基于GIS及RS天津滨海新区城市空间增长格局研究

基于GIS及RS天津滨海新区城市空间增长格局研究

张恒 李刚

摘要：从城市实体地域扩张的视角出发，借鉴国内外城市化空间格局理论研究与实践经验，在地理信息系统（GIS）和遥感技术（RS）的支持下，依托探索性空间数据分析（ESDA：Exploratory spatial data analysis）工具，构建天津滨海新区城市空间增长格局研究框架。基于天津滨海新区1993、2001、2006、2009四年城市遥感影像数据进行信息提取及分析，对城市用地格局变化、用地变化特征进行研究，定量地揭示出滨海新区城市增长的空间格局特征。发现滨海新区城市增长呈“阶段性轴带”格局模式，目前规划政策在很大程度上主导滨海城市空间增长格局。 关键词：空间增长格局、地理信息系统、遥感技术、ESDA

1 概述

天津滨海新区是全国唯一聚集了港口、国家级开发区、保税区、海洋高新技术开发区、出口加工区、区港联动运作区和大型工业基地的地区，具有体制创新优势。 自1984年改革开放以来，这里经历了许多重大政策及变革（如下表 1所示），经济快速增长，外资大量进入，成为中国北方发展最快的地区之一。

时间 1992年 1994年 2000年 2002年 2006年

事件

邓小平南巡讲话，在全国掀起了改革开放的第二次热潮

天津市委、市政府立足天津实际提出并开始实施“三五八十”四大战略目标 设立滨海新区工委和管委会

提前一年实现“三五八十”四大战略目标

国务院发布《关于推进天津滨海新区开发开放有关问题的意见》，批准天津滨海新区进行综合配套改革试点

2009年

国务院正式批复滨海新区行政体制改革方案，撤销塘沽、汉沽、大港三区，设立滨海新区行政机构

2010年

天津滨海新区政府机构正式揭牌

表 1 滨海新区过去重大历史政策及变革事件

天津市滨海新区正处于快速的城市化阶段，城市增长日益加快。基于城市的环境、资源、社会的协调发展及城市经济、人口等问题，需要深入认识滨海新区城市空间增长的格局变化

特征，为进一步探索滨海新区城市空间格局演化过程及规划政策制定提供有力的定量化辅助支持。

2 研究框架

本研究在传统的从城市发展的经济社会诸要素中运用数理统计方法研究城市空间格局及过程的基础上，借鉴国内外城市化空间格局理论研究与实践经验，在地理信息系统、遥感技术及其他信息技术的支持下，依托探索性空间数据分析（ESDA：Exploratory spatial data analysis）工具，构建天津滨海新区城市空间增长格局研究框架。基于该框架，采用1993年、2001年、2006年、2009年四年滨海新区遥感数据、城市统计数据等进行空间分析，从城市实体地域空间角度对城市用地格局变化、用地变化特征进行定量研究，尝试揭示滨海新区城市增长的空间格局特征，研究框架如图 1所示。

图 1 天津滨海新区城市增长研究框架

3 基于遥感的滨海新区城市增长时序数据提取

3.1 数据来源

基于卫星遥感影像数据获取周期短、速度快、准确的特点，使遥感影像成为研究城市化空间格局和过程的最佳数据。特别是美国Landsat卫星传感器的空间分辨率和光谱分辨率可以很好的识别城市人工建筑物、村落聚集地、林地、水域和农田等城市组成元素。根据天津市滨海新区重大政策实施节点，选择1993年、2001年、2006年、2009年4个时间点TM遥感影像作为城市实体地域信息提取的数据来源，同时还收集2009年的1：2000地形图、滨海规划区域边界、2004～2008年滨海新区高分辨率影像数据等，利用这些数据辅助城市增长数据提取过程中的影像配准、影像校正及辅助进一步解译。

3.2 城市空间增长时序数据提取方法

首先对四年的遥感影像进行辐射校正和几何校正，并将影像的分辨率统一到30m，坐标系统一到天津90坐标系上，将配准和校正后的遥感影像上叠加滨海新区的规划边界进行图像的裁剪，为下一步遥感影像分类提供数据基础。

遥感影像反映了地物在不同的波段上不同的波谱信息，为了准确的提取城镇用地地物，必须对各种地物的波谱信息进行分析，发现各种地物的波谱差异。基于波谱的不同，利用归一化建筑指数和波段运算来自动识别大部分滨海新区城镇用地；对于识别出来的各种用地采用波段的二值逻辑运算进行对城镇用地提取，由于自动识别会产生一些误分的情况，必须加入人为判断进行人机交互解译，特别是对于和城镇用地光谱特别相似的，不易于城镇用地分开的地物进行人为判断加以区分，如：盐田、裸石等等。最后得到4个时段的天津市滨海新区城镇用地数据，技术路线如图 2所示。

图 2天津滨海新区城镇用地提取技术路线

基于以上技术路线进行提取，最终得到1993年、2001年、2006年和2009年四年滨海新区城镇建设用地格局图，如图 3所示。

图 3 1993、2001、2006、2009年滨海新区城镇建设用地现状格局图

4 滨海新区城市增长格局分析

4.1 用地格局变化分析

利用ArcGIS对1993年、2001年、2006年、2009年四个时序的三个时间段城镇用地变化进行提取，对变化区域进行自动识别。基于不同时间段的用地变化，串联起滨海新区20多年的城市建设发展历程。

z 1993-2001年——以滨海老城区建设为主

如图 4左所示，表示1993年到2001年间城镇建设用地变化情况，其中红色表示2001年相对1993增长的区域；黄色代表1993为城镇建设用地，2001年没有变化的；绿色代表2001年城镇用地减少的，在1993年为城镇用地而2001年变为非城镇用地。

如图 4右所示，表示1993年到2001年期间，城镇用地主要的增长区域，增长区域主要集中在塘沽区和大港区市区内，这正是1993年当时天津市委、市政府带领全市人民谋划了“三五八十”四大战略政策带动的结果。

图 4 天津滨海新区1993-2001城镇建设用地变化图及增长区域识别图

z 2001-2006年——以津滨交通走廊建设为主

如图 5左所示，红色、绿色、黄色分别代表相对于2001年为基期到2006年六年城镇用地的增加区域、减少区域和不变区域，其中塘沽、汉沽和大港中心城区基本保持不变，由于2000年建立滨海管委会，可以独立参与实施规划，从图上可以看出一些大的规划项目已经和正在实施，如空港地区、南疆港、东疆港正在开始建设等等；

如图 5右所示，把变化的区域更加明显的识别出来，其中这六年间主要建设区域都集中塘沽区及东丽地区，以及汉沽少部分区域。

图 5 天津滨海新区2001-2006城镇建设用地变化图及增长区域识别图

z 2006-2009年——以东部滨海发展轴建设为主

如图 6左所示，红色、绿色、黄色分别代表相对于2006年为基期到2009年四年城镇用地的增加区域、减少区域和不变区域， 通过对增长区域的识别结果，如图 6右所示可以很显而易见的发现，在2006-2009期间，主要建设都集中在滨海新区沿海地区，特别塘沽天津港口的建设尤为突出。

图 6 天津滨海新区2006-2009城镇建设用地变化图及增长区域识别图

4.2 用地格局特征分析

通过将滨海新区1993—2001、2001-2006、2006-2009年三个重要时间截面上的用地增长情况进行叠加分析，如下图 7所示，绿色表示1993-2001年间的增长变化；红色表示2001年-2006年间的增长变化；蓝色代表2006年-2009年间的增长变化。通过比较可以发现在这三个时间段的城市的增长完全按照一种散点的区域发展构成的“轴带”的格局模式进行发展，蓝色增长轴是由于在此时期城市发展主要沿着优越的津滨交通走廊发展形成；红色增长轴则主要是沿海化城市发展模式主导。可以看出：滨海新区在这十多年的发展过程中，不同时期滨海新区发展与当时的规划政策引导大致相符，很大程度依赖于规划政策而发展，目前正处于一个更加快速发展时期。

图 7 天津滨海新区1993-2009城镇增长变化时序图

5 结论

本文利于地理信息系统和遥感等信息技术，提取滨海新区不同时段城市建设用地增长时序数据，利于探索性空间数据分析工具，对滨海新区1993到2009年间的城市增长格局从不同方面进行分析，目的在于从城市空间实体地域定量揭示出滨海新区城市增长的空间格局及过程，为滨海新区城市总体规划的编制及相关战略研究提供借鉴和参考。

通过分析发现滨海新区城市增长呈“阶段性轴带”格局模式，规划政策在很大程度上主导滨海城市空间增长格局，但是城市是一个复杂的巨系统，城市增长发展受到很多因素的影响，

包括历史、政策、规划、交通、新区开发等，本文在分析的深度上特别是对于引起城市格局变化主因上需要进一步深入，在今后的工作中，将通过丰富自身知识体系，尝试探索描述多种因素在城市空间增长过程中所起的作用影响，对城市增长认识提高更深一层次。

参考文献

[1] 马晓冬，基于ESDA的城市化空间格局与过程比较研究，东南大学出版社，2007.

[2] 查勇，倪绍祥，杨山，一种利用TM图像自动提取城镇用地信息的有效方法，遥感学报，2003. [3] 彭光雄，徐兵，沈蔚，李京，TM图像的城镇用地信息提取方法研究，遥感技术与应用，2006. [4] 滨海新区网，/bhyx/.

作者简介

张 恒(1984—)，男，硕士，天津市城市规划设计研究院规划科技信息中心，助理工程师。 李 刚(1975—)，男，博士，天津市城市规划设计研究院规划科技信息中心，高级工程师。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/en1j.html