基于路网可达性的城市空间形态集聚分形研究

为将城市形态分形维数从平面空间拓展到交通网络系统,提出一种基于路网的分形集聚维数测算方法,探讨该维数的集聚—扩散性质。以郑州市中心城区为案例区,分别测算了各类功能用地半径集聚维数和路网集聚维数。结果表明：① 各类用地无论在平面中还是在路网中,密度从中心向外围的变化在特定区间内都是均匀的,符合分形特征。② 两种维数均呈现出商业用地<全部建设用地（不含道路与交通设施用地）<居住用地<工业及仓储用地的规律。③ 对于同类功能用地,相对于半径维数,路网集聚维数标度不变区尺度范围更广,对空间的划分也更为精细。④ 同类用地两种集聚维数的分形测量值存在差异,这体现出路网集聚维数对传统测度结果具有一定的延展—集聚修正作用。     

京津冀城市生长和形态的径向维数分析

城市生长与形态是地理学规模与形状研究的重要内容,分维则是刻画城市形态、反映城市生长的标度指数。论文以城市建设用地为研究对象,采用2000、2005、2010年3个年份的遥感数据,利用分形理论的径向维数和相应的标度区概念分析京津冀城市和城镇体系的空间格局及其演变特征。结果表明：其一,北京市第一标度区的范围最大,10 a间增长幅度也最大,对周边城市产生阴影效应;其二,以北京为中心,距离越远,第一标度区范围有越小的趋势;其三,几乎所有研究区内城市的第一标度区空间都被建设用地过度填充,外围则各有特色;其四,经济水平对京津冀整体城市建设用地扩张的影响最大,但北京的城市建设用地扩张已经由经济因素主导转变为人口因素主导;其五,随时间推移,第一标度区拟合径向维数效果提高,第二标度区拟合效果降低。由此得出结论：①北京在京津冀体现了城市首位效应和阴影效应的双重效应。一方面,京津冀地区城镇化区域体现出了以北京为核心的中央集聚特征,另一方面,北京市的巨大吸引力抑制了毗邻城市的生长。②城市中心和外围都出现二元化格局。地区内各个城市的中心部分过于紧凑,而外围则相对凌乱,中心-边缘缺乏一体化过程。③人口可能成为未来京津冀城市发展的第一动力。人口集聚的规模效应未来可能替代经济报酬递增效应。这些结果和结论有助于学术界和管理部门从新的角度认识京津冀城市化现状和未来的发展趋势,以便制定更为合理的城市发展政策和方针。     

城市形态的分维估算与分形判定

城市形态的分形是城市发育到一定阶段涌现出的有序格局和复杂结构,其基本特征是空间分布的无尺度性质。当研究者基于某个显著性水平推断城市分维存在时,实际上就是基于相应的置信度判断分形特征。虽然分形城市研究已经多年,但大量有关维数测算的基础问题依然悬而未决。本文根据分形几何学的基本思想论证城市形态分维测算的若干问题。分维测量的准则是最佳覆盖——不多不少、恰到好处的覆盖。盒子覆盖是最容易理解的测量方法。采用盒子覆盖法测量城市形态分维时,应考虑三个标准：一是快速逼近,二是简便操作,三是稳定拟合。直观估计分维的办法是利用双对数坐标图。由于城市形态不是严格意义的分形,而是类似于文献中的“前分形”,测量尺度与相应测度的幂律关系通常仅在一定尺度范围内有效,从而形成所谓标度区。本文围绕城市形态的分维测量和分形判断开展一系列讨论,包括尺度选取、标度区识别和统计标准等问题,对今后城市分形研究具有理论启示和方法论的参考价值。     

杭州城市形态和土地利用结构的时空演化

根据分形理论研究杭州1949~1996年间城市形态和土地利用结构的演化特征,发现杭州城市具有明确的自相似规律。研究表明,杭州城市形态和土地利用结构的分形性态逐渐变好,这与国外学者“演化的城市分形”观相互印证。各类土地形态的维数都小于整个城市形态的维数,从而证实了国内学者“城市化地区的分维大于各职能类土地空间分布维数”的理论推断。从时空变化来看,杭州城市形态的分维呈上升趋势,1996年接近Batty等提出的理论预期维数D = 1.71;居住用地、工业用地和对外交通用地的分维近20年来趋于增大,而教育用地和绿化用地的分维则有所减小。杭州市的分形演化和分维变化总体上揭示了城市自组织演化的特征,但工业用地维数的大幅度上升和绿化用地维数的下降显然暗示该城市在进化过程中的局部退化倾向。     

高速交通对山东省城市形态时空演变的影响

为研究高速交通对城市形态时空演变的影响,基于1995—2018年山东省城市建设用地数据,选取城市形态扩张速度指数、城市形态扩张强度指数、城市形态紧凑度指数和分形维指数等指标,从时空角度分析高速交通对山东省城市形态演变的影响。结果表明:(1)山东省城市建设用地分散,紧凑度低;(2)山东省城市发展规模小,城市扩展速度慢;③大城市形态受高速交通分割严重。针对高速交通对山东省城市形态演变带来的问题,提出了山东省高速交通与城市和谐发展的对策性建议。     

城市分形中心与占优标度区选择

用回转半径法研究城市分形特征时,中心点位置的选择至关重要。以反映城市基础设施情况的兴趣点(point of interest,POI)作为基础数据,分析中心点位置对标度区识别的影响。将POI几何中心、重心、密度中心、中心城区几何中心和重心5种统计中心作为待选中心,给出辐射范围、核心密度与分形维数、中心漂移度等标度区相关指标,提出判断占优标度区的POI数量最大化原则。通过统计中心与地标中心标度区对比,确定城市分形中心和占优标度区。省会城市及直辖市标度区分析结果显示:统计中心各有优劣,占优中心总体上更倾向于POI几何中心和密度中心,地标中心有时优于统计中心;密度中心对应的占优标度区半径维数较低,若半径维数太低则容易陷入局部密度中心;中心漂移度指标表明可能存在更好的分形中心选择方案。     

京津冀城镇用地空间结构的多分维谱分析

城市形态和城镇体系都具有分形性质,但简单分形模型不能有效揭示城市系统的复杂结构特征及其背后的问题。多分形模型及分析方法是研究城市空间复杂性和描述城市异质性的有效手段。利用城镇建设用地和总建设用地的多分维谱分析,可以发现京津冀城镇体系及主要城市的空间演化问题。主要结果如下：①京津冀总建设用地的全局谱线不正常,代表中心区的谱线收敛过快,而代表边缘区和乡村地区的谱线收敛位置严重越界;②局部谱线单峰左偏,左(趋向中心区)高密、右(趋向边缘区)低疏,且右边数值越界;③多分维增长曲线服从二次logistic函数,但不同区域和城市的增长曲线的拐点位置不同。深入分析谱线特征及其异常根源,得出如下结论：①京津冀主要城市的中心区填充过密,没有太多缓冲空间,而边缘区无序扩展,需要通过规划进行优化;②京津冀城市生长以外延扩展模式为主,但河北省总建设用地有中心集聚迹象;③京津冀地区特别是主要城市用地接近饱和,土地扩展速度高峰已经过去,只有河北省部分区域例外。     

长沙城市形态与用地类型的时空演化特征

运用GIS技术与高级编程方法提取了长沙市1979、1996年、2003年的城市用地现状图的数据信息,借助最小二乘技术,通过幂指数拟合,计算出了各年份的城市形态与用地结构的分维数,并探讨了长沙城市分形演化的机理和城市形态演化的信息熵。通过对分维数的时空变化所包括信息的分析,发现长沙城市形态及各职能类用地存在明显的分形特征,且各类职能用地的分维小于城市形态的整体分维,符合理论上推断的城市分维包容原理,整个城市形态朝着混沌向有序渐趋优化演化,但同时也存在绿化用地与对外交通用地发展不够完善的问题。     

经济欠发达地区中心城市空间拓展分析——以南充市为例

以四川省南充市为例,探讨了西部经济欠发达地区中心城市的空间拓展规律。基于多时相Landsat TM遥感数据和GIS的定量研究方法,以城市分形理论为基础,结合对城市实体地域空间在不同方向上的拓展分析,系统探讨了南充城市空间在不同时期的形态特征。通过人机交互的监督分类方法,提取了1988、1993、1999、2002和2007年5个年份的南充中心城市实体地域数据,在GIS中进行了叠加。采用半径法进行城市分形研究,发现各个时期南充城市总体上存在分形特征,但维数存在两个标度区,而且标度区之间的维数具有跳跃性,以此判断出城市在不同阶段的增长动力存在差异——从自然增长主导的扩张模式向多种增长力量共同作用的综合模式演化。在对南充城市实体地域进行分象限拓展分析后,发现南充城市在演化过程中存在明显的方向性,总体趋势为东北-西南的轴向拓展,并以此为基础建立了城市空间扩展模型。     

怀化城市形态演变特征及影响因素

城市形态研究一直就是城市地理学的一个重要内容,本文根据1992、1999、2007年城市规划土地利用现状图、怀化市1∶10000地形图、遥感影像图、社会经济统计数据以及其他相关资料,借助ArcGIS 9.2平台和统计分析软件(SPSS11.5),采用空间形态分析、地统计分析、等扇分析、景观测度及分形理论等研究方法,对我国中部铁路枢纽城市怀化的城市形态演变特征及形成机制展开研究。结果表明:城市整体以正东、西南、正北方位的扩展为主,且呈现出明显的阶段性特征;城市外部形态的紧凑度、分维数偏低,形状指数偏大,城市内部形态演化中,居住用地和公共设施用地的圈层分布比较明显,工业用地主要集中在几个特定圈层,而工业用地和住宅用地各时期随圈层面积变化较大,公共设施用地各时期随圈层面积变化较小;在此基础上探寻城市形态演变的动力机制,认为怀化城市形态的演变是经济发展、交通设施发展、自然地理条件限制等多重驱动力共同作用的结果。     

北京周围建设用地空间分布格局及解释

城市对其周围土地利用格局的影响历来是地理学研究的重点领域, 大城市周围建设用地比例高, 分析和解释大城市周围的建设用地格局可进一步拓展我们对此领域的认识。本文 以2005 年北京中心区周围50 km 范围内的建设用地数字化图件为基础, 由内而外, 建立5 个宽度为10 km 的缓冲带, 分析了北京2005 年建设用地空间格局的变化, 并从自然、历史和经济学的角度对此格局作出诠释。主要结论如下: 北京市周围建设用地格局呈现出四条非常清晰的放射带, 这几条放射带和2200 多年前的秦朝驰道吻合; 北京市周围建设用地图斑的空间分布的连续性并没有受到行政区域划分的影响; 缓冲带30-40 km 可能是北京城市中心区在平面上的影响界线; 在缓冲带10-20 km 和缓冲带30-40 km 内, 城市用地比例呈现出两个峰值。     

以建成区面积表征的中国城市规模分布

选择1990~2000年中国城市用地面积位于前200位的地级及地级以上的城市用地资料,把运用在城市人口规模上的位序-规模法则移植到城市用地上,分析了城市土地利用规模的变化规律。然后运用分形理论,阐释了城市用地的位序-规模曲线。结果显示：(1)以建成区面积作为衡量城市规模的指标,中国城市规模分布符合位序-规模法则,拟合曲线的判定系数都在0.95以上;(2)根据位序-规模曲线的形态,中国城市按建成区面积可分为3类：用地面积>200 km²的大城市,50~200 km²的中等城市和<50 km²的小城市;(3)城市建成区用地的位序-规模曲线有平行向前推进的特点,这为预测我国未来城市建成区用地规模提供很好的基础;(4)中国位于前200位的城市用地规模分布的均衡度不断增强,城市建成区用地规模总量持续增加。     

中国地级以上城市建成区2006—2016年 人口密度变化的时空格局及驱动因素

土地扩张速度快于人口增长速度导致城市建成区总体人口密度下降,研究建成区人口密度的变化规律,对于城市健康发展决策具有重要意义。基于中国285个地级以上城市2006—2016年人口和建成区面积数据,分析中国城市建成区人口密度的变化趋势和空间分布差异,并探讨人口密度变化的驱动因素。结果表明：1）中国城市建成区平均人口密度由2006年的10 845人/km2降低至2016年的8 279人/km2,平均每年降低2.66%。2）超过5/6的研究城市的人口密度降低,但不同城市人口密度变化率存在显著差异。人口密度快速降低、中速降低、缓慢降低和密度增加的地级以上城市分别占比为13.3%、30.5%、41.1%和15.1%。3）人口密度快速降低城市主要分布在东部地区,人口密度中速降低和缓慢降低城市主要位于中部地区,人口密度增加城市呈现两极分化,主要包括北上深等人口快速流入城市和经济发展缓慢的小城市。4）经济发展水平、城市规模、区位因素、城市发展政策是影响人口密度变化的主要驱动因素。     

南京市交通网络的分形特征

以分形理论为基础,借助于地理信息系统软件,对南京市区交通网络进行了长度-半径维数和分枝维数的测算,结果表明南京市区的交通网络具有分形特征,长度-半径维数为1.574,而分枝维数为1.3934,两者之间存在一定差异。通过进一步对主城区各行政区交通网络的盒子维数的测算,揭示出各行政区的交通网络也具有分形特征,分维值介于1.3568与1.4991之间,其大小与经济发展状况并没有很好的对应关系。如何以经济状况为基础数据指导城市各行政区的交通发展,以及两者之间是否在其他区域尺度上存在相关关系等,仍是需要有更多研究基础才能深入探讨的问题。     

民国时期广州市建成区主体建筑立体形态的恢复及其特征

基于1928年1﹕10 000的地形图,解译土地利用类型,确定建成区边界与建筑用地的空间范围。将建筑用地分为单体建筑、线状道路两侧的骑楼和面状同类建筑区3类。根据史料与现场调查,分别为点、线、面3类建筑的高度赋值,恢复不考虑海拔的建成区主体建筑立体形态。基于所建模型,从平面形态、平均高度、空间格局、宽高比、高度轴、天际线以及形态组合几方面对民国时期建成区立体形态特征进行分析归纳,得出如下结论：１）民国时期广州城市沿珠江发展使得城区轮廓呈狭长的带状;２）城市平均高度仅为6.07 ｍ,建筑物普遍低矮;３）建筑物在平面上为多级的棋盘网组合,而骑楼街构成的宽浅网格,成为当时空间尺度最大的建筑单元组合形态;４）道路宽度与两侧建筑物高度形成的宽高比大,城市具有较好的通透性;５）沿江西路与当时的城市中轴线中山纪念堂―市府合署大楼构成了倒“T”型城市空间高度轴,并在单体建筑高度空间分布与天际线的变化上得到很好的反映;６）城市立体形态主要由盆地、格网、谷地、台地等4种宽浅的单元组成。立体形态深层次上反映了当时生产力技术条件下政府与市场力量的综合作用,以及城市功能区分化在立体形态上的表现,从而也成为该时期华南地区依山傍水城市立体形态的重要标志。     

基于遥感的银川市建成区城市扩展及其热环境变化分析

为研究银川市城市建成区扩展对热环境的影响,基于 1989、1999、2010 年和 2017 年 Landsat 系列遥感数据,采用建筑用地指数（IBI）提取 4 个年份的城市建成区信息,获取了城市形态演化指 标,利用热红外波段反演不同年份的地表温度;在此基础上,分析了城市扩展和热环境变化的时空 演变特征,探讨了城市扩展和热环境之间的响应关系。结果表明：（1）1989—2017 年银川市城市建 成区扩展面积达 506.13 km²,各时期的扩展速度和扩展强度差异明显,城市扩展具有“缓慢—快速 —稳步”的阶段性特征,城市空间形态趋于紧凑化,向着稳定状态发展,城市整体向东部和北部扩 展,重心整体向东北方向迁移约 5.54 km。（2）热岛范围随着城市扩展不断扩大,较高温区域所占热 岛比例呈先减小后增加的趋势,高温和特高温占比表现出先增加后减小的特征,热岛强度逐渐向 较高温区转移,城市热岛效应得到缓解;热岛空间分布显示,热岛逐渐由兴庆区老城区蔓延至贺兰 县和西夏区,且兴庆区热岛逐渐演化为相互独立的小次级热岛,强度有所降低;28 a 间银川市城市 热岛比例指数（URI）表现出先上升后下降的特征,整体呈上升趋势。（3）热岛区域在空间分布和扩 展方向上与城市扩展具有较高的一致性,城镇用地、公交建设用地和裸地能促进地表温度升高,而 草地和水体能够降低地表温度,公园绿地和水体能有效缓解银川市城市热岛效应且后者对降低城 市地表温度的效果要好于前者。     

山东省城市规模分布研究

文章选择1990,1995-2001年山东17个地级城市用地面积的资料,运用位序-规模法则分析了城市土地利用规模的变化规律,运用分形理论阐释了城市用地的位序-规模曲线。结果显示：（1）以建成区面积作为衡量城市规模的指标,17个城市规模分布符合位序-规模法则,拟合曲线的判定系数都在0．758以上。（2）根据位序-规模曲线的形态,这些城市按建成区面积可分为3类。（3）城市建成区用地的位序-规模曲线有平行向前推进的特点,这为预测17个城市未来建成区用地规模提供了很好的基础。（4）城市用地规模分布的均衡度不断增强,建成区用地规模总量将持续增加。     

1984-2008年北京湿地景观格局驱动机制(英文)

The landscape pattern of Beijing wetlands has undergone a significant change as a result of natural and artificial elements.Supported by remote sensing and GIS technology,using multi-temporal TM images from 1984 to 2008 in Beijing,this paper analyzed the dynamic characteristics of wetlands landscape pattern through selected typical indices including patch area,patch average area,fractal dimension index,diversity,dominance,contagion indices and the spatial centroids of each wetlands type were calculated.Finally,the paper explored the evolution mode and driving factors of wetland landscape pattern.The results were obtained as follows:the total wetland area increased during the period 1984-1996,then decline from 1996 to 2004.The wetland area in 1994 accounted for only 47.37% of that in 2004.The proportion of artificial wetland area was larger than that of natural wetland.The proportion of reservoir wetland was 33.50% to 53.73% and had the maximum average area.pond and paddy field wetland type with the least average area accounted for 16.46% to 45.09% of the total wetland area.The driving forces of the natural river wetland were mainly natural elements;its fractal dimension index was greater than the others.The Shannon diversity index of wetland landscape increased from 1.11 in 1992 to 1.34 in 2004,indicating that the difference between proportions of each wetland type decreased and areas of each wetland type were evenly distributed.The contagion index went down from 65.59 to 58.41,indicating that the connectivity degraded.Miyun Reservoir had the largest area and its area change had a great impact on the location of the centroid.Wetland resources degenerated gradually from the joint effects of natural and artificial factors.During the period 2006-2008,the precipitation increased and the drought condition was relieved.The government implemented series of positive policies to save water resources,and the wetland area increased.     

基于波谱与分形特征的北京市耕地空间结构

在城乡协调发展的背景下,本文以自然属性为基础分析了北京具有不同经济属性的5类耕地的空间结构。波谱分析显示,不同类型耕地的空间分布具有不同的周期,它们共同形成了距天安门约23～44km(近郊平原)、44～66km(远郊平原)、66～126km(山区)的耕地宏观空间结构。通过计算各类耕地的空间维数和Hurst指数,认为景观农田区、美化农田区、近郊山区22～47km圈层的耕地不具备分形特征;规模农田区、景观廊道带、中远郊山区48～126km圈层的耕地由于受城市发展、自然条件、距离等因素的影响具有明显的分形特征。总体上,北京不同类型的耕地处于一种离散、连续和具有共度性、没有公度性的融合状态。