（自然地理学专业论文）诸城市城市扩展变化研究.pdf

山东师范大学硕士学位论文 诸城市城市扩展变化研究 中文摘要 诸城市位于山东半岛东南部，城市历史悠久，是一个新兴的沿海工业城市， 随着经济的发展，城市人口、城市空间分布、城市用地规模不断发生改变，导致 城市人口、面积扩张效果明显，并由此引发了一系列问题。如城市中心区人口密 度过大，服务业、第三产业过分集中，致使交通拥堵，应对突发事件的疏导功能 降低。工业布局不合理、占地规模大，住房建筑容积率低，浪费土地现象严重， 环境问题加剧，城市生态脆弱明显，城市基础设旆相对滞后，大片农田被侵占， 区域的生境类型趋于简单化，生物多样性资源严重受损等等。诸城城市的快速发 展以及由此产生的诸多问题值得探讨。 城市扩展变化研究是地理学、城市规划等许多学科研究的一项重要内容，它 运用定量分析和定性分析相结合的方法，通过研究城市在空间规模、土地利用、 产业布局、人口迁移等方面的变化过程，揭示城市扩展在自然地理要素、经济发 展水平、人口与政策取向方面的相互关系及其规律性，最终为实现人地关系和谐 的城市发展提供合理化建议。 本文内容包括：首先将诸城市的土地利用结构分为七个类型，分别为工业仓 储用地、居住用地、公共设施用地、农用地、空地、水面用地和其它用地。然后 利用计算机辅助制图和地理信息系统相结合的方法，先从城市线划地形图、航空 正射影像图、遥感影像图获得现势性城市信息，对诸城市的城市土地利用时空演 变进行了细致分析，然后结合社会经济统计信息，利用灰色关联分析的方法对影 响城市扩展的驱动力因素进行定性和定量的分析，指出诸城市在城市扩展过程中 存在的问题，提出了解决问题的对策，并根据灰色预测模型对城市未来的扩展进 行预测。 本文的技术特点：( 1 ) 利用面向g i s 的计算机辅助制图技术探索了利用图件 资料提取城市用地信息的方法途径，对数字化的成果精度进行了实验研究，保证 了信息提取的精度。( 2 ) 对数字高程模型的数据获取方法、采样理论、表面建模、 不规则三角网的生成算法、数字高程模型内插等理论问题进行了讨论并在实践中 加以解决。( 3 ) 在地理信息系统软件的支持下，虚拟和显示研究区的地形特点， 进行了相关的地学分析。( 4 ) 用定量模型分析和预测城市的扩展变化情况，取得 v i 坐查堑蔓查兰堡主堂垡堡苎 了比较有说服力的的效果。 关键词：诸城市、土地利用、数字高程模型、地理信息系统、关联分析、灰色 预测 as t u d yt o z h u c h e n gc it y se x p a n d a b s t r a c t z h u c h e n gc i t yl o c a t e st h es o u t h e a s to fs h a n d o n gp e n i n s u l a ， w h o s eh i s t o r yi s1 0 n g ，a n di t i san e wd e v e l o p i n gi n d u s t r yc i t y a l o n gt h ec o a s t ，w i t hd e v e l o p m e n to ft h ee c o n o m i c ，t h ec i t y s p o p u l a t i o n ，s p a c et od i s t r i b u t ea n dt h el a n du s es c a l e c e n t i n u o u s l yt a k ep l a c et oc h a n g e s ，w h i c hc a u s et h ep o p u l a t i o l l a n da r e ae x p a n do b v i o u s l y ，w h i c hc a u s e das e r i e so fp r o b l e m s u c ha st h ep o l l u t i o nd e n s i t yi nc e n t e ro ft h ec i t yi so v e rb i g b e c a u s eo fs e r v i c ea n dt h i r di n d u s t r y sc o n c e n t r a t e ，t h e t r a n s p o r t a t i o nb l o c k su p ，t h ef u n c t i o nt od e a lw i t ht h ea f f a i r s a r m s i n gs u d d e n l yi sl o w e r ，t h ei n d u s t r yo c c u p yt o om u c hl a n d a n di t sd i s t r i b u t ei sn o tr e a s o n a b l ea n dw a s t e sp l e n t yo f l a n d ，t h ee n v i r o n m e n tp r o b l e mt u r nw o r s e ，a n dt h ec i t y e c o s y s t e mw e a ko b v i o u s l y ，f u n d a m e n t a lf a c i l i t i e sl a yb e h i n d ， t h ea r e ao fw o o d l a n d ，v e g e t a b l e sa n dc r o pi n c r e a s ec o n t i n u a l l y ， t h et y p eo fe c o l o g i c a lb e c o m e ss i m p l e ，t h eb i o t i cr e s o u r c e si s i n j u r e ds e r i o u s l ye t c m a n yp r o b l e mc a u s e db yt h ec i t y sf a s t d e v e l o p m e n tinz h u c h e n gd e s e r v et os t u d y t h es t u d yt oc i t y se x p a n disa ni m p o r t a n tc o n t e n t si n g e o g r a p h y ，c i t yp l a n n i n g e t c t h es t u d ym a k eu s eo ft h e m e t h o d st h a tq u a n t i t a t i v ea n a l y s i sa n dt h eq u a l i t a t i v e a n a l y s i st h a tc o m b i n et o g e t h e rt os t u d yt h ev a r i e t yp r o c e s si n c i t ys c a l ei n t h es p a c e ，l a n du s e ，p r o p e r t y 1 a y o u t ，t h e p o p u l a r i o n sm o v i n ge t c ，a n n o u n c et h ec o r r e l a t i o na n d v t i 坐查堕翌查兰堡圭堂垡堡三兰 r e g u l a t i o ni nc i t y e x p a n dw h ic hl i e s o nt h ef a c t o ri nn a t u r e g e o g r a p h y ，t h e1 e v e lo fe c o n o m yd e v e l o p m e n t ， h a r m o n i o u sr e l a t i o n s h i pb e t w e e nh u m a na n d as u g g e s t i o na b o u t e n v i r o n m e n tis s u p p o r t e df i n a l l y t h ec o n t e n t so ft h et e x t ：f i r s t ，t h ec o n s t r u c t i o no ft h el a n du s e i nz h u c h e n gi sd i v i d e di n t os e v e nt y p e s ：e n t e r p r i s el a n d ，1 i v i n gl a n d ， p u b l i cf a c i l i t i e sl a n d ，v a c a n tl a n d ，u s e l e s sl a n d ，w a t e rl a n da n dt h e o t h e r s t h e nm a k eu s eo fc a d ( c o m p u t e ra s s i s td e s i g n ) a n dg i s ( g e o g r a p h y i n f o r m a t i o ns y s t e m ) t og a i ni n f o r m a t i o na tt h a tt i m ef r o mt o p o g r a p h i cm a p ， a v i a t i o ns h o o ti m a g ea n dr e m o t es e n s ei m a g e ，a n a l o g i z et h et i m e s p a c e e v o l u t i o no ft h ec i t yl a n d u s e ，t h e nj o i nt o g e t h e rt h es o c i e t ya n de c o n o m y c o v a r i a n c e ，m a k eu s eo ft h eg r a yc o n n e c t i o na n a l y z em e t h o dt oa n a l y s e s q u a n t i t a t i v e l ya n dq u a l i t a t i v e l yt h em o v e df a c t o rd u r i n gc i t ye x p a n d ， a c c o r d i n gt ot h eg r a ye s t i m a t em o d e lt oe s t i m a t et h ec i t yi n t h ef u t u r e ， f i n a l l yb r i n gu p p e dt h ep o s s i b i l i t ya d v i c e st oe x p a n d i n go ff u t u r ec i t y t e c h n i q u ec h a r a c t e r is t i c s ：( i ) i n v e s t i g a t e dt h em e t h o d t h a th o wt og a i ni n f o r m a t i o no fl a n du s eb ym a k eu s eo ft h ec a d f a c e dg i s ，t h ea c c u r a c yo ft h ed i g i t i z e dr e s u l tt h a tp r o v e dg o o d ( 2 ) d is c u s sa n ds o l u t et h e s et h e o r i e s ：h o wt og a i nt h ed a t eo f t h ed ig i t a le l e v a t i o nm o d e l ，t h et h e o r i e sa d o p t i n gt h ek i n d ， s u r f a c es e tu p p i n gt h em o l d ，h o wt oc a lc u l a t ea n dp r o c e e d i r r e g u l a rt r i a n g l en e t p u tw o r t ht od i g i t a le le v a t i o nm o d e l ( 3 ) u n d e rt h eg i s ss u p p o r t ，c i t ys p a c e sd is t r i b u t eth a tb e c o nje c t u r e da n ds h o w e d ，a n a l y s e st h er e i a t e dg r o u n d e d ( 4 ) a n a l y z e da n dp r e d i c t e dt h ec i t y se x p a n d ，t h er e s u l to f a c c u r a c yp r o v e ds a t isf y k e yw or d ：z h u c h e n gc i t y ，1 a n du s e ，d i g i t a l e l e v a t i o nm o d e l ， g e o g r a p h y in f o r m a t i o n s y s t e m ， c o n n e c t i o na n a l y s is ， g r a y e s t jm a t e v i l l 山东师范大学硕士学位论文 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得( 注：如 没有其他需要特别声明的，本栏可空) 或其他教育机构的学位或证书使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 一躲参渺字：关蹴 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解堂撞有关保留、使用学位论文的规定，有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。 本人授权堂撞可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可 以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在 解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 导师签字： 关舷 签字日期：2 0 0 6 年4 月1 0 日签字日期：2 0 0 6 年4 月l o 日 1 1 1 匕 俯 x r 厶z 7 山东师范大学硕士论文 引言 中国是一个面积广大、人口众多、土地资源相对不足的国家，农村人口多于 城市人口。由于经济、社会的发展和城市在国民经济和社会生活中的特殊地位和 优势，2 0 0 0 年以来，中国城市迅速发展，城市化进程的速度达到同期世界城市 化进程速度的两倍，城市人口、城市空间分布、城市用地规模不断发生变化，导 致城市人口、面积扩张效果明显，致使大量的农业用地转为非农用途，引发了一 系列环境、生态问题。大量的农业土地转化为城市用地，既威胁着农业的可持续 发展，从长远来看也影响城市的可持续发展。因而从可持续发展战略的高度来探 讨城市扩展的规律，分析城市扩展的原因，揭露城市扩展中的问题，规划城市扩 展度是十分必要的。 县级城市用地规模小、城市功能简单，在城市扩展的过程中问题更加突出， 同时由于县城在大城市和广大农村之间具有承上启下的作用，在推进县域经济快 速发展的过程中，为保证大中小城市的的相互协调，对县级城市的城市扩展变化 进行研究具有现实指导意义。 1 综述 1 1 国内外城市扩展现状 城市化是以农村人口向城市迁移和集中为特征的一种历史过程，表现在人 的地理位置的转移和职业的改变以及由此引起的生产与生活方式的演变，既有看 得见的实体变化，也有精神文化方面的无形转变。从某种意义上说，人类文明史 也是一部城市发展史和城市化进程史l l j 。 随着各国工业化程度的加快，非农业经济活动的比重逐步上升，城市化的 速度日益加快。1 9 0 0 年世界只有1 6 亿人生活在城市，城市人口只占世界总人口 的1 0 。现在全世界约有一半的人口即3 2 亿是城市居民。世界观察研究所在题 为改造城市为了人们和地球的调查报告中指出，虽然城市面积只占陆地面积 的2 ，但是生活在城市里的人进行活动所排放出的二氧化碳却占总排放量的7 8 。城市人口消耗了工业木材总使用量的7 6 、生活用水总量的6 0 。因此， 城市化在让人类享受物质文明的同时，又使人类受到“城市病”的困扰，全球城 市化的迅猛发展也加重了“城市病”的流行，使跨入新世纪的人类深受其害。结 山东师范大学硕士论文 果导致城市人口相对增加，城市供水不足且不洁，日益恶化的基础设施条件及交 通拥挤、污染严重和犯罪率上升等问题不仅威胁着城市的经济发展潜力，而且威 胁着社会凝聚力和政治稳定1 2 l 。 由于城市是现代产业和人口聚集的地区，是人类文明和社会进步的标志。 只有合理的城市规模、完善的城市设施、良好的城市环境，才能满足居民日益增 长的物质文化需求，才能促进城市经济的发展和社会文明程度的提高。创造一个 能满足人类物质文化生活需求的城市居住环境，已经成为国际社会的一项共同任 务。 自改革开放以来，中国城市迅速发展，城市化进程的速度达到同期世界城市 化进程速度的两倍，但是与发达国家相比，中国城市化程度仍然十分落后。根据 世界银行统计，1 9 9 5 年世界高收入匡i 家城市化率平均为7 5 ，中等收入国家为 6 0 ，低收入国家为2 8 ，而中国城市化率还不到3 0 。至2 0 0 0 年底，中国城 市化率比世界平均低1 2 个百分点，比世界发达国家平均低4 0 个百分点。中国城 市化发展水平滞后于经济社会发展水平与工业化发展水平这种局面，已经成为严 重制约我国综合实力提高与国家竞争力增强的“巨大瓶颈”【3 】。 中共十六大报告提出“坚持大中小城市和小城镇协调发展”，是中国城市化战 略的核心，而构筑开放、流动、有序、互补的中国城市体系，则是解决中国目前 “大城市不大，中城市不活、小城市不强、小城镇不优”的根本举措。然而，与中 央提出的发展“促进小城镇健康发展”有所不同，各地掀起的是却是“城市化”和 “工业化甚至是“经营城市”的浪潮，大量的农业用地转为非农用途，同时产生了 大量的失地农民。1 9 9 9 年，全国耕地面积减少6 5 0 多万亩，2 0 0 0 年减少近1 5 0 0 万亩，到了2 0 0 2 年，这个数字已经变成2 5 0 0 多万亩。国土资源部在通报2 0 0 3 年度全国土地利用变更调查结果显示，全国耕地净减少的数字已经是3 8 0 6 6 1 万 亩 4 1 。与此同时，随着城市人口、城市空间分布、城市用地规模不断发生变化， 导致城市人口、面积扩张效果明显，引发了一系列的问题。如城市中心区人口密 度过大，交通拥堵，应对突发事件的疏导功能降低，工业布局不合理，环境问题 加剧，城市生态脆弱明显，城市绿地明显不足，林地、菜地及农田等f i 益缩小， 区域的生境类型趋于简单化，生物多样性资源严重受损等等。 山东师范大学硕士论文 1 2 城市扩展的概念 城市是伴随着人类社会的发展而逐步形成的，从最初的聚众而市，到后来的 圈地为城，城市的职能也由最初的商品交换扩展为具有政治、经济、文化、军事 等若干职能，与职能的扩展相适应的是人口的变化和城市空间的变化。这种城市 职能、城市人口和城市空间的变化过程就是城市扩展的过程。美国佛罗里达国际 大学工程设计学院的里德认为：城市任意发展，以能随意进入的土地因被住宅、 厂房、学校、医院等占用而减少为特征。这实质上是一种城市郊区化带动城市扩 展的观点，人们由于工作点的分散和追求高质量的居住环境由城市中心向城市近 郊迁移，从而引起城市空间的扩大。国内学者以大城市为研究对象，提出了大城 市郊区化的特点和驱动因素：城市郊区化是城市化过程中的一个发展阶段，主要 是指城市由集聚式发展转变为扩散式发展，表现为人口、工业、商业、服务业、 办公业等先后从城市中心区向郊区迁移。1 9 8 0 年以来，我国城市化水平大大提高， 大城市郊区化现象开始出现，如城市中心区工厂外迁，郊区大型平价商场建设，郊 区住宅区与别墅区建设等，这些现象引起了有关学者的重视，出现了一些研究中国 城市郊区化问题的成果。大城市的郊区化研究兴起于2 0 世纪9 0 年代初期。学术 界对我国城市郊区化的现状特点，郊区化动力机制，郊区化对城市发展的利弊，以 及中西方城市郊区化的异同等进行了比较深入的研究。认为我国城市的郊区化目 前主要是大城市人口与工业，以及部分商业的郊区化；服务业、办公业及金融保 险等第三产业仍在向城市中心区集中蝤j 。还有人从乡村城市化过程中人口迁移的 角度阐述了县级小城市在城市扩展方面的特点。他们认为：在大量的调查中发现 从迁居角度来看，县城比普通小城镇对农民更具有吸引力。这主要是由于县城在 县域中的核心地位决定的。县城在县域内的文化地位，以及老百姓对其的认同，使 其在县域农村城市化中扮演一个特殊的角色。一是现代化和城市化是大势所趋， 随着城市化进程的不断加快，现代城市文明向乡村逐步渗透，乡村居民向城镇迁居 不可避免。二县城文化教育设施比较完善，这对特别看重子女教育的老百姓来说 很具诱惑力【“。 因此不妨这样认为：城市扩展就是以城市近郊的土地被城市工业、商业、居 民区和城市基础设旌所取代，从而导致城市空间实体的扩大；城市扩展就是外来 人口和农村人口向城市迁移，从而导致城市人口规模的不断扩大；城市扩展也是 山东师范大学硕士论文 城市中心人口外迁而引起城市空间、城市人口变化的种社会现象。 1 3 城市扩展的影响因素 1 3 1 城市扩展的社会基础 人类社会第一次劳动大分工，出现了以农业为主的固定居民点，人类历史上 第二次劳动大分工，使居民点产生了分化，形成了以农业为主的乡村和以商业、 手工业为主的城市。所以说，城市是以非农业人口为主的居民集居地，是聚落的 一种特殊形态。城市是社会经济发展到一定历史阶段的产物 。 城市是一种复杂的动态现象，它的兴起和发展受自然、经济、社会和人口等 方面因素的影响。不同历史时期，不同的地区，不同的社会经济发展水平和发展 速度，不同的人v 1 分布和迁移特点，都对城市的发展速度、性质、规模、空间组 织等产生影响。 1 3 2 城市扩展的区域基础 1 区域自然地理条件 自然历史条件如地质、地貌、气候、水文、土壤、植被首先作为人类生存环 境，通过影响人口分布而影响城市的形成和发展。一个城市的形成与发展，外部 条件的作用虽说是不可忽视的，但自然环境条件却是一个重要的影响因素。世界 上不少城市分布明显反映出自然条件的影响。一般说来，大城市对自然条件的依 存关系比非特殊职能的小城镇要紧密得多，因此大城市地域分布上的规律性更典 型。小城市由于受到地域的限制和特殊政治、经济职能的限制，因此多数是在比 较小的地域范围内根据相对而言比较理想的自然历史条件选择城市的地理位置。 自然条件对城市的影响主要体现在如下几个方面： ( 1 ) 工程地质与地形条件：地形影响城市的发展规模、规划布局和城市的 空间形态；地质条件主要影响城市用地选择与工程建设。城市各项工程建设都由 地基来承担。自然地基的构成无非是土与石，由于地层的地质构造和土层的自然 堆积情况不一，其物质组成也各不相同，因而，对建筑物的承载力也就不样， 了解建设用地范围内不同的地基承载力对城市用地选择和建设项目的合理分布， 以及工程建设的经济性都是非常重要的。 ( 2 ) 滑坡与崩塌：滑坡与崩塌是一种物理地质现象。滑坡是斜坡在风化作 4 山东师范大学硕士论文 用、地表水或地下水、人为的原因，特别是在重力的作用下，使得斜坡上的土、 石向下滑动。这类现象常发生在丘陵或山区。在选用坡地或紧靠崖岩建设时往往 出现这种情况，造成工程的损坏。为避免滑坡所造成的危害，须对建设用地的地 形特征、地质构造、水文、气候以及土或岩体的物理力学性质作出综合分析与评 定。在选择建设用地时应避免不稳定的坡面。同时在用地规划时，还应确定滑坡 地带与稳定用地边界的距离。在必须选用有滑坡可能的用地时，则应采取具体工 程措施，如减少地下水或地表水的影响，避免切坡和保护坡脚等。 崩塌的成因主要是岩层或土层的层面对山坡稳定造成影响。当裂隙比较发 育，且节理面顺向崩塌的方向，则易于崩落，尤其是因争取用地，过分的人工开 挖，导致坡体推动稳定而崩塌。 ( 3 ) 冲沟：冲沟是由间断流水在地表冲刷形成的沟槽。适宜的岩层或土层、 地形以及气候条件是形成冲沟的主要条件。冲沟切割用地，使之支离破碎，对土 地使用造成不利。道路的选线常因此而增加土石方工程或桥涵、排洪工程等。尤 其在冲沟发育地带，水土的流失，更给建设带来困难。所以在用地选择时，应分 析冲沟的分布、坡度、活动与否，以及弄清冲沟的发育条件，采取相应的治理措 施，如对地表水导流或通过绿化、修筑护坡工程等办法，或防止沟壁水土流失等。 ( 4 ) 地震：地震是一种自然地质现象，每年人们所能感到的地震有5 万多 次。强烈地震的破坏性强，范围也较大，由于目前不能精确地预报，因此对于地 震这一自然灾害的预防必须引起人们的重视。在可能发生较强地震的地区，地震 是城市规划必须考虑的问题之一。它对城市用地选择、规划布局、具体的建筑布 景，以至于各项工程的抗震设防等都有一定的影响。 ( 5 ) 矿藏：也是地质条件之一。矿藏的分布与开采，还影响到城市用地的 选择和城市布局的形态。 ( 6 ) 水文条件：江河湖泊等水体，不但可作为城市水源，同时它还在水运 交通、改善气候、稀释污水、排除雨水以及美化环境等方面发挥作用。但某些水 文条件也可能带来不利的影响，如洪水侵患，年水量的不均匀性，流速变化，水 流对河岸的冲刷以及河床泥沙的淤积等等。我国古代选择地址就有“东有流水， 西有大道，南有泽畔，北有高山”以及“高勿近阜而水用足，低勿近水而沟防省” 的考虑。 山东师范大学硕士论文 城市范围内的江、河、湖水的水文条件，与较大区域的气候特点、流域的水 系分布、区域地质、地形条件等有密切关系。而城市建设也可能造成对原有水系 的破坏，或者是过量地取水、排水、改变水道和断面等而导致水文条件的变化。 ( 7 ) 水文地质条件：也就是地下水的存在形式、含水层厚度、矿化度、硬 度、水温以及动态等条件。地下水常常是城市用水的水源，特别是远离江湖或是 地面水量、水质不敷需用的地区。勘明地下水资源对于城市选址，确定工业建设 项目以及城市规模等都有重要关系。随着工业的发展和城市生活的逐步现代化， 带来了用水量的不断增大，水资源的重要性已日益突出。为了合理地利用水资源， 应综合勘察地下、地上水源，按工农业生产与城市生活用水量、水质、用水时间 的不同要求，进行全面规划，合理分配，使城市用水与水源供水的可能相适应1 8 。 2 区域经济地理条件 城市在任何时候都是一个复杂的开放系统，所以城市与区域经济地理条件之 间具有密切关系。城市要从区域获取发展所需要的食物、原料、燃料和劳动力， 又要为区域提供产品和各种服务。城市和区域之间的这种双向联系无时无刻不在 进行。区域能够向城市提供多少食物、原料、燃料、劳动力，区域又能够吸收多 少城市的产品和服务，城市与外界区域目标有什么样的交流手段，就成了城市发 展的基础。因此我们常说城市是区域的缩影，区域的中心和焦点t g 。 1 4 城市扩展研究的主要内容 城市扩展研究所涉及的范围十分广泛，包括自然要素、经济要素和社会生活 的方方面面。既要研究看得见的城市景观变化，又要对城市扩展的内在机理进行 系统分析；既要对城市扩展规律性的问题有所阐述，又要探索城市发展的可行性 对策。具体说来，主要包括以下四各方面的内容。 ( 1 ) 城市扩展空间分析：包括 城市扩展的面积、速率和方向 城市扩展侵占用地的结构分析 城市内部空间组织演变 ( 2 ) 城市扩展的驱动力分析：包括 经济发展和政策因素对城市扩展的影响 人口迁移对城市扩展的影响 山东师范大学硕士论文 自然地理环境对城市扩展的影响 ( 3 ) 城市扩展模拟预测：包括 城市扩展人口规模预测 城市扩展面积预测 ( 4 ) 城市可持续发展对策： 即研究城市在未来一段时间内如何健康发展的问题 1 5 城市扩展的研究方法 ( i ) 以纸制地图为代表的传统测绘技术和统计资料相结合的城市扩展研究 早期以纸制地图为代表的传统测绘技术，是在城市大地测量和控制铡量的基 础上，利用传统测量手段，通过平板测图或经纬仪测绘法进行城市地区地形图的 测绘，测绘成果以纸制地图和计算成果为表现形式。这种测量一般是以满足城市 经济建设的需要为出发点，主要测量大比例尺的城市地形图，如果城市面积过大， 就会减缓城市地形图的更新速度。而中小比例尺的地形图则往往是几年甚至十几 年不变。以此为数据来源的城市动态扩展变化研究，通常是通过搜集城市不同年 代的地形图资料和相应的社会经济发展指标、人口规模等统计资料，对城市扩展 的表现因子进行分类统计，并进行简单的成因分析，揭示出城市扩展的外在表现 形式和城市扩展的驱动机制。该方法由于地图的更新速度慢，地图资料的获取难 度大，社会统计和社会调查需要耗费大量的时间，地图信息诸于长度、面积的提 取等通常采用传统的地形图应用方法获取，如坐标解析法、网格法、求积仪法等， 加大了信息获取的难度，延长了信息获取的时间，因此对于城市扩展的研究往往 滞后于城市的发展脚步。但经过广大科技工作者的努力，也取得了不少具有科研、 应用价值的成梨1 0 l 。 ( 2 ) 摄影测量与遥感和地理信息系统相结合城市扩展研究 摄影测量与遥感的主要任务是用于测制各种比例尺地形图、建立地形数据 库，并为各种地理信息系统和土地信息系统提供基础数据。因此，摄影测量与遥 感在理论、方法和仪器设备方面的发展都受到地形测量、地图制图、数字测图、 测量数据库和地理信息系统的影响。摄影测量与遥感的主要特点是在像片上进行 量测和解译，无需接触物体本身，因而很少受自然和地理条件的限制，而且可摄 得瞬间的动态物体影像。像片及其它各种类型影像均是客观物体或目标的真实反 7 山东师范大学硕士论文 映，信息丰富、逼真，人们可以从中获得所研究物体的大量几何信息和物理信息 。 7 0 年代以来，美国陆地资源卫星( l a n d s a t ) 匕天后，遥感技术获得了极为 广泛的应用。由于它对资源勘察和监护等方面效益很高，很快地得到了全世界的 重视。进入8 0 年代以后，遥感技术的新的跃进再次显示了它的巨大作用。首先 是航天飞机作为遥感平台或发射手段，可重复使用和返回地面，大大提高了遥感 应用的性能与价格比，更重要的是许多新的传感器的地面分辨率( 空间分辨率) 、 温度分辨率、光谱分辨率( 光谱带数) 和时间分辨率( 重复周期) 都有了很大提 高。 数字测图、全数字化摄影测量和遥感图像处理技术的发展需要有一个数据库 或空问信息系统来存贮、管理这个数字数据，并与其它非图形的专题信息相结合， 进行分析、决策，以回答用户所要回答的有关问题。由于地理信息系统( g i s ) 和土地信息系统( l i s ) 都是与物体的空间位置和分布有关，都是属于空间信息 系统的某种特定形式，这就是摄影测量和遥感技术必然与地理信息系统相结合的 原因。摄影测量与遥感有机地结合起来，成为g i s 技术中的数据采集与更新手段； 反过来，g i s 是摄影测量与遥感数据存储、管理、表达和应用的重要平创”】。 利用遥感技术、摄影测量与遥感和地理信息系统相结合的方法进行城市扩展 的研究，是自2 0 世纪8 0 年代以来比较惯常采用的方法。基于遥感技术的城市动 态扩展研究，是利用遥感手段监测与研究城市发展变化的趋势，利用多时相的遥 感图像，通过图像预处理、图像数据融合、变化信息提取等几个过程，提取出城 市扩展信息。该方法的原理是通过采用不同时相的遥感数据作为一个混合数据集 进行变换处理，使得城市扩展的“变化”信息作为一种特定信息充分体现出来。 考虑到成像条件、环境条件等因素的不同，用直方图匹配调整方法，提高不同时期 原始遥感数据的“可比性”，对分析结果进行自动识别分类。为进一步取得定量 化结果，采用在数学上称为k l 变换的主成份分析( p c a ) 方法，监测地表覆盖物 的动态变化，这样就可以从几个不同角度进行城市扩展动态监测的试验研究。通 过计算土地扩展集中指数和扩展强度，分析城市土地扩展的数量特征，从横向和 纵向比较、地类扩展、时段分析等方面刻划出城市土地扩展速度，进一步对城市 扩展的强度和增长类型做出判断。 山东师范大学硕十论文 另外，利用遥感和地理信息系统的技术和理论，将城市人口、城区面积异速 生长模型由城市动态相似分析和城市体系的几何测度分析推广到城市体系( 总量) 的动态相似分析，建立城镇化水平预测模型，可以实现基于r s 数据的城市系统地 理信息分析和区域城镇化进程的空间监测【1 ”。 ( 3 ) 基于c a 的城市扩展研究 城市的扩展或城市化可以看作是微观不同土地类型的相互转化的宏观表现。 传统的基于微分方程或社会物理学城市模拟模型是根据人们对系统总体规律的 认识，用一个或几个变量随时问的演化来模拟整个系统行为，一旦参数给定，这种 模拟就是确定性的。由于缺乏足够的空问信息，它不是对城市扩展的微观相互作 用直接模拟，不符合城市发展的随机性和不确定性。近年来成为热点的 c a ( c e l l u l a ra u t o m a t a ) 模型则是采取“自下而上”的建模思路，根据微观个体 ( 细胞) 问的相互作用来定义离散细胞状态的转换规则。由于个体相互作用在系统 模拟中是变化的，因此这种模拟具有一定的不确定性，符合系统发展的特点。通过 对标准c a 模型的细胞含义、规则定义和系统时间映射等方面进行扩展，借以适应 g i s 环境下时空动态分析的需要，并和a r c i n f o 的g r i d 模块进行有效集成。将 c a 模型和g i s 的集成，一方面可以增强g i s 的时空动态建模功能，将c a 作为动 态空间模拟的一种框架纳入g i s 分析中：另一方面，g i s 提供的强大空间数据处 理能力可以为c a 模型准备数据和定义有效的细胞转换规则以及对模拟结果进行 可视化，方便c a 模型的校验和决策支持。 c a 模型与g i s 的集成可以为城市扩展提供一个虚拟环境，来模拟不同发展 策略下，城市发展的形态变化以及对土地可持续利用的影响，为区域土地资源的 持续利用提供决策支持。 2 研究区概况 2 1 自然地理概况 诸城市位于山东半岛东南部，行政一h 隶属于潍坊市。西、南与临沂、r 照毗 邻，东连青岛，北接潍坊。北距济青高速公路和胶济铁路5 0 多公里，南至同照 8 0 公里，东距青岛1 0 0 公里，西北至潍坊9 0 公里。区内有便捷的交通运输网络， 境内有2 0 6 国道穿过，有连接青岛、潍坊、日照、烟台的平| = i 路、泰薛路、烟汕 路等便捷的公路交通网络，有连接胶济铁路和陇海铁路的胶新铁路( 江苏新沂一 l i 东师范大学硕十论文 临沂一诸城一胶州一烟台、从烟台火车轮渡至大连) 穿过，境内无通航河流。其中， 县城位于境内中部，在北纬3 5 。5 7 7 3 0 ”至北纬3 6 。0 2 3 0 ”，东经1 1 9 。2 2 3 0 ”至1 1 9 。2 6 7 1 5 ”之间。( 诸城市地理位置见图2 - i ) 图2 - i 诸城市地理位置图 ( i ) 气候 诸城市属于暖温带大陆性季风气候，光照充足，气候宜人。一年四季分明， 春季干旱少雨，有风沙天气，夏季湿热多雨，降水时间相对集中，秋季温和多晴， 秋高气爽，冬季则寒冷干燥。根据1 9 5 8 至1 9 9 3 年的统计资料，诸城市平均无霜 期1 8 4 天，年平均降雨量为7 4 3 3 毫米，年平均气温1 2 1 。c ，年平均光照时数 2 4 9 3 2 小时，日照百分率达5 6 。 ( 2 ) 地质地貌 县城东南部为低山丘陵，岩石部分出露，主要是页岩、泥灰岩，抗蚀性差， 故尔形成和缓起伏的低丘、岗地，中部、西北部地区在构造沉降过程中不断得到 东南部山区碎屑物和东去方向的潍河冲积物形成堆积、洪积交错的平原地貌，地 势平坦。 ( 3 ) 植被与土壤 1 0 山东师范大学硕士论文 研究区内直接发育在基岩风化物上的土壤，位于低丘陵区，为板硅泥堰土， 属棕壤亚类棕砂土土属。该土种耕性良好，适耕期较长，适种性较广，保肥保水 性较好，以农业利用为主，小麦、玉米、甘薯、花生都有种植。 平原地区的土壤多发育在第四季沉积物上。粘黄泥土，属潮褐土亚类潮褐泥 砂土土属。该土种母质为洪冲积物，剖面分化明显，表层质地稍偏砂，耕性好， 适耕期长，适种性广，其下部质地偏粘，较紧实，具有良好的保水保肥性能，农 用地有水浇条件，主要种植小麦、玉米，是目前开发成高产稳产粮田较好的土种 之一。 本区属温带夏绿阔叶林或针阔混交林地带。植被类型以人工植被为主，平原 地区已无天然林存在，丘陵山地的植被也深受人类活动的影响，仅有少量野生乔 灌植物。主要林木树种在平原有杨、柳、槐、榆等，山地有松、刺槐、野生灌木 和人工栽培的山楂、苹果等，栽培作物中粮食作物主要种植冬小麦、玉米、豆类、 花生、红薯、蔬菜等。 ( 4 ) 水系 县城主要有三大水体：三里庄水库、扶淇河、潍河。 南部低山丘陵区有三里庄水库，水面面积2 2 9 k i n 2 ，是诸城市主要的生活用水 和景观用水水源地。由三里庄水库下泄形成扶淇河，自南往北穿越县城，往北注 入另一大水体潍河，扶淇河全长4 9 3 9 5 米，水面面积达0 5 6k m 2 ，是诸城城内 的主要水景，兼有污水排放、泻洪的功能。潍河位于县城北部，穿城而出，河流 平均宽度( 含大堤) 3 5 2 米，为长流河，具有灌溉、工业用水、吸纳污水和调节 气候的作用。 2 2 社会经济概况 诸城是潍坊乃至山东省的重要经济城市，曾入围全国经济实力百强县。农业 发达，主要以种植业、养殖业和蔬菜、水果的生产为主，农业产值在全区经济生 活中的比重正逐年下降。工业以机械、纺织、农用汽车制造和食品加工业为主， 对外贸易占有重要地位，并带动相关的种植业和养殖业。近年来，诸城市在农业 上，紧紧围绕农民增收、乡镇增财、村增积累“三增”目标，狠抓农业产业化深 化升级，积极推进农业国际化和农业现代化。全市龙头乡镇企业9 0 0 多家，其中 外贸集团、得利斯公司被列入全国1 5 1 家农业产业化重点龙头企业。全市8 5 的 山东师范大学硕士论文 农民进入了国际、国内市场，农产品销往3 0 多个国家和地区，7 0 的农产品得到 就地加工转化，增值率达到5 0 以上。在工业上，已培育起食品加工、纺织服装、 机械制造等六大主导产业和得利斯、新郎、福田汽车厂等十大骨干企业，大中型 企业增长到4 8 家，形成了结构合理、门类齐全的工业体系，先后兴建了经济开 发区、舜王民营经济园等一批大型韵和具规模的工业园区，增强了工业发展后劲。 在第三产业上，诸城商业贸易繁荣兴旺，消费品货源供应充足，超市和餐饮成为 消费热点。城市建设日新月异，大力加强城市基础设旌建设，城市功能进一步增 强。城区中心干道整治取得明显成效，城市绿化覆盖率不断提高，达到3 8 ，居 民生活环境质量得到改善，环境保护得到加强。 2 0 0 1 年，诸城市确立了“五年再造一个新诸城”的奋斗目标，就是到2 0 0 5 年，主要经济指标在2 0 0 0 年的基础上再翻一番，到2 0 0 年城区规划面积达到 6 0 平方公里，城市人口达到5 0 万人，全市g d p 完成2 7 5 亿元，人均g d p 超过3 0 0 0 美元，提前l o 年实现全面建设小康社会的目标。 2 3 城市土地利用概况 ( 1 ) 土地利用结构 土地利用是指人类通过一定的行为，以土地为劳动对象，利用土地的特征， 来满足自身需要的过程。土地利用可以是一项生产性活动，如种植作物、栽培树 木、养殖牲畜，也可以是一项非生产性活动，如建筑住宅、修建公园等【l s l 。 土地利用是人类最基本的经济活动。远古时期，人类利用土地的方式十分简 单，是直接采取土地上自然生长的果实和猎取野兽，以满足生存需要。时至今t ：t ， 人类利用土地的方式不应当是向土地简单的索取，而应当成为集土地开发、利用、 整治与保护为体的综合性行为。 土地利用结构是人类长期以来对土地的开发利用的实践中逐步形成的，随着 不同时期社会发展和经济政策、城市规划政策的变化，土地利用结构也会有所变 动，其变动不但受社会经济政策的影响，同时也受到自然条件的制约。但是，无 论其形式如何变动，就其本质而言，一个好的土地利用结构必然是能量流动、物 质转换的最佳状态，必然能够保证城市生态、经济、社会三个效益的高度统一和 城市土地的有续利用n 6 1 。 ( 2 ) 土地利用分类 山东师范大学硕士论文 我国城市用地分类与全国性的土地利用分类有所不同。根据建设部1 9 9 0 年 颁布的标准，城市用地分为1 0 大类，4 6 中类，7 3 小类。该l o 大类是： 居住用地：指居住小区、居住街坊、居住组团和单位生活区等各种类型的成 片或零星的用地。 公共设旅用地：指居住区及居住区级以上的行政、经济、文化、教育、卫生、 体育以及科研设计等机构和设施的用地，不包括居住用地中的公共服务设旌用 地。 工业用地：指工矿企业的生产车间、库房及其附属设旌等用地。包括专用的 铁路、码头和道路等用地。不包括露天矿用地，该用地应归入水域和其它用地。 仓储用地：指仓储企业的库房、堆场和包装加工车间及其附属设施等用地。 对外交通用地：指铁路、公路、管道运输、港口和机场等城市对外交通运输 及其附属设施等用地。 道路广场用地：指市级、区级和居住区级的道路、广场和停车场等用地。 市政公用设旌用地：指市级、区级和居住区级的市政公用设施用地，包括其 建筑物、构筑物及管理维护设施等用地。 绿地：指市级、区级和居住区级的公共绿地及生产防护绿地，不包括专用绿 地、园地和林地。 特殊用地：指直接用于军事目的的用地、外事设旆、监狱等特殊性质的用地。 水域和其它用地：指以上各类以外的用地，包括水域、园地、耕地、林地、 牧草地、弃置地、露天矿用地、村镇建设用地等。