基于交通可达性的广佛都市区城市扩展的模拟与分析

可达性是连接土地利用与交通建设的关键环节,对城市扩展具有指向性。利用Auto-Logistic回归的CLUE-S模型,预测区域发展与交通规划两种情景下2020年广佛都市区的城市扩展,分析了1982~2020年交通可达性格局演变与城市扩展特征,并在此基础上揭示二者的耦合关系。结果表明：CLUE-S模型在城市扩展上具有较好的预测能力,且加入可达性因子有助于提高模拟精度;1982~2020年广佛都市区空间和时间可达性格局由双核心圈层结构演变为单核心圈层结构,且时间可达性格局有明显的交通主干道指向性;城市扩展强度与扩展差异逐渐拉大,预测2020年扩展区域集中在白云与花都交界处、天河黄埔一带、顺德部分乡镇;都市区由无序扩张转变为交通指向性,随着可被开发的土地的减少,交通指向性的影响减弱;初期的城市用地规模越大,交通可达性提高越显著,但随着交通基础设施先行建设的开展,城市规模对交通可达性的正向影响减弱。未来侧重于完善站点的公共配套设施和提高土地利用效率等方面。     

基于随机森林的元胞自动机城市扩展模拟——以佛山市为例

本文提出一种基于随机森林的元胞自动机城市扩展(RF-CA)模型。通过在多个决策树的生成过程中分别对训练样本集和分裂节点的候选空间变量引入随机因素,提取城市扩展元胞自动机的转换规则。该模型便于并行构建,能在运算量没有显著增加的前提下提高预测的精度,对城市扩展中存在的随机因素有较强的容忍度。RF-CA模型可进行袋外误差估计,以快速获取模型参数;也可度量空间变量重要性,解释各空间变量在城市扩展中的作用。将该模型应用于佛山市1988-2012年的城市扩展模拟中,结果表明,与常用的逻辑回归模型相比,RFCA模型进行模拟和预测分别能够提高1.7%和2.6%的精度,非常适用于复杂非线性特征的城市系统演变模型与扩展研究;通过对影响佛山市城市扩展的空间变量进行重要性度量,发现对佛山城市扩张模拟研究而言,距国道的距离与距城市中心的距离具有最重要的作用。     

基于空间区位条件的城市扩展生态阻力面模型及应用

从土地供给角度建立城市扩展模型,可以为城市扩展模拟研究提供有效补充。城市扩展生态阻力面模型是这一领域的新进展,在最小累积阻力面模型的基础上增加了绝对生态约束和扩展源等级的改进。在城市扩展生态阻力面模型的基础上,进一步加入了城市空间区位条件因素,包括城市间空间相互作用和道路交通条件两项因子,以反映其对城市空间扩展的影响。从而构建了综合考虑城市扩展的推力、阻力和外部吸引力的城市扩展模型。以新疆玛纳斯县城及其周边区域为例,利用构建的模型进行实证研究。结果表明,改进的模型取得了较好的应用效果,反映了城市扩展的推力、阻力和外部吸引力的综合作用,为城市扩展模拟提供了新方法。     

基于随机森林的元胞自动机城市扩展模拟——以佛山市为例

本文提出一种基于随机森林的元胞自动机城市扩展(RF-CA)模型。通过在多个决策树的生成过程中分别对训练样本集和分裂节点的候选空间变量引入随机因素,提取城市扩展元胞自动机的转换规则。该模型便于并行构建,能在运算量没有显著增加的前提下提高预测的精度,对城市扩展中存在的随机因素有较强的容忍度。RF-CA模型可进行袋外误差估计,以快速获取模型参数;也可度量空间变量重要性,解释各空间变量在城市扩展中的作用。将该模型应用于佛山市1988-2012年的城市扩展模拟中,结果表明,与常用的逻辑回归模型相比,RF-CA模型进行模拟和预测分别能够提高1.7%和2.6%的精度,非常适用于复杂非线性特征的城市系统演变模型与扩展研究;通过对影响佛山市城市扩展的空间变量进行重要性度量,发现对佛山城市扩张模拟研究而言,距国道的距离与距城市中心的距离具有最重要的作用。     

近百年来大连城市空间演变还原与模拟

在已有研究成果基础上,构建了城市空间扩展过程还原与模拟技术体系。结合所构建的技术体系对近百年来大连城市空间扩展过程进行还原,并对未来城市空间扩展过程进行模拟。研究表明:近百年来大连城市空间扩展存在5个阶段性特征;大连城市空间扩展的主体方向、强度分布、主导形式在不同时期表现出不同的特征。在此基础上,通过引入表征种群竞争关系的Lotka-Volterra模型,预测了大连城市在无竞争、有竞争的条件下,城市空间扩展达到极限所需要的时间。     

基于城市年轮模型的城市扩展研究——以沈阳市为例

基于现有城市内部地域结构模型及建设用地扩展模式,提出侧重各方向上建设用地扩展的"城市年轮"模型。构建的"城市年轮"模型由城市重心、扩展方向、年轮单元弧、年轮形态等构成。中国城市扩展过程受五年计划(规划)影响呈现明显的阶段性特征,以沈阳市为研究区,选取1985-2015年七期五年计划(规划)期末年份的Landsat遥感影像,运用"城市年轮"模型,结合城市重心坐标、扩展强度、紧凑度、分形维数对沈阳市建设用地扩展的时空特征、形态特征、扩展模式和机理进行分析。研究结果显示沈阳市建设用地扩展时空分异明显;城市重心整体上向西南方向迁移;城市扩展模式由圈层状转换为沿高速道路放射状、再转换为新城组团式扩展;研究期末城市紧凑度很低,分形维数值很高,表明城市空间形态复杂。自然因素、政策因素、经济因素及交通因素是导致沈阳城市扩展的主要因素。     

沈阳市城市扩展与土地利用变化多情景模拟

利用基于遥感手段获取的沈阳市城市扩展与土地利用变化历史数据,对SLEUTH城市扩展模型进行校正,对未来(2005~2030年)不同管理情景下的城市扩展与土地利用变化过程进行模拟,并对其发展变化趋势和生态环境影响进行分析与比较。结果显示,在三种管理情景下,未来的沈阳市城市建设用地都将持续增加,大量的耕地资源被侵占;但不同管理情景下,城市景观格局和区域面临的景观生态风险却表现出明显差异。SLEUTH模型的模拟结果较好地反映了沈阳市不同土地利用政策、规划方案等对未来城市扩展和土地利用变化以及区域景观生态风险的潜在影响,同时也指出了当前城市增长管理政策中存在的不足之处。     

国内外城市空间扩展研究评析

城市空间扩展是城市化过程的重要标志, 而城市土地利用变化又是城市空间扩展最为直接的表现形式。随着全球城市化的推进, 城市空间扩展已成为国内外城市发展研究中的热点领域。国外城市空间扩展研究发端于20 世纪60 年代的计量地理革命, 中国城市空间扩展的研究自80 年代中期开始;2000 年以来, 伴随中国城市化的快速发展, 城市空间扩展问题日益突出, 城市空间扩展研究逐渐成为热点, 有关研究成果更是大量涌现。本文根据国内外城市空间扩展研究内容的变化, 运用文献资料法和对比分析法, 从扩展形态、扩展模式、动力机制、模拟预测、效应与调控5 个方面对城市空间扩展研究进行了系统总结与梳理。在国外与国内比较研究与综合分类基础上, 重点评析现阶段国内相关研究的特点和不足, 并对中国未来城市空间扩展的研究趋势进行了展望。     

基于GIS与CA的城市扩展研究——以洛阳市为例

元胞自动机(Cellular Automata,CA)是一种"自下而上"的动态模拟建模框架,具有模拟复杂系统时空演化过程的能力。CA模型的这些特点使得它在城市增长、扩展和土地利用演化模拟等方面较为合适,成为CA应用的热点。探讨利用GIS技术开发CA模型将会改善CA模拟城市扩展的环境,建立典型的城市CA模型也会发现新的参数和转换规则。基于CA原理,结合GIS与RS技术,在ArcGIS平台中进行二次开发,构建了GIS-CA模型系统。以洛阳市为研究区域,对其城市扩展进行了模拟和预测,结果表明,将人为的规划因素加入到CA模型中,打破了CA模型只能模拟城市受自然因素影响而进行的扩展。模拟结果比较真实可信,也为下一步城市规划提供决策支持。     

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。     

区域尺度城市增长时空动态模型及其在京津唐都市圈应用

Dynamic urban expansion simulation at regional scale is one of the important re-search methodologies in Land Use/Cover Change (LUCC) and global environmental change influenced by urbanization.However,previous studies indicate that the single urban expan-sion simulation for future scenarios at local scale cannot meet the requirements for charac-terizing and interpreting the interactive mechanisms of regional urbanization and global en-vironmental change.This study constructed a regional Dynamic Urban Expansion Model (Reg-DUEM) suitable for different scenarios by integrating the Artificial Neural Network (ANN) and Cellular Automaton (CA) model.Firstly we analyzed the temporal and spatial character-istics of urban expansion and acquired a prior knowledge rules using land use/cover change datasets of Beijing-Tianjin-Tangshan metropolitan area.The future urban expansion under different scenarios is then simulated based on a baseline model,economic models,policy models and the structural adjustment model.The results indicate that Reg-DUEM has good reliability for a non-linear expansion simulation at regional scale influenced by macro-policies.The simulating results show that future urban expansion patterns from different scenarios of the metropolitan area have the tremendous spatio-temporal differences.Future urban ex-pansion will shift quickly from Beijing metropolis to the periphery of Tianjin and Tangshan city along coastal belt.     

转型期京津冀城市群空间扩展格局及其动力机制研究——基于夜间灯光数据方法

针对中西方城市群空间扩展路径研究的争论,以京津冀城市群为例,运用夜间灯光数据,采取扩展强度指数、空间关联模型、多维驱动力分析模型,定量揭示了城市群时空扩展路径及其动力机制。结果表明：① 1992-2012年,京津冀城市群时空扩展呈现以京津唐为核心的中心集聚扩展模式,保定—衡水—石家庄之间的“三角地带”成为城市群空间扩展的冷点区;② 城市群空间扩展虽然已经出现了扩散势头,但向心集聚的惯性作用力依然强大;③ 城市群时空扩展的动力机制表现出以市场力为主要驱动因子的特征,行政力、外向力和内源力对城市群空间扩展的影响作用依次递减,从城市群空间扩展的驱动力演化趋势看,市场力、行政力、外向力的影响呈现上升趋势,而内源力的影响系数则呈现下降趋势。最后,提出降低行政干预、构建市场主导机制、强化内外双向开放、推动产业升级政策建议,促进城市群空间结构持续优化。     

北京大都市土地开发的乘数效应和增长模式研究

本依据1992－2000年北京地区2000多个土地开发项目统计资料，通过实证对城市土地空间开发的理论模式进行研究。结果表明，城市特定区域的土地开发，表现为乘数效应作用下的逻辑斯蒂增长。根据模型对各环线和扇面模拟的相关系数高达0．95以上。在此基础上，结合北京举办奥运会带来的巨大投资规模，预测北京大市土地开发的趋势。     

基于建筑物空间特征的北京市城市空间结构及其机制分析

定量研究城市空间结构特征是城市地理学研究的核心内容。基于建筑物空间结构特征的分析,研究北京市城市结构特征及变化规律。根据建筑物空间结构的特点设计了一种城市结构的“向量”模型,利用行政区划、同心圆区划和扇形区划三种不同分区数据分别分析北京城市建设中心、城市建设方向和城市建设强度。结果表明,本文的方法能够很好的刻画出北京市城市结构的空间形态及其变化规律：① 北京市城市建设由于城市功能扩散及积聚作用的影响呈现内城向外城扩张建设、外城向内城积聚建设的单方向推进发展特征;② 由于重大事件的影响,单方向推进会变化方向发生调头发展或者多次迂回发展,形成北京市城市结构的多重形态;③ 北京城市蔓延区的产生原因不仅仅是城市功能的扩张,也是由于外延区县城市功能向城市中心集聚造成的;④ 北京城市空中扩展是伴随着城市平面扩张同时进行的,并且其空中扩展的地带也在向城市外延发展;⑤ 北京的“双轴”结构已经确立,然而“东西轴”比“南北轴”要更为成熟。同时,北京市城市发展在方向上的差异正在减弱,呈现均衡的发展态势。     

徐州都市圈产业结构转型城镇空间响应的时空异质性

整合ESDA和GWR 模型,以徐州都市圈为例,分析了2005~2014年成长型都市圈产业结构转型城镇空间响应强度及其影响因素的时空异质性特征,发现：① 研究期内徐州都市圈产业结构转型城镇空间响应程度不断增强,同期各县域间差异呈持续增大趋势;② 徐州都市圈产业结构转型城镇空间响应强度差异格局的多尺度性特征显著。城乡尺度上,呈现以地级市市区为中心向外围降低的圈层式区域格局;省际边界区域尺度上,呈现向鲁南>皖北>苏北>豫东的区域格局演变趋势;③ 强响应县域主要向京沪铁路沿线地区集聚,城镇空间扩展轴线正在形成。弱响应县域在皖苏、豫皖边界地区集中,形成了产业结构转型城镇空间响应强度较低走廊;④ HH型县域主要集中于地级市市区及其周围地区,LL型县域在豫皖苏边界区域的黄河故道沿线地区集聚,表明南北差异正成为徐州都市圈产业结构转型城镇空间响应强度关联性差异的主要表征;⑤ 徐州都市圈产业结构转型城镇空间响应的主要影响因素作用程度呈现对外开放>经济水平>创新能力>政府调控能力的特征,且空间不均衡性显著。     

城市土地利用—交通集成模型的构建与应用

中国目前正经历着城市化转型,科学合理的空间政策是城市可持续发展的重要保障,因此开展政策情景实验、辅助空间决策具有重要现实意义。本文构建了土地利用—交通集成模型,模拟城市活动空间分布,称作SDA（Spatial Distribution of Activities）模型。该模型主要包含4个子模型：交通模型、家庭区位模型、经济活动区位模型、房租模型;并以北京市为例模拟土地利用政策对城市空间发展的影响。研究表明,延续过去5年（2009-2013年）房地产开发模式至2030年,则由于周边房地产开发数量较高、房租较低,越来越多的人口和企业将向郊区聚集（增长速度更大）。该趋势与目前疏解北京社会经济活动、缓解交通拥堵的规划目标相一致,模型可以很好地检验土地利用政策情景影响。而“基于活动”的模型被认为是模型发展趋势,因此,本文构建的SDA模型不仅可以检验不同政策对城市空间影响、辅助城市空间决策,也有助于推动LUTI模型的发展及其在国内的应用,丰富和发展国内城市空间模拟分析的研究内容。     

南京大都市区建设用地扩张特征与机理

作为全球城市化最快的地区之一,中国建设用地的扩张引起了广泛的关注。以长三角北翼中心城市南京为例,利用遥感、土地利用调查等数据研究大都市区建设用地扩张的过程、格局与机理。研究表明,1985-2007年南京市在工业化、城市化和国际化的推动下经济快速增长,引致了建设用地的扩张,年均增长率为3.14%。2001年后随着城市发展模式由单中心向多中心转换,建设用地呈加速扩展趋势。南京市建设用地扩展具有明显的沿长江和南北交通走廊轴向发展的特征。开发区和新城建设是南京市建设用地扩张的主要方式。区、县尺度的回归分析表明,人口增加、全球化是城镇工矿用地扩张的重要推手;经济的服务业化有利于土地集约利用,减少对用地的需求,这种影响在城区更大;在分权化竞争中,都市区政府具有更强的控制力。     

大都市区城市扩张过程及形态对比分析——以东京、纽约和上海为例

大都市区化是全球城市化进程中的普遍现象,研究大都市区域城市扩张进程对理解其未来增长趋势、区域可持续发展具有重要意义。大都市区土地扩张及区域间的对比分析,以及都市区发育过程中城市扩张的一般化空间模式还未被深入理解。论文选取东京、纽约和上海3个大都市区,获取1990—2015年间3期Landsat影像数据,使用梯度和格网分析法,采用城市土地密度函数和城市扩张指数,从建设用地数量变化及其时空分布、城市形态变化等方面,多角度对比分析各城市不同阶段建设用地增长的时空差异。结果表明：① 大都市区边界仍在不断扩展,建设用地在研究期内持续增长;20多年间东京、纽约和上海的建设用地面积分别增长了63%、53%和233%;上海一直处于高强度扩张状态,而纽约的城市扩张在后期几近停滞。② 大都市区建设用地密度从中心向外呈圈层递减式分布,城市核心区和边缘区半径的增长最明显;城市形态均趋向于紧凑。③ 新增建设用地时空异质性明显。东京的远郊新城不断建设,纽约一些尚有发展潜力的区域次中心仍在扩张但速率逐渐放缓,上海的核心区外围增长剧烈并逐渐向远城区推进。④ 大都市区域扩张先后经历高速期—缓慢期—停滞期,扩张进程表现为核心区膨胀—次中心及新城建设—逐步形成稳定的多中心结构。     

基于约束性CA的大都市郊区城镇增长的情景模拟与管控——以武汉市江夏区为例

大都市郊区是快速城镇化进程中空间演变最为频繁、人地矛盾最为突出的区域,尤其在中国加快推进“就地就近”城镇化战略的背景下,把握大都市郊区小城镇土地利用时空变化过程及其演变机制,对制定科学合理的管控政策和优化都市空间结构具有重要的现实意义。约束性元胞自动机(constrained Cellular Automata, constrained CA)能够通过简单的规则模拟复杂的城市动态演化过程。本文将土地利用总体规划指标、城镇空间发展战略布局、土地利用开发适宜性等,嵌入约束性CA的转换规则中,采用Logistic逐步回归法分析土地利用空间影响因素,对严格约束下的武汉市江夏区2020年土地利用进行情景模拟分析,并提出城市增长管控手段。结果表明：①研究时段内,江夏区城镇用地呈低效外延式扩张,土地利用集约节约程度较低,其人口规模并未有较大增长,对主城区人口的分散作用尚未真正形成;②约束性CA在模拟大都市郊区演化方面具有较高的可靠性,能够真实反映近郊小城镇的未来空间布局与结构,模拟结果与土地利用规划和城市规划较为契合;③将规划目标导向与现实发展趋势下的模拟结果进行叠加分析,可确定城镇增长需求与规划指标调控间冲突的空间分布,从而划定土地督察的重点监测区域,为加强大都市近郊区的违法用地监查和土地利用管控提供先验的预警知识。