城市边缘带识别研究进展与展望，本文主要内容关键词为：城市边缘论文,研究进展论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
修订日期：2014-06。 doi：10.11820/dlkxjz.2014.08.007 中图分类号：P901 文献标识码：A 1 引言 19世纪末20世纪初，城市的快速蔓延，带来了一系列土地利用问题、社会问题和生态环境问题(Antrop，2004)，引起了地理学、社会学、规划学、生态学等众多领域学者的广泛关注。城市发展的重要特征为城乡人口流动以及社会经济发展要素的重组与交互(龙花楼，2012)，同时城市化地区不断扩大，这种扩大一方面包括城市功能的外溢，另一方面包括在城市对外交通发展、工业扩展、住宅扩散等推动作用下城市空间向郊区的蔓延，表现为城市建设用地的规模和强度不断增大(郭月婷等，2009)。与之相适应地，在大城市近郊，亦即城区的边缘地区，城市因素不断增强，乡村因素不断衰减，城乡互相包含、互有飞地、犬牙交错(顾朝林等，1993)。因此，在城乡区域差异被关注的同时(付承伟等，2010)，简单的城乡二分法已不能充分反映城市的地域结构特征，城市边缘带(Urban Fringe)成为介于城区和乡村间的一种动态的、统一的、过渡的地域空间结构实体(顾朝林等，1989)。在不同的学科背景下，城市边缘带也常被称作城乡交错带、城乡结合部等。 城市边缘带自20世纪80年代首先被欧洲地理学家关注以来(Whitehand，1988)，其空间划分、人口结构分析及社会经济特征探讨等研究相继蓬勃展开(顾朝林等，1989，1993)，逐渐成为学术界关注的热点之一。城市边缘带是城市发展、扩散和蔓延的最具活力的地带，物质输入、输出频繁；同时，土地利用、社会经济结构异质性和不稳定性强，因而也是交通、环境等城市问题的多发地区，是城市规划管理的薄弱环节(程连生等，1995；许新国等，2009)。因此，城市边缘带这一特殊地域实体的空间识别，是对城乡地域社会经济、生态环境等地理空间结构的整体认知和格局解析，对于社会结构、景观层次和发展梯度等城市边缘带特征的定量分析具有重要意义。基于空间识别的城市边缘带长时间序列动态分析则有助于明晰城市扩张的驱动因素、区分城乡统筹发展模式，从而有针对性地解决城市边缘带自然、社会、经济问题，辅助城市发展的动态监测和政策制定(任荣荣等，2008)，为区域一体化空间发展规划提供决策参考。更进一步地，城市热岛、生境退化、生物多样性丧失等城市化过程的生态环境效应研究一直是城市化与全球环境变化研究的热点，但无论是样点、样带还是全域尺度的城市化生态环境效应研究，均是基于城市与乡村对比的视角。以城市地域空间结构解析为基础的城市边缘带识别有助于城乡空间形态的有效辨识。例如，目前常用城乡地表温度差定量表征城市热岛强度(Imhoff et al，2010；Peng et al，2011)，而城区、郊区空间范围的变动会影响城市热岛效应评价结果，定量识别城市边缘带、划分城乡空间范围便成为城市热岛效应研究的重要前提条件。因此，可以认为，城市边缘带作为处于城区与郊区之间的、空间上连续统一的地域实体，通过定量识别其位置和范围，即可同时完成城市与乡村的空间识别，是城乡差异对比分析及城市化生态环境效应研究的重要基础。 考虑到城市边缘带的动态性和过渡性，基于社会经济统计数据以及遥感影像等空间数据，国内外学者从多个角度陆续发展了多种方法，实现了对不同地域城市边缘带的识别和监测。本文将从指示要素、空间单元以及判别模型3个方面解析城市边缘带识别的关键步骤，并在回顾和归纳国内外城市边缘带识别研究进展的基础上，展望未来研究趋势，以期推动边缘带识别研究的进一步深入。
2 城市边缘带概念 城市边缘带这一地域最早由德国城市地理学家Herbert Louis于1936年在研究城市增长物理边界时关注到(Whitehand，1988)；1937年Smith在讨论路易斯安那州城市结构时首次使用了城市边缘带这一概念，系指城市限制范围以外的建成区(Smith，1937)；1942年Wahrwein将其定义为城市土地利用与专用于农业的地区之间的用地转变地域(Wehrwein，1942)。1950年代，诸多学者就城市边缘带相关概念展开了热烈的辨析讨论，如城市近郊区(Suburbs)、伪郊区(Pseudo-suburbs)等(Schnore，1957；Kurtz et al，1958)；1960年，英国地理学家Conzen对其进行了深化和完善，指出城市边缘带不仅是一种解释城市景观变化的手段，而应当被看作是城市周期性地域扩张的前沿(Conzen，1960)。1968年，Pryor将其确切表述为“城乡间土地利用、社会和人口统计学等方面具有明显差异特征而位于连片的建成区和城市郊区，并且几乎完全没有非农业住宅、非农业占用和非农业土地利用的纯农业腹地之间的土地利用转变地区，其人口密度的增长低于中心城而高于周边乡村地区”(Pryor，1968)；20世纪90年代开始，对开放空间保护的关注使得城市边缘带的研究成为热点(Friedberger，2000)，少部分规划和地理学者使用郊外住宅区(Exurbia)来指代这一地区(Davis，1993)，并重点关注其与城市近郊区的联系和区别(Sharp et al，2008)。 20世纪80年代，城市边缘带开始为中国学者所关注，并蓬勃发展至今。不同学者由于学科背景和关注角度的不同，提出了与城市边缘带类似的诸多概念(表1)，代表性的有：“城市阴影区”(张京祥等，2000)，“城乡结合部”(余强毅等，2010)，“城乡交错带”(陈佑启，1995)，“城乡过渡带”等(魏伟等，2006；吴杨，2010)。 城市边缘带在不同专业背景下的命名虽然有区别，但其含义存在较大程度上的重合。辨析国内外有关城市边缘带的定义，从结构和功能上归纳其特征为：①独立性。城市边缘带是不同于城区和乡村的、统一的地域实体，在空间上既分割了城市与乡村，同时又将两者紧密连接在一起，虽在结构和功能上受到城乡双重作用，但其本身既不从属于城区，也不从属于乡村。边缘带对应于核心区而存在，是在异质地域的交界处，由于生态因子的互补性汇聚，或地域社会、经济属性的非线性相干协同作用，产生超越各地域组分单独功能叠加之和的综合关联增殖效应，赋予边缘带地区综合的生态、社会、经济效益，即具有显著的“边缘效应”(邢忠，2001)，因此城市边缘带具有特定的时空尺度、形成机理及演变特征，与核心区一样，被当作区域结构的独立要素；②过渡性。同其他生态、地理过渡带一样，城市边缘带是城乡物质、能量、结构和功能的过渡带(蔡博峰等，2002)，具有典型的渐变性。具体来说，是城市人口向农村人口的渐变区，是大面积毗连的建成区景观向连绵的农用地景观过渡区，是人类对自然景观的干扰由强变弱的中间区，也是由集中高强度的社会经济活动向大规模农业生产、生态游憩活动的转变区等，相应地，城市边缘带的这种过渡性使其边界的确定具有模糊性；③多样性。城市边缘带是城市和乡村交错作用的地带，土地形态上具有镶嵌性和梯度性，不同于城区和乡村在景观上的均一性，其土地利用异质性高，动态度大，土地功能上也体现出较高的多样性。同时，边缘带地处关联地域间信息、物质和能量流作用的通道区，可便捷获取异质信息，中转或承接物质、能量流(邢忠，2001)。总之，城市边缘带由于城市与乡村地域环境、信息资源的补充与组合，加上多样性自然、社会、经济生境的复合与延展，具有极强的波动性及发展活力。 3 城市边缘带识别研究进展 理想状态下的城乡地域结构按照城区、城市边缘带、乡村解构如图1所示。其中，横坐标表示城市中心向外直至乡村腹地的城乡断面；黑点表示依次经过城区—城市边缘带—乡村的空间采样点序列；纵坐标为样点人口、土地利用等要素所具有的属性特征。由图1可见，在城区，要素呈现显著平稳的城市性特征；而后，要素城市性与乡村性在城市边缘带互相渗透交融、上下波动，且城市性逐渐减弱、乡村性逐渐增强，最终达到要素乡村性特征在乡村腹地的显著平稳状态。城市边缘带的识别即为在研究区自然、社会、经济特性综合认知的基础上，提取研究区各基本单元上城市边缘带的指示性要素，并通过定量方法解析指示性要素的数值水平和数量结构，以充分表征城市边缘带的独立性、过渡性和多样性，完成基本单元的相近合并，从而在空间连续的区域上区分城市边缘带与城区和乡村，刻画城市边缘带的边界，实现特定时间尺度下对城市边缘带空间位置的确定以及空间范围的划定。 因此，本文提出一种基于“指示要素—空间单元—判别模型”的城市边缘带识别概念框架，将城市边缘带的识别工作归纳为3个层次，即指示性识别要素的提取、识别基本空间单元的确定以及具体判别方法的选择。指示性要素的类型决定了基本空间单元的确定，而两者共同影响最终的判别模型的选择(图2)。国外城市边缘带研究起步较早，主要关注城市地理和社会科学领域，由于本领域研究的学科交叉性以及数据获取的限制，城市边缘带研究的关注点仍集中在相关概念的辨析以及区域社会问题的讨论上(Sharp et al，2008)；在识别方面以定性方法为主，尚未出现应用统计和空间数据完成城市边缘带描述和界定的方法(Hart，1991)，迄今为止，专门研究城市边缘带识别的文献较为少见。中国自20世纪末引入城市边缘带概念以来，地理学、地理信息系统、遥感科学、城市规划等学科均针对这一地域的空间识别展开了热烈讨论，陆续使用断裂点分析、突变检测、空间聚类等多种定量方法识别城市边缘带的边界。
图1 理想状态下的城乡地域结构 Fig.1 Urban-rural area structure in an ideal state
图2 城市边缘带识别概念框架 Fig.2 Conceptual framework of urban fringe identification 3.1 指示要素 由图1可知，城市边缘带的指示性要素一般具有数值水平上的梯度特征以及数值结构上的波动特征，学者们通常选择一种或几种指示性要素作为城市边缘带的识别要素，分析其分布规律和变化特征，以实现城市边缘带的识别。识别要素可以基于社会经济统计数据以及实地调查数据提取，如人口规模、人口密度、非农人口比率、人口的就业构成、经济规模、距城区的通勤时间等。国外通常依据经验将距离主城区10～50mi的空间范围定义为城市边缘带(Friedberger，2000)，这种“居住导向型”的定性分析具有较大的主观性，并且随着城市的发展其局限性也不容忽视。顾朝林认为城市边缘带是城乡人口混居的地带，可以使用人口密度这一综合指标表征城区与乡村这两种不同性质的社会“板块”的差异，城市边缘带的人口密度高于乡村而低于城区，城区人口呈现随距核心位置距离的增加而迅速下降的陡峰，而乡村地区的人口密度递变梯度则非常平缓。他基于人口密度梯度率的概念，尝试性划分了上海市城市边缘带的空间范围(顾朝林，1995)。相对于国外依据经验划分城市边缘带的做法，这一工作较为科学，且具有较强的启示意义。美国人口普查署(Bureau of the Census)结合居民点的人口规模和居民点距离城市中心区的距离两个指标，确定了距离城区不同远近的人口规模阈值，依次划定城市边缘带(侯云春等，2010)。Sharp等(2008)通过居民到达不同人口规模城区的通勤时间数据换算出合适的通勤距离，识别了美国俄亥俄州的城市边缘带，并在此基础上划分出内、外边缘带以支持细部研究，该项工作具有较强的实用性。陈佑启(1996)对北京城市边缘带研究中，基于社会经济统计数据，确定了水平类、结构类、密度类、联系类和基础设施类等5类共计20个指标划分城市边缘带，相较于单一统计指标，其系统性和综合性有较大提高。 在讨论城市化以及统计城市人口时，通常从城市的经济功能角度出发，而在管理城市边界和城市扩张时，城市的景观地域则比较重要(侯云春等，2010)。基于统计数据的城市边缘带识别需要较强的数据支撑，其可操作性在很大程度上受到数据精度和可得性的限制，而遥感、GIS技术的快速发展促进了空间地理数据在城市边缘带识别中的应用，因此也可从城市的空间结构形态指标中获取识别要素。从土地利用的角度看，城市最典型的特征是建设用地规模和强度显著高于乡村，在土地利用分类的基础上，提取建设用地，计算建设用地比率，并分析其数值水平的分布和变化特征，进而识别城市边缘带是最直观的做法(钱紫华等，2005；倪少春等，2006)。从人类对土地系统的影响强度出发，城区的人类活动强度明显高于乡村，而城市边缘带则介于两者之间。李雪瑞等基于土地利用程度指数，从一个更为综合的角度评价土地利用程度，完成了北京市城市边缘带的识别，并在此基础上分析了北京市的城市扩展特征，具有较大的参考价值(李雪瑞等，2009)。同时，一定时期内区域主要土地利用类型构成的土地利用结构综合表征了该区域土地利用形态(龙花楼，2003)，因而用地结构特征也是城市边缘带重要的识别要素。基于城市边缘带土地利用类型多样性高于城区和乡村的特点，程连生等(1995)将土地利用类型等同于信息类型，借助信息熵公式，从土地利用结构的角度刻画了城市边缘带的用地特征。钱建平等(2007)基于城市边缘带城市用地和乡村土地交错分布的现状，将信息熵描绘的土地利用结构作为城市边缘带空间识别的显著指示要素。以上研究为基于土地利用特征的城市边缘带识别奠定了坚实基础。此外，赵华甫等(2012)从城市边缘带土地利用高动态度的特点出发，基于时间序列数据构建动态指标，进一步推动了城市边缘带空间识别研究的深入。值得一提的是，有学者尝试结合社会经济统计数据与空间数据构建指标体系。陈佑启等考虑到城市边缘带人口特征及产业结构多样化特点，选择包括人口密度、非农产业比重、医疗教育基础设施水平等多项社会经济数据，系统刻画了城乡地域的社会经济特征；空间数据则主要从土地利用的强度和结构出发，突出城市边缘带土地多样性和过渡性的特点，从而完成多角度、多层次的城市边缘带识别(陈佑启，1996；李世峰，2006)，充分发挥两类识别要素的各自长处，全面涵盖了城市边缘带多种地域属性特征。 3.2 空间单元 受识别要素及识别目的的双重约束，城市边缘带识别的基本单元通常选择空间格网(栅格)或行政单元两种。城市信息和统计数据的采集基本以行政区为基本单元，城市管理按县、乡(镇)等行政单元开展。因此，直接应用于规划工作的城市边缘带识别，一般选择行政单元为基本识别单元。有学者认为，城市建成区向外围扩展的辐射作用通常不会跨越乡镇，且乡镇建设基础设施受到乡镇行政权力和经济实力的双重制约，实施范围一般不会到达相邻乡镇，因而在城市规划区范围内，以行政村(居)委会为基本单元，从建设用地规模和建筑密度入手，提取城市建成区的边界，作为城市边缘带的内边界，而将与内边界相连的建制镇外边界作为边缘带的外边界，这种做法保持了“乡(镇)”级行政区的完整性(陆海英等，2004；王静等，2004)。 但是，由于统计数据的连续性较差，直接用行政单元作为识别的基本单元有较大的局限性。由于城市边缘带的识别多数是在空间层面进行，而基于遥感影像等获得的空间数据可突破统计口径的限制，因此，越来越多的学者倾向于基于空间数据提取城市边缘带指示性要素，通过设立一定尺度的空间格网，基于空间格网完成空间上连续的边缘带识别。其优点为可从长时间序列上完成研究区城市边缘带扩张和土地利用变化的定量分析，进而总结城市扩展规律等。程连生等(1995)在国内首次基于1km的网格完成了1949-1989年北京市城市边缘带扩展轨迹研究，发现北京城市边缘带的扩展是轴向蔓延与横向填充交替进行的，并总结了城市边缘带扩展的地形导向、环境导向以及交通干线导向等规律。钱建平等(2007)基于500m的空间格网划分熵值单元，通过对各单元的熵值分级，划分了荆州市城市边缘带的内外边界。该研究划分的精度高、实时性强，但对工作的实用性探讨不足。事实上，若要将基于格网的城市边缘带识别结果与规划管理实践联系起来，最终还应以行政单元作为识别结果的落脚点。Sharp等(2008)在俄亥俄州的工作即具有较强的系统性：在完成基于栅格的城市边缘带识别后，通过计算各村镇中城区、城市边缘带、郊区所占比例，将边缘带识别结果融合表达至2240个村镇级行政单元，并在此基础上开展了边缘带与非边缘带地区的对比研究。 3.3 判别模型 城市边缘带的识别方法建立在对指示性要素空间分布规律充分认知的基础上。如上所述，城市边缘带在人口密度、土地利用多样性、动态度等方面显著区别于城区与乡村。自20世纪末以来，学者们相继使用突变检测、断裂点分析和空间聚类等多种方法模型解析这种区别，从而实现对城市边缘带的识别。陈佑启(1996)根据“断裂点”分析法的基本原理，首先依照北京市外围地区交通运输条件，计算各地区的交通可达性，并划分可达性衰减区间；然后计算各指标要素的距离衰减突变值，以此实现了对北京市城市边缘带地域范围的识别；章文波等(1999)认为城乡断面上城市用地比率的突变属于均值突变或转折突变，因此引入滑动t检验，对北京市以故宫为中心，东西南北4个方向城乡断面上的城市用地比率进行突变检测，连接突变点勾画出北京市城市边缘带内、外边界。以上两类工作中，突变检测或断裂点检测的实质是实现突变点位置的空间可视化，通过连接突变点分别得到城市边缘带的内外边界，据此界定城市边缘带的空间范围，具有较强的针对性和可操作性。另有许多学者通过土地利用信息熵等识别要素指标转折点的定位，划分识别要素的区间临界点，以阈值判定的方法实现城市边缘带的识别(陆海英等，2004；钱紫华等，2006；李雪瑞等，2009)。其不足之处是阈值的设定多通过反复试验得到，极大地影响了识别效率及识别结果的纵向可比性，且对试验结果的合理性缺乏科学判定。 除突变检测之外，王海鹰等(2010)在总结以往研究的基础上，从城市化特征属性概念出发构建了一套基于多准则判断的评价指标体系和城市边缘带界定方法，借鉴洛斯乌姆区域城市模式，利用累积频率图和K-Means空间聚类法确定了城市边缘带界定标准，将广州市分为城市核心区、城市边缘带及城市影响区3个等级。该方法创新之处在于统计方法与聚类方法的结合，为边缘带识别拓宽了思路。此外，还有学者将广泛应用于都市圈空间范围界定的引力模型引入边缘带识别中，将景观多样性、人口密度、农业用地比重和建设用地比重4个指标的均值作为各乡镇质量指标，计算各乡镇质点与中心点的距离，最后应用引力模型计算北京市从市中心到各个周边乡镇的引力值，确定划分阈值以划定城市边缘带范围(许新国等，2009)。虽然该方法最终也归结至阈值的判定，但是将城市边缘带的识别与都市圈界定关联起来，是其值得借鉴之处。 4 城市边缘带识别研究展望 从城市边缘带识别的回顾与述评可以发现，城市边缘带研究正面临如下重要转变：①识别要素的提取逐渐从基于社会经济统计数据向空间数据过渡。由于客观条件限制，健全的社会经济统计指标可获得性较差，且不同的指标统计尺度和精度不同；而土地利用的类型、广度和深度是社会经济发展现状的综合反映，遥感技术的迅猛发展为即时获知土地利用现状提供了可能。因此，以土地利用为主的空间数据为城市边缘带的识别带来了更为实用、广阔和细致的研究视角；②识别方法由定性分析向定量研究转变。目前研究大多借助统计分析手段，通过突变点或断裂点判定，识别城市边缘带的边界；然而其过程和结果对实验值的依赖较大，不利于识别方法的复制重建以及识别结果的纵向比对。同时，目前城市边缘带的识别工作主要集中在北京、上海、广州等发达城市，其他城市较少涉及，一方面研究结果间缺乏横向比较，方法的优势不能证明，另一方面缺乏对某一研究区的持续观测，使得识别工作的意义或多或少被湮没。总之，城市边缘带识别在实际操作和应用过程中仍存在较多问题，这些问题同时也是下一步的重点研究方向。 4.1 城乡作用机理探析 城市边缘带是一个充满发展活力的地域，同时也是多种社会、经济问题的频发地带，该领域既是地理学研究的前沿，也是城市规划、社会学等学科关注的热点。有关城市边缘带的研究，因为不同的年代、学科背景以及关注点(城区和乡村)的不同而显得有些零碎和繁琐，自成体系，互有优缺点，这是研究初期的共有特征。目前尚无体系化的理论框架(陈佑启，1995；荣玥芳等，2011)来支持城市边缘带的研究。随着城市边缘带属性特征探讨以及边缘带识别工作的不断深入，一个系统的、综合的理论体系显得越来越重要。这一理论体系首先应包含城市边缘带形成机理的探讨，即形成的城乡条件讨论、驱动因素识别和时空尺度分析。究其本质，城市边缘带的形成是城乡综合驱动的结果：一方面，城市边缘带是城镇化背景下城市土地功能的扩展区，是原有乡村土地在产业、政策等城市发展要素影响下，逐渐被改造为城市的一种中间状态；另一方面，由于城乡人口流动和城乡发展要素交互作用，乡村主动转型亦会导致村镇空间组织结构、农业产业发展模式、乡村消费结构、工农关系和城乡差别等方面的显著转变(龙花楼，2012)，因而城市边缘带也可认为是乡村转型的中间状态。此外，城乡作用机理的探析还应关注城市边缘带的概念界定、分类分级及自然、社会、经济等综合特征描述，以及空间结构特征、演变机制及未来发展方向等等，并突出城市边缘带作为一个独立、统一的地域结构实体，与城市和乡村在空间及属性上的区别与联系，最终回归至对边缘带本身动态性、多样性和过渡性的充分认知。运用理论能够指导实践工作的开展，同时，实践也有助于理论的完善，只有系统认识城市边缘带的形成机理及演变机制，并深入探析边缘带的综合属性，才能有效支撑城市边缘带识别工作的顺利开展。 4.2 多要素综合识别 城市边缘带在形态和功能方面的多样性，使其成为一个社会经济多面体，不能仅用社会经济或严格的空间标准来轻易地分类(林坚等，2007；许新国等，2009)。社会经济数据受统计要素、统计单元的多重限制，而多时空尺度的遥感影像等空间数据的兴起和飞速发展，为地理问题的探索提供了更为广阔和精细的视角。学者们逐渐提出了较多基于土地利用类型的、关注城乡空间差异的要素指标，如净初级生产力(Net Primary Productivity，NPP)是指生产者由光合作用所产生的有机质总量中扣除自养呼吸后的剩余部分，城市景观取代乡村景观造成NPP总体下降得到了普遍共识(Imhoff et al，2004；Pei et al，2013)，NPP与城市化水平间的定量关联也越来越得到关注(张婷媛，2010；Fu et al，2013)；同时，不透水表面指数(Impervious Surface Area Index，ISA)可以综合衡量城市土地利用强度及规模动态，定量表征城市景观格局的演变规律及变化梯度，近年来广泛应用于城市土地分类(Madhavan et al，2001；Lu et al，2006)、城市规划(Brabec，2002)、城市热岛(Streutker，2003；谢苗苗等，2009)等领域；此外，夜间灯光数据可以表征人口密度(卓莉等，2005)、GDP的空间分布(Wu et al，2013)以及城市化过程(He et al，2006)等，这些要素指标为城市边缘带识别提供了很好的切入点。同时，作为对空间数据的有效补充以加深理解城乡发展差异，重点关注城乡资源配置及统筹发展的社会、经济、自然、制度等驱动因素，可以构建相关指标体系综合刻画地域空间土地利用格局及动态趋势(龙花楼等，2009)，作为城市边缘带识别的综合性指示要素。因此，综合应用以上数据和方法进行城市边缘带的识别可成为未来重要的研究方向之一，分析识别要素不同引起的识别结果差异性，依据不同研究目标进行最适宜识别要素的判定和选取，在此基础上，探讨基于不同识别要素的边缘带识别结果的整合，从而实现多种识别结果的优势互补，总结一套实用、高效的要素选择方案。 4.3 非参数化模型融合 城市边缘带识别工作的实质性推动主要依靠定量模型的选取和优化。地理数学方法中基于最小二乘法的参数化模型发展日臻成熟，例如回归分析、聚类分析、线性规划、空间自相关分析以及系统动力学模型等等，被广泛应用于地理学研究中的预测、分类与模式识别，以及优化、评价与规划。然而参数化定量方法对分析数据的完备性要求较为苛刻，对地学中占主导地位的线性不可分问题缺乏有效的解决能力，同时因为不同尺度上的地学关系可能不同，传统统计方法对异质性的地学关系解释能力欠缺(李双成等，2003)。因此，引入长于解决非线性问题，且对数据要求不严格的非参数化的现代地学模型，如人工神经网络、遗传算法、元胞自动机等机器学习方法以及傅里叶变换、小波分析等多尺度时空数据序列分析等，有望进一步提高定量研究的精度和科学性。与城市边缘带密切关联的城市化这一过程，本身即是表现出从分叉到混沌的复杂行为(Chen，2009)，基于人工神经网络的空间聚类(Gao et al，2013)，基于小波变换的多尺度数据分析(Myint et al，2004)和突变检测，以及地理加权回归(Luo et al，2009)等具有地理学特色的数学方法的灵活使用，都会对城市边缘带的识别研究带来极大的推力和创新，并促进边缘带识别工作的进一步深入。 4.4 多尺度转换 尺度问题贯穿地理学研究的始终，是地理学永恒的主题(孟斌等，2005)。与其他空间格局和过程的研究一样，城市边缘带的识别必然与时空尺度紧密关联，城市边缘带的演变本身也具有极强的尺度依赖性，受多种过程的共同作用，而不同过程作用的时间频次和空间范围不同，其周期性规律以及动态特征等必须在适当的尺度下才能被清晰展现，尺度选择不当，则会导致对研究对象科学本质的错误认识(李双成，2013)。具体来说，根据识别目的及模型的分异，城市边缘带识别工作中可使用不同大小的空间格网作为识别单元，并考虑不同的时间间隔，进而讨论其空间上识别结果以及时间上动态规律的异同，探索与研究目的相适应的边缘带识别的最佳尺度。城市边缘带识别的多尺度研究会促进城市边缘带识别及相关工作的多层次开展，因此不同时空尺度带来的尺度效应以及由此引发的尺度推绎工作，将会随着城市边缘带研究的深入而越来越受到关注。同时，根据研究区的空间范围及研究目的探索特征尺度，从而在适宜的尺度下开展城市边缘带的识别工作，科学地揭示识别结果的内在特征及属性等，也是未来的重要发展方向。 4.5 长时间序列动态监测 城市边缘带犹如树木结构的“形成层”，其位置不断向外围波状推移，因此城市边缘带具有高度的动态性及瞬时性，现在的建成区是过去的城市边缘带，今天的城市边缘带则是未来的建成区(程连生等，1995)，即城市边缘带的识别具有时间点上的即时性；同时，城市边缘带的动态与城市发展方向、乡村重构类型、城乡功能布局以及设施配套等规划因素密切相关，定量探讨城市边缘带的动态演变及其驱动机制可对城乡发展规划提供帮助。因此，时间序列上城市边缘带形态特征的监测相对于某一时间点上识别结果的精确性，具有更为重要的理论和实践意义。然而，现有研究对特定研究区城市边缘带的动态监测尚不多见，基于同一套数据，完成不同时间点上的城市边缘带识别和动态分析，有助于明晰研究区城市扩展的主导方向，为认识城市化这一动态过程提供思路。未来城市边缘带的识别工作将会逐渐由静态的识别与分析向边缘带动态追踪转变，关注视角也会由空间识别转移至时间识别，这样的转变是城市边缘带切实服务于城市空间设计、土地利用规划以及环境保护规划等工作的必然要求。
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