南京市城市空间格局监测分析

张时智，晏王波，张 浩，张 旭

（1. 江苏省测绘研究所，江苏 南京 210013；2. 江苏省基础地理信息中心，江苏 南京 210013；3. 中设设计集团股份有限公司，江苏 南京 210014）

0 引 言

城镇空间格局变化的最直观反映是城镇空间扩展。城镇空间扩展是城市化作用于地理空间的直接结果，揭示城镇空间扩展过程、格局及机制已成为识别城镇发展阶段、认知城镇发展规律的有效手段[1]。随着全球城市化的推进，城镇空间扩展已成为国内外城市发展研究中的热点领域[2]。

我国早期城镇空间格局的研究模式大致有3种：第一，注重结合经济社会发展的大环境背景，定性地划分城镇发展阶段，概述各阶段的城镇发展特征，并从经济发展、自然环境、交通条件、政策推动等方面分析城镇发展的驱动机制[3-5]；第二，有学者从城市蔓延角度研究城镇空间格局的变化情况，分析城市蔓延的特征及其调控措施[6-9]；第三，以遥感影像、地形图、土地利用现状图与规划图等多源空间数据为基础，模拟城市发展的空间变化过程，研究城镇在不同时期的时空分布特征及其驱动因素[10-12]。近年来，随着GIS及RS的快速发展，数据分析工具广泛地应用于地理学中[13-15]，对数据获取及综合运用更为重视[16-17]，城镇布局、城镇扩展的研究方法得以丰富[18-20]，技术路线更为科学，城镇空间格局和演化过程的模拟与预测成为地理学的重要研究内容[21-22]。

由于城镇边界识别和获取的复杂性，大多数研究在使用城镇空间格局的边界时往往从城市规划的角度，以土地利用的现状边界或规划边界等为研究对象，这在一定程度上影响了城市建成区活动的客观性。本文在界定建成区边界的识别原则和明确边界提取的技术方法基础上，采用人工判读方法，客观地提取南京市2005年、2010年、2015年等多时点城市建成区空间边界，借助传统城镇扩张的研究方法，分析监测南京城市格局的变化特征，并进一步研究南京城市扩展的区域差异。

1 建成区边界技术方法

1.1 城镇边界提取

城市建成区尚无统一的定义，学界一般将建成区界定义为在城市行政区域内，具有市或镇建制以及被征用的土地中，实际已开发建设的、基础设施与服务设施基本具备的非农业活动建设用地，是实际已建设发展起来的或正在建成、现状城市建设用地相对集中分布的地区，包括市区集中连片区域、在郊区内但与市区关系密切的城镇建设用地以及承担重要城市功能的飞地型片区。建成区是城市建设发展在地域分布上的客观反映，一般不包括市区内面积较大的农田和不适宜建设的地段。

南京市建成区边界较为复杂，为了提高判读精度，本研究采用人工判读方法进行边界提取。采用人工判读方法提取南京市建成区边界时，总结并遵循了以下原则：

一是城镇境界范围是基础。南京的建成区范围必须位于南京市行政区划范围内，即使存在与临近城市发展连片的现象，也仅需提取行政区划范围内的部分。

二是为了保持建成区边界的完整性和连续性，不至过于零碎而影响城市扩展规律的识别，城区内面积较小的空地或不明用途的用地可以纳入城市建成区范围。

三是从历史变迁角度而不是单一视角，先完成最新时相的边界提取，再按时间倒序依次完成前时相提取工作。

四是城郊结合部建成区的边界宜具体情况具体分析。城郊结合部是建成区边界最难界定的地区，如果大面积范围内存在零星建成区空间，可以按照舍末求本的准则人工判别出界。

五是建成区的边界是不断变化的，同一地区在不同时期可能因为变化发展而有不同的判别结果。如存在山体或大片绿地最初是郊野公园，与城市联系较小，属于城市建成区以外的范围，随着时间的推移和建成区范围的扩张，这部分山体或绿地逐渐被建成区包围，则说明这部分作为山体或绿地的郊野公园已转化为城市公园，成为城市居民生活的重要组成部分，则属于城市建成区的范围。

六是将南京市土地利用现状图和土地利用规划图作为判别建成区边界范围的必要辅助依据。

七是要考虑自然地形、地貌，对于特定内容的界定要统一标准。如以道路中心线、区域性河流边界等作为边界的标准要统一。

运用建成区边界提取的原则，从遥感影像、数字线划图等途径提取2005年、2010年和2015年三个时间段南京城市建成区的边界，如图1所示。

图1 城镇边界提取Fig.1 Extraction of the urban boundary

1.2 城镇边界比对修正

1.2.1 DSMP/OLS夜光遥感卫星辅助检验

在提取城镇边界的基础上，选取DSMP/OLS夜光遥感卫星进行辅助检验，利用预处理后的夜光遥感卫星与利用上述规则提取的城镇边界进行比对修正。

1.2.2 基于POI的城市服务设施边界识别

利用POI数据对城市功能区识别已成为新的识别城市功能区的方法，目前，部分学者已经基于POI数据对城市进行识别，如根据POI与公交刷卡数据对功能区进行识别等，利用指标频数密度进行计算：

式中，i表示POI类型，n(i)表示单元内第i种类型POI数量，N(i)表示第i种类型的POI综述，Fi表示第i种类型POI占该类型POI总数的频数密度。

经过以上方法对比修正，形成最终的2005年、2010年、2015年南京城镇建成区范围成果。

2 研究成果

2.1 空间格局总体发展

研究城镇空间的格局一般从占地面积、空间扩展速率、空间扩展强度、城市空间紧凑度指数、城市空间形状分维数、面积-人口弹性系数等指标来考察。2005年，南京市建成区面积为327.51 km2。“十一五”时期建成区面积的增长量（286.27 km2）和扩展强度（73.29%）远大于“十二五”时期的增长量（89.93 km2）和扩展强度（9.72%）。其中，南京市市区建成区（2013年南京市行政区划有所调整，本文以调整后的鼓楼区、秦淮区、玄武区、建邺区、栖霞区、雨花台区、江宁区、浦口区、六合区、溧水区、高淳区等11个区作为监测对象。南京市市区建成区是指除浦口区、六合区、溧水区、高淳区外，其他7个行政区建成区连成一片的区域）“十一五”、“十二五”时期分别增长192.96 km2和44.33 km2，其增长量在同期江苏省区县中均位列第四（2005～2010年间，江苏省区县中建成区面积增长位列前五的分别为苏州市市区、无锡市市区、常州市市区、南京市市区和苏州市昆山市，2010～2015年间，排序变为苏州市市区、苏州市昆山市、宿迁市市区、南京市市区和镇江市市区）。可见，南京市建成区面积增长由“十一五”的高速增长期转变为“十二五”低速增长期，建成区空间增长趋于理性，见表1。

表1 南京市建成区面积情况（单位：km2）Tab.1 Area of built-up area of Nanjing (unit:km2)

从城市空间紧凑度指数来看，2005年、2010年和2015年南京市市区建成区紧凑度指数分别为0.22、0.16和0.15，紧凑度指数较低，城市空间分布情况越来越离散，城市的形态也变得越来越复杂。2005～2015年间，南京市市区建成区紧凑度指数较低且整体呈下降趋势，说明城市空间越来越离散，形态变得相对复杂。

2005年、2010年和2015年南京市市区建成区空间形状分维数指数分别为1.49、1.53和1.58，建成区边界形状较为复杂，且建成区扩展以外部扩展为主。

“十一五“和“十二五”时期南京市建成区面积-人口弹性系数分别为2.59和3.89，均远高于合理经验值1.12，表明南京市建成区的扩展明显快于人口增长速度。

2.2 城市空间扩展差异

以南京市城市中心（除溧水区、高淳区以外的南京传统城区为基础提取）为坐标，将南京建成区均分为8个方向，如图2所示。其中北方为北偏东22.5°、北偏西22.5°组成的45°角所处的方向，东北方为北偏东22.5°、东偏北22.5°组成的45°角所处的方向，其他方向依此类推。利用GIS软件测算不同时期八个方向的城区面积，从而可计算出各年份的变化情况，见表2。

图2 2005～2015年南京市分8个方向空间扩展示意图Fig.2 Spatial extension for 8 directions in from 2005 to 2015 in Nanjing

表2 南京市不同时期建成区分方向空间扩展情况Tab.2 Spatial extension of urban built area for different periods and differentiated directions in Nanjing

在2005年、2010年、2015年3个时间节点，南京市建成区均在南、东南方向分布面积较大，西、西北方向分布面积较小。2005～2010年间，南京市建成区面积增量在南、东南方向增长较大，分别增长57 km2和43 km2，在西、东北方向增长较小，分别增长12 km2和11 km2；空间扩展强度在西北、东方向较强，分别达234%和106%，在西、东北方向扩展强度较小，分别为52%和30%。2010～2015年间，南京市建成区在各个方向扩展较为均衡，面积增量在东南方向增长略大，仅16 km2，在南、东北方向增长极小，近乎可以忽略不计；空间扩展强度在各个方向扩展也较为均衡，强度略大的西方仅为29.11%，在南、东北方向几乎没有扩展强度。

2.3 南京城市空间格局变化的区划差异

2.3.1 空间扩展

2005～2010年间，南京市各区建成区面积变化情况见表3，其中增长最大的为江宁区，面积增加85 km2；其次为栖霞区、雨花台区、浦口区、六合区，面积增加30～45 km2；鼓楼区面积几乎没有增长，秦淮区面积增长量极少。2010～2015年间，南京市各区建成区面积增长量较之“十一五”期间明显减少，增长最大的为浦口区，面积增加18 km2；其次为栖霞区、六合区、江宁区，面积增加12～14 km2；鼓楼区面积几乎没有增长，玄武区和秦淮区面积增长量较少。南京市建成区增长较大的地区以主城区（绕城以内的范围，涉及鼓楼区、秦淮区、玄武区、建邺区、栖霞区、雨花台区等六区）外围为主，老城区（城墙以内的范围，涉及鼓楼区、秦淮区、玄武区等三区）建成区停止增长或极少量增长。鼓楼区十年间建成区面积几乎没有增长，建成区面积已占辖区面积的93%。

表3 南京市各辖区不同时期建成区面积Tab.3 Urban built area in different periods in Nanjing and its districts

2005～2015年间，南京市建成区空间扩展速率经历了“十一五”高速增长时期和“十二五”低速增长时期。江宁区、栖霞区、浦口区和六合区是“十一五”和“十二五”时期均保持较大扩展速率的地区，特别是“十一五”时期江宁区建成区扩展速率之大，在2005年城市建成区的基础上，堪称每年增长半个以上江宁区。江宁区的快速扩展，主要源于江宁经济技术开发区和江宁大学城的打造。

2.3.2 空间密度

2005年、2010年、2015年，南京市城镇空间密度分别为5.21 km2/102km2、9.77 km2/102km2、11.20 km2/102km2。“十一五”期间城镇建成区面积增长强度明显高于“十二五”期间。

就各分区而言，2005～2015年，江南六区（鼓楼区、玄武区、秦淮区、建邺区、雨花台区、栖霞区）的城镇空间密度高于南京市均值，其中，鼓楼区、玄武区、秦淮区3个老城区城镇空间密度极大，到2015年，城镇空间密度均达到86 km2/102km2以上。鼓楼区的城镇空间已经相当成熟，2005～2015年十年间，城镇空间密度基本无变化，近乎饱和，具体数据见表4。

表4 南京市及其各区不同时期城镇空间密度（单位：km2/102km2）Tab.4 Spatial density in different periods in Nanjing and its districts(unit:km2/102km2)

2.3.3 空间扩展合理性评价

2005～2010年间，雨花台区、浦口区、江宁区、六合区、栖霞区、建邺区、高淳区等7个区的建成区面积-人口弹性系数高于南京市整体水平，表明建成区的扩展明显快于人口增长速度，其中，雨花台区弹性系数高达5.21。玄武区、秦淮区和鼓楼区弹性系数较低，表明建成区的扩展明显慢于人口增长速度。这一阶段，除老城区外，其他建成区面积-人口弹性系数均偏高，说明大部分地区用地扩展速度过快，而城市人口增长相对缓慢，势必造成土地粗放利用，资源浪费。

2010～2015年间，南京市及各区建成区空间扩展合理性评价见表5。仅六合区的建成区面积-人口弹性系数高于南京市整体水平，为5.45。溧水区与雨花台区的弹性系数分别为1.17和1.22，与合理经验值1.12最为接近，表明这两区在“十二五”期间面积-人口弹性系数较为合理，城市扩展与人口发展之间的协调性较好。老城区玄武区、秦淮区和鼓楼区弹性系数极低，鼓楼区和秦淮区由于人口出现负增长导致面积-人口弹性系数沦为负数，表明老城区由于人口众多、日益陈旧、交通拥挤、人居环境不佳等因素，出现人口流出大于人口流入的情况。

表5 南京市及其各区不同时期建成区空间扩展合理性评价Tab.5 Evaluation on the rationality of spatial expansion of urban builtup area in different periods in Nanjing and its districts

2005～2015年，南京市建成区面积-人口弹性系数整体较高，建成区的扩展明显快于人口增长速度，可能存在城市建设占地过多、土地利用效率过低的现象。

3 结束语

从2005～2015年南京市城市建设空间格局的监测可以看出，南京市老城区几乎完全城市化，城市发展进入相对稳定发展阶段。因此，严格保护老城，塑造城市特色风貌，是老城区发展的指导原则。按照《南京历史文化名城保护规划》的要求，明确人文历史、开放空间、绿地景观、视廊控制与天际线引导等要求，优化建筑高度分区控制，进一步塑造沿明城墙、沿长江、沿秦淮河、沿历史街巷的生态人文特色，切实强化“山水城林”的特色空间，整体保护老城“龙蟠虎踞”的山水环境、“环套并置”的六朝、南唐、明代、民国等历代城市格局和宫城遗址。

南京城市空间发展较快的地区与城市政策的执行关系密切，河西新城、南部新城的开发，江北新区的建设无一不证明。根据南京市委市政府出台《关于进一步加强城市规划建设管理工作的实施意见》（2016年），南京将高标准建成河西现代化国际性城市新中心，大力开发南部新城，举全市之力把江北新区建设成为新南京发展龙头。正是由于城市政策的强力引导和政府的高位推动执行，建邺区、浦口区等快速发展的地区开发建设更为有序，建成区的空间形状分维数逐渐降低，在一定程度上节省城市的开发和运行成本。

在南京市空间格局优化的基础上，引导“扬子江城市群”全面对接“长江经济带”发展，强化与“长江经济带”各级节点城市之间的经济、交通、信息、资本、技术和劳动力互动联系，发挥“扬子江城市群”在“长江经济带”中的龙头作用，有利于贯彻落实国家“一带一路”和“长江经济带”要求，支撑长三角世界级城市群国际竞争力，更能有效满足江苏经济社会发展新阶段“两聚一高”的需求，同时能推动实践“强富美高”新江苏建设，为我国跨江城市群一体化发展探索道路，全面推行新型城镇化、城乡一体化，进一步提升江苏城市群空间一体化整合的发展水平。