城市空间扩展分析

3．2．1　城市空间扩展分析

1）空间测度分析方法

借助于GIS功能，以地理学、几何学和景观生态学等学科理论和方法为基础，近年来产生了许多分析方法，主要有距离圈层分析法（或称缓冲带分析法、环行系统分析法）（吴兵等，2002；李晓文等，2003b）、方位分析法（或称扇形分形法、象限法）（杨山等，2001；马荣华等，2004）、格网分析法（党安荣等，2002；肖捷颖等，2003；李晓文等，2003a；赵晶等，2005）、重心分析法（徐建华等，2001；马荣华等，2004；许月卿等，2005；匡文慧等，2005）、空间单元法（刘盛和等，2000；陈龙乾等，2004）、凸壳原理方法（刘纪远等，2003）、景观格局测度方法（李团胜，2002；Herold，2003；Dietzel，2005）、梯度分析法（张利权等，2004）等，这些方法从分析城市用地的扩展速度与扩展强度、扩展的各向异性（方向性特征）、空间异质性等方面入手，探讨城市用地空间扩展的时空特征。

描述城市扩展空间分异最常用的方法，就是比较分析城市扩展速度在不同方位上的差异（于学文，1986；范作江等，1997），这种方法能够在总体上勾画出城市扩展的空间形态，具有直观简明的优点，但由于按方位划分的空间单元并不具有均等的土地面积，因而其扩展速度并不具有严格意义上的可比较性，且无法辨析出城市土地利用的扩展中心或方向区内城市扩展的空间差异（刘盛和等，2000），为此必须对其进行标准化处理。叠置分析是空间信息系统中最常用的提取隐含信息的手段之一，也是城市空间扩展分析常用的方法。叠置分析不仅包含空间关系的比较，还包含属性关系的比较，它可以分为视觉信息的叠加、点与多边形的叠加、线与多边形的叠加、多边形叠加、栅格图层叠加等五类。采用GIS叠置分析方法可以获得任意大小单元的多重属性的数据，避免了空间信息的损失，同时适用于不同尺度的土地利用分异规律研究（王宏志等，2002）。通过对不同时相的区域土地利用图进行叠合运算及空间统计分析，可以定量化、定位化地识别出各种土地利用类型在不同监测时间的未变化部分、转移部分及其去向、新增部分及其来源（刘盛和，2002）。曾杉（2002）和李晓文等（2003a）对上海不同区域尺度的土地利用变化的研究，均是对这一模式的实证分析。圈层距离分析法实质上是一种缓冲区分析，通过建立围绕市中心（CBD）向外等距扩散缓冲带，然后将这些缓冲带作为刻画城市土地利用扩展空间分异的基本单元，用以计算有关空间度量指标，并分析不同时期城市化过程所体现出来的空间行为特征（李晓文等，2003b）。

2）主要测度指标

用地扩展速度（Mue）和扩展强度指数（I_ue）可用于分析和描述各方位城市建成区用地的扩展状态，比较不同时段各研究单元建成区面积扩展的强弱、快慢及扩展趋势。其表达式为：

M_ue＝ΔU_ij/（Δt_j×ULA_ij）×100%　　　　　　（3．1）

I_ue＝ΔU_ij/（Δt_j×TLA_i）×100%　　　　　　　（3．2）

式中，M_ue为城市用地扩展速度，I_ue为城市用地扩展强度指数，ΔU_ij为j时段第i个研究单元（如某方位或某格网）建成区扩展数量，Δt_j为j时段的时间跨度，ULA_ij为j时段初期第i个单元建成区总面积，TLA_i为第i个单元土地总面积。

城市用地扩展速度表示了各城市用地类型在整个研究时期内的不同阶段用地扩展面积的年增长速率，用以表征各阶段不同类型城市用地扩展的总体规模和趋势。而城市用地扩展强度指数的实质是用各空间单元的土地面积来对其年平均扩展速度进行标准化处理，使不同时期城镇用地扩展的速度具有可比性（刘盛和等，2002；徐建华等，2003）。

3）扩展模式识别

对于城市空间扩展模式的识别目前尚没有比较好的定量分析方法，一般多采用定性的或通过目视的方法来确定。宗跃光等（2002）依据0．618优选法系数，选用38%的城市建设用地等值线作为判别依据，可以概括城市扩展方式。刘纪远等（2003）提出了利用凸壳原理识别城市扩展类型的方法，可以有效地区分填充型和外延型城市用地扩展，对于“卫星城”型，可以通过图形叠置比较判断，对于廊道型，目前尚没有较好的鉴别方法。

本书采用的城市空间扩展模式识别方法是在对城市各方位扩展强度进行比较分析的基础上，发现不同时期扩展的主导方位，并比较主导方位与其他方位扩展强度的差异，进而对不同时段扩展模式进行识别。