基于规则集的城市空间扩展监测研究

刘玲玲，白 穆，李祥武，兰 明，马红利

（1.国家测绘地理信息局 陕西基础地理信息中心，陕西 西安 710054）

基于规则集的城市空间扩展监测研究

刘玲玲1，白 穆1，李祥武1，兰 明1，马红利1

（1.国家测绘地理信息局 陕西基础地理信息中心，陕西 西安 710054）

以陕西省咸阳市秦都区与渭城区为研究区域，利用1997年、2004年、2012年高分辨率影像数据和1999年、2001年、2006年、2008年、2010年的Landsat卫星影像数据，建立了监测城市空间扩展的多重规则集；并按照规则集获得了监测年份的城市空间扩展信息。

中高分辨率卫星影像；城市空间扩展；规则集；监测

城镇化或称城市化，是人口向城市集中的过程，包含社会、人口、空间和经济转换等多方面内容。2001年公布的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十个五年计划纲要》中首次提出“要不失时机地实施城镇化战略[1]”。无论在全球、区域或地方尺度，城市化都是对环境造成巨大影响的人类活动之一[2]。城市空间扩展是城市化现象在空间上的表现，因此它是衡量城市化水平的主要测度指标之一。城镇化进程监测是典型地理国情监测试点内容之一[3]。我国正处于城市化进程快速发展时期，及时掌握城市空间扩展信息，以及其与人口、经济的关系，对于城市规划、建设、管理及决策具有重要的现实意义。

周一星[4]提出以人均国民生产总值衡量经济发展水平与城市化关系的观点。顾朝林[5]认为中国并不存在国外学者所说的“反城市化”结论。赵燕菁[6]认为国际战略格局、市场、资源和专业分工对中国城市化过程的形成有极大的影响。瑞典学者哈格斯特朗在熊彼德“创新”学说的基础上提出了现代空间扩散理论，指出创新由源地向四周扩散的方式有波状扩散、辐射扩散、等级扩散及跳跃扩散等，并建立了其与城镇体系形成阶段的对应关系。在英国，与城市建成区相似的概念是“城市地区”，是以建成区为基础的城市市镇实体地域划分[7]。美国将城镇化称为城市化地区，美国学者在发展前人观点的基础上提出“全球区域城市”的观点[8]。

1 数据源及研究区域

本文研究数据源的数学基础是CGCS2000坐标系，高斯-克吕格投影方式，中央经线111°。数据源类型见表1所示。

表1 数据源类型

研究区选择陕西省咸阳市的市辖区秦都区和渭城区，位于咸阳市东南部，横跨渭河，面积约为531km2，地势北高南低，地形分为平原和台塬两部分。市辖区集中多家大型电子纺织医药企业，如彩虹集团、西北国棉二厂等。

2 规则集与城市空间扩展监测

2.1 规则集的建立思路

城市具有独特的形态特征，“城市形态”是空间在时间中的结晶，形态是城市聚落演变中最为持续的遗存[9]。城市空间扩展反映了城市形态在地域上的动态演变过程。城市道路的开辟和建设往往是城市空间扩展的伸展轴，对城市空间扩展有指向作用。道路在城市建成区中有着极其重要的作用[10]。

基于规则集的城市空间扩展监测技术路线采用多源遥感影像数据，在时间序列监测过程中，低分辨率卫星数据应位于两期高分辨率影像数据之间的监测时点。首先，利用高分辨率影像数据，采用城市空间扩展规则a集获得监测时点的城市空间扩展监测成果；再利用城市空间扩展规则b集获得监测时点的城市空间扩展监测成果；然后综合使用两期监测成果和低分辨率卫星数据，获得低分辨率影像数据的监测成果；最终构成时间序列城市空间扩展监测成果（图1）。

城市空间扩展规则a集从遥感影像的建筑物面积和纹理特征出发，结合道路宽度和等级，判断出主城区和主城区的干道；然后由面积和区域内的道路，以及和主城区、或与主城区干道联系情况，判断主城区周边地区；再根据厂矿、企业和高校标志设施的纹理特征判断出分散的厂矿、企业和学校为主的城市空间扩展区域。

图1 基于规则集的城镇化进程监测技术路线图

城市空间扩展规则b集获得首次和末次监测成果。若两期监测成果的影像纹理和城市空间结构无显著变化，中间监测时点的城镇化监测成果应位于二者之间；若两期监测成果在纹理和城市空间结构上发生变化，应以低分辨率影像数据纹理和光谱信息为基础，对比两期影像数据，选择其中影像信息较为一致的数据为参考数据，确定低分辨率影像上的城镇化监测成果。

2.2 城市扩展监测规则集

城市空间扩展规则a集主要基于高分辨率影像数据，主要内容见表2。城市空间扩展规则b集是在获得两期基于高分辨率影像数据监测结果的基础上，利用低分辨率影像数据提取城市空间扩展监测信息，主要内容见表3。

3 城市空间扩展分析

通过应用以上规则，对咸阳市秦都区、渭城区影像进行分析，范围如图2所示。

最终得到1997年、1999年、2001年、2004年、2006年、2008年、2010年和2012年的城镇化建成区面积，如表4所示。

3.1 面积增长速度

由表4分析得到研究区遥感解译面积增长速度图（图3）。咸阳市市辖区建成区面积变化有3个阶段：1997～1999年，增长面积0.87 km2，年变化率为1.43%；1999～2006年，增长面积10.64 km2，年变化率为4.29%；2006～2010年，增长面积22.74 km2，年变化率为11.49%。由此可见随着经济发展、人口增多，城市建成区面积也在增长，且速度越来越快。

3.2 城市重心变化

城市重心转移指数反映了城市空间分布的总体变化趋势。

表2 城市空间扩展规则a集主要内容

表3 城市空间扩展规则b集主要内容

1997～2004年，咸阳市委、市政府坚持以西部大开发统揽各项工作，精心实施结构调整、开放带动、科技兴市三大战略。其中，2004年秦都区荣获全国科技进步先进区、科普示范城区、电子政务建设综合奖等国家和省市各类奖励18项[11]。2008～2010年秦都区生产总值、规模以上工业总产值、城镇居民人均可支配收入和农民人均纯收入4项指标增幅再创新高，综合实力继续位居全市前茅[12]。2014-01-06，国务院发布国函[2014]2号文件，正式批复陕西设立西咸新区。至此，西咸新区正式成为国家级新区，是中国的第7个国家级新区。

图2 咸阳市秦都区、渭城区建成区范围

表4 秦都区、渭城区建成区遥感解译面积统计表

图3 秦都区、渭城区建成区遥感解译面积增长速度图

图4 监测期秦都区、渭城区城市重心转移趋势图

以上文档资料可以由图4直观佐证秦都区、渭城区的相对发展轨迹，1997～2004年监测期间，城市重心转移轨迹向西南方向发展，秦都区发展较为迅速；2004～2008年监测期间，城市重心转移轨迹向东发展，至2010年向南发展，2010～2012年向北发展。渭城区的城镇化进程加速。

3.3 扩展模式

城市建成区用地空间扩展主要有3种类型：圈层式、辐射式和跳跃式[13]，1997～2012年，咸阳市秦都区、渭城区主要是辐射式发展。城乡结合部继续进行城镇化发展，逐渐将结合部区域纳入城市范围，高层建筑物，居民小区的建造逐年增多；独立分布的厂矿、企业、高校等，建成区面积呈增长态势，且与原城市建成区的连接道路增加，逐渐形成城市周边的卫星小城。城市建成区发展呈现高速度、多层次态势，逐渐发展为多中心城市，城市布局更为合理，功能更加完善。

4 结 语

本文基于中高分辨率卫星影像城镇化范围界定的规则集，在对咸阳市秦都区、渭城区影像判读研究的基础上，结合《城市规范法》《城市道路交通规划设计规范》以及国内外对于城镇化界定的方法，最终确定了建成区目视解译的判定规则集。

[1] 中华人民共和国国民经济和社会发展第十个五年计划纲要 [EB/OL].http∶//www.moc.gov.cn/zhuzhan/jiaotongguihua/ guojiaguihua/guojiaxiangguan_ZHGH/200709/t20070927_ 420874.html,2014-12/2015-02-16

[2] 陈盛银.厦门市城市景观变化分析[J].地理空间信息,2012, 10(3)∶34-36

[3] 谢艾伶,杨海明,朱熙.面向地理国情监测的多源地理信息整合[J].地理空间信息,2014,12(1)∶17-20

[4] 周一星,陈彦光.城市地理研究的几个基本问题[J].经济地理,2004,24(3)∶289-293

[5] 顾朝林,庞海峰.中国城市集聚区的演化过程[J].城市问题,2007(9)∶2-6

[6] 赵燕菁.国际战略格局中的中国城市化[J].城市规划汇刊,2000(1)∶6-12

[7] 林先杨,陈忠暖,蔡国田.国内外城市群研究的回顾与展望[J].热带地理,2003,23(1)∶44-49

[8] Richard Le Gates. Visualizing Urbanization with GIS and Data Graphics[R]. Association of American Geographers Annual Meeting, 2006

[9] 王慧芳,周恺.2003～2013年中国城市形态研究评述[J].地理科学进展,2014,33(5)∶689-701

[10] GB50220-95.城市道路交通规划设计规范[S].

[11] 陕西省统计局.陕西统计年鉴[M].北京：中国统计出版社，1997,1999,2001,2004,2006,2008,2010,2012

[12] 咸阳市统计局.咸阳统计年鉴[M].北京：中国统计出版社，1997,1999,2001,2004,2006,2008,2010,2012

[13] 姚士谋,帅江平.城镇建设用地与城市生长[M].合肥∶中国科学技术大学出版社,1995

P237

B

1672-4623（2016）05-0035-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.05.011

刘玲玲，双硕士，高级工程师，主要研究方向为遥感技术和地理信息数据应用。

2015-02-28。

项目来源：国家测绘地理信息局科技发展计划资助项目（2011-03）。