北京城市空间的扩展与空间结构演变分析

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1、北京市城市空间的扩展与空间结构演变分析王亮加雨灵【摘要】本研究利用北京市全市域的遥感影像数据，运用GIS分析技术，对北京市近30年来的城市空间扩展与城市空间结构演变进行分析。结果显示，北京市空间扩展有明显的阶段性和方向性特征。而城市空间结构在2001年以前日趋紧凑，城市扩展围绕中心城近地域圈层式蔓延态势明显；2001年以后，北京的城市扩展呈现多中心集聚趋势，近地域新城开始与中心城成片连接，且空间的无序蔓延程度增加。研究表明，常规性事件是城市空间演化的本底，演化性事件是决定北京城市扩展模式和空间结构演变方式的决定性

2、因素，革命性事件为城市扩展创造了契机，它们共同影响了北京市城市的扩展与空间结构的演变。【关键词】城市空间；扩展；结构；演变；北京市1．引言伴随我国城镇化进程的不断加快，城市空间扩展与空间结构演变是城市发展的必然趋势[1,2][3,4]。城市化是城市用地增长的主要动力。目前对于城市空间扩展的研究，大多从用地变化的角度出发，对城市用地扩展的空间过程、格局、动力机制和模式等进行讨论，并以北[5~11]京、上海、深圳、广州、沈阳、武汉、淮安等城市为例开展了广泛的研究。从研究方法看，近年来开始采用RS数据，利用GIS空间技

3、术获取城市用地资料，计算城市用地单元在[12,13][14][15]某时段内的扩展指数、分形指数、景观指数等。本文将以遥感影像数据为基础，利用GIS空间分析技术，对北京市近30年来的城市空间扩展与城市空间结构演变进行分析。并对空间演化背后的动力机制进行探讨。2．数据来源与研究方法2.1数据类型及来源以北京市全市域遥感影像为基础数据源，均从北京市城市规划设计院规划信息中心遥感影像数据库获得。其中，1986年～2001年数据为TM遥感影像，分辨率为30米×30米；2006年～2012年数据为SPOT5遥感影像，分辨率

4、为10米×10米。为进行空间扩展的动态分析，需对遥感影像数据进行预处理。借助ERDAS软件对图像进行几何精校正，校正精度满足要求。再对图像进行裁剪和主成分分析等相关的增强处理，利用人机交互的方式对遥感影像进行监督分类。然后将栅格数据转换成矢量数据，再进行用地类型比较和矢量数据叠置分析、属性数据的提取和计算。得到完整的遥感解译数据。需要指出的是，由于缺乏建设用地类型的实地普查，无法十分准确地区分城市建设用地和农村建设用地，故在城市扩展的核算中，将两种类型加总，得到建设用地的数据。2.2研究方法2.2.1等扇分析方法

5、等扇形分析是指以研究区的中心为圆心，选取适当半径将研究区划分成若干相等的扇形区域，与各时期用地图层进行GIS叠加，通过计算不同方位的扩展指数描述用地类型的空间分异。西方的城市一般以中央商务区（CBD）为中心。但北京市中央商务功能的分散性相对[14,16]较强，参照以往研究，本文以天安门广场前南北中轴线和长安街的交汇点为中心。在ArcGIS10.0中，以天安门广场为中心，以适当长度为半径，从东偏北11.25°为起点，画出16个夹角相等的扇形，转换成面文件后，调用ArcGIS10.0软件中的AnalysisTools

6、/Overlay/Identity工具，将主城区划分为16个扇形区域。在ArcGIS9.3中提取不同扇形区域的面积，据此分析不同时段各个扇区的扩展强度，并以雷达图进行表现，以利直观判断各个时段不同扇区城市空间扩展强度的差异，分清不同时段城市扩展的主导方向。由于各扇形区域的夹角相等，因此所得到的扩展强度在时间与空间上均具可比性。2.2.2城市空间扩展和空间结构的主要指标为了全面度量北京近30年来的城市扩展和结构演变，本研究选取了城市扩展的相关指标进行分析。（1）扩展强度指数扩展强度指数用于分析和描述城市建成区用地扩

7、展状态，能够比较不同时期不同方位城[17]市扩张的强弱、快慢和趋势。扩展强度指数的表达式为：（1）式（1）中，Ei表示城市扩展强度指数，Ua、Ub分别表示a、b时期建设用地总面积，T表示a到b时段的时间跨度。（2）紧凑度指数紧凑度是反映城市空间形态的一个重要指标，城市轮廓形态的紧凑度被认为是反映城市空间形态的一个十分重要的概念，城市形态紧凑度计算方法有多种，其中Cole和Batty提[18]出的城市边界紧凑度公式使用最为广泛，公式为：（2）公式中，Ci代表城市边界的紧凑度指数，Ai代表城区的面积，Pi代表城区的周

8、长。Ci值一般在0-1之间，值越大，城市边界形状约紧凑——即接近圆形；反之值越小，紧凑度越差。（3）分形维数[19]城市的分形维数概念最早由Batty和Longley提出，最初用来分析城市的边界状况，后来逐渐发展到用于城市形态和空间结构的分析。一般的计算公式为：（3）公式（3）中，St代表城市的分形维数，At代表城区的面积，Pt代表城区的周长。一般地，St值在1-2之间，