基于生态与居民活动空间的城市增长边界划定研究——以济南市为例（英文）

城市增长边界划定能有效遏制城市无序扩张,优化城市开发空间,保护生态环境。本文通过构建指标体系进行生态环境敏感性评价并提取了禁止建设区,利用POI与微博数据分析了居民活动扩展空间,基于构建的模型综合评价城市空间扩展潜力,并根据城市扩展预测规模划定了济南市2020年城市增长边界。研究结果表明:(1)城市生态环境敏感性评价能有效保护生态用地,为城市扩展提供生态基础。济南市生态环境敏感性较高的地区位于黄河、小清河两岸和东南部山区,中部、北部与西南部的生态环境敏感性则相对较低,城市扩展基础较好。(2)构建的城市居民活动扩展空间评价模型可以量化城市居民活动空间分布,济南市居民活动空间扩展高值区主要集中分布在济南市中部,多为现有建成区及周边地区。(3)基于生态与居民活动空间的城市增长边界划定方法具有一定的合理性,划定结果表明济南市空间扩展主要向东西两翼延伸,该边界与济南市发展的空间战略相符,与相关规划中总体格局一致。基于生态与居民活动空间的城市增长边界划定方法既保护了生态环境,又充分考虑城市扩展的内在驱动力,将为新时代下城市发展研究提供相关参考。     

基于城市扩展模拟与生态—规模约束的深圳市城市开发边界划定北大核心CSCD

针对城市盲目扩张与无序蔓延等问题,该文提出一种基于生态—规模约束的城市开发边界划定方法:基于元胞自动机构建多城市扩展因子驱动与多元胞状态转换作用的城市扩展模拟模型;根据作用方式不同,将生态约束分为刚性约束和弹性约束两类,分别考虑二者对城市扩展的影响模式,构建以城市扩展模拟为基础,在生态—规模约束下的城市开发边界划定框架。以深圳市为研究区,将生态保护红线和生境质量分别作为生态刚性约束和弹性约束,以2015年为基期,模拟2018年和2025年城市扩展情形,并划定2025年深圳市城市开发边界。结果表明:2018年深圳城市扩展模拟结果总精度为97.42%,Kappa系数为0.948,2025年新扩展区域主要集中在宝安区和龙岗区,是未来城市发展重点区域。该城市开发边界划定方法在保证城市高质量发展的同时,使生态环境得到有效保护,可为引导深圳市及其他城市健康发展提供参考。     

基于“反规划”理念及FLUS模型的城镇用地增长边界划定研究——以徐州市贾汪区为例

城镇用地增长边界划定对城镇用地扩张调控与管理具有重要意义,但当前仍无统一划定思路与方法。基于"反规划"理念,引入FLUS模型探讨城镇用地增长边界划定思路,并以徐州市贾汪区为例,采用2009年和2014年数据对FLUS模型可靠性进行验证,对2020年研究区土地利用变化进行情景模拟,在此基础上辅以各部门近期用地需求划定城镇增长边界。结果表明:FLUS模型模拟结果的Kappa指数达0.95,总体精度达0.9628,各类用地ROC值也较高,说明FLUS模型模拟效果较理想;对基本农田及生态红线严格约束后,贾汪区城镇发展形态更加紧凑,2020年城镇用地增长边界面积为5 606.39hm2,占研究区总面积的9.03%。该研究既遵循了土地利用变化客观规律,又考虑了基本农田及生态红线等保护要求,能够有效缓解城镇扩张与基本农田和生态保护之间的矛盾,有利于引导城镇用地合理发展。     

权衡城市扩张与永久基本农田保护的城市增长边界划定——以武汉市为例

城市增长边界划定是优化城市空间结构和管理格局、增强城市综合承载力的有力手段。然而,由于城市周边的耕地质量较高,城市增长边界与永久基本农田保护在空间上存在显著的冲突。已有的城市增长边界划定研究大多忽略了城市扩张与永久基本农田保护的冲突,不利于城市周边优质耕地的保护。针对这一问题,该文利用土地系统模拟与优化模型(LANDSCAPE),以武汉市为例,开展了权衡城市扩张与永久基本农田保护的城市增长边界划定研究。结果表明:LANDSCAPE模型在城市增长边界划定过程中能够权衡城市扩张与永久基本农田保护,既能满足城市增长的需求,又有效避让了城市周边的优质耕地和重要生态用地,实现了城市扩张与永久基本农田保护的空间协调;该文提出的城市增长边界划定方法可以为快速城市化地区合理划定城市增长边界、实现区域土地资源的合理有效利用提供方法支撑。建议相关部门应同步划定城市增长边界与永久基本农田边界;同时在城市扩张与耕地保护冲突激烈区域设置耕地保护弹性区,并在该弹性区权衡城市扩张与优质耕地保护。     

协调发展视角下大南昌都市圈城市增长边界的划定

科学划定城市增长边界(UGB)能合理引导城市发展方向,有效抑制无序蔓延。基于协调发展视角,结合多目标土地利用适宜性评价方法与PLUS模型划定大南昌都市圈刚性UGB及自然增长、政策约束、协调发展3种情景下的弹性UGB。结果表明：(1)多目标土地利用适宜性呈现空间差异且存在重叠和交叉,协调发展最适宜区与农业生产最适宜区、生态保护最重要区重叠面积相比城镇建设最适宜区均有所下降;(2)刚性UGB面积占研究区总面积的76.11%,保障大南昌都市圈城市扩张严格遵循生态保护红线和粮食安全底线;(3)PLUS模型模拟结果总体呈耕地、林地、草地、未利用地减少以及水域和建设用地增加的趋势,其中建设用地扩张最显著,但协调发展情景下城市扩张得到有效约束,且该情景下弹性UGB能有效减缓城市扩张占用农业或生态价值最高区域,更能优化城市景观格局。研究结果有利于引导和实现大南昌都市圈城市可持续发展,也可为其他城市三生空间协调发展提供参考。     

基于潜力—约束和SLEUTH模型松散耦合的南京城市扩展模拟北大核心CSCDCSSCI

将潜力—约束与SLEUTH模型进行松散耦合,在建设用地适宜性评价的基础上,将不同生态安全格局情景融入SLEUTH模型的排除图层,对研究区2013-2040年的城市用地空间扩展进行多情景模拟。研究表明:(1)两个模型的松散耦合能够有效提高像元尺度上模型校正的精度。(2)用地扩展在以"边缘增长"和"填充增长"为主的同时,在城市外围形成了较为明显的"跳跃式"发展,表明模型的松散耦合能够更好地捕捉城市发展政策所导致的新城市增长中心。(3)三种生态安全格局情景方案的城市用地模拟结果均呈增长趋势,但高生态安全格局情景的新增城市用地面积和增长率均最小,表明将生态敏感性作为城市发展的约束图层,能够有效保护研究区的自然生态空间,大幅降低生态安全风险。     

基于潜力—约束和SLEUTH模型松散耦合的南京城市扩展模拟

将潜力—约束与SLEUTH模型进行松散耦合,在建设用地适宜性评价的基础上,将不同生态安全格局情景融入SLEUTH模型的排除图层,对研究区2013-2040年的城市用地空间扩展进行多情景模拟。研究表明:(1)两个模型的松散耦合能够有效提高像元尺度上模型校正的精度。(2)用地扩展在以"边缘增长"和"填充增长"为主的同时,在城市外围形成了较为明显的"跳跃式"发展,表明模型的松散耦合能够更好地捕捉城市发展政策所导致的新城市增长中心。(3)三种生态安全格局情景方案的城市用地模拟结果均呈增长趋势,但高生态安全格局情景的新增城市用地面积和增长率均最小,表明将生态敏感性作为城市发展的约束图层,能够有效保护研究区的自然生态空间,大幅降低生态安全风险。     

“反规划”视角下城市增长边界划定研究——以徐州市中心城区为例

元胞自动机(CA)在划定城市增长边界方面具有重要作用。以往研究多侧重于传统规划理论下约束性CA的应用方面,而在保持景观的完整性及与规划目标(如城市发展方向、优质农田保护及生态环境保护等)的显式结合方面则较为不足。该文以徐州市中心城区为例,借鉴"反规划"理念,运用多准则判断CA模型,通过嵌入生态保护及城市发展方向等规划目标,模拟出徐州市2020年城市空间格局;在此基础上,进一步划定研究区的城市增长边界;将其与规划结果对比发现,该方法具有较好的适用性和可靠性,可为辅助规划实践及城市管理提供决策支持。     

基于近邻传播聚类元胞自动机模型的武汉城市扩散和聚合过程同步模拟

元胞自动机（CA）作为城市时空动态模拟应用最广泛的模型,可以有效模拟填充式和边缘式城市扩张过程,但是在飞地式扩张模拟方面稍显不足。本文提出一种改进CA模型—APCA,在传统CA基础上利用近邻传播聚类（AP）搜寻城市扩散增长的“种子点”,实现城市增长扩散过程和聚合过程的同步模拟。以武汉市为研究区域,使用APCA模拟其在2005—2025年间城市扩张的时空过程。结果显示：① APCA在设置“种子点”数量为1~8个时模拟总体精度均高于Logistics-CA,当“种子点”数量为6时,模拟新增部分精度最高,达到0.5217;② 2015—2025年武汉市飞地型增长面积约为8.67 km²,占新增城市用地总面积比例为6.30%;③ 武汉市1995—2025年间“先扩散后聚合”的城市扩张过程符合城市增长相位理论。APCA在一定程度上了完善了传统二维平面CA框架,将城市扩张模拟维度由面维扩展到点维,为准确展现城市用地空间扩展规律提供参考。     

基于资源环境承载力的合肥市增长边界划定

在快速城市化和主体功能区战略背景下,滨湖城市作为城湖共生体,具有湖泊生态系统和城市社会经济系统双重属性,既是中国新型城市化格局中最具活力和潜力的核心单元之一,又是湖泊生态环境问题集中激化的高度敏感区,保护与开发并重,发展与风险共存。以行政区划调整后将巢湖纳入内湖的新合肥市为例,借助GIS平台,运用单因子评价法和综合敏感性评价法构成城市生态适宜性评价的方法体系,以水域因子、坡度因子、湿地因子、覆被因子、灾害风险因子组建资源环境约束指标体系,将合肥市域划分为极高敏感区、高敏感区、中敏感区、低敏感区、非敏感区5 种资源环境承载类型区;基于反规划理念,构建滨湖城市空间增长模型,并划定作为城市扩展生态底线的刚性和弹性空间增长边界。在此基础上,统筹考虑城市空间资源环境保障能力、人口与用地规模,结合城市总体规划方案,明确城市空间扩展方向,科学划定城市近期、中期和远期的增长边界。该方法在中国滨湖城市的空间增长规模与方向、湖泊生态系统安保与开发、城市用地调控与优化组合以及城市规划方案的合理性评价方面可提供科学决策依据。     

基于MCE-CA模型的快速城镇化地区开发区边界划定——以山东省惠民经济开发区为例

为科学划定开发区的发展方向区,优化用地空间布局,遏制开发区蔓延式扩展,以山东省惠民经济开发区为例,应用MCE-CA模型,借助Erdas和Arc GIS进行数据处理分析,将"正规划"和"反规划"理念运用于开发区用地布局规划实践,划定惠民经济开发区2020年的发展方向区。结果表明:(1)2006—2015年,开发区城镇用地扩张迅速,城镇化进程持续加快,蔓延性增长特征明显;(2)开发区2020年的城镇用地规模为1 521.03 hm2,其中主区170.00 hm2,发展方向区为1 351.03 hm2;(3)划定的发展方向区提升了开发区的用地聚集度和紧凑度,更符合经济与生态协调发展的生态型开发区建设模式。应用MCE-CA模型能够实现影响开发区扩展因素的定量化和空间化表达。     

大都市区城市扩展模型- 以北京城市扩展模拟为例

在分析大都市区城市扩展特征的基础上,从宏观外部约束性因素和局部城市单元自身扩展能力变化共同作用影响城市发展演变的角度,构建了一个模拟和预测大都市区城市发展演变过程的城市扩展模型 (City Expanding Model in Metropolitan Area; CEM)。首先对北京1975~1997年的城市发展过程进行模拟重建,然后在此基础上从城镇用地数量最优和位置最佳相结合的角度对北京2005~2015年的城市发展格局进行了预测。结果表明,在对各种影响因素进行严格标准化并利用自适应Monte-Carlo方法多次模拟确定最佳影响权重的基础上,该模型可以在一定程度上反映城市发展,尤其是大都市区城市发展演变的特征和规律。     

农产品质量安全导向的耕地质量评价及在城市开发边界划定中的应用——以南通市为例

快速城镇化过程中,耕地面临日益严重的质量和数量安全问题,改进耕地质量评价方法并探索其在城市开发边界划定中的应用研究,对于耕地和农产品质量安全保护、“多规合一”的实施具有重要意义。通过融合农用地自然质量分等和多目标地球化学调查成果,重构耕地质量评价指标体系与集成方法,结合耕地质量与规划城镇用地的耦合分析,探索可占用耕地与城市开发边界识别路径,并以南通为例进行验证。研究表明：沿江地区土壤重金属含量较高,沿海地区土壤肥力较差,西部和北部地区土壤肥沃,耕地质量较好。沿江地区规划城镇用地和耕地质量空间匹配较好,可占耕地和开发边界范围较大,北部地区相反。耕地质量评价—耕地与规划城镇用地耦合—可占用耕地选择与边界框定的方法,可以为城市开发边界划定提供指引,但城市用地需求和耕地可占用规模确定是有待深入研究的问题。     

基于水文效应的城市增长边界的确定——以镇江新民洲为例

城市增长边界(UGB)是城市增长管理、控制城市无序蔓延的重要工具,但如何科学定量划定城市增长边界一直是一个技术难题。针对目前城市增长边界定量划定研究的不足,提出一种基于城市水文效应,适用于城市内涝易发区的城市增长边界划定方法。该方法整合了元胞自动机(CA)模型与区域水文模型(SCS),通过CA模型预测城市不透水面积的扩张范围与形态,并以此作为城市水文模型的参数,评估城市淹水面积的比例及风险,最后根据风险水平确定城市增长边界。以镇江新民洲为例,实证研究了该地区的城市增长边界的合理划定,研究发现该区域城市扩张规模控制500 hm2之内,城市在最大降雨条件下城市积水面积的风险水平能有效降低。研究结果可为新民洲的水文风险控制及城市规划提供依据,同时可为其他城市增长边界划定提供方法参考。     

基于生态安全导向的城市空间扩展模拟与分析

进行城市空间扩展模拟分析研究,对于城市生态安全格局优化具有重要意义。基于Dyna-CLUE模型进行广州市的城市空间扩展模拟与分析,结果表明:城市化到现阶段,政府采取的土地利用数量调控对城市空间扩展的影响较为重要,空间区划的引导作用相对不明显;建设用地聚集度持续增大,单位面积内的斑块数则先增后减,二者揭示出的景观特征不完全一致;城市空间是外缘、飞地式和内填式三种空间扩展模式共同作用的结果,但在1990-2005年以外缘和飞地式为主,在2005-2020年则以外缘和内填式为主,此时新增斑块与原有斑块的建设用地连成大斑块,单位斑块上的建设用地数量呈降势,前后两个时段内,城市由"摊大饼"外延式逐渐转向集约节约的内填式扩展,城市生态文明建设初显成效。     

基于生态安全导向的城市空间扩展模拟与分析北大核心CSCDCSSCI

进行城市空间扩展模拟分析研究,对于城市生态安全格局优化具有重要意义。基于Dyna-CLUE模型进行广州市的城市空间扩展模拟与分析,结果表明:城市化到现阶段,政府采取的土地利用数量调控对城市空间扩展的影响较为重要,空间区划的引导作用相对不明显;建设用地聚集度持续增大,单位面积内的斑块数则先增后减,二者揭示出的景观特征不完全一致;城市空间是外缘、飞地式和内填式三种空间扩展模式共同作用的结果,但在1990-2005年以外缘和飞地式为主,在2005-2020年则以外缘和内填式为主,此时新增斑块与原有斑块的建设用地连成大斑块,单位斑块上的建设用地数量呈降势,前后两个时段内,城市由"摊大饼"外延式逐渐转向集约节约的内填式扩展,城市生态文明建设初显成效。     

生态阻力面模型构建及其在城市扩展模拟中的应用

本文将城市扩展视为城市用地克服生态阻力向外扩散的过程,基于最小累积阻力模型(MCR)进行方法创新,在模型中引入不同等级源的相对阻力因子,并考虑生态障碍对于城市扩展的刚性约束,构建适合于城市扩展模拟的生态阻力面模型(UEER)。在此基础上,利用广州市土地利用第二次调查数据、遥感影像数据、DEM数据以及其他生态要素相关数据,通过源的确定与分级、基面阻力综合评价、UEER模型运算等步骤,构建了广州市城市扩展的生态阻力面,并用于模拟城市用地扩展至不同规模情景时的空间分布及边界。结果表明:①通过UEER模型生成的生态阻力面能够综合反映城市扩展水平过程所需克服的生态阻力,因此能够反映生态约束下城市扩展的空间运动趋势,可以用于城市扩展模拟。②与基于MCR模型的模拟结果相比,基于UEER模型的模拟结果更加符合实际并体现生态保护的要求。从城市扩展的规模与强度控制看,模拟结果更加符合实际需求,并体现政策调控方向。从城市形态以及与生态要素的关系看,一些重要的生态要素在快速城市化进程中能够得以保留,同时生态障碍作为生态隔离,能够有效地防止城市的蔓延式扩展,从而使城市扩展表现出明显的组团式特征。     

北京市生态用地空间演变与布局优化研究

以北京市为例,在全面探讨生态用地内涵的基础上,综合运用GIS技术和景观格局理论,分析生态用地空间的演变规律,通过对生态用地的生态服务功能、景观空间结构和生态敏感性的全面分析,构建生态用地空间重要性的评价模型,并以重要生态用地空间为刚性框架,分别按照保留城市面积40％,50％,60％作为重点生态用地的情景,提出北京市城市生态用地空间的布局模式.结果表明:基于保护重点生态用地的城镇发展格局,既能够不以牺牲土地利用的经济价值为代价,又能够保障城市基本生态系统服务及其安全格局,是实现“效率”与“安全”双赢的良性空间布局.     

基于生境质量的城市增长边界研究——以长三角地区为例

基于“生态优先”理念,提出一种利用生境质量评估策略的城市增长边界划定方法。结合ArcGIS和InVEST模型,通过综合评估生境自身及其在威胁情境下的质量,模拟各市独立规划、建设用地指标再分配及区域一体化发展的三类建设用地扩张情景,分别划定2024和2034年的长三角地区城市增长边界。结果表明：研究区生境质量总体呈南高北低格局,平均生态系统服务价值密度为10 770.604元/（hm²·a）,高质生境位于西南地区;根据指标再分配及一体化发展情景模拟的2024年研究区建设用地总量分别为10 583.273 km2和10 489.090 km2,2034年达到13 603.535 km2和13 252.370 km2;模拟的建设用地集中在东部沿海地区,并向北部及环杭州湾区域拓展;建设用地指标再分配能从整体上减少建设用地对优质生境的占用,区域一体化发展则能进一步降低城市发展造成的生态压力。     

基于空间模型和CA的城市用地扩展模拟研究——以大庆市为例

基于ArcGIS空间分析建模工具,将城市发展适宜性模块、邻域影响模块、约束影响模块、随机影响模块进行集成,实现CA模型的构建,并以大庆市为例对城市建设用地未来发展进行模拟。研究认为:(1) 将GIS空间分析和CA模型集成,模型结构清晰,避免二次程序开发;(2) 根据大庆市特点,考虑资源开发因素对城市发展的影响和人口增长对随机因素的影响;(3) 大庆市2015、2020年城市面积将继续扩展,城市重心将明显向北移动,并具有向东移动的趋势。