基于Envi技术的城市建成区扩张演变研究-以重庆市江津区为例论文

基于Envi技术的城市建成区扩张演变研究
——以重庆市江津区为例

刘 颖

（西华师范大学国土资源学院，四川南充 637000）

摘 要： 通过选取重庆城市发展新区的典型区域——江津区作为研究区域，以江津区1995年、2001年、2007年、2013年的遥感影像作为基础资料，借助遥感软件ENVI4.8，利用归一化建筑指数（NDBI）模型，并结合监督分类提取江津区4年的城市建成区信息，对江津区建成区扩张的时空特征进行了研究。结果表明：江津区近18年来城市建成区扩张显著，年均扩张速率、扩张面积分别为58.14%、147.43km²，扩展强度指数为11.34，总体处于高速扩张的状态；全区城市建成区的紧凑度指数表现为逐年下降的趋势，城市发展的总体趋势为由相对集中走向分散。

关键词： 建成区扩张；GIS；Envi；江津区

随着新型城镇化战略的提出，城市化的发展水平逐渐演化成为了衡量一个国家或地区社会、经济、科技以及文化发展程度的重要标尺^［1］，而城市化最重要的标志是城市的边界不断向外扩张^［2］。城市用地的扩张，往往受政策的影响较大，且多数以改变其他土地利用的类型来实现的。自改革开放以来，我国城市化进程迅速，大中小城市边界在空间上不断地增长或消亡^［3］。因此，如何有效地提取城市扩张边界，已成为了业界研究的热点问题。遥感Envi技术和GIS技术的不断发展，为国内外学者研究城市边界的变化以及驱动机制等方面提供了诸多的便利。例如，Mohammad Paydar^［4］利用德尔菲法和层次分析法建立了评价指标体系，并且对伊朗南部城市Shiraz的城市扩张程度进行了研究；Kevin McGarigal^［5］等建立了城市增长模型，并借此模拟美国东北部2010—2080年的城市扩张非稳定性变化，研究了其对生态环境的影响；戴云哲^［6］运用InVEST模型分析了长沙都市区20年的年生态环境质量，并且对长沙都市区城市扩张的空间格局及其与生态环境的相互关系进行了研究；李嘉译^［7］等借助Landsat TM/OLI影像，分析了近30年（1986—2016年）长江经济带7个城市的建设用地的时空变化模式及其生态效应。

前遣陆机董督节钺，虽黄桥之退，而温南收胜，一彼一此，未足增庆也。[注] 《晋书》卷五十九《长沙厉王乂传》，第1614页。

本研究以重庆市江津区为对象，选取江津区1995年、2001年、2007年、2013年的Landsat影像资料，利用Envi软件提取城市建成区边界信息，分析了江津区城市扩张的规律及其趋势，对合理管理土地资源、指导城市规划以及保护生态环境和耕地资源都有着重要的意义^［8］。

1 研究区概况

江津区地处重庆西南角，坐落于东经105°49′～106°36′，北纬28°28′～29°28′之间，属长江中上游区域，位于三峡库区的尾端。江津东与巴南区、綦江区相邻，向南与贵州习水相接，西走与永川区、四川合江县相依，北连璧山区和九龙坡区，在重庆市5大功能区划分中属城市发展新区。江津区境内四面高山环抱，丘陵起伏，地貌多以丘陵低山为主，气候属亚热带季风气候，光照、雨量充沛。全区幅员面积321779.89km²，辖5个街道、25个镇、3个经济组团。

2 数据来源及处理

2.1 数据来源 本研究采用的Landsat影像数据来源于地理空间数据云服务平台，选用为江津区1995年、2001年、2007年、2013年的云量均低于15%的遥感影像；非遥感数据主要包括江津区历年社会经济发展统计公报、统计年鉴；其他数据包含江津区研究年份的土地利用现状图和土地利用变更数据表，部分河流地貌图，水文水系图和野外考察点等。

2.2 数据预处理 本研究使用的源影像数含云量较少，且包含了整个研究区域，因此对遥感源数据的预处理主要包括辐射校正和图像裁剪，辐射校正主要包括传感器校正、大气校正以及太阳高度角和地形校正，最后利用Arcgis对研究区域进行裁剪，裁剪结果如图1。

3.3 江津区城市发展特点及建议 综合上述分析可以看出，江津区经过近20年的发展，城市建成区由沿江非常狭小的1块逐渐扩张到囊括了3个经济组团的核心部分，扩张具体表现为以下几个特点：

图1 江津区1995—2013年土地利用/覆被遥感影像

城市空间分形维数表达式：

①由BP2=AP2+CP2你联想到什么？(AP、BP、CP是同一个直角三角形三边的长，其中BP是斜边的长)

图2 江津区1995—2013年城市建成区分布

3 江津区建成区扩张时空特征分析

3.1 建成区面积 将Arcgis叠加分析处理后的1995—2013年的城市建成区数据导入并生成城市建成区演变图；再利用软件的统计计算功能，计算得出各组团建成区面积及其占比等，结果如表1所示。

表1 江津区1995—2013年城市建成区面积变化及占比

3.2.1 江津区建成区扩张时间 总体来看，江津区经过18年发展，城市建成区由1995年的253.56km²增加到2013年的3202.12km²，面积为研究初期的12.63倍，总体增加2948.56km²。年均扩张速率、扩张面积分别为58.14%、147.43km²，扩展强度指数为11.34，总体处于高速扩张的状态。分组团来看，几江组团城市建成区面积扩张439.35km²，扩张强度指数为7.22，年均扩张速率为11.98%；德感组团扩张1043.17km²，年均扩张速率为74.32%，扩张强度指数为8.14；双福组团是2007成立的，面积总体扩张1287.96km²，扩张强度指数为20.60，超过所有区域的扩张强度。

建成区扩张面积表达式为：

紧凑度指数表达式：

建成区扩张强度指数表达式为：

建成区面积扩张速率表达式为：

如果在肥料成本相同的情况下，需要思考不同肥料处理背景下所产生的经济效益不同。结合实验结果分析无肥区、常规施肥区以及5个缓控释施肥区的产值与纯收入对比，5个缓控释施肥区在收入上均比无肥区更高，而常规施肥区则位居第6位。其中纯收入最高的为处理4区，它的收入可达到2.98元/m2，而无肥区收入最低，只有1.05元/m2。

2.3 建成区提取 国内外在提取城市建成区的方法上有诸多的研究，有的是基于对象分类方法和利用土地类型信息来实现对城市建城区边界的提取^［9］，有的则是将Landsat TM/ETM+光学遥感影像与DMSP/OLS夜光数据相结合来提取建成区信息^［10］。考虑到研究区域的实际概况以及数据质量，本研究以“城区建成区”为提取目标，将监督分类和归一化建筑指数（NDBI）相结合提取江津区城市建成区，覆盖其行政区内的3个经济组团，分别是几江组团、德感组团和双福组团，提取对象为该3个经济组团范围内集中连片的部分以及分散在郊区的建设用地。最后，利用Arcgis的Intersect功能，将NDBI的二值化结果和监督分类结果进行叠加取其交集，获得江津区1995—2013年的建成区分布（见图2）。

式1、2、3中，ΔA、ν、R分别代表建成区扩张面积、建成区面积扩张率、建成区面积扩张速率、建成区扩张强度指数。A_b为研究期末的城市建成区面积，A_a为研究期初的城市建成区面积，TA为研究区土地总面积，T为时间间隔。根据学者刘盛和的研究，城市扩张强度指数从高到低可以分为以下5种类型：高速扩张（＞2.05）、快速扩张（1.07～2.05）、中速扩张（0.55～1.07）、低速扩张（0.22～0.55）和缓慢扩张（0～0.22）^［13］。式4、5中，C为紧凑度指数，A为城市面积，P为城市周长。C值越大，表明城市分布较为紧凑，不分散；分维数D值越大，表示城市形状的不规则程度越大。将建成区数据应用到上述5个模型，计算结果如表2、表3、表4所示。

表2 江津区1995-2013年城市建成区面积

表3 江津区1995—2013年城市建成区扩张强度指数

表4 江津区城市建成区紧凑度指数和分形维数

3.2 建成区面积时空演变分析 为了动态地反映出江津区城市建成区的变化，江津区建成区时间演变将从建成区扩张面积、建成区面积扩张速率、建成区扩张强度指数3个方面进行时间分析，从城市紧凑度^［11］指数、城市空间分形维数^［12］2个方面进行空间分析。计算公式如下：

3.2.2 江津区建成区扩张空间 在ArcGIS软件支持下，将前文所提取到的江津区1995—2013年城市建成区边界图进行叠加，以此获得江津区1995—2013年城市建成区变化（图3）。由图3可知，全区城市建成区紧凑度指数表现为逐年下降的趋势，由1995年的0.23下降到2013年的0.02，说明江津总体城市发展趋势是由相对集中走向分散；相应地，全区城区分形维数由1995年的1.184逐步增加到2013年的1.266，说明随着江津区城区发展的离散程度的增高，江津区城市发展的不规则程度越来越高。受全区和组团自身发展需要以及江津区区域地形地貌的影响，各个组团均在原有基础上向外不规则扩张，另外双福组团在空间上与原有城区存在一定距离，导致城市空间紧凑度降低。

图3 江津区1995—2013年城市建成区变化

(2)模具温度在180～200 ℃时，模具温度较低，靠近模具壁的薄层金属液产生极大的过冷度，使压铸件表面快速凝固，形成薄层等轴晶粒区，试样力学性能较好；模具温度超过200 ℃时，激冷效果降低，硬度下降幅度增大，试样的力学性能随之下降．雷达外壳压铸件最佳的模具温度为200 ℃．

3.3.1 建成区分布由集中走向分散 几江组团和德感组团是江津区较早建立的城市区域，二者仅一江之隔且距离较近，后双福组团被划为城区，且以较快的速度发展，城区的分布开始变得分散。总体来看，2007年之前江津城区分布在较为集中，受区域发展政策影响而后变得分散。

3.3.2 组团式发展态势明显 受地形地貌水文的影响，在江津3大经济组团中，几江组团依傍几江半岛为中心向东南方向扩张；德感组团受到西边山脉影响则沿山向西南方向扩展；双福组团北接重庆主城核心区，城区主要向东北方向扩展。

3.3.3 城市发展受自然条件影响较大 江津区全区以低山丘陵为主，水文地貌特征对城市扩张方向的影响较大。几江组团内地势南高北低，城南依靠艾坪山，因此几江城区的建设主要是围绕艾坪山靠长江沿线发展；德感城区受南北走向的缙云山影响，城区沿江分布特征显著；双福城区背靠缙云山脉，城区发展主要基于平坦的津马要塞，块状分布明显。

他们又回到以前的状况。那个丢人的解决办法行之无效，哥俩都经不住诱惑，干了欺骗的勾当。该隐的幽灵在游荡——但是尼尔森兄弟之间的感情深厚无比——有谁说得清他们共同经历过的艰难危险！——他们宁愿把激怒发泄在别人头上。发泄在一个陌生人，在狗，在替他们带来不和的胡利安娜身上。

3.3.4 未来集中发展趋势明显 近年来，双福新区的建立使得江津区的城市建设有了飞速的发展，但也同时产生了城市过于分散和不规则的问题，老城区与新区之间存在较多的空白待开发区域，虽然暂时降低了使城市的聚集力与辐射能力，但也意味着江津城市的发展还有着巨大的潜力。根据最新的规划方案，这片空白待开发区域未来将规划为滨江新城，滨江新城的建设，将江津几江城区、双福新区、德感工业园区串联起来，有利于促进各个经济组团之间的融合和互补。

在一定的温度下，氯酸钠才能氧化矿浆中的金，并且随着温度的升高氯酸钠氧化能力增强。为了探究最佳浸出温度，本文采用单因子变量原则，考察了不同温度下金的浸出率。温度(℃)：70、75、80、85、90；氯化钠：1.0 mol/L；氯酸钠：16 g/L；稀硫酸：3.0 mol/L；矿浆浓度：25%；时间：2 h。不同浸出温度试验结果如图9所示。

4 小结与讨论

本研究主要利用遥感和GIS相结合的技术手段，以江津区1995年、2001年、2007年、2013年的遥感图像为数据源，对江津区18年间城区建成区扩张演变情况进行了时空分析。结果表明，江津区近18年来城市建成区扩张显著，城市建成区研究末期的面积为研究初期的12.63倍，总体增加2948.56km²，处于高速扩张状态，且有加强的趋势。从扩张形态上来看，受自然地形和政策的影响，江津总体城市发展组团式格局明显，城市扩张是由相对集中走向分散，且城市发展的不规则程度越来越高。但随着政策的引导以及经济的发展，城市空间分布将更加紧凑，城区组团之间的联系将会愈来愈强。

参考文献

［1］吴小君，方秀琴，苗月鲜，等.基于Landsat的合肥市城市扩张研究［J］.浙江大学学报：理学版，2017，44（06）：631-639.

［2］徐梦洁，於海美，梅艳，等.近年我国城市土地扩张研究进展［J］.国土资源科技管理，2008（01）：47-52.

［3］王潇，刘婷，刘汉湖.基于遥感的乐山主城区城市扩张及其驱动力分析［J］.河南科学，2017，35（05）：806-810.

［4］Mohammad Paydar，Enayatollah Rahimi.Determination of urban sprawl′s indicators toward sustainable urban development［J］.Smart and Sustainable Built Environment，2018，7（3/4）.

［5］Kevin Mc Garigal，Ethan B.Plunkett，Lisabeth L.Willey，et al.Modeling non-stationary urban growth：The SPRAWL model and the ecological impacts of development［J］.Landscape and Urban Planning，2018，177.

［6］戴云哲，李江风，杨建新.长沙都市区生境质量对城市扩张的时空响应［J］.地理科学进展，2018，37（10）：1340-1351.

［7］李嘉译，匡鸿海，谭超，等.长江经济带城市扩张的时空特征与生态响应［J］.长江流域资源与环境，2018，27（10）：2153-2161.

［8］吴宏安，蒋建军，周杰，等.西安城市扩张及其驱动力分析［J］.地理学报，2005（01）：143-150.

［9］邓刘洋，沈占锋，柯映明.城市建成区遥感影像边界提取与扩张分析［J］.地球信息科学学报，2018，20（07）：996-1003.

［10］王若曦，李建，李熙，等.DMSP夜间灯光数据与Landsat数据结合的建成区提取研究——以江西省为例［J］.华中师范大学学报：自然科学版，2018，52（01）：130-136，146.

［11］牟凤云，张增祥，谭文彬.基于遥感和GIS的重庆市近30年城市形态演化特征分析［J］.云南地理环境研究，2008，05：1-5，43.

［12］王慧颖.内蒙古城市系统等级结构的分形维数及测算方法［J］.科技信息，2010，06：111-112.

［13］陈丽霞.城镇化背景下洛阳建成区扩张与耕地动态变化研究［D］.郑州：郑州大学，2014.

The Study on the Expansion of Urban Built-up Area based on Envi——A Case Study of Jiangjin District of Chongqing City

Liu Ying
（Land and Resources School，China West Normal University，Nanchong 637009，China）

Abstrat： The paper takes Jiangjin district，trend of new urban development district in Chongqing，as the object of study，and uses remote-sensing images of the year 1995，2001，2007 and 2013 as data source，then extracts Jiangjin′s urban built-up area of the 4 years by using normalized difference build-up index（NDBI）and supervised classification with the help of remote sensing software ENVI4.8，finally analyses the spatial-temporal characteristics of urban expansion of Jiangjin.The result shows：the expansion of Jiangjin′s urban built-up area nearly eighteen years is prominent，and annual expanding rate，expanding area and expanding intensity index are 8.14%，147.43km²and 11.34 respectively，as a whole，Jiangjin′s urban expansion is in a status of high-speed expansion；the compactness indexs of Jiangjin′s urban built-up area of every year show a decreasing trend year by year，the general trend of Jiangjin′s urban development is changing from relative concentration to dispersion.

Key words： Expansion of urban built-up area；GIS；Envi；Jiangjin district

中图分类号 P237

文献标识码 A

文章编号 1007-7731（2019）19-0150-04

基金项目： 国家自然科学基金项目（41807075）；四川省科技厅应用基础研究重点项目（2018JY0086）；西华师范大学博士科研启动基金项目（17E038）。

作者简介： 刘颖（1991—），女，四川德阳人，硕士，研究方向：土地利用规划。

收稿日期： 2019-09-29

（责编：张宏民）

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