1990—2018年中国实...城市形态模式识别与演变特征_钟一鸣.pdf

第 48 卷第 2 期2023 年 4 月Vol.48 No.2Apr.2023测绘地理信息Journal of Geomatics19902018年中国实体城市形态模式识别与演变特征钟一鸣1，2 徐智邦1，2 焦利民1，21 武汉大学资源与环境科学学院，湖北 武汉，4300792 武汉大学地理信息系统教育部重点实验室，湖北 武汉，430079Pattern Recognition and Evolution Characteristics of Physical Cities in China from 1990 to 2018ZHONGYiming1，2 XUZhibang1，2 JIAOLimin1，21 School of Resources and Environmental Sciences，Wuhan University，Wuhan 430079，China2 Wuhan University Key Laboratory of Geographic Information System，Ministry of Education，Wuhan 430079，China摘要：使用 19902018年的实体城市边界数据，提出了一种城市形态模式分类体系，并分析了中国实体城市形态特征和模式，结果表明：形态模式保持不变的实体城市集中分布于中西部，发生形态改变的城市几乎都位于胡焕庸线以东快速城市化地区；空间同城化这一模式的城市扩张速度最为显著；圈层式扩张集中分布在西部，连接式扩张和空间同城化集中分布在东部；东部与中部的城市发展过程类似，区别在于东部主城区之间的合并较多，中部卫星城的发展较快，西部的城市化进程滞后于其他区域，东北的城市形态模式变化较为复杂。关键词：实体城市；城市扩张；空间形态中图分类号：P208文献标志码：AAbstract：Based on chooses to use the boundary data of physical cities from 1990 to 2018，this paper proposes a classification system of urban morphological patterns，and analyzes the morphological characteristics and patterns of Chinese physical cities.The main conclusions are as follows：The physical cities whose morphological patterns remain unchanged are concentrated in the central and western regions，almost all cities that have undergone morphological changes are located in the rapidly urbanizing areas east of the Heihe-Tengchong Line.The urban expansion rate of the mode of spatial co-urbanization is the most significant.The circular expansion is concentrated in the west，and the connected expansion and spatial co-urbanization are concentrated in the east.The urban development process in the eastern and central regions is similar.The difference is that there are more mergers between the main urban areas in the eastern region，and the development of satellite cities in the central region is relatively fast.Key words：physical city；urban expansion；spatial form城市空间形态是城市在自然环境、历史发展、城市功能结构、空间发展政策以及规划管理等多因素互相作用下的结果1。其研究理论起源于 1950年代由马奇和马丁（March&Martin）在英国剑桥大学创立的“城市形态与用地研究中心”，将城市空间形态定义为由基本空间元素组成的各种空间和交通走廊2。目前有关城市空间形态的研究可以大致分为3类：城市空间形态的划分：国外研究将城市空间形态分类较为详细，通常按照新增用地的位置进行划分3-5；国内研究则主要采用定量的方法刻画城市空 间 形 态6-9。城 市 空 间 形 态 的 时 空 特 征 分析10-12。城市空间形态扩张的影响机制13-15。目前对城市空间形态的研究仍存在不足：从研究尺度看，以单个城市或城市群为对象的研究较多16，缺乏全国范围的研究；从研究方法看，对城市空间形态的分类较为简单，填充式、边缘式和飞地式3类难以刻画城市的扩张格局；从研究对象看，以城市的行政地域为主，缺乏对城市的实体地域空间形态的刻画。本文以中国所有实体城市为研究对象，运用 19902018年 4期实体城市边界数据计算了实体城市的紧凑度和扩张速度，提出了一种新的城市形态模式的分类方法，以期为行政区划调整和中国新型城镇化战略的推进提供政策参考。DOI：10.14188/j.2095-6045.2022069文章编号：2095-6045（2023）02-0070-05引用格式：钟一鸣，徐智邦，焦利民.19902018 年中国实体城市形态模式识别与演变特征 J.测绘地理信息，2023，48（2）：70-74（ZHONG Yiming，XU Zhibang，JIAO Limin.Pattern Recognition and Evolution Characteristics of Physical Cities in China from 1990 to 2018 J.Journal of Geomatics，2023，48（2）：70-74）基金项目：国家重点研发计划（2017YFA0604404）；国家自然科学基金（41971368）。第 48 卷第 2 期钟一鸣等：19902018年中国实体城市形态模式识别与演变特征1 数据来源与预处理Xu 等17运用清华大学制作的全球人工不透水面（global artificial impenious area，GAIA）数据和欧盟联合研究中心（Joint Research Center，JCR）制作的水体数据，从尺寸、局部密度和空间关系 3个维度对不透水表面斑块进行定量处理，通过构建“自下而上”的框架在 GEE（Google Earth Engine）平台上提取了全球实体城市的 3层边界，包括城市范围、城市建成区和城市中心区18，本文采用该方法计算得到了 1990 年、2000 年、2010 年和 2018 年 4 期中国实体城市的城市建成区。最终 4个年份分别选取了 566、1 044、1 489和 2 064个实体城市。2 实体城市形态模式划分中国的城市界定与行政区划紧密关联，出现了对中国城市界定的多维尺度认知和混用19。1995年，城市地理学家周一星提出建立中国城市的实体地域概念，旨在突破城市行政地域，建立与景观地域相匹配的城市实体地域20。近年来，城市行政地域和实体地域的空间差异愈发明显，引起学界对城市实体地域的划分标准进行了一系列探讨21，22。借用戚伟等19对城市实体地域概念的界定，本文对实体城市的定义为以建成区为核心，包括与建成区存在紧密的社会经济联系的外围区域。实体城市反映了城市的客观空间范围，不受法律划定的行政区划的束缚，与行政城市相比，实体城市的空间形态更加多变。本文首先考虑行政边界这一因素，将实体城市形态模式按扩张是否超出行政边界分为行政边界内扩张和跨行政边界扩张，再利用城市形态学相关指标对形态模式进行细分。2.1实体城市形态模式定义2.1.1圈层式扩张圈层式扩张的概念起源于杜能的“农业区位论”，其在研究区位地租时通过一系列抽象的假定将复杂事物抽象化，通过计算得出城市近郊农业区沿着城市中心向外沿同心圆环分布的“杜能圈”23。本文所指的圈层扩张是主城区斑块（实体城市内面积最大的斑块）向外类似树干年轮的扩张。图 1 表示圈层式扩张对应的典型城市示例。2.1.2卫星城式扩张美国学者 G 泰勒（Graham Taylor）在其所著的卫星城镇 中首次提出“卫星城”这一名词。他把大城市比作行星，把大城市周边近郊建立的小城镇比作围绕行星的卫星。本文所指的卫星城是位于大城市周边区域、与中心城市紧密联系但具有一定空间距离且相对独立，为承接中心城市疏解的人口和产业等部分城市功能，或规划新建或对已有一定规模的城镇进行改建的一类城市。实体城市与行政视角下的城市相比，主城区斑块与周围其他斑块的距离更近，综合考虑卫星城发展演变过程和实体城市的特点，本文对实体城市的卫星城定义为在行政区划内，与主城区斑块的距离小于 60 km 且面积在 15 km2以上的城镇，卫星城式扩张指以卫星城为主导的扩张模式。图 2表示卫星式扩张对应的典型城市示例。2.1.3跳跃式扩张实体城市建成区外的扩张除了卫星城式的与主城区斑块联系密切，规模较大的斑块，也包括较为零星的斑块。本文的跳跃式斑块概念是指行政区划内与主城区斑块不相连，距离较远（大于 60 km）或规模较小（小于 15 km2）的斑块，跳跃式扩张指以跳跃式斑块为主导的扩张模式。图 3表示跳跃式扩张对应的典型城市示例。2.1.4廊道式扩张廊道的概念起源于城市景观生态规划，大都市的发展具有廊道效应，廊道决定城市景观结构和人口空间的分布模式。现有文献缺乏对廊道式扩张的图 1圈层式扩张对应的典型城市示例Fig.1A typical Example of a City Corresponding to a Circular Expansion图 2卫星城式扩张对应的典型城市Fig.2Typical Cities Corresponding to Satellite City Expansion图 3跳跃式扩张对应的典型城市Fig.3Typical Cities Corresponding to Jump Expansion71测绘地理信息2023 年 4 月定义，本文借助廊道的概念，把廊道式扩张定义为不同于圈层式主城区斑块同心圆环式向外扩张，廊道式扩张是城市沿特定的几个发展廊道扩张的过程。图 4表示廊道式扩张对应的典型城市示例。2.1.5连接式扩张圈层式扩张可以看作实体城市中主城区斑块的扩张，卫星城和跳跃式扩张则是实体城市中主城区斑块之外其他斑块的扩张。实体城市扩张过程中除了主城区斑块和卫星城/跳跃式斑块单独的扩张，还包括主城区斑块与卫星城/跳跃式斑块经过一段时间的扩张，从原本的空间上存在距离变为相连的过程。连接式扩张刻画了这种扩张过程，它指的是初期的主城区斑块经过一个时期的扩张，与原本的卫星城/跳跃式斑块相连，合并为新的主城区斑块。图 5表示连接式扩张对应的典型城市示例。2.1.6市域外扩张实体城市的扩张不受行政区划的束缚，除了前文描述的几种模式外，实体城市的扩张可能超出行政边界，市域外扩张刻画了该种模式。由于主城区斑块和卫星城/跳跃式斑块都有超出行政边界的可能，因此市域外扩张分为 3类，第 1类是主城区斑块的扩张超出了行政边界，第 2类是卫星城/跳跃式斑块的扩张超出了行政边界。为了界定第 2类市域外扩张属于哪个城市，将卫星城/跳跃式斑块的市域外扩张定义为某实体城市（A 市）除主城区斑块以外的其他斑块的扩张超出行政边界（