城市群空间结构演变历程与特征以长江中游城市群为例

汇报人：2024-09-14城市群空间结构演变历程与特征以长江中游城市群为例目录摘要引言研究方法技术路线结果分析结论与讨论01摘要研究背景与意义：城市群空间结构反映城市等级、职能联系，代表扩张模式与发展特征，文章以此为切入点，研究长江中游城市群空间结构演变。01数据与方法：收集LULC、Landsat图像及城镇人口数据，利用空间数据库构建、方格网系统等方法，从宏观和微观层面分析其空间结构演变。02演变历程与特征：长江中游城市群空间结构历经“三中心”至“一核双心多组团”，再到“双核多心多组团”的转变，武汉、长株潭为核心。03存在问题：发展主轴包括长江沿线、武汉—长沙等4条，但缺乏边界枢纽和桥头堡，辐射带动作用有待提升。同时存在核心极化过强、环境问题。04调控和优化：针对极化过强问题，需控制核心扩张速度；培育新的区域中心；强化轴线功能等方面进行调控和优化，以促进区域协调发展。05摘要02引言长江中游城市群概述长江中游城市群作为国家级城市群，面积广大，承担着承东启西、连南接北的作用，是中部地区联系长三角、粤港澳的核心枢纽。城市群发展迅速1990年以来，长江中游城市群发展迅速，武汉城市圈、长株潭城市群的城镇建成区扩张速度尤为迅猛，在形成巨型都市区的同时，占用大量自然资源。研究目的与方法针对长江中游城市群空间结构演变，研究其发展特征，归纳问题，制定优化方案，为城市群国土空间规划提供参考，并探索为中国其他城市群提供研究思路。环境状况与发展长江中游城市群扼守长江水道及众多支流，拥有鄱阳湖、洞庭湖等淡水湖，环境状况对长江流域尤其是下游影响大，需关注其发展带来的环境问题。研究方法与数据来源根据2015年国务院批复的《长江中游城市群发展规划》，长江中游城市群涵盖湖北、湖南、江西三省共27市，土地面积约31.7万平方公里。长江中游城市群范围城市群包含湖北省的武汉、黄石等13市，湖南省的长沙、株洲等8市，江西南昌、九江等10市，以及部分抚州、吉安两市，共31个市级行政单位。长江中游城市群包含研究区域界定Landsat数据概述Landsat数据来源于地理空间数据云，包括Landsat4-5、7的TM/ETM数据和Landsat8的OLI-TIRS数据，均为夏日无云、少云日的30米分辨率图像。行政边界数据来源行政边界数据来源于地理国情监测云平台，以2019年湖北、湖南、江西三省及下辖城市、县市区的行政区划为准，确保空间数据库的准确性。LULC数据说明LULC数据来源于欧洲航天局网站，分辨率300米，已解译完成，涵盖7类空间数据，包括1990-2018年的年份数据，2019年数据暂缺，以2018年数据参考并补足。城镇人口数据说明城镇人口数据来源于三省统计局，涵盖31个城市的233个县市区在7个年份的统计数据，为长江中游城市群空间数据库的构建提供了详细的人口信息。数据来源说明03研究方法技术路线Landsat数据预处理利用ENVI5.1导入LandsatTM/ETM、OLI-TIRS数据，进行坐标定标、几何校正和图像优化，确保数据准确。城市与建筑区图斑划分通过图斑位置、面积、形态的区分和目视解译，将城市与建筑区图斑划分为城镇建成区、农村居民点，并对高速公路、铁路与高铁所占用地进行数字化。LULC数据检验与修正将处理后的Landsat数据导入ArcGIS，通过投影校正和坐标校正与LULC数据匹配，利用DataReviewerChecks功能自动化检验和修正LULC数据，提升精度。空间数据库构建涵盖1990—2019年7个年份的城镇建成区、高速公路、铁路与高铁、水域、农业与生态用地、行政边界等数据，按行政边界生成233个县市区图斑，并输入城镇人口数据。空间数据库的建立方格网系统构建城镇建成区方格网系统利用ArcGIS分区统计功能，计算各单元格在1990—2019年7个年份中的城镇建成区、高速公路、铁路与高铁等领域面积，并存储至单元格，形成城镇建成区方格网系统。城镇人口密度方格网系统建立相同方格网系统，计算各单元格城镇人口密度，存储至对应单元格，形成城镇人口密度方格网系统，并统计各年份方格网中单元格数值变化，形成增幅方格网系统。方格网系统构建基于空间数据库，建立12780个5km×5km的单元格方格网系统，覆盖整个研究范围，确保分析精度和运算可行性。030201城镇扩张程度定义城镇扩张程度反映了某单元格所在区域的城镇建成区、城镇人口密度增长情况，适合用来分析各城市扩张的空间差异。城镇扩张程度计算公式通过公式计算各单元格在各时间段城镇扩张程度，包括城镇建成区面积增量、人口密度增量及起始年份基数。单元格城镇扩张程度计算城市扩张玫瑰图：在1990—2019年6个时间段中，城镇建成区面积、城镇人口密度增幅大于0的所有单元格，以它们的中点为原点，建立城市扩张玫瑰图。城市扩张方向：城市扩张玫瑰图设有16条方向轴，可以分析正北、东北、正东、东南、正南、西南、正西、西北这8个方向的城市扩张程度情况。方向有效单元格：通过公式明确玫瑰图中各方向的有效单元格，确定8个方向的有效单元格后，计算各方向中距原点最远的有效单元格的中点与原点之间的距离。扩张玫瑰图：找出最远有效单元格中城镇建成区图斑离原点最远的点，并将其用线段连接起来，即可得到一个城市的扩张玫瑰图。玫瑰图从属关系：建立公式，确定各玫瑰图之间从属关系，得出各时间段长江中游城市群中各玫瑰图的位置、范围、从属关系，从而模拟城市发展脉络。城市扩张玫瑰图构建0102030405情景分析公式：依据历史发展趋势与规律，建立公式，对长江中游城市群在2020—2030年的发展态势进行情景分析。01情景分析准确性检验：利用MAE对情景分析结果进行检验，假设2015—2019年情况不可知，用1990—2015年数据预测。02预测值与真实情况比较：MAE≤10%时情景分析有效，在有效前提下，将预测的2025年、2030年空间扩张程度值除以2019年现状值。03空间增幅预测：将各单元格2015—2019年城镇建成区扩张值乘以增幅比，得到预测空间增幅，将空间增幅以原轮廓扩张方式添加到图斑中。04发展态势预测图：充分考虑城市群空间规划中禁止开发区的范围、重要交通干线的布局，即可得到2025年、2030年的发展态势预测图。05情景分析与结果检验04结果分析城市群扩张特征根据空间数据库，导出了1990-2019年城镇建成区和城镇人口密度分布图，及城市城镇建成区面积和人口增量。增幅空间分布图通过运算生成了1990-2019年城镇建成区与城镇人口密度增幅的方格网系统，并叠加了各时间段增幅，形成了总增幅空间分布图。城市圈扩张主导武汉、长株潭、南昌城市圈主导扩张，至2019年形成多个巨型核心，极化发展趋势加强。发展差异增加长江中游城市群除三大圈外，18个地级城市发展差异增大，部分成副中心，部分发展滞后，也有前期快后期慢城市。城镇化轴线待加强4条发展主轴有交通支撑，但城市发展存在问题，限制了辐射作用发挥，尚需加强。城市群总体扩张历程分析0102030405玫瑰图从属关系：计算城镇扩张程度并建玫瑰图，分三级，一级21个，重点分析；找出原点城市/县，明确从属关系，黄梅属九江。三大城市圈扩张历程分析：通过三维体块表达玫瑰图扩张变化，武汉扩张最显著，长沙、南昌次之；武汉集中发展，长沙、南昌分散发展。扩张幅度差异显著：1990-2000年，武汉扩张幅度最大，长沙、南昌次之；2000-2010年，武汉继续迅速扩张，长沙、南昌增幅相当。扩张方式存在区别：1990-2000年，武汉发展快，长沙、南昌增幅低，均分散发展；2000-2010年，武汉周边城市快速发展，形成城镇网络。南昌孤军发展：2010-2019年，武汉周边城市与武汉对接加强，形成巨型核心；长沙、株洲、湘潭更紧密，南昌周边发展滞后，孤立发展。各城市扩张历程分析0102030405其他城市扩张历程分析高速发育型襄阳、宜昌、衡阳、九江、上饶由强中心和组团构成，中心与组团紧密联系，呈现网络状结构。集中增长型宜春、荆门、荆州、常德有强力中心和少量慢发展组团，中心带动发展，但对远区辐射减弱。分散发展型岳阳、鹰潭、抚州、吉安、潜江中心规模小但组团多，形成相对分散的空间结构。发育迟缓型娄底、萍乡、新余、景德镇中心与组团实力弱，辐射带动作用不明显，空间结构松散。空间结构演变特征归纳2000s发展2000—2010年武汉城市圈快速扩张，形成核心增长极；长沙、南昌分别通过一体化发展和带动周边县市区保持快速增长，为湘赣两省发展中心；襄阳等城市扩张迅速，成为发展组团。2010s成熟2010—2019年武汉城市圈保持核心地位，长株潭一体化提升，规模扩大；南昌圈仍孤立，建成区小，对城市群辐射弱；长江沿线及武汉—长沙、南昌等发展轴形成，襄阳等城市成副中心。1990s初期1990—2000年三大城市圈处于初步形成阶段，影响范围相对较小，辐射带动作用有限；武汉、长沙、南昌规模相近，视为同级发展中心；其他城市规模小，辐射带动作用有限。030201双核多心多组团2020—2030年，武汉、长沙、南昌三大城市圈将继续保持超巨型核心发展态势，武汉、长沙核心区扩大，南昌为区域性中心；次中心方面，荆门等城市有发展成次中心可能。情景分析结果轴线的作用将进一步加强2020—2030年，长江沿线、武汉—长沙等四条发展轴线将加快城镇发展，形成四条城镇发展走廊；孝感、咸宁等城市及下属中小城镇将受到辐射带动作用，发展扩张速度加快。生态环境的负担将持续加重武汉城市圈绵延发展占用农业与生态用地，湖泊被包围，生态用地受占用，加重长江流域环境负担；长株潭虽实施绿心政策，但生态缓冲用地仍被占用，环境品质或降。05结论与讨论核心极化与生态影响：长江中游城市群核心极化作用过强，影响生态；城镇建成区半数集中三大城市圈，且位于生态敏感区；情景分析显示2030年此比例或达60%，需关注其对长江中下游环境的影响。02空间结构与政策启示：1990—2019年中国出台多项政策促城市群发展，但长江中游城市群发展核心扩张不止，区域差异加大，生态用地遭侵占；根源在自发性强、GDP考核主导，需规划、绿色GDP考核及“三线一单”共促空间优化。03空间结构优化对策：控制武汉、长株潭发展速度，科学规划避免无序扩张；构建大南昌都市圈为核心，三核心带动多中心组团发展模式；强化轴线功能，做强次中心城市，促进区域协调发展，加强与长三角等城市群对接。04空间结构演变历程：1990—2019年长江中游城市群空间结构演变为“三中心”至“双核多