基于邻域扩展量化法的城市边界识别

城市空间分析的基本条件是可靠的测度,而城市的基本测度是规模。客观定义城市边界是有效确定城市规模的技术前提。近年来国内外学者提出几种城市边界识别的方法,其中能够定量反映城市内部实体空间组织关系的多采用矢量图像。但这些矢量数据的获取十分困难,且实时性差。因此,本文借鉴前人的研究成果,基于邻域扩展量化和标度思想,提出一种应用于遥感栅格图像上的城市边界识别方法。该方法的本质是一种空间邻域融合法,通过改变像元邻域的作用范围,可以得到不同的空间集群数目;借助搜索范围与集群数目的标度关系确定一个客观的半径,据此可以利用GIS技术确定城市边界。将该方法应用于北京地区多个年份的遥感图像,发现了像元的有效邻域作用范围。此方法以栅格图像为基础,数据实时性好并且获取容易,计算过程简便,在未来的城市边界研究过程中,可望与现有的方法相互补充。     

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。     

基于城市扩张的土地储备数量预测研究——以南京市区为例

土地储备数量是土地储备制度运行中的主要问题,受到国内业界的广泛关注。新增土地储备与城市扩张有着密切的联系,通过SLEUTH元胞自动机模型,用1947年, 1978年, 1990年, 2000年和2005年5个年度城市土地利用变化的遥感影像图,模拟南京未来城市扩张,并结合历年来南京新增储备土地占城市扩张总量经验值比例,得出了新增储备量的测算结果,为测算南京市区土地储备量提供了借鉴方案。该方法不仅在量上可得出增量储备的结果,而且通过GIS空间分析的方法,与未来城市规划的土地利用规划图进行空间叠合,可以初步明确储备的增量分布方案,对土地储备工作具有现实的指导意义。     

利用遥感监测和分析珠江三角洲的城市扩张过程——以东莞市为例

伴随着经济的快速增长，珠江三角洲近年来出现了迅速的城市化以及乡村城市化的过程。沿着城镇边缘和公路两旁，大片的农田被侵占来单方面地满足城市开发的需要，忽略了粮食产量减少以及环境质量恶化等问题。利用遥感可以有效地监测珠江三角洲的城市扩张过程。在遥感多时相监测的基础上通过熵的计算，可以定量地描述城市扩张的空间规律及扩散过程。     

利用遥感监测和分析珠江三角洲的城市扩张过程——以东莞市为例

伴随着经济的快速增长,珠江三角洲近年来出现了迅速的城市化以及乡村城市化的过程。沿着城镇边缘和公路两旁,大片的农田被侵占来单方面地满足城市开发的需要,忽略了粮食产量减少以及环境质量恶化等问题。利用遥感可以有效地监测珠江三角洲的城市扩张过程。在遥感多时相监测的基础上通过熵的计算,可以定量地描述城市扩张的空间规律及扩散过程。     

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。     

韧性视角下中国超大城市绿带破碎化与连通性测度分析——以北京、西安及成都为例

城市绿带是阻止城市蔓延、提高城市生态安全格局的重要手段。为了探究不同时段不同城市绿带随城市发展的非线性变化,研究基于韧性城市建设视角,采用土地利用转移矩阵、景观格局指数等定量方法,测度分析2000—2020年北京、西安和成都3个典型环状超大城市绿带破碎化与连通性。研究表明：(1) 2000—2020年3个城市扩张模式以外延式扩张为主,绿带不断遭到城市建设用地的侵占,绿带及缓冲带内耕地分布范围自中心向外围显著缩小,草地和森林分布范围扩大且呈现破碎分散的特征。(2)城市绿带内建设用地面积占比持续上升,建设用地快速扩张对北京绿带内生态用地侵占最为显著,其次是西安和成都,侵占面积占比分别为44.09%、43.21%和37.02%;建设用地面积占比从绿带及其缓冲带内部到外部呈现先下降后趋于平缓的趋势,耕地面积占比呈现先上升后趋于平缓的趋势,森林、草地等其他生态用地呈现轻微波动。(3) 2000—2020年3个城市绿带破碎化程度整体降低,北京绿带连通性逐渐降低,西安和成都绿带连通性呈现先降低后增强的“V”型变化趋势,然而不同城市绿带不同景观破碎度与连通性的变化显著不同,3个城市绿带内耕地破碎化程度...     

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。     

基于城市扩张的动态选址模型——以深圳垃圾转运站选址为例

现有的许多选址模型研究,主要集中在对选址算法的改进,而忽略了城市作为复杂地理系统所具备的不确定性和动态发展性对选址结果的影响。这往往导致最终的选址结果在设施投入使用后,无法满足新的需求甚至出现不适应新环境的情况。本文将基于GeoCA(地理元胞自动机)的城市扩张模型引入到传统的Location-allocation选址模型中,构建一个动态的选址模型框架,探索如何将选址结果建立在动态的、科学的城市形态预测基础上,促使选址结果更具有客观性、先见性和更符合可持续发展观,这也正是本研究的重要意义所在。同时,框架中的许多子模型都能够单独被优化,具有高度的可伸缩性,能够自适应于特定区域的选址要求。     

转型期城市低收入邻里的类型、特征和产生机制:以南京市为例

本文以南京市为例,检查转型期城市贫困人口的空间分布特征,并着重分析贫困人口集中的低收入邻里的类型、特征及其产生机制。研究表明,转型期我国城市贫困人口的空间分布表现为在邻里或社区层面上的集中。城市贫困人口在邻里层次上的集聚,导致三种类型低收入邻里的产生,包括老城衰退邻里、退化的工人新村和农民工集聚区(城中村)。分析表明,这些低收入邻里的产生源于国家导向的城市发展政策和国家福利住房供应制度,并在住房市场化和房地产导向的城市发展过程中得以强化。基于南京市的实证分析和实地调查,城市贫困人口的空间分布状况和低收入邻里的特征被检查,低收入邻里的产生机制得以验证。     

青岛城市道路邻近中心性及其应用方法

以青岛为实证研究区域,从理论角度探讨了道路全局和局部邻近中心性的地理含义及其各自优缺点,认为全局邻近中心性(GCC)反映的是网络上各点到网络“质心”的距离,可从全局角度反映区位重要性;局部邻近中心性(LCC)反映小范围空间区域的重心,与局部路网密度相关。进一步根据核密度估计(KDE)的机理证明,在城市地理空间结构的实际应用案例中适宜采用KDE法来进行空间分析。本文以手机话务量数据反映的城市居民活动空间结构为例讨论了邻近中心性核密度估计(CC-KDE)的应用,发现与居民活动相关性最高的是核密度全局邻近中心性(GCC-KDE),因为全局邻近中心性核密度估计(GCC-KDE)综合了到网络“质心”距离与道路网络局部密度双重因素,故反映城市人口等与道路密度相关的社会经济现象更有效。     

城市建设对暴雨内涝空间分布的影响研究——以武汉市主城区为例

城市内涝灾害频繁,用地开发与空间扩张被普遍认为是其致因之一。对比武汉市遥感数据,1984—2017年,超过30%的自然水体被填占开发,城市建设开发活跃、填湖造陆强度大。论文以武汉市为例,采用二项Logistic模型,定量分析不同降雨强度情景下的内涝影响因素。研究表明,填湖造陆将极大地增加极端降雨情景下城市滨水区域的内涝风险。城市地形地势、排水管网条件、用地类型以及邻域用地结构等因素,也直接影响内涝风险。基于2种不同的用地开发策略,预测城市内涝风险结果显示,城市用地的不当开发将引致严重内涝风险。依据内涝风险的空间分布预测结果,论文提出了相应的改善策略,以为科学地制定防涝减灾规划提供参考。     

基于隐性—韧性—显性的武汉城市资源环境承载力空间特征

资源环境承载力是衡量城市国土空间发展状况的晴雨表,深入揭示资源环境承载力系统要素的相互作用机理对城市国土空间格局优化具有重大意义。本文在双评价指南的基础上引入夜光/大气遥感、兴趣点、交通态势、社交媒体等多源时空数据,建立了基于隐性—韧性—显性的城市资源环境承载力空间特征分析理论框架,提出了空间自相关和分形几何相结合的承载力空间特征挖掘方法。以武汉市为例开展研究,结果表明：① 武汉市资源环境承载力呈显著空间异质性,隐性承载力指数高值区分布于城市外围生态环境优越的区域,韧性承载力指数高值区集中于综合风险应对能力较强的中心城区,显性承载力指数高值区位于各项基础功能均较为健全的城市次中心一带;② 武汉市资源环境承载力存在正向空间聚集性,并呈显著半径向心分形特征,隐性承载力指数高值区呈放射状向四周扩散,韧性承载力指数高值区呈向心状聚集在城市核心圈层,显性承载力指数高值区分布于则介于二者之间。本文构建的城市资源环境承载力空间特征分析与挖掘方法体系,通过引入多源时空数据弥补了传统数据现势性的不足,完善了城市资源环境承载力研究的理论和技术范式,可为新时期城市资源环境承载力研究提供一种新思路。     

邻里环境感知与个体健康对通勤模式选择的影响研究——以南京市为例

通勤是大部分城市就业者日常工作所必须面对的问题。相比宏观层面的城市建成环境,微观层面的邻里环境感知及个体健康与通勤模式选择的联系更为密切。以南京市主城区8个社区为案例地,利用结构方程模型探究邻里环境感知与个体健康对城市就业者通勤模式选择的影响。首先借助问卷调查数据,将通勤模式分为积极通勤、公共交通通勤、电动车/摩托车通勤以及小汽车通勤四类;其次使用因子分析法确定邻里环境感知的潜变量,并将个体健康分为身体健康、心理健康与健康行为3个潜变量;最后构建结构方程模型的理论框架并进行实证分析。研究发现：① 邻里环境感知变量中服务设施感知、环境品质感知对通勤模式选择存在显著的直接效应,交通安全感知对通勤模式选择存在显著的间接效应。② 个体健康变量中,心理健康与健康行为对通勤模式选择存在显著的直接效应。③ 通勤距离与社会经济属性对通勤模式选择存在显著的直接效应,同时社会经济属性对通勤模式选择亦存在显著的间接效应。基于研究结果,提出有效提升就业者对于社区环境的主观感受,进而提高就业者参与健康行为的意愿与就业者的健康水平,从而引导其选择更加健康和绿色的通勤模式。     

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。     

基于能值分析的城市可持续发展水平与经济增长关系研究——以泉州市为例

城市作为一定区域的中心,在区域经济社会发展中起着举足轻重的作用,如何实现城市的可持续发展,也一直是地理学人地关系研究的热点问题。针对当前城市可持续发展研究中忽视其动态机制的现状,以泉州市为例,在运用能值分析法对可持续发展水平进行定量测度的基础上,通过构建可持续发展库兹涅茨曲线模型(SDKC)对泉州市的城市可持续发展水平与经济增长之间的动态关系进行分析,并运用改进的灰色斜率关联度模型对曲线成因进行了讨论。研究结果表明:泉州城市可持续发展水平与经济增长间存在先降后升的U型SDKC关系;城市可持续发展水平与经济规模,第二、三产业比重,出口依存度和政府影响力呈负相关,与第一产业比重、广义技术减排、外商投资呈正相关,并据此提出一些政策建议。     

西安市城市景观的正负生态系统服务测算及空间格局

综合测评城市景观的复合（正负）生态系统服务功能和评价不同城市景观类型的生态系统服务贡献,对优化、调控在城市化影响下的景观转换和城市生态环境建设等具有重要的科学意义。运用景观生态学理论与生态系统服务理论,基于研究区的TM遥感影像和Erdas、ArcGIS 10.1软件对西安市建成区2013年城市景观的复合生态系统服务进行测算和空间分析。结果表明：① 西安城市景观产生的负向生态系统服务价值远高于正向生态系统服务价值,净生态系统服务达-12.71×10⁸元;在城市化过程中,随着自然景观向半人工景观、人工景观的转变,导致景观生态系统服务的价值急剧下降,负向生态系统服务占主导,87.81%的土地复合生态系统服务为负值,仅有12.19%的土地复合生态系统服务为正值,以建筑用地为主体的城市景观体系必然会导致生态系统服务的下降。② 西安市城市景观的总正向生态系统服务空间分布差异明显,整体呈现为研究区中心值低于四周,沿行道绿地、公园绿地等景观形成格网状、斑块状分布的高值区;总负向生态系统服务整体上呈现中心值高于四周,高值区较集聚,自然景观和半人工景观是维系城市正向生态系统服务的主要景观类型。③ 城市景观的空间分布基本上决定了复合生态系统服务的空间大格局,西安市各城市景观类型的空间组合与镶嵌状况,使得生态系统服务正负值呈斑块状、棋盘状交错分布的格局。愈向城市外围,复合生态系统服务价值越高;城中林地、绿地和水域分布的地方是复合生态系统服务价值网状高值区。     

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。     

基于人口特征的城市生态游憩空间配置——以常熟市为例

生态游憩空间配置是休闲城市建设的重要内容,对城市生态文明建设、城市优质生活环境营造具有重要意义。本文以国家休闲城市综合标准试点市——常熟市为研究对象,以人口特征为切入点,对该市不同功能区内各年龄段人口数量、可进行生态游憩的时间、生态游憩意愿、对不同生态游憩空间的偏好,以及全市不同功能区人口对生态游憩空间的配置需求进行了调查研究。人口特征影响城市生态游憩空间的配置需求,全市不同功能区的人口特征有显著差异,因此对各类生态游憩空间的配置需求不同。在人口量、人口平均生态游憩可能性、人口生态游憩空间类型偏好等因素的影响下,商业活动区内人口对各类生态游憩空间的配置需求指数均最高,其次为生活居住区、商务办公区、工业生产区;全市不同功能区内人口对草地游憩空间的配置需求指数均最高,其次为水域和林地。可根据城市不同功能区人口数量、类型、分布特征,以及对各类生态游憩空间的配置需求来指导城市规划建设中生态游憩空间的配置实践。