多斯高原腹地。东部、南部、西部与晋、陕、宁接壤，北部及东北部与包头以及自治区首府呼和浩特隔黄河相望。地理坐标为北纬37°35′24″-40°51′40〞，东经106°42′40〞-111°27′20〞。东西长约400km，南北宽约340km。总面积86752km2。本区处于温带干旱、半干旱地区，主要由鄂托克高平原、库布齐沙漠、毛乌素沙地、和林格尔——准格尔丘陵组成。鄂尔多斯，汉语意为“众多宫殿”，全市辖东胜区、准格尔旗、达拉特旗、伊金霍洛旗、乌审旗、杭锦旗、鄂托克旗、鄂托克前旗8个旗县区，总人口149.5万，其中蒙古族16.8 万，是以蒙古族为主体，汉族占多数的地级市[4]。

鄂尔多斯市是内蒙古最为重要的能源基地和内蒙古呼包鄂金三角的重要组成部分，是内蒙古第三大城市，仅次于包头和呼和浩特。随着社会经济的发展，全市人均GDP超过香港，位居全国第一，在如此快速的发展背景下研究鄂尔多斯市城镇扩展的空间过程有其重要的意义。

1.2 数据源与处理

本文选取1990年、2000年Landsat TM影像及2010年Landsat ETM+影像，辅助数据包括国产环境卫星影像、Google earth影像及社会经济方面的统计数据。通过3期数据的解译工作，研究以2000年为基准年，恰好处于鄂尔多斯发展的转型期，对比前后10年的城镇扩张过程。

本文使用的主要软件是ENVI4.5、ArcGIS9.3。以ENVI4.5平台开展遥感影像处理；利用ArcGIS9.3进行影像解译，获取城镇建成区范围。技术方法如下：(1)对3个时相的遥感图像进行影像波段融合，利用收集的1:10万地形图对融合后的影像做几何精校正处理，为了为消除遥感图像的辐射失真或畸变进行辐射校正处理，便于解译工作防止分幅解译带来街边等问题对影像做拼接处理；(2)收集与辨析鄂尔多斯市行政区划建制镇空间位置，以ArcGIS9.3平台对不同时相影像开展人机交互识别，建立城镇地物解译标识，通过动态解译方法最终获取鄂尔多斯市不同时期城镇边界；(3)对全数字化人机交互解译的城市边界进行拓扑化处理，对处理后的不同城市面状数据赋以属性编码，统计出不同时段的城市用地面积；(4)收集鄂尔多斯市人口、经济等时段统计数据，结合城市数据分析相互关系与机理问题。

2. 城镇空间动态特征分析

通过解译成果与数理统计的实现，以城镇扩展强度与紧凑度为城镇变化评价指标，从城镇扩展的数量特征、空间分异特征及扩张形态趋势特征表征城镇变化的进程。

2.1城镇扩展数量与强度分析

基于全数字化人工解译，提取了3个时相的城镇建成区边界。本文以每个时间段内城镇的扩展面积来反映其数量上的扩展。城镇扩展强度可以评价不同时期城市扩张的强弱和快慢，既城镇年均增加面积和基年面积之比，其公式为：

AGR=(UAn+i- UAi)/n UAi×100%

其中，AGR 为城市年均扩张强度指数，UAn + i和UA i分别代表n + i和i年的城区面积。

经统计鄂尔多斯市1990年城镇建成区面积为56.16km2；2000年城镇建成区面积为56.57km2，同比1990年净增加0.41km2；2010年城镇面积为98.28km2，同比2000年净增加41.71。1990～2000年十年间城镇扩展非常缓慢,扩展强度指数仅为0.07%，扩展模式主要以内部填充为主；2000～2010年十年间城镇扩展强度较大，扩展强度指数为7.37%，扩展特征以外延为主。

2.2城镇扩展空间分异特征

本文以鄂尔多斯市20年以来为时间尺度，研究1990～2000年及2000～2010年两个时间阶段城镇面积扩展过程。鄂尔多斯市1990～2000年城镇扩展强度不大，城镇面积变化最大的地区是鄂托克前旗，从1990年的6.27km2增加到6.68km2，其他区域变化不明显；2000～2010年鄂尔多斯市城镇扩展强度指数达7.37%(表1)；从图1可以看出东胜市扩张程度最大，2000～2010年10年间建成区面积从17.63km2增加到39.33km2，增长率达到55.18%，城镇结构呈冒进式增长。受经济条件及政策因素的重要影响，2000年至2010年期间，城镇建成区在原有基础上进一步增长，建设用地连续性加强，特别是2004年对鄂尔多斯市康巴什新区的建立，使鄂尔多斯市建成区面积大幅度增加。

2.3城市空间形态分析

为了定量说明鄂尔多斯市空间形态演变的特征，本文引入紧凑度指标[5]，进而反映城市空间形态特征[6]，其公式为：

式中：c指城市形态的紧凑度，A 指城市面积，p指城市轮廓周长。紧凑度值越大， 其形状越紧凑；反之，形状的紧凑性越差[7]。

分别计算1990年、2000年、2010年鄂尔多斯市紧凑度指标分别为0.16、0.15、0.12。由此可以看出，鄂尔多斯市1990年至2010年20年间城镇紧凑度指标的变化经历由大到小。紧凑度指标的变化表征了：鄂尔多斯市逐渐向紧凑度较差的方向发展，同时也说明了随着社会经济的发展，以东胜市为发展中心，其他旗县区域发展进程也随之加快，城镇面积整体向外延式发展。结合鄂尔多斯市经济、社会、政治发展，各区域的发展主要以能源带动经济，在大力拓展经济技术开发区等相关背景下，建制镇面积逐步扩大。

目前，我国土地资源紧缺，提高土地利用的集约化是国家的重大战略，在鄂尔多斯市城镇化的增长过程中，需要不断调整、提高城镇紧凑度，促进土地资源的高效利用。

3．城镇扩展驱动因素分析

城镇的形成和发展受自然、社会、经济等多因素影响，本文基于鄂尔多斯市城镇时空数据的分析，结合统计资料及文献的查询开展城镇扩展驱动力分析，分别从人口增长因子、社会经济因子及政策导向因子等方面进行剖析。

3.1社会经济因子与城镇扩展

鄂尔多斯市独特的区域地理环境，以资源带动经济发展的主要战略，促使鄂尔多斯市近20年城镇面积呈膨胀式扩展。根据内蒙古统计年鉴1990～2010年20年间的国内生产总值统计[8-12],国内生产总值从1990年的285682万元增加到2010的26851879万元，增长幅度是9299.22%，第一、二、三产业分别增加了原来的7、139、157倍。同时，GDP总量由1990年的14.9亿元增长到2500多亿元，人均年工资额也大幅度上涨，据鄂尔多斯劳资年报数据显示，2010年全市城镇单位在岗职工年平均工资为53015元，随着鄂尔多斯市地区生产总值和职工工资增加等要素制约，居民购买力增强，带动了基础设施建设、房地产业、商业、餐饮及娱乐服务业等产业的快速发展，使得城区面积冒进式扩张。

3.2人口因子与城镇扩展

随着社会经济的发展，特别是建立呼包鄂“金三角”经济发展模式，使得鄂尔多斯市城镇人口数逐年增加，鄂尔多斯市城镇人口从1990年23.19万人增加到2010年的98.49万人[8-12], 主要原因是随着鄂尔多斯市第二、三产业飞速发展和人均GDP提高所引发的人口急剧膨胀，人口数量剧增的同时又导致住房、工业占地等用地面积的不断增加，致使城镇不断向周边的郊区扩张，使得城区边界不断扩大。

3.3政策因子与城镇扩展

政府决策在宏观上影响和制约着城镇扩展的速度。1990年以来，“羊煤土气”等资源的开发带动鄂尔多斯市经济迅速发展，同时政府积极推进经济体制改革和经济增长方式转变，促进科技进步，实行经济建设、城镇建设和环境建设同步规划、同步实施、同步发展等一系列战略方针和措施，特别是在固定资产投资方面力度的加大，固定资产投资包括全民所有制单位固定资产投资总额和生产性建设投资，投资额从1990年的23554万元增长到2010年的18983957万元，同比增长了约806倍，政策导向作用对城镇面积的扩展有重大的推进作用。

4．结论与讨论

(1) RS和GIS的有机结合已广泛应用于社会各个领域，特别是对土地利用的监测。基于RS和GIS获取及分析不同时期城镇信息，研究城镇化时空进程，同时针对城镇扩张了解城镇规划实施情况的重要方法。

(2) 从城镇化影响因子的多元角度出发，着重分析了影响鄂尔多斯市城镇冒进式增长的影响因子-社会经济因子、人口因子、政策导向性因子。得出影响鄂尔多斯市城镇建成区不断扩张的关键因素是在政策导向性的前提下社会经济(GDP) 增长和人口数量增加是其核心影响因子的结论。

(3) 在城镇扩张进程方面，经济和社会的发展，资金的大力投入以及城市规划都发挥着重要作用。未来城镇的发展可在合理规划的框架下更多地发挥市场经济的作用，使城镇空间扩展强度与紧凑度结构趋于合理。

参考文献：

[1] Turner B.L.，et al(Eds.).Relating Land Use and Global Land Cover Change，IGBP Report No.24，IHDP Report No.5，International Geosphere-Biosphere Programme，Stockholm，Sweden，1993，p.132.

[2] Turner B.L.，et al.Cover Change Science/Research Plan.IGBP Report，No.35，IHDP Report 7.IGBP of the ICSU and IHDP of the ISSC，Stockholm and Geneva，1995.

[3] Lambin E F，Baulies X，Bockstael N.Land-Use and Land-Cover Change(LUCC)：Implementation Strategy.1and Use and Land Cover Change(Project)Scientific Steering Corn-mitlee，1999.

[4] 伊克昭盟志编纂委员会编.伊克昭盟志[M].现代出版社，1994:383-386.

[5] 刘纪远，王新生，庄大方等.凸壳原理用于城市用地扩展空间类型识别[J].地理学报，2003，58(6)：886-892.

[6] 郭腾云，董冠鹏.基于GIS和DEA的特大城市空间紧凑度与城市效率分析[J].地球信息科学学报，2009，11(4)：482-489.

[7] 蔡博峰，张增祥，刘斌,等.基于遥感和GIS的天津城市空间形态变化分析[J].地球信息科学，2007，9(5)：89-93.

[8] 内蒙古统计年鉴[Z].1991.

[9] 内蒙古统计年鉴[Z].1996.

[10] 内蒙古统计年鉴[Z].2001.

[11] 内蒙古统计年鉴[Z].2006.

[12] 内蒙古统计年鉴[Z].2011.