上海城市扩展和城市化过程及规律的遥感动态研究
目 录
一、前言
二、工作流程
1.资料的收集和准备
2.遥感影像的解译
3.土地利用解译图的编制
4.面积量算
5.数字化土地利用图的制作
6.城市扩展动态模拟系统的建立
7.分析研究
三、主要成果
四、不同时期上海建成区的扩展和土地利用状况
1.1947年上海建成区的扩展和土地利用状况
2.1958年上海建成区的扩展和土地利用状况
3.1964年上海建成区的扩展和土地利用状况
4.1979年上海建成区的扩展和土地利用状况
5.1984年上海建成区的扩展和土地利用状况
6.1988年上海建成区的扩展和土地利用状况
7.1993年上海建成区的扩展和土地利用状况
8.1996年上海建成区的扩展和土地利用状况
五、上海城市扩展和城市化过程的动态分析
1.1947—1997年间上海城市空间扩展的动态分析
2.1947—1997年间上海中心城区土地利用变化分析
六、土地利用数据库的建立和电子地图的制作
七、上海城市扩展的动态模拟系统的研制
八、结束语
九、后记
参考文献
一、前 言
城市化是18世纪产业革命以后社会发展的重要现象。研究城市化的过程及发展规律，对于城市研究有重要的意义，特别是对城市规划管理具有现实意义。
过去对城市化的认识，仅限于人口的聚集，其测度为一定地域内城市人口占总人口的比例。但随着对城市研究的深入，现代城市的概念包括以下4个方面：（1）人口的聚集；（2）城市空间的扩展；（3）产业结构的变化，二、三产业比重的增加，尤其是第三产业比重的增加；（4）城市设施水平的提高。从这个概念来看，在城市化的研究中，空间测度也是重要的方面，而在这一方面，遥感可以发挥特殊的作用。应用多时相遥感，对城市的发展和城市化过程的研究，是遥感应用的重要方向之一，也将是现代城市监测和科学管理的重要手段和必然的趋势，随着科学技术的发展，将愈来愈重要。
在国外，应用遥感技术进行城市研究和辅助城市规划起步较早，但真正用多时相遥感资料研究城市扩展始见于1960年代末。1980年代中期，应用航空遥感影像研究香港新城镇5个土地利用类型的变化和印度Surat城市土地利用动态变化取得了进展。但这些研究比较零星，不能反映一个城市演变及城市化的过程。意大利米兰市号称进行了一个世纪的城市扩展研究，实际只用了三个时相：一个年份的地形图，一个年份的航空遥感影像和一个时相的Landsat与SPOT影像，对后者只求出其郊区绿度值（Greenness）的减少作为城市化发展标志，并未涉及城市内部的土地利用和进行定量研究。
在国内，近十年来许多城市都进行了航空遥感调查，但大多数都是单时相的。其中，北京、南京、广州等城市也曾进行过多时相动态研究；武汉和上海对城市内部的部分区域土地利用变化进行过动态分析。此外，上海、南京、北京等城市还进行了卫星遥感影像城市信息提取的试验研究。与此同时也出现了若干著作，总结了我国城市遥感的研究成果。
以上研究对于推动城市遥感起到了重要的作用，但也存在以下不足：
（1）大多数研究，时间跨度太短，或者是单时相的，除上海真如地区（1947—1988年5个时相）、南京市部分地区（1948—1984年4个时相）的试验以外，其余均只有十多年时间，一般仅两三个时相，不能充分反映城市发展和城市化较完整的过程。
（2）注重对土地利用分析的研究，对城市化监测研究不够。
（3）分类体系不统一，资料可比性不强。
（4）航天遥感信息提取等研究方法尚处于试验阶段，航天与航空遥感的结合不够，离实用有一定距离。
根据以上情况及上海市遥感资料等条件，确定本课题的研究内容如下：
（1）1947年以来，上海城市不同时期土地利用定量研究。
（2）上海市中心城区城市化过程及功能结构变化研究，着重在空间分析。
（3）半个世纪以来上海空间扩展规律研究。
本项研究具有以下特点：
（1）以航空遥感为主要信息源，航空遥感与航天遥感相结合。研究过程中共用了8个年份遥感资料进行制图。其中航空遥感影像7个年份，航天遥感影像1个年份。此外，还参考了5个时相的航天遥感影像。
（2）把RS与GIS相结合，各时相解译成果，专题地图（1∶5万）都经数字化输入。面积数据（1∶2.5万～1∶2万图上求得）建立属性数据库和空间数据库，在GIS中进行整合，可以双向互检、调用、显示、分析。
（3）时间跨度大，时相多。
（4）引入“土地城市化系数”概念，并以此作为分析城市化过程的重要指标。
（5）自行开发软件，在计算机上进行动态模拟，技术先进。
（6）做到“三个统一”，即土地利用分类、制图比例尺及地域范围各年份统一，数据具有可比性。
（7）取得的数据精度高，有实用性，其中有的年份已为上海城市规划用作基础材料。
总之，该研究设计较周密，技术方法有所创新，使城市遥感研究建立在定量化和动态监测基础上，因而在理论和实际应用上有重要意义。
二、工作流程
工作流程如图1所示。
图1 工作流程示意图
1.资料的收集和准备
（1）遥感资料
遥感资料是本研究课题的主要信息源，其中又包括航空遥感资料和航天遥感资料两种。
航空遥感资料：我们共收集了1947、1964、1979、1984、1988、1993、1994年等7个时相的航空遥感影像（见表1），是用来进行解译制图的主要依据。
表1 航空遥感资料
局部地区，还应用了1994年四五月份飞行的比例尺为1∶10 000的B/W航片。
其中，1958年的航空遥感影像只收集到了少数几张，没有飞行日期、时间，无比例尺，难以作为解译和制图之用。因而，对于1958年的数据，我们是采用当时的地图，对照少量当年的航照及前后时期航片进行制图。
航天遥感资料：上海市的航天遥感资料有较多的种类。其中Landsat的MSS影像从1970年代初至1980年代中，共有10多个时相；TM影像也有4～5个时相。TM的CCT数据共收集到4个时相（1985年5月18日，1986年5月31日[1]，1988年11月12日，1996年11月18日）。SPOT卫星影像两个时相（1986年，SX；1994年5月7日，SX＋Pan）CCT数据两个时相（1989年10月25日Pan和1995年12月22日Pan）。
其中Landsat的MSS影像，由于其地面分辨率仅为57cm×79cm，不能用于城市土地利用制图。TM图像虽然地面分辨率可达28.5m，CCT数据经计算机三次插值（Cubic Convolution Interpolation）放大和拉氏（Laplac）变换后，可以显示城市的轮廓、大型公共绿地等，经FST（Feature Spacial Transformation）信息提取后，可显示主要街道等要素，但是由于空间分辨率的限制，不能反映城市内部的土地利用结构。SPOT卫星的SX合成图像，其空间分辨率虽略高于Landsat TM，达20m×20m，而实际效果并不优于TM。另外，SX方式仅有3个波谱段，其光学特征类似于Landsat的MSS，影像判读效果甚至不及TM；但SPOT的Pan波段具有10m的空间分辨率，经三次卷积和拉氏变换处理，对于城市内部的房屋类型显示得较为清楚，再经光学放大，其效果可达1∶5万专题制图和1∶2.5万修测专题图的要求。
我们在试验研究中把SPOT的Pan.Band图像和Landsat TM的图像进行信息融合，一方面发挥了SPOT Pan波段空间分辨率高的优势，也发挥了TM波段多光谱信息丰富的优点。在SPOT＋Landsat TM融合影像上，可以清楚地显示出较大建筑物（宽10余米，长几十米）的轮廓，可以区分出高层建筑、多层建筑、简屋棚户区、里弄居住区、花园洋房及农村住宅等，还能区分出上海市的一些大型建筑物和厂房，如上海游泳馆、上海展览馆、新客站等。由于同一时相有较好的彩红外航空遥感影像作为解译制图依据，对于SPOT Pan波段数据与Landsat TM及其合成图像仅作为处理方法试验样片，并未作为制图依据。
1995年12月22日的SPOT Pan波段卫星数据，我们对其进行前期处理（拉伸、三次卷积插值、分帧回放），作为动态监测和修测土地利用图之用，在此图像的基础上，解译制作了反映1995年底1996年初的土地利用图（1∶2.5万）。
（2）地图资料
我们共收集了1947年上海市区的行政区图，1958年地形图（1∶2万），1984年1∶2万地形图及1993年测绘院编制的1∶2.5万地形图。其中，1947年的地图，作为解译的参考，1958年地形图作为修改土地利用图依据之一，其余时间的地形图，经与遥感资料核对并修改后，作为解译的地理底图。
与此同时，我们还参考了测绘处、华东师范大学等编制的《上海市地图集》（1984年）以及其他地图。
（3）其他资料
收集了包括上海市相应时期的统计资料、上海市总体规划、经济社会发展的研究成果等。此外，还参考国内外同类研究成果及国家有关部门关于土地利用的规范、标准等。
2.遥感影像的解译
不同时期的航空、航天遥感影像是上海市的真实写照，它们客观地反映了成像时间的城市真实面貌。关于不同土地利用类型在黑白航空影像以及假彩色红外航空影像上的影像特征，在以前的许多解译工作中都曾作了较详细的阐述。由于SPOT的Pan波段黑白图像与航空影像解译标志一致，这里也不再探讨。
必须指出的是，在本次解译工作中不同年份均采用建设部1991年颁布的国家标准GBJ137—1990《城市用地分类与规划建设用地标准》中的“城市用地分类”体系。该分类体系共分10个大类，46个中类，73个小类。这些类型并未考虑到遥感技术的应用，许多类别均以功能属性为分类标志，而这些标志，又不能完全在遥感影像上解译出来。如C类公共设施用地、文化娱乐用地、医疗卫生用地与教育科研用地、行政办公用地等在遥感影像上是难以识别的。因此，我们在解译过程中还结合少量的地面调查、检验工作。另外，从影像空间分辨率及制图比例尺来考虑，我们解译至中类（二级分类），并根据上海当前发展较快的实际情况增加“待建、在建用地”1个大类，共11个大类，42个中类。
这样，土地利用分类从1947年到1996年都有了统一的分类体系和标准，图件、数据资料具有很好的可比性。其土地利用分类体系如表2所示。
表2 上海城市用地分类
（续表）
（续表）
3.土地利用解译图的编制
（1）地理底图
我们以1988年的行政区界线以及1980年代的1∶2万地形图作为基本底图，以保证其数学精度。在此以前的各时相，我们不修改地形图上的主要地理要素（如道路、河流等）。对于制作1988年以后的土地利用图，我们根据航空遥感影像对主要道路河流等要素进行修改后作为地理底图。
（2）野外验证和要素转绘
由于航空遥感影像的比例尺大于地形图的比例尺，我们用透明塑料薄膜蒙于航空遥感影像上直接进行解译，并勾绘类型界线，解译原图，按草图进行野外验证；然后，将经过野外验证、修改的草图缩小至1∶2万比例尺，以求与地理底图比例尺一致；再将地理底图在透图台上蒙于解译原图上，进行分片转绘，使转绘误差分摊在各个图斑上，得到1∶2万比例尺的土地利用编稿图。
（3）清绘上色
根据编稿图进行清绘并上色完成土地利用图。
4.面积量算
在1∶2万土地利用图上，我们用4种面积量算方法进行比较，即称量法、网点法、求积仪法和计算机求积法，这4种方法各有优缺点。综合时间、精度两方面考虑，我们采用称量法，对各年份不同类型土地利用面积进行量算，并分区统计，由于每一分幅图都选择了10cm×10cm的标准像元，并从全市区级进行分层控制，使得量测误差都在3%以内，大都在10－3量级（该方法详见浦东新区土地利用航空遥感调查报告），这里不再重复。
5.数字化土地利用图的制作（1∶2万）
在完成上述步骤的基础上，我们将1993年的土地利用图，通过数字化仪在PC ARC/INFO支持下进行数字化，得到数字化电子地图。由于图幅太大，该图分浦东、浦西分别输入。
另外，我们还将1947、1958、1964、1979、1984、1988、1993、1996各年份土地利用图综合至1∶5万，对类型也合并成8大类，即：城市居住用地、工业用地、其他城市用地、在建土地、农村居民点用地、耕地、道路、水域等。按此类别作出上述各年份数字化土地利用图，以便于宏观分析和动态分析。
6.城市扩展动态模拟系统的建立
在数字化土地利用图的基础上，进行简化，描绘出建成区的边界，借助于Boland C＃语言，面向对象开发工具，以各成图年份为节点，进行分段内插，并在计算机上实现了城市空间扩展动态模拟。
7.分析研究
在完成各时相土地利用图和各时相按类型分区面积量测工作之后，我们对上海市区的土地利用结构现状和动态进行了定性、定量和空间分析。追踪上海城市50年来扩展的轨迹和结构变化，有效地监测了城市化的空间发展过程。对上海城市发展模式、用地的特点进行了探讨。
三、主要成果
本项研究提供了下列成果：
（1）1∶2万1947年上海市土地利用航空遥感解译图
（2）1∶2万1958年上海市土地利用航空遥感解译图
（3）1∶2万1964年上海市土地利用航空遥感解泽图
（4）1∶2万1979年上海市土地利用航空遥感解译图
（5）1∶2万1984年上海市土地利用航空遥感解译图
（6）1∶2万1988年上海市土地利用航空遥感解译图
（7）1∶2万1993年上海市土地利用航空遥感解译图
（8）1∶2.5万1996年上海市土地利用航天遥感解译图
（9）与上述各时间相配的土地利用分类面积数据（以区为单位统计）和相应土地利用数据库（FOXPRO）
（10）1∶2万1993年上海市土地利用电子地图
（11）1947、1958、1964、1979、1984、1988、1993、1996各年份1∶5万土地利用（简）电子地图
（12）1947—1996年上海城市空间扩展动态（演示）模型
（13）1947—1996年上海市城市化过程遥感监测研究报告
四、不同时期上海建成区的扩展和土地利用状况
1.1947年上海建成区的扩展和土地利用状况
（1）1947年的上海市概况
当时的上海市行政区共有市区和郊区共30个区，共计面积617.995km2（约618km2），总人口约383万。其中，市区20个区（见表3、图2），面积86.667km2，人口318.7万人，市区人口平均密度为36 771人/km2。其中，人口密度最高的是老闸区（今黄浦区的西部），达14.3万/km2，密度最低的是杨浦区，仅6 208人/km2。
郊区10个区，面积531.328km2，人口64.3万人，平均人口密度1 211人/km2。
郊区面积为全市总面积的86%，人口仅为全市的17%。
表3 上海市人口分布和人口密度（1946年）
（续表）
资料来源：上海通览社编《上海市年鉴》，1947.
图2 1946—1950年上海市政区图
（2）1947年的建成区范围（边界）
当时，上海市的建成区的范围，浦西部分东北起自现军工路、平凉路，经隆昌路、长阳路、昆明路、欧阳路，北至虹口公园；向西经同心路、天通庵路、中兴路；沿沪宁路向西，再大体沿苏州河（吴淞江）西侧至安顺路一带折向东南，至蒲汇塘路、漕溪北路，沿肇家浜路一大木桥路、斜土路、瞿溪路、半淞园路至江南造船厂一线以内（见图3）。
浦东部分，东北起自庆宁寺一带、西南至上钢三厂，沿黄浦江形成一条狭长的码头、工厂带，仅宽0.5km，唯陆家嘴一带稍集中，也未超过今浦东大道和浦东南路，面积不到15km2。在码头、工厂中还夹杂着简屋、棚户区。
图3 上海市中心城区1947年土地利用图
整个建成区的轮廓除在苏州河周家桥一带略向西突出外，其余都较平滑、完整，城乡结合部不明显。全市建成区面积91.5km2，是1996年建成区面积的1/4。
（3）土地利用结构
1947年，上海城市（以1988年时市区10个区的行政界线为界，下同）各类用地结构如表4、图4所示。
表4 1947年上海中心城区土地利用分类面积
注：表中总面积280.45km2系1988年市区10个区的面积.
图4 1947年上海中心城区土地利用结构
在全市区280.45km2面积中，水域和农业用地（E）的面积为188.87km2，占中心城区总面积的67.3%。当时，城市主要在黄浦、南市、静安、卢湾等区的范围内，今闸北、杨浦、虹口、普陀等区的一半以上土地都是农业用地和水域（E）。今浦西杨浦区面积的60.7%，虹口区的53.2%，闸北区的76.4%，普陀区的82.9%，长宁区的72.1%为E类。
1947年，上海市居住用地32.71km2，占总用地面积的11.7%，主要集中于静安区（4.87km2，占该区用地面积的54.6%），南市区（占该区用地面积的49.8%），黄浦区（占该区用地面积的31.7%），卢湾区（占该区用地面积的36.7%）。其中徐汇、普陀、闸北、杨浦等区的居住用地面积均占这些区总用地面积的10%以下。在居住用地中，占比例最大的（R4）简屋棚户区约15.85km2，占居住用地总面积的18.5%。其次是里弄居住区（R3）占41%。较高级的花园洋房（R1）等主要分布于徐汇、静安、长宁、卢湾等区，少量分布于虹口和黄浦区。其中徐汇区最集中，该区花园洋房居住区面积占全市同类居住区面积的47.9%，这是原先法租界所住地。
从土地利用图上（见图3），可以看出，当时工业用地主要分布于三片，即：沪东工业区，主要在杨浦区；沪西工业区，主要分布在普陀区长寿路以西以北的苏州河沿岸；沪南工业区，主要分布于中山南路以南、黄浦江沿岸的江南造船厂一带。这三个工业区的共同特点都在建成区的边缘，位于用水和水运较方便的河流沿岸。当时上海市区绿地面积很小，仅1.42km2，至1949年5月新中国成立前夕，全市仅有公园14座，苗圃5个，广场19处。这种不合理的结构对后来直至今天的城市生态建设都带来很大的影响。
2.1958年上海建成区的扩展和土地利用状况
1958年，曾对整个上海郊区进行过航空摄影，底片保存在解放军测绘局，我们经多方寻找并和部队联系，只得到零星几张浦东边滩的航片，其余均已销毁。因此，1958年的土地利用图主要是根据零星航片和地形图，并对比1947年及1964年的航片。
（1）1958年上海市区行政区划状况
1952年时郊区浦东的洋泾区分为两个区：上钢三厂以东沿黄浦江一带划为东昌区，其余部分为洋泾区。新市区并入江湾区。
1956年，行政区有了较大变动。撤销老闸区，并入黄浦区，北四川路区并入虹口区；北部区并入闸北区；常熟区并入徐汇区；撤销静安区，其东部并入新成区，西部并入长宁区；嵩山区的北部并入邑庙区，南部并入卢湾区；东昌区改为市区。使市区共有15个区。市区的面积116km2，人口614.8万。
（2）上海建成区的范围
经过新中国成立以后的经济恢复和第一个五年计划的完成，上海建成区的范围有了较明显的扩展，总体来说，浦西部分今内环线以内地区基本都成为城市建设用地。变化较大的有以下几个地区：一是杨浦区向五角场方向有较大幅度的推进，主要是因为原五角场、江湾机场和上海体育学院一带，抗战前被规划为上海市政府所在地，并进行了一定的建设，新中国成立后，杨浦区沿邯郸路、四平路向北发展，把市区与五角场地区连成一片；二是闸北区向共和新路、沪太路、交通路一带对外交通线向外发展；三是西部继续沿苏州河及曹杨新村向西扩展；四是南部从龙华一带沿黄浦江向南发展。经过这一段时期（11年）的发展，上海建成区面积从91.5km2增加至127.3km2，增加了35.8km2（图5），建成区的边界呈现犬牙交错的态势，今内环线以内均已成为建成区。
图5 上海市建成区1947—1958年扩展示意图
（3）土地利用状况
上海市中心城区1958年土地利用情况如表5所示。
表5 1958年上海市中心城区各类用地面积
从表5中可以反映出从1947—1958年，各类型城市用地的面积都有不同程度的增加，水域和农业用地较快地减少。增幅较大的是居住用地（R），增加了13.67km2；工业用地（M），增加了5.56km2，道路广场用地（S）增加了8.54km2，绿化用地增加了2.6km2。而随着城市的发展，仓库迁向郊区，使仓储用地占总面积的比例，从1.7%减少到0.7%（减少面积2.6km2）。公共设施用地面积也有了一定的增加（增加3.94km2），但从空间结构和数量结构上看，整体格局变化不大（见图6、图7）。
图6 1958年上海市中心城区土地利用结构
图7 1958年上海市中心城区土地利用图
在居住用地中一个值得注意的问题，即一类居住用地（R1）的面积总和有所减少，主要是花园洋房占地减少；而原先缺少的二类居住用地（R2）面积有较大幅度的增加；与此同时，新的简屋棚户却大幅度地增加（表6）。
表6 1947年、1958年上海中心城区不同居住类型占地面积比较
3.1964年上海建成区的扩展和土地利用状况
（1）1964年上海市建成区的范围
在1958—1959年期间，上海市区从1957年的15个区调整为14个区，1959年12月又调整为10个区，并把浦东沿黄浦江部分分别划给杨浦、黄浦和南市三个区。
这时，建成区的范围达150.05km2，比1958年增加了22.68km2。其建成区的扩展与前一时期（1947—1958年）相比，最大的不同之处在于前一时期是建成区各线普遍外推，而这一时期的扩展，各处差异很大。长宁区很少扩展，徐汇区也仅在龙华镇附近有所扩展，浦东也只在少数地方有少量的增长（见图8）。发展较快的地区有三处：一是杨浦区的控江路黄兴路以东一带；二是大柏树向北逸仙路两侧至江湾镇一带；三是普陀区沿苏州河向西，这一带扩展最快。
图8 上海市建成区1958—1964年的扩展示意图
（2）土地利用状况
1964年，上海市中心城区的土地利用状况如表7所示。
表7 1964年上海中心城区各类用地面积
图9 1964年上海市中心城区土地利用结构
从这一时期土地利用变化可以看出，居住用地缓慢增长；工业用地增长幅度较大；对外交通、道路广场、绿地、公共设施和市政用地等变化幅度很小或基本保持不变；水域和农业用地占总面积的比例减少至50%以内，仅为130.4km2，占总面积的46.5%。
与1958年相比，居住用地占总面积的比例仅增加1%，主要是其中R2的增加，从5.03km2增加至8.86km2（见表8）。
表8 1964年上海中心城区不同居住类型用地面积比较
工业用地面积在这一阶段增加了12.08km2。杨浦区在五角场和周家嘴路附近的工厂面积有所增加；闸北区和虹口区在中山北路以北至彭浦新村一带新建了一大片工业区；普陀区沿苏州河北岸从长风公园以西至真北路新建了一大批工厂；长宁区在中山西路以内形成一片工业区；徐汇区漕河泾附近及浦东白莲泾、周家渡、上钢新村等地区也出现成片工业区，形成了中山环路附近的工业带、包围着中心城区。工业带附近也是简屋棚户较集中的区域。居民地与工厂相互穿插，功能混杂（图10）。
4.1979年上海建成区的扩展和土地利用状况
（1）1979年上海建成区的范围
从1964—1979年共15年，主要是“文化大革命”占了2/3的时间，行政区划基本格局没有什么变动。这一时期建成区面积扩大了19.5km2，达到169.6km2。增加的主要是三片工业区：东北部杨浦区继续沿黄浦江向吴淞方向延伸，建成区已越过共青林场；在市区的北部主要是闸北区沿共和新路、汶水路一带路两侧向北伸展，使彭浦工业区更具规模；西南部的长宁区和徐汇区有较大幅度的扩展，虹口区、普陀区、浦东在这一时期很少扩展（图11）。整个建成区的边界向几个主要交通线突出比较明显。
图10 1964年上海市中心城区土地利用图
图11 1964—1979年上海市建成区扩展示意图
（2）土地利用状况
这一时期的土地利用主要表现为工业用地有较大幅度的增长，从1964年的29.19km2增至40.5km2，占土地总面积的比例从10.4%增至14.5%，与居住区面积比较接近。缓慢增长的有两类：一是公共设施用地，从1964年的13.62km2扩大到17.71km2，占总面积的比例由4.9%增至6.3%；二是绿地，占总面积的比例从1.6%增至2.1%。居住用地、对外交通用地、道路广场用地及市政用地等类别变化很小（表9）。
表9 1979年上海中心城区各类用地面积
水域和农业用地这一时期减少了19.5km2，占土地总面积下降到40%以下（见图12、图13）。
图12 1979年上海市土地利用图
图13 1979年上海市中心城区上利用结构
5.1984年上海建成区的扩展和土地利用状况
（1）1984年上海建成区的范围
1984年上海建成区面积达到188.5km2，比1979年增加了18.9km2，几乎与前一时期15年增加的数量相当，增长的地区比较分散，各区建成区界线普遍外推。增长的方式，以空间填充为主（见图14）。增长比较显著的，如虹口区的曲阳新村地区；闸北区的彭浦新村和中山北路以北的沪太路、柳营路一带；普陀区的甘泉新村一带；徐汇区的漕河泾地区；浦东新区的杨思、上南新村及东方路南段浦电新村至塘桥一带等地。
图14 1979—1984年上海市建成区扩展示意图
（2）土地利用状况
从1984年上海中心地区各类用地面积统计表（表10）可以看出，从1979年至1984年间，水域和农业用地以较快的速度减少，4年之内减少了18.92km2，占总面积的比重由39.5%减至32.8%。这些减少的耕地和水域主要用于住宅建设，这是一个重要的变化，也是1980年代初开始的一个建设的热点。从1958年至1979年的21年时间中，上海市中心区的居住用地从占总面积的16.5%增加至17.6%，仅增1.1%，而至1984年，居住用地占土地总面积的比例超过20%，是所有用地类型中增幅最大的。与此同时，工业用地略有扩大，但增幅下降，公共设施用地仍然缓慢增加，其他用地类型基本上保持比例不变（图15、图16）。
图15 1984年上海市中心城区土地利用结构
图16 1984年上海市中心城区土地利用图
表10 1984年上海中心城区各类用地面积
6.1988年上海建成区的扩展和土地利用状况
（1）1988年上海建成区的范围
从1984年至1988年期间，上海城市建成区的面积从188.5km2扩展到215.7km2，增加值为27.2km2较之1979年至1984年间增加值大8.4km2，也大于1964—1979年的增加值，反映了改革开放给城市建设的发展和城市面貌的变化带来新的活力。
这一时期建成区的扩展几乎是全方位的，其边缘的几个区，都有明显的扩展。杨浦区继续向北发展与吴淞地区连接一起；闸北区浦彭新村发展迅速；普陀区从真如向绿杨桥方向扩展和向曹安路方向扩展的趋势更明显；长宁区在虹桥开发区及向机场方向有较大的增长，与程家桥附近的发展有连接之势；徐汇区的漕河泾新兴技术开发区的城市用地向虹梅路以外扩展并波及了相邻闵行区新泾港以东的漕宝路两侧，西南方向沪闵路两侧的梅陇地区也增长较快；浦东地区除了上钢新村、上南新村继续发展外，六里、花木地区有加速发展趋势；陆家嘴地区沿中央大道向东南也有一定发展（潍坊新村、竹园新村一带）。总的来说，这一时期建成区的扩张明显地沿几条陆上对外交通干线发展。浦东新区杨高南路以西有较大发展（图17）。
图17 1984—1988年上海市建成区的扩展示意图
（2）土地利用状况
1988年上海中心地区的土地利用状况，如表11所示。在中心城区内，农业用地的比例已经小于总面积的1/4，在各类用地中的比例已小于居住用地而退属第二位。由于改革开放以后经济的发展和政府重视住房条件的改善，因而这一时期居住用地（R）增长了3.1%；工业用地（M）也仍有较大增长，增长率达2.5%，略低于居住用地。两者占总面积的比例也很接近，分别为23.5%和19.1%。另外，这时待建用地有了增长的势头；公共设施用地（C）、市政用地（U）、绿地（G）也有了一定的扩大；而道路广场用地几乎没有增加（见图18、图19）。
图18 1988年上海市中心城区土地利用结构
图19 1988年上海市土地利用图
表11 1988年上海中心城区各类用地面积
这一时期住房条件虽有一定的改善。但从居住区类型的结构来看R2所占的比重较大，占45.04%，但简棚的比例仍然很高，达26.54%。此外，按1988年市区人口694.99万计算，人均居住用地面积仅9.5m2。
7.1993年上海建成区的扩展和土地利用状况
（1）1993年上海建成区的范围
按照1988年的上海行政区的边界，至1993年底止，不仅绝大部分地区为建成区所覆盖，而且有些地方已经越过这个界线向外扩展。从遥感解译图上量得，连续城市化的地区面积为240.7km2，占总面积的86%，这其中，在市区10个行政区范围内的一些分散的农村居住用地由于其空间分布上尚未与市区连片城市化区域相连接，没有计算在建成区的范围之内。与前一时期（1984—1988年）相比，建成区面积几乎以相同的速度向郊区扩展。净增面积25km2，略小于前期。其实，这一时期城市扩展是大于前一时期的，但由于是以1988年行政区范围为基础来统计，一些发展到这一界线以外的城市化区就未计入内，如浦东新区的几个开发区等。尽管如此，对比1993年和1988年的上海市建成区范围，仍显示出这一时期是上海城市扩展最快的时期。浦东新区杨高路以西范围已经基本实现城市化；浦西地区、杨浦区已经全为建成区覆盖；虹口区的西北角凉城新村发展迅速；闸北区大范围地向西北扩展，灵石路－汶水路至场中路一带是发展变化较大的地区；普陀区主要向绿杨桥和曹安路发展，并向嘉定区扩散；长宁区沿虹桥路向西大幅度推进，并与虹桥国际机场相连，形成连片城市化区域。徐汇区从漕河泾开发区继续向南发展与梅陇、锦江乐园一带相连，并向闵行区辐射（见图20）。
图20 1988—1993年上海市建成区扩展示意图
（2）土地利用状况
1993年的土地利用状况表明，农业用地占总面积的比例减少至14.2%，减少面积24.99km2，主要用于居住用地和待建用地，两者相加达20.86km2，这一时期居住用地占总面积的28.4%（见表12），比1988年增加4.9%，按照1993年底上海市区人口640.65万计算，人均居住用地12.4m2，比1988年增加2.9m2。在建、待建用地从1988年的7.88km2增加至14.92km2，面积增加了1.9倍。工业用地、道路广场用地、市政用地等几乎没有什么变化（见图21）。
表12 1993年上海中心城区各类用地面积
图21 1993年上海市中心城区土地利用结构
各类用地的空间结构的格局已经形成，即在市中心的CBD、CCD范围内以R、C、U等三大类为主，少量的G、S类用地；在CBD、CCD与内环线之间M、W与R呈镶嵌结构，成为功能混杂的地带。内环向外与内外环线之间，沿对外交通的主干线向外突出，是城市化最快的地区。各区大部分首先发展工业用地，这些工业用地与内环线以内不同，呈成片分布态度，工业区与工业区之间则是成片的居住区，两者呈相间分布。这种空间结构分布比起内环线以内相对要合理（图22）。
8.1996年上海建成区的扩展和土地利用状况
（1）建成区的范围
1996年的上海建成区浦西部分已经突破原先10个行政区的范围，向外扩展了许多，东北部杨浦区、虹口区继续沿共和新路向北，与宝山区的吴淞长江路西伸部分相连接，已达蕴草浜一线。总之，北部的建成区已与宝山区的吴淞地区融为一体，西北方向沿沪太路与北嘉线前突，沪太路从大场经塘桥到顾村一线也已前伸达蕴草浜；北嘉线沿交通路、真南路越过绿畅桥与嘉定区的南翔相连；西部沿曹安路伸展，建成区已过了江桥；长宁区沿虹桥路发展已超过虹桥机场，至青浦县的徐泾镇辖范围的东部相连；西南方向徐汇区从吴中路、漕溪路向前延伸与七宝路已非常接近，沿沪闵路方向与莘庄也几乎相连；另外向南沿黄浦江继续前伸。浦东新区有三处变化最大：一处是从黄浦江边经高桥镇向外高桥发展直至长江边；二是金桥的迅速发展已与庆宁寺及洋泾一带连接；三是从严桥、花木向北蔡扩展（图23）。
图22 1993年上海市中心城区土地利用图
图23 1993—1996年上海建城区的扩展示意图
经过1993—1996年的发展，上海市在外环线内的建成区面积已达364km2（包括原中心城区10个区范围内建成区面积250.6km2），比1993年增加了123.3km2，超过了1947年时的建成区面积。如此大幅度的扩展，除了因为这一时期改革开放和经济发展的速度加快，城市建设的势头迅猛之外，还有以下两个原因：其一是其中包括了几个机场，面积共16.35km2（其中江湾机场7.65km2，虹桥机场4.45km2，大场机场4.34km2），扣除此数据之后，实际增加106.95km2；其二是在1993年，实际建成区面积本已不止240.7km2，这一数据只限于1988年市区10个区行政范围之内。而在该界线范围之外尚有44.8km2的连片建成区面积未被统计在内（如果加上10个区行政界线以外的44.8km2面积，1993年时实际建成区面积为285.5km2）。扣除以上两项面积61.15km2，1993—1996年间建成区面积应净增约78.5km2，也比以往任何一个时期增幅大，这反映了上海市经济建设的发展和城市面貌的巨大变化。
（2）土地利用状况
1996年的土地利用状况，总体上与1993年相近，公共设施用地、道路广场用地、市政用地等类别的比例基本不变，绿地略有增加，水域与农业用地继续减少的趋势保持不变（表13、图24）。但有两点值得注意：
第一，居住用地在各类用地中的地位更为突出，占总面积的比例超过30%，但比起前一时期（1988—1993年）来说增幅减小，仅增5.94km2，年均增加1.98km2。与前一时期的增幅13.82km2和年均增加2.76km2相比有所减缓。
第二，中心城区工业用地面积开始减少，从1993年的55.54km2减至1996年的51.30km2，反映了上海旧城改造、城市土地功能置换已有效果。同时，待建工地面积比前一时期也略有减少，这表明前一时期开工的基建项目大都已经建成，而新开工项目的规模也作了适度控制。
表13 1996年上海中心城区各类用地面积
图24 1996年上海中心城区土地利用结构
从土地利用的结构来看，城市用地的功能在逐步调整，开始重视城市作为人口密集区的生活环境质量和经济金融贸易中心的功能；从空间布局来说也有序地向郊区扩展（图25）。尤其是工业用地向郊区转移，使用地的结构渐趋合理。
图25 1996年上海市中心城区土地利用图
五、上海城市扩展和城市化过程的动态分析
城市作为人口高度集中的重要场所，是人类政治、经济、文化活动的中心，其形成和发展往往是以其的聚集作为重要的特征。因而，通常以人口的多少来作为划分城市规模的主要依据和城市化的主要标志。但是随着城市的发展，与人口聚集的同时，伴随着城市的空间扩展和城市用地结构的变化，因此，一般说来，城市地域的扩展和城市的聚集总是同步发展的。
当然，在特殊的政治、经济条件下这种对应关系会不协调，甚至失衡，这正是我们要研究的。另一方面，现代城市的发展，也出现了这样的情况，即随着城市的发展，城市的数量增加和城市空间的扩展，城市中心区的人口反而有所减少。这就引发人们不仅要从人口、经济等角度去研究城市，同时，也必须要在空间和时间上去研究城市和城市化的进程。
在这里我们将对50年来8个时相航空、航天遥感影像解译结果反映出来的上海城市的空间扩展城市化过程和城市土地利用结构变化等方面进行分析并对其变化的特点进行探讨。
1.1947—1997年间上海城市空间扩展的动态分析
在1947年，上海市的建成区范围与当时行政区划上的市区20个区的范围比较接近，面积略大于行政区（市区行政区面积86.7km2，建成区的面积91.6km2），50年来的建成区面积的扩展如图26所示。
图26 1947—1997年间上海建成区面积增长图
1996年上海市建成区的面积是1947年的4倍。前面已指出，建成区面积是指集中连片的城市化区域，另外，在上海市中心区10个区所辖的范围之内，还有一些城市化区域（一定范围内一切建设用地面积的总和，略大于建成区面积）。各时期城市化区域的面积如表14所示。1996年上海城市化面积为364km2，占外环线以内总面积的55.2%。建成区面积和城市化区域面积其范围的确定对于城市规划来说都是必要的。尤其是规划城市的用地规模、城市范围等都需要有准确的城市化面积和建成区面积、范围的数据。
表14 1947年以来上海市区城市化面积变化
＊这是实际建成区面积，原中心城区280.45km2范围内的建成区面积为240.7km2。
＊＊这时实际建成区面积已远超原中心城区280.45km2的面积。
相关文献报导，1979年上海城市建筑物用地面积为205km2，1986年为361km2，1993年为517km2，并由此计算出上海市区自1979—1993年间面积扩展平均每年22km2。如按此速率计算，1996年上海市城市化面积将有583km2，占外环线以内总面积的91%。也就是说，如以外环线作为上海城市控制的边界的话，只有10%（60km2）不到的发展余地了，这显然是与实际有较大的差距。原因可能与Landsat图像处理方法与解译精度有关。
另外，从美国陆地卫星Landsat（1996年11月18日）的TM图像可以清楚地看到，上海市外环线以内仍有近40%土地为非城市建设用地，可供今后为开发建设之用。
我们通过研究表明，上海市区的建成区面积和城市化区的面积的增长在时间上和空间上都是不均匀的（见图27）。
图27 1947—1996年上海建成区面积变化曲线
1947—1979年期间共32年，上海建成区面积增加了78.1km2，平均增长速率为2.43km2/年。其中，1949年以后的新中国成立初期，直至1964年这一时期，上海市建成区面积平均扩张速率为3.43km2/年；而1964—1979年的15年中仅增长19.7km2，平均增长速率仅1.31km2/年，这是增长速度最慢的时期，这也可以看出“文化大革命”对城市建设的影响。1979年以后，上海也和全国一样进入经济建设快速发展时期。1979—1984年的5年时间，建成区面积增加了18.9km2，几乎相当于前一时期15年的增长量，平均增长率为3.78km2/年。从1984年以后的一段时期至1993年的9年期间，其平均增长率为5.87km2/年。1993年以后的3年时期建成区扩展进入高速时期，其平均增长率为40.97km2/年。如以1979年以后至1996年的这一时期来看，平均增长率为10.33km2/年，占浦西外环线以内面积的2.71%。除1993—1996年以外，远达不到22km2/年的平均增长速率。
上海建成区的空间扩展模式，长期以来存在着不同的看法，大部分倾向于上海建成区应以均匀扩展或呈“摊大饼”的方式向外扩展。从多时相航空遥感解译结果表明，上海建成区扩展不仅时间上不均匀，而且空间上扩展也不均匀。首先，浦西与浦东的扩展不均，从扩展量来说1990年代以前的发展，浦西大于浦东，1990年代以后浦东的变化大于浦西。从扩展的方式上来看，浦西总的是属于“辐射填充式”的增长方式；浦东1990年代前是“均匀扩展”式，而1990年代深化改革以后是“跳跃式”的增长方式。
浦西的扩展，在几个方向上表现为各向异性。从各时期建成区空间扩展图来看，1947—1958年期间是比较均匀的扩展，这时期北部五角场地区和南部龙华机场方向，原先就有城市化区域，但未与市区相连，经过11年发展而连接起来，显得这两个地区伸展得较快（图5）。1958—1964年期间主要集中于杨浦区和沿苏州河向西，而且主要是北部边界推进快于南部；1964—1979年主要是东北和西南方向发展较快；改革开放以后，西北部发展加速。
在发展过程中，有几个轴向往往率先发展，形成向外突出的“辐射线”。这些辐射线是一些陆上对外公路交通要道。在北部有共和新路和沪太路；向西的有交通路、沪嘉公路、曹安路、虹桥路接沪青平公路；向西南的有漕宝路、沪闵路；向南的有龙吴路等。经过50年的发展，它们从1947年城市边界向外伸出10～11km左右，而这些“触角”之间的地方向外伸展距离较短，一般约6～8km，“触角”通常比它们之间扩展较慢的地区平均外伸长度约3km（见图28）。
图28 上海市建成区扩展的辐射线
浦东部分，在开发开放之前，建成区的面积增加缓慢，1988年时仅33.66km2。从1947—1988年建成区面积增加25km2，平均每年仅0.61km2。自1989年开发开放以来，建成区面积增加得较快，1989年时为39km2，1993年底约为78km2，至1996年时为96km2，7年时间增加了57km2，平均8.14km2/年（占浦东外环线以内面积的3.1%）。
与此同时，浦东建成区扩展得比较快的地方，非常明显地以功能开发区为核心发展，这些地区原先并没有与市区相连，但一旦与原市区相连即出现空间上的“跳跃”现象，如外高桥地区、金桥地区、花木地区等。
从上海城市的平面形态来看，在发展较慢和相对平稳时期，是以“辐射线”之间的填充占优势，其边界比较完整；在扩展快速时期，边界比较破碎，射线（“触角”）向外伸展突出，城乡土地犬牙交错，城乡结合部呈比较复杂的锯齿形。
从图28也可以看到，浦东浦西的差异，黄浦江起了很大的作用。在南浦大桥和杨浦大桥未开通之前，黄浦江对交通的阻隔作用是显而易见的。内环以内区域城市化进程的加速，与两桥的建设也有密切的关系。
如能保持城市边缘呈参差不齐的多角型或星型对城市生态是有利的，使得郊区的农田（菜地）呈若干楔形分割城市化区域，有利于氧气导入城市。
从20世纪末的上海城市形态来看，除北部与宝山的吴淞地区连成一片之外，其他各个方向的“触角”远端离开市中心（国际饭店为基点）的直线距离大都在15km之内，那些“触角”之间的内凹部分一般都在9km左右，这个距离并不算大。从“时间距离”的概念来考虑，通常认为“1h的时间距离”是能被市民们所接受的。以公共汽车作为主要交通工具的城市（我国的大城市和特大城市都属于这一类型），按公共汽车的通常车速20km/h计，其城市边界至市中心直径可达20km（表15）。上海的外环线至市中心直线距离为：吴淞约16km，徐浦大桥13km，江桥12km，横沔17.5km，高东18km，虹桥机场12km，平均半径在14.5km左右，距市中心不算太远，问题是市内交通车速太慢，公交汽车的车速都在10km/h以内，从城市边缘至市中心的时间远超过1h。如果改善市内交通，上海城市边缘扩展至外环线是完全可以的（表15）。
表15 不同交通方式下的时间距离
资料来源：见参考文献［7］.
2.1947—1997年间上海中心城区土地利用变化分析
上海城市随着面积的扩展，其土地利用状况也随着发生变化，表现为土地利用的结构变化和空间布局的变化。同时，在城市发展过程中，人口的变化也关系到城市的用地水平。
（1）城市化面积的变化
前面已讨论过建成区面积的扩展，它可以代表城市的空间发展，建成区是连片城市化的区域，而实际上，在城市边缘，还有一定面积尚未连成片的城市建设用地，也属于城市化用地。可以用单位区域内城市化面积与其总面积之比来表征一定空间地域的城市化水平：
式中：Su——为城市化系数；
Sui——各类城市用地面积（km2）；
S——区域总面积（km2）。
在280km2面积的范围内，不同年份的城市化系数如表16所示。
表16 上海市中心城区1947—1993年城市化水平的发展
必须指出的是，这是以1988年的行政范围（280.45km2）来确定的。它说明在这一范围内，原先农业用地转化为城市用地的过程。这里没有引用1996年的数字，是因为1996年时，城市化区域已经远超过1988年的行政范围了。
从另一方面来看，尽管城市面积扩展，但由于人口的增加，其城市用地水平并未增加多少。1947年时，城市化面积91.6km2，当时的市区人口449.4万人，平均城市建设用地20.38m2/人；而1988年时为31.04m2/人；至1990年代才有所改善，1993年增长至37.57m2/人，距离建设部规定的允许采用的规划指标人均建设用地最低限60.1～75m2/人相距甚远。
（2）城市用地的结构及其变化
上海中心城区不同年份各类用地的面积及结构见表17，它表明在这一范围内城市用地结构的变化。
表17 上海市中心城区土地利用结构变化
城市化区域范围内，各类用地的比例是否合理，必须扣除农业用地之后，再看各类用地所占的面积。1947年以来，上海市中心城区内城市化区域的土地利用结构的变化见表18。
与国家规定的4类“规划建设用地结构”来比较，上海市用地结构大都在规定的范围之内。其中居住用地略高于规定的20%～32%的比例；绿地远低于规定的8%～15%的比例。但是，上海作为一个国际大城市，与世界上的一些大城市比较，其用地结构的某些指标存在首相当大的差距。
表18 上海市城市化区域土地利用结构的变化单位（%）
表19显示美国七大城市的土地利用结构与上海市相应类型比较。这里的“公共设施用地”包括了C类（除C2以外）和S类，“工业交通用地”包括M、W、T三类，美国未统计“其他”类，无法比较。
表19 上海市与美国七大城市用地结构比较单位（%）
注：F.stuart chapin Jr and Edward J.Kaise.Urban Land Use planning.Third Edition，University of Illinois press ubana，chicago，London，1989：109－125.
显然，上海的城市居住用地比例虽然在国家标准的范围之内，但作为城市的人口聚集功能尚不能满足要求，而且与国外差距仍较大。商业用地、公用事业用地所占比例都偏小，而休闲用地与绿地所占比例的差距就更大；工业交通用地所占的比例偏高，其中主要是工业用地所占比例偏高，交通用地所占比例平均仍偏低。
（3）从居住用地分析
上海市50年来居住用地面积的增加，也大致可分成三个阶段：第一阶段是1947—1958年，居住用地面积增长速度较快，从32.71km2增至46.38km2，平均每年增加0.79km2；住房用地占城市面积的比重从35.7%增加至36.4%，人均居住用地面积亦从7.28m2/人增加至8.02m2/人（见图29）。第二阶段从1958—1979年，居住用地面积基本上未增加，21年只增加3km2，平均年增长速度仅0.15km2；居住用地在城市用地中的比重则由36.4%降至29.2%；人均居住用地面积增长缓慢，其中1958年至1964年人均住房面积出现“负增长”，由1958年的8.02m2/人，跌至1964年的7.64m2/人。第三阶段为1979年以后，至1996年止，居住用地增加了36.22km2，居住用地在城市用地中的比重增至34.2%，这17年中平均年增加2.13km2，增速为前32年的4倍多，增加的面积为前32年的两倍多，1996年人均居住用地面积达到13.45m2。上海市政府为解决城市居民的住房问题所做的成绩是显而易见的。
图29 上海市居住用地面积与人均居住用地面积变化图
（4）从工业用地分析
从新中国成立初期至1993年，上海市工业用地的面积一直在不断地增长（见图30）。其中有两个增长速度比较快的时期：一是1958—1964年，工业用地面积年平均增长2.01 km2，6年中增加了12.07km2；二是1984—1988年，4年增加了7.22km2，年平均增加1.81 km2。1947年至1993年工业用地面积由11.55km2增加到55.54km2，增加了43.99km2，1993年的工业用地面积是1947年的4.8倍；工业用地占城市用地中的比重由12.6%提高到23.1%。1993年以后，随着旧城区的改造开始进行功能置换，一些污染较为严重或工厂发展受影响的工业企业外迁，出现了工业用地出现负增长的情况，中心城区内1996年的工业用地面积比1993年减少了4.24km2。其占城市用地的比重也由23.1%降至20.5%。但这个比例仍然太高，几乎高于国外同类大城市10%以上。
图30 上海市中心城区工业用地面积变化曲线
上海市建成区工业用地和居住用地50年来各时期的增长率变化情况，见图31所示。
图31 上海市建成区居住用地、工业用地面积年平均增长率
（5）上海市区道路的道路广场用地面积
上海市在城市各类用地中的比例尚符合国家城市规划对各类用地比例9%～14%的规定，1996年为12.1%，但按人均标准8～15m2，甚至按特殊情况人均7m2标准来看，相差较远。50年来上海市道路广场的面积由19.32km2增加至30.28km2，增加了10.96km2，但由于人口的增加，人均道路面积增加不多，1947年为4.3m2/人，至1996年仅为4.75m2/人。与此同时，道路广场用地在城市用地中的比重却逐步下降，1947—1996年趋于下降，从21.1%依次变为21.8%、18.8%、17%、15.3%、13.5%、12.0%至1996年的12.1%。与1980年代末的东京和大阪相比，1989年时，东京为12.30m2/人，大阪为12.0m2/人，为上海的2.6倍和2.65倍。由于上海“道路广场”类包括了“道路”和“广场”，实际上如仅道路一类，差距还要大。
（6）绿地面积
在遥感影像上解译的结果，通常由于以下两个原因，要少于实际面积：一是有的绿地面积较小，在影像上较难解译或能解译出来但难以表现在土地利用图上，例如在1∶2万土地利用图上，小于2mm×2mm（相当于实地20m×20m＝400m2）的图斑不予表现，而各类用地面积是在图上量测的，因而，对于分散、小型的绿地会被综合；二是有的绿地植被较稀，覆盖密度不大，解译时不易被识别出来，特别是一些新建绿化的地方，会有所遗漏。
解译结果表明，上海市1996年初的绿地面积为7.85km2，是1947年的1.42km2的5.5倍多，在城市用地中的比例由1.6%上升为3.1%，人均绿地由0.32m2增至1.23m2，人均绿地面积1996年为1947年的4.1倍。但占城市用地面积的比例仅为3.1%，离国家规定的8%～15%和人均公共绿地9m2的指标相去甚远。与国际上的一些大的城市相比，不及东京（2.37m2/人）和大阪（3.72m2/人），更不能与绿化好的城市（如斯德哥尔摩68.3m2/人，华沙73.8m2/人，伦敦33.4m2/人，纽约21.6m2/人，莫斯科22m2/人）相比。在国内27个城市中，上海的绿化覆盖率属倒数第4位，仅高于福州、天津、西宁。
（7）上海城市土地利用布局和空间结构的变化
城市土地利用的空间结构，主要取决于其用地类型的空间布局。上海城市用地主要是工业用地（M）和居住用地（R），对整个用地的空间结构起决定的作用。
1947年时，上海的工业用地分布于城市边缘，似乎像一个“花边”，分散地分布在居住用地的外侧。杨浦工业区、普陀工业区和南市工业区互不连续。整个中心城区以居住用地为主。
到1964年时，由于新中国成立初期上海大力发展工业，在内环线以内兴建了1 800余家工厂，使得原先互不连续的工业区绵延成环带，1979年时这个工业带将各市中心完全包围，工业用地和居住用地互相穿插，呈镶嵌式分布，功能混杂严重。
图32 上海市建成区工厂用地与居住用地相间分布示意图
此后，随着城市化区域的扩展，工业用地沿几个主要发展轴向外扩展，伸出“触角”，而且成片分布，在这些触角之间发展了一些居民新村区，如杨浦区的控江、延吉、长白、凤城、鞍山新村等；虹口区的曲阳、玉田、邮电、大连、工农、广中、广灵、凉城新村等；闸北区的彭浦、延长、洛川、柳营新村等；普陀区的甘泉、宜川、曹杨新村等；长宁区的天山、仙霞新村等；徐汇区的田林、康健、长桥新村等。它们与发展延伸轴工业区呈“相间”分布的格局。这种格局比起内环线以内的工业带内的“镶嵌”结构要合理。另外，在伸展较远的“触角”之间还有部分菜地形成“楔形绿地”与城市用地也成“相间”分布的格局（见图32）。
（8）上海城市扩展及土地利用变化因素分析
上海城市扩展的方式及其土地利用的变化两方面受到下列因素的影响：
①原有基础的影响
1947年时的城市形态和结构，是上海城市50年来发展的基础，其中1947年至1949年期间基本没有什么变化，因此，上海城市50年来的发展变化，实际上是新中国成立以来的发展变化。1947年的情况可代表新中国成立前的情况。当然，要追溯现代上海城市的发展还可以前推至上海的开埠时期，甚至更远，但这不是本课题要讨论的问题。
1947年时上海城市形态好像“σ”形，黄浦江和苏州河（吴淞江）交汇处以南以西是其主体部分。尾端指向东北黄浦江的下游。除杨浦区东北部以外，其余部分均在今内环线以内（今内环线以内面积115.22km2，其中浦西84.36km2，浦东30.86km2）。这是现今上海城市的核心部分，包括了CBD和CCD区。其三片工厂区也为以后发展成为工厂带奠定基础。市中心的成片居住区、成片简危房分布也大都是在这个基础上发展起来的。
当时土地利用结构的一些不合理现象也给后来带来影响。如人口的密集、人均城市建设用地和人均居住用地，人均道路面积和人均绿地等指标都很低，给以后的城市发展带来困难。
必须指出的是，当时的城市用地结构的某些指标好于其以后的一些年份。如市区中居住用地面积虽比现在小许多，但在城市用地中的比重却相当高，占35.7%，除不及1958年的36.4%外，高于其他年份；又如工业用地在城市用地中的比重仅12.6%，而低于以后的其他年份；从工业用地的布局来讲，都在城边缘，也是比较合理的。
②自然条件的影响
上海城市的兴起得益于其优越的地理位置和自然条件，但也受到了自然条件的制约。生产力水平越低受自然条件的影响愈大，随着生产力水平的发展，人们克服自然条件能力愈强，其作用也会有所降低。
自然条件中影响最大的是黄浦江，在1990年代以前上海城市的发展都是以浦西为主，浦东部分仅限于黄浦江的沿岸，在浦江两岸，城市呈明显的不对称形状，这主要是因为黄浦江起了阻隔作用。而浦东开发开放以来，虽然有桥隧贯通，浦东发展速度很快，但不对称格局尚未改变。其次，上海城市在1947年以来平面形态的发展，沿黄浦江、吴淞江的发展也是重要方向。以后，随着城市建设的发展，浦江两岸有更多的桥梁和隧道的贯通，城市发展的格局也会随之改变。
③社会经济发展的影响
上海城市形态的发展在时间上具有明显节奏性（见表20）。1964年以前是一个城市面积增长时期；1964—1979年是一个增长率下降时期（图33）；1979—1988年是增长速率快速的时期；1988—1993年整个城市面积扩展的速度有所放慢；1993年以后是一个加速发展的时期。这种节奏表明城市建设受整个国家、上海市的国民经济发展大环境的影响。
表20 上海市1947—1996年建成区面积增长速率
注：＊采用建成区面积为285.5km2；＊＊采用建成区面积为364km2.
图33 建成区面积增长率变化
从土地利用结构的变化也可以明显地看出。新中国成立初期，在“变消费城市为生产城市”的思想指导之下，在上海市区内大力发展工业，使工业用地比重迅速增加，忽视住房建设，导致1958—1979年期间居住用地仅增加3km2，尤其是1964—1979年期间居住用地的面积为零增长。改革开放以后，党和政府重视城市居民生活质量的改善，重视城市的生态建设和功能结构的调整，使用地结构和布局向更合理方向发展。
④交通对城市形态发展的影响
便捷的交通是城市发展的必备条件。上海城市的兴起，首先得益于其水上交通。上海位于我国海岸线的中段和长江的入海口，又通过黄浦江和吴淞江联结着水网稠密的太湖流域，发达的水上交通是上海城市形态沿黄浦江、吴淞江发展的基础。随着陆上交通的发展，以其快速、灵活的方式在促进城市与城市之间以及城乡之间的交流中起着愈来愈大的作用，城市的边界首先沿着对外交通的陆上通道向外辐射，城市边缘便出现了几个向外突出的“触角”，辐射线之间部分向外发展的速度相对较慢，在后期的发展中被填充。浦西地区主要的辐射线有：逸仙路、共和新路、沪太路、交通路、曹安路、虹桥路、漕溪路、沪闵路、龙吴路。浦东地区主要有从高桥到外高桥港区、沪南路等。
⑤规划的控制
城市规划对城市的形态、城市化过程及其发展起着决定作用。当然，在城市规划的过程中，必须考虑到上述各种因素和条件的影响，但我国城市的发展不是自发无序地进行，而必须在规划指导与控制下有序地发展。例如，浦东新区自开发开放以来，其形态发展和城市化过程不同于浦西，形成以功能区开发的“跳跃式”发展，完全是在规划的指导与控制下进行的。
总的说来，上海城市的扩展、城市化的过程都受各个时期的城市规划的指导与控制。前期的规划及其实施是后期规划的基础和条件，现在规划也将指导城市今后一段时期有序发展。
六、土地利用数据库的建立和电子地图的制作
（1）数据库的建立
在整个研究过程中，我们完成了7个时相的1∶2万土地利用解译图和1个时相的1∶2.5万土地利用图。在图上量算出各类面积的数据，在此基础上，把各类面积数据输入FoxPro V2.5b建立土地利用数据库。考虑到该数据量太大，在建库时，仅输入全市的各级分类（大类）。各区数据和二级分类（中类）数据未入库，但这些数据仍保留在数据的汇编中，今后如有需要，仍可按二级分类按区加入到数据库中。由于FoxPro为关系型数据库，可以容易地被Arc/Info读取，以实现各种条件查询和显示。
（2）电子地图的制作
要制作8个时相的1∶2万土地利用图，工作量非常大，而本课题的目标主要着重于全市性长期性的规律研究，因此，在制作8个时相的土地利用电子地图时，除了保留2个时相（1993年，1996年）土地利用全要素电子地图外，作了如下处理：
第一，缩并类型。把原先43类（42类加“待建工地”）合并为8类。即城市居住用地、工业用地、其他城市用地、待建用地、村镇建设用地、农业用地、道路和水域用地。经合并后获得更好的视觉效果，客观规律更为突出。
第二，缩小比例尺。原图为1∶2万、1∶2.5万，图幅太大，8个时相很难同时挂在墙上进行比较；而且数字化工作量太大，因而，在保留原有图件的同时，编制了1∶5万的8类土地利用图，以此图进行数字化。
最后，将8个时相1∶5万土地利用图经数字化仪输入Arc/Into系统编辑并在Arc/View下加注汉字，与数据库连接进行图/数双向条件查询。
七、上海城市扩展的动态模拟系统的研制
（1）系统的目的意义
上述50年来上海城市空间的扩展过程，应用了8个时相的遥感影像和数据。但实际上是8个年份的静态观察，还不能发现50年的连续变化的过程。当然，这种变化已成为历史，历史是无法完全重演的，只能作近似的模拟。由于我们有了8个时相的数据和图件以及计算机软硬件的支持，为实现动态、定量地描述城市的发展过程，并更直观、形象地显示出城市的时间扩展过程提供了可能。过程模拟是GIS的功能之一，它可以描述城市边界扩展的物理过程；目前我国对该功能的开发和应用还很少，还未见用于城市空间演变研究的报导。因而，这一功能的研制，对于推进GIS的发展和应用有重要意义。
计算机向可视化方向发展是现今计算机技术发展方向之一。本系统还可以作为其他各种空间模型分析手段，演示某些自然现象的物理过程，如大气的扩散、流水的侵蚀和泥沙的沉积过程，某些污染物的影响范围和扩散过程以及预测城市未来的发展过程等，今后还有巨大的应用潜力。
（2）系统的结构
演示系统界面的采用：图形数字化采用的是GIS软件中最常用的Arc/Info系统。它有较强的图形处理、编辑功能，但其界面不甚友好，因而，我们采用Windows界面。Windows应用程序是消息驱动结构，每一种消息代表一个事件，对应于一个消息响应函数，它具有统一外观和命令结构，易于学习和掌握。
编程语言：演示系统选用Borland C＋＋语言作为开发工具，是考虑到C＋＋语言有OWL（对象窗口类库），可以用来编制Windows界面和进行面向对象的开发（Object－Oriented，简称OO开发），基本出发点是尽可能按照人类认识世界的方法和思维方式来解决问题。
OO方法以对象作为基本元素，克服传统方法中数据结构与行为之间联系的松散缺点。与结构化方法相比较，它具有抽象性、继承性、多形性等独到之处。同时，Borland C＋＋语言有较强的绘图功能，并有丰富的库函数，较高的运行效率和良好的可移植性及简单灵活的书写风格等特点。
（3）算法选择
演示系统的原始数据都是从1∶5万的土地利用图中提取的。首先，通过Arc/Info将8个时相1∶5万的土地利用图数字化和图形编辑，在Reselect的命令下从土地利用图中提取城市边界；再用Build命令建立一个多边形的Coverage。以这8个Coverage为基础采用时间插值。
可供选择的插值技术和算法有很多种。常用的类似方法有数字高程模型插值技术和计算机动画插补技术。数字高程模型插值算法也有数种，如Arc/Info中的Tin方法（即不规则三角网法）和Idrisi中使用的等值线插值法等。Tin法是以有限个离散点作为数据基础，不宜作为系统采用。Idrisi是以矢量数据中数条等值线为基础，转换成栅格文件，用Intercon命令插值。试验表明，由于城市边界的扩展具有各向异性，有的地方扩张快，有的地方在某一时段不扩张，它的方向性很强，两个年份重合的地方很多，转换为栅格数据后，每个点只能取其中一个数据，造成计算结果与实情不符，而且，该方法耗时很长，也不宜采用。另外，计算机动画技术是给定两个关键帧，采用中间插值计算，规定时间间隔生成中间画面。但当两个关键帧具有不同笔画数或对应笔画具有不同的点数时，直接进行线性插值就比较难。
通过分析这些方法，我们分两个步骤处理：第一步，对不同帧笔画进行预处理，先使它们具有相同的笔画数，然后再对具有不同点数的两个相应笔画作处理，使之点数相同。第二步，对两个关键帧插入矢量数据为基础的中间画，在解决插值的基础上，根据多组数据做一个参数曲面，用不同年份的平面截取边界，在两个边界点数相同情况下，按一定规律结对，每对点之间进行插值。但这样做会导致图形看起来在扩张过程中产生旋转现象。前面已经提到由于城市的扩展，在几年之内一般不会在每个方向上都有变化，而往往是有些地方保持不变，即两边界有一定数量的共同边，在编程过程中可以先找出共同边，边界不重合的地方可以相应地在点数少的边上插入一定数量的点，使之不重合的边也有相同数量的点，使两个边界具有完全相同的点数，插值后消除了旋转现象。
（4）数据读取与软件实现
演示系统要从Arc/Info中提取城市边界，必须首先了解Arc/Info的数据结构。由于Arc/Info中绝大多数是二进制文件，二进制文件又是不透明的。Arc/Info的数据模型是基于地理信息系统可以划分为不同的包含着位置和属性的要素，位置信息采用拓扑数据结构，以二进制文件存放；而属性数据采用关系数据库结构。Arc/Info就利用两者混合的数据结构描述地理信息。为了读取二进制文件，还专门编制了Readbinary Readpal程序打开Arc和Pal文件，从而顺利地读出了Arc/Info的边界数据，并加到Borland C＋＋的TLine中，调用以TLine为元素的数组实现动态演示。
八、结 束 语
应用多时相遥感影像和数据进行城市土地利用研究，不仅能调查、监测城市土地利用的现状，编制现势性较强的土地利用现状图。而且可以恢复某一历史时段的土地利用现状，追踪其发展轨迹。对于上海这样一个国际性的特大城市，不仅对现代化城市规划管理有实际意义，而且是一份反映城市面貌的变化，有历史价值的生动材料。
国际国内有过一些应用历史资料、地图等研究城市的历史发展的例子。其覆盖时间有的也很长，如图34所示，对于上海城市的演变就有人作过类似的概括。有的也把地图与遥感影像分析结合起来进行探讨。但应用半个世纪8个时相的航空、航天数据，制作具有43个类型、1∶2万土地利用图，以市内的区一级统计数据并建立相应数据库和动态模拟系统的，如此详尽的定量动态研究，尚未见报道。
研究表明，航空航天遥感结合、RS与GIS结合、遥感与常规研究结合；从定性向定量发展，从静态向动态发展，从研究程度低的地区向研究程度高的地区发展是当今遥感应用的必然趋势，它将推动遥感技术的发展，在即将完成本课题时发现，以1988年的市区行政界作为研究范围，对今后的数据更新带来困难，所以1996年的土地利用图（1∶5万）已把范围扩展至外环线。但1996年电子地图仍用1988年界线，这是本课题的一个缺点。
图34 1846—1925年上海城市演变过程示意图
九、后 记
本项研究是华东师范大学遥感技术研究所、华东师范大学地理系师生的集体研究成果。其分工如下：
梅安新负责立题报告论证，总体设计，总结报告的编写，图表设计和定稿。朱履熹负责1947—1993年航空遥感影像的解译、制图、面积量算等工作。吴健平负责本项研究中1995—1996年航天遥感图像的处理、解译、制图、面积量算和1947—1996年8个时相1∶5万土地利用电子地图的制作。周坚华负责1947—1996年8个时相1∶5万土地利用图的编绘工作。益建芳负责1995年航天遥感影像的处理。李伟、顾志文、郑宇源、戴文兰、宛林荣参加航空遥感影像土地利用解译工作。杨海鹰、茅益迪、刘敏、周甦芳、葛伟强、向远杰等参加图像解译、面积量算、电子地图的制作和数据的建立等工作。邵黎明、方晓参加了图形编制、数据库等工作。刘敏研制了城市扩展动态模拟系统。华东师范大学地理系1993、1994、1995级部分本科生参加了航空遥感影像的解释和面积量算工作。
本课题在研究过程中得到了上海市政府建设委员会沈恭副主任、张正国处长，上海市航空遥感综合调查办公室主任程之牧高工、姜之祥高工、孙建中高工、任竞同志，上海市规划局柴锡贤总工程师，上海市测绘院王妙根高工，上海市气象科学研究所杨星卫高工，以及江南遥感研究所、上海城市规划设计研究院等等有关单位的指导、帮助。课题组在此向他们表示衷心的感谢。
课题组对华东师范大学科研处、地理系的领导和有关人员在工作中给予的支持、帮助和关心表示衷心感谢。
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注：这篇文章是作者主持下完成的上海市建设委员会科技委支持的一个课题的总结，对于特大城市的多时相动态遥感研究来说，其覆盖时间之长、制图比例尺之大、解译精度之高，未见报道。这个成果，以前曾有合作文章引用过部分材料，没有全文发表过，其中某些成果、数据、图件曾提供给上海市城市规划设计院作为总体规划参考，并曾提供给中科院地理所、德国柏林自由大学、华东师大、南京大学、武汉大学的一些博士生做论文所用。另据作者了解，有些地图集曾引用文中多幅成果图，仅对某些图例的颜色作了一些修改，但未注明出处，如与本文不符之处，应以本文为准。在本文集中，类似的文章还有：《上海市浦东新区土地利用遥感研究》、《上海真如镇多时相航空遥感分析》、《Shanghai’s Land Use，The Drangon’s Head：Shanghai，China’s Emerging Megacity》等。
【注释】
[1]该时相CCT数据借用上海师范大学资料。
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