近20年来黄州城市形态演化及驱动机制研究
2022-05-30
来源:好走旅游网
城市发展战略l URBAN DEVELOPMENT STRATEGY 文章编号:1009—6000(2017)06-0056—07 中图分类号:TU984 文献标识码B doi+10 3969/I issn 1009—6000 201 7 06 008 基金项目:国家科技支撑计划项目(编号:2008BAH31806)。 作者简介:何飞(1 991一).男.湖北浠水人.辽宁师范大学城市与环境学院地图学与地理信息 系统硕士研究生 研究方向为GIS应用和城市与区域规划研究: 王利(1965一).通讯作者.男.辽宁建平人.辽宁师范大学城市与环境学院教授 博士生导师. 主要从事空间发展规划、土地利用总体规划 现代物流规划及GIS应用研究。 近2 0年来黄州城市形态演化及驱动 机制研究 Research on Morphology Evolution and Driving Mechanism of Huangzhou in Recent Twenty Years 何飞王利 HE Fei WANG Li 摘要: 根据1995、2005、2014年黄州区遥感影像,使用人机交互的监督分类方法并参照城市规划图、 Goog le地球影像提取出3个年份的城市建设用地。将分形理论和空间句法综合运用于黄州城 市内、外部形态的定量分析,提出使用可理解度评测内外部形态的协同发展特征,对我国中部 中小城市黄州的城市形态演化特征及驱动机制进行研究。结果表明:城市总体向东南偏东和东 北方向发展:城市外部形态的紧凑度、分形维数下降明显,形状指数由降转增,外部轮廓呈现 出“马蹄形——斧形——掌形”的变化特征:城市内部的经济活动中心由西向东扩展,道路主 一微网格结构日益完善:内外部形态协同性大幅下降,可理解性不如从前。最后探讨其驱动机 制,黄州城市形态是社会经济、自然环境、交通路网、城市规划等多种因素共同作用的结果。 关键词: 城市形态:分形理论:空间句法:驱动机制;黄州区 Abstract:According to the remote sensing image ofHuangzhou district in l995,2005 and 20l4,the urban construction land of the three years was extracted from the Google Earth image by using the monitoring method of human.computer interaction and referring to the city planning drawing.The fractaI theory and spatial syntax are applied to the quantitative analysis of the interna1 and external forms of Huangzhou. and the collaborative development characteristics of the internal and externaI forms are made by using the comprehensibility evaluation.The characteristics and driving mechanism of the urban form of Huangzhou in the middle and small cities of China are for the study.The internal structure of the city is expanding from west to east.and the road—microgrid structure is becoming more and more perfect.The internal and external form synergy is greatly reduced and the comprehensibility is not as good as that of the past. Finally,it explores its driving mechanism.and the form of Huangzhou is the result of the combination of various factors such as sociaI economy。natural environment,traffic network,urban planning and so on. Key words:urban morphology;fractal theory;space syntax;driving mechanism;Huangzhou district 近2O年来黄州城市形态演化及驱动机制研究I i-ol- ̄王 《国家新型城镇化规划(2014-2020 对城市形态的相关研究真正发展起来是 达的城市和地区,且多为大型和特大型 年)》提出“优化城镇规模结构,增强中 在2O世纪9O年代以后,李江基于交通 城市,对中西部尤其是中部的小城镇研 心城市辐射带动功能,加快发展中小城 轴线运用空间句法工具对武汉市的城市 究甚少:从研究方法上,多侧重于某一 市,有重点地发展小城镇,促进大中小 形态进行了定量研究 ;赵晶等利用分 种定量方法的研究,无法全面地体现城 城市和小城镇协调发展”。随着大城市和 形理论对上海近5O年的土地利用形态开 市形态的特征:从研究内容上,城市在 特大城市落户政策的缩紧,加之城乡二 展了定量判断 ;王新生等分别计算了 自组织和他组织的共同作用下,内、外 元体制的改革,不难得出,中小城市的 中国31个特大城市1990年和2000年的 部形态不断地演进着,对其研究较多, 发展将成为今后中国城市化进程的主力 军。 空间形态特征 ;房国坤等研究了在快 但内外部形态的协同发展特征鲜有探讨。 速城市化背景下芜湖的城市空间结构基 黄州作为中部地区一个典型的中小城市, 自1996年建区以来已有近2O年的时 间,其城市形态演化轨迹具有一定研究 城市化的快速发展,必然带动城市 本模式和动力机制“…;李明玉等采用等 用地的扩张和城市形态的巨大变化。有 扇分析法和灰色预测模型模拟研究了延 关城市形态的研究一直都是学术界的热 吉市的城市空间扩展特征,并预测了城 价值。因此,本文以RS和GIS手段,运 角洲内部城市空间形态进行了对比分析 市内、外部特征的基础上,使用可理解 度来研究城市内外部形态发展的协调性 空间句法进行分析,证明空间句法对城 特征,以期能够更好地反映近20年来黄 点之一,国内外的学者对其进行了广泛 市空间的扩展数量 ”:李埏等对珠江三 用空间句法和分形理论,提出在研究城 的研究。Batty运用分形理论对城市生长 过程进行了模拟[I-2]Frankhauser则对 研究“ :徐璐等对南京市河西地区采用 多个城市进行了分形测度“ 以及运用分 形理论对复杂的城市形态展开研究,探 市空间结构的表达十分有效,对路网调 州城市形态的演化过程,了解其发展脉 13]0 求其发展机帛1 ,J{ang. B1n 和L1u 整提出了一些建议并进行了验证[Xintao 则分别运用空间句法理论对城市 我国对城市形态的有关研究,从研 络,同时为中小城市的相关研究提供~ 个可借鉴的案例。 Z- ',。P-海经济发 形态进行了相关分析和理论探索。我国 究区域来看,多集中在东#1研究区概况与研究方法 1.1研究区概况 黄州区位于湖北省东部(东 经114。5O 至l15。05 ,北纬 3O。25 至30。29 ),大别山南麓, 长江中游北岸,是黄冈市政治、经济、 文化中心,与鄂州市隔江相望,距武汉 市仅1h车程(图1)。黄州区建制几经 变更,原名黄冈县,1990年改建黄州 市,1996年黄州市撤销,改为如今的黄 州区和团风县。区内交通便利,京九铁 路、武(汉)(黄)冈城际铁路、大广高速、 1O6国道网络纵横;长江、巴河、遗爱湖、 蔡家潭、余家潭、白潭湖、幸福水库等 水资源十分丰富。黄州区地形以平原和 低丘岗地为主,相对高差较小,地势由 东北向西南倾斜。2014年,黄州区常住 人口37.22万人,地区生产总值1 73.97 亿元,人均GDP为46741元。 1.2数据来源及处理 图1黄州区行政区位图 选取1995年、2005年、2014年3 57 城市发展战略I URBAN DEVELOPMENT STRATEGY 个年份的Landsat卫星遥感数据,经过 BCI:2 A|P (2)可理解度。可理解度叉被称为 “智能值”,经常被用来评价城市空间结 几何校正、波普融合和裁剪处理获得黄 州区行政范围内数据,再使用人机交互 式中,BCI代表紧凑度指数,A代表 构是否合理。但是关于其值的计算,却 存在一些值得讨论的地方,有部分学者 式解译方法对遥感影像进行解译,提取 建成区面积,P表示建成区轮廓的周长。出城市建设用地,经小斑块去除处理剔 BCI值位于0~1之间,值越大,表明形 认为,可理解度是整体集成度和连接值 的相关系数 1 :也有另一部分学者 除面积小于0.ikm 且分散分布的图斑后, 状越紧凑,圆形的紧凑值为1。(3)分维数。城市形态的不规则 认为,可理解度是整体集成度和局部 参照有关城市规划图和Google地球卫星 20-21]0根据空间句 图对城市边界做部分修改,最终获得3 性正好契合了分形理论对复杂形态研究 集成度的相关系数[个年份的建成区范围…,之后分别计算其 的优势性,针对城市土地利用的分维方 法理论的提出者H111er教授《Space is the Machine:A C0nf1gurat1On Theory 面积和周长,进而计算获得扩展强度指 法有:边界维数、半径维数、网格维数、数、紧凑度、分维数和形状指数。 信息维数、关联维数等[15]0对于城市建 of Architecture>一书中所说 控 ,前 一此外,通过黄冈市勘测设计院获得 成区这一单一土地利用类型的研究,边 种说法与其更为吻合,后一种说法在 1995年现状路网数据和2005年规划路 界维数较为合适:其书中有另一个值与其对应——协同值 网数据,以及基于Google地球高清影像 矢量化获得的2014年路网数据,将其与 D:21n(P/4)/ln(A) 式中,D为边界维数,A代表建成区 (Synergy),它的内涵又有所不同。因此 其公式应为: 对应年份的遥感数据做对比验证并修改, 面积,P代表建成区周长。分维值位于 以保证路网数据的可靠性。将3个年份 1~2之间,当D值越大时,城市的边界 的路网坐标和遥感数据坐标统一为WGS84 线就越复杂,稳定性就越差,城市形态 的扩展以外部扩张为主[16]0 式中,C 为连接值,表示某轴线直 的UTM-50N,以便于叠加分析,最后运 (4)形状指数。它的提出源于Boyce 接与其相连的轴线个数,C为所有连接值 用空间句法软件Axwoman6.0分析获得整 ark的研究 ,其公式为: 体集成度、局部集成度并将其值按相等 &Cl间隔由低到高分为5级,建立地理空间 : l∑(c一 ) ∑( 一 I 的均值,I为所有整体集成度的均值。可 理解度意味着人们在单一轴线空间当中 数据库。 1.3研究方法 1.3.1分形理论 能够在多大程度上构建起整个轴线网络 SBC即为形状指数,r 为优势点到建 的空间形态,即从可见空间的“连接值” 成区边界的半径,n为具有相等角度差的 去构建不可见空间的整体整合程度。对 (1)扩展强度指数。用来表示某个 辐射半径数量。经测算,正圆的形状指 于一个可理解度好的城市系统而言,局 时间段内城市某类用地的扩展规模和趋 数为0,形状越狭长,其指数值越大。部轴线的邻接关系好,整体上也具有良 3.2空间句法 好的整合关系,这就是一个“智能”的 势,“城市用地扩展强度指数的实质是根 1.据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 城镇用地具有可比性” AU#, = (1)集成度。集成度是空间句法众 城市空间结构。所以,将其作为评测城 ,其公式为: 多变量中最重要的变量之一,根据研究 市内外部形态协同发展特征的指标,无 半径的不同,当半径 n时,即某轴线 论是从计算参数还是指标内涵上,都有 与全部所有轴线的关系,为整体集成度; 其可能性和合理性。 当半径1=3时,即某轴线与步长为3的 ×・。。% 式中,L 代表城市用地扩展强度指 轴线的关系,为局部集成度,其公式为:2城市形态演变特征 数,△ 代表J时段1单元建成区变化 数量,△,J为J时段的时间跨度, 1单元的土地总面积。 2.1时空扩展特征 为研究黄州建区以来3个时段城 MD 为平均深度,公式为 市建设用地不同方向、不同时期的扩展 为 (2)紧凑度指数。运用Batty提出 的紧凑度公式来表征城市建成区的离散 特征: MD,=∑ 一1) 特征,选择使用最为普遍的等扇分析法。 以东门路和黄州大道的交点 为中心,设 式中,n为所有轴线个数,diJ为任 置适当半径能完全覆盖到建戍区的边缘。 意两点之间的最短距离。 将其划分为16个夹角和大小相等的扇形 近20年来黄州城市形态演化及驱动机制研究I何飞王利 区域,通过ArcGIS的相交分析获取建成 区在16个方向上的分布面积(图2),进 而计算得出扩展强度(表1)。 通过表1、图3可以得出,1995— 2005年,黄州建成区扩展强度为O.3239, 呈低速扩展状态,这一阶段黄州区处于 城市建设起步时期,发展较为缓慢。从 扩展方向来看,东北和东南方向形成两 个扩展翼,增长明显;2005—2014年, 总体扩展强度上升迅速,达到0.6995,经 济发展带动了城市建设的提升,东南偏 东方向扩展强度一枝独秀。从近2O年整 体趋势来看,由于南面、西面受到长江 的阻隔,城市总体向东南偏东及东北方 向发展。 2.2城市外部形态特征 运用紧凑度、分形维数、形状指数3 个指标,对黄州城市用地的测度结果(图 4)表明,黄州城市建成区的紧凑度呈明 表l 1995—2014年间城市用地增长与扩展强度统计表 显下降态势。众多研究表明,城市形态 注:1)黄州区行政区划面积353km 2)建成区不包括火车站组团。 的紧凑度是随着城市的周期性扩展而变 化的C23] ̄这也从侧面说明黄州正处于城 内部填充,同时向外扩展。如图5,1995 巨大改变,具有明显的“掌”形特征。 市发展的初期。分形维数在2005年以后 低,城市用地趋于紧凑,稳定性增强。而 年黄州城市形态呈现为开口朝下的“马蹄” 2.3城市内部形态特征 空间句法理论认为,城市整体集成 北部路口镇沿道路的轴向生长,2005年 度高的轴线构成了城市的全局集成核,它 大幅下降,建成区边界复杂程度随之降 形,随着城区东南部的缺口被填充以及东 形状指数在2005年前后由降转增,表明 在这一时期城市用地具有“趋圆性”,向 由“马蹄”形向“斧”形演变。到2014年, 们代表着可达性最好的区域,是城市多种 建设用地的快速增长直接导致整体形态的 功能集中分布的地区。1995年的黄州道 图3 1995—2014年不同方位用地扩展强度雷达图 城市发展战略f URBAN DEVELOPMENT STRATEGY 图4黄州城市外部形态扩展变化 路轴线模型中(图5一a),位于城区中部 5-C),由黄州大道、东门路和明珠大 的黄州大道和与之相交的东门路、赤壁 大道具有较高的整体集成度,构成全局 集成核,呈“弓”形分布。位于城市两 侧的沿江大道和明珠大道则扮演着这些 道围合而戍,呈一个连通的“环”形区 的全局集成核继续向东发散式扩张(图 5一e o此时,老城区局部生活中心的地 域。城市轴线网络变得复杂,微型网格 位有所增强,轴线网络更为复杂,城市 结构明显增多,城区东南部也有少量出 主要网格结构业已形成,建立起了较为 现。随着轴线的增多增长,局部生活中 完善的主—微网格结构体系(图5一f】。 区域的经济活动走廊(图5一b o 1995- 心继承了过去的形态,向南缓慢发展(图 2.4城市内外部形态协同特征 2005年,全局集成核区域整体东移(图 5一d o 2005—2014年,以遗爱湖为中心 城市内外部形态的协同程度可以由 60 近20年来黄州城市形态演化及驱动机制研究l何飞王利 可理解度解释,可理解度与连接值和整 体集成度有关,当二者的线性拟含值高 时,表明人们从局部的城市空间能够很 好地感知整体的城市格局,便于构建起 全局的图景。如表2,1995年,黄州区 的可理解度为0.8381,内外部城市形态 处于一个很好的协同状态,这与此时城 市道路轴线的简单、便捷相关。2005年 随着城市向东南方向拓展、东北轴线的 “孤立式”延伸以及城市空间结构趋于复 杂,其可理解度有所下降(0.6323)。到 2014年,可理解度急剧下降,降为O.2762 由于这一时期城市用地发展迅猛,城市 边缘出现更多“半岛”和“飞地“,愈发 破坏了城市内外部形态的协调性,使其 可理解度大幅降低。 表2黄州可理解度统计表 相同的城市形态,例如“山城”重庆、“江 城”武汉,当地各种自然地理要素的组 3.4城市规划 城市规划作为政府职能的重要体 合构成了城市发展的基底。黄州位于河 现,是城市发展十分重要的外部影响因 湖众多的长江中游北岸,地势叉多为平 素,间接引导着城市未来的格局和发展 3城市形态驱动机制分析 3。1社会经济条件 经济力量是影响城市形态演变的根 本因素,其活动范围和方式直接决定了 原岗地,这就导致水文条件成为韦lJ约黄 方向。尤其是进入21世纪以来,许多 州城市形态发展最主要的自然因素。如 中小城市都非常注意制定符合本地情况 图5,其形态最初由受遗爱湖影响形成的 的规划,指导城市科学有序发展。设立 “马蹄”形,到受三台河阻隔演变为“斧” 新城区和工业园区是引导城市发展、合 理布局城市用地的常用途径,但不会起 到立竿见影的效果,而是随着基础设施 城市边界和内部格局[15]0自1 995年以来 形,到最后因白潭湖、余家潭、蔡家潭 的”挖空”效应形成的“掌”形,以 黄州的国内生产总值由16.9亿元增长到 及自始至终贯穿其间的长江“屏障”作 2014年的173.97亿元(图6),不到2O 用,共同参与到城市形态的发展历程之 年的时间经济总量翻了十番。其发展历 程大致可以分为两个阶段:1995—2005 中,形成了现如今的城市形态格局。年为低速增长期,2005—2014年为中高 速增长期,回顾前文对黄州城市形态的 的配套完善和招商引资的深入开展,逐 渐形成一个小的经济活跃中心,这也是 黄州城市形态演化后期出现一些“飞地” 的原因。早期设立的黄州科技经济开发 3.3交通路网 路网作为城市空间的“骨架”,是 区,到2010年南湖工业园的成立,再到 时空扩展特征分析,与之完全一致:产 人流、车流和各类经济活动的运行通道, 2012年城东新区的开发建设以及禹王物 对城市形态起着重要的导向作用。相对 流园区的规划布局,对建设用地东扩北 的,经济社会的发展、用地规模的增 进的推动作用明显。 加,必然也刺激着城市路网的新建和完 业结构的调整也是城市形态演变的重要 推动力量,第一产业比重持续下降,第 二产业在2005年前后由降转增,后期受 创业创新、“退二进三”等政策的影响有 善。它和城市形态互为因果,互促发展 。 4结论与讨论 1995年以来,随着明王宋大道、鄂黄长江 所下降,这势必会对城市用地结构产生 影响。因此,经济增长和产业结构调整 一本文通过遥感技术手段,以ArcGIS 参照历史规划图和经济统计数据,对黄 大桥、武冈城际铁路、黄冈长江大桥等 平台为支撑,结合分形和空间句法理论, 批重点交通轴线的通车运营以及市区 共同影响着城市形态的变化。 3.2自然环境 路网的发展完善,城市建设用地在东南 州城市形态进行了系统的定量和定性分 每个城市都坐落在一定的自然地理 部迅速拓展,东北轴线上的路口镇受城 析,并以此为基础探讨了其形态演化的 铁的影响也加快了建设的步伐。 驱动机制。通过分析发现,城市外部形 环境之上,不同的山水格局造就了各不 61 城市发展战略l URBAN DEVELOPMENT STRATEGY 态和内部形态的发展与演进,存在相互 G垂ographique。l990.19(1):45—69. [16]车前进。马晓冬.朱传耿。李全林.徐州 引导、相互推动的作用力,内外部形态 [4]Frankhauser P.Fracta1 geometry of 城市形态演变的分形分析[J].云南地理环境 的协周性也随之发生改变。造成这种局 面的因素是多方面的,自然的山水环境 urban patterns and thefr morphogenesis[J]. Discrete Dynamics{n Nature and Society, 研究。200LI 9(4):28-32. [1 7]Boyce R.Clark W.The concept of shape in geography[J].Geographical Review,1 964. 54(4):561-572. 构成了城市发展的基底。日益壮大的城 1998.2(2):127-145. 市经济推动建设用地的扩张,于是政府 [5]Jiang B。Claramunt C.Integration of 制定新的用地布局规划来引导发展,交 space syntax 1nto GIS:New perspectives for [18]陈华杰.石忆召B.基于空间句法的商品交 易市场空间结构:以义乌国际商贸城为例[J]. ogy[J].Transactions in GIS. 通路网也随之延伸和完善,良好的基础 urban morphol3):295—309. 设施吸引大量投资促进了经济的增长, 2002。6(地理学报.201 i,66(6):805—81 2. [19]赖清华。马晓冬。谢新杰.谢思超,陈丙 a ng B.Def1n{ng a nd 如此形成一个良性的“城市发展方程”, [6]L1u X T.J1但受到自然环境的制约,城市不会无止 generating axial 1ines from street center 境地发展,而是在自然环境的框架下拓 lines for better understand1nq of urban 展生长。 m0rphO1Og{es[J].International Journa1 of Geographical Information Science,201 0。 林.基于空间句法的徐州城市空间形态特征研 究[J].规划师。201 l。27(6):96-IO0. 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