广州市城市规划勘测设计研究院 广东 广州 510060
【摘 要】针对城市无序蔓延，国内外城市管理者采取各种手段对城市扩张进行约束。这种方法通常运用生态学的理念对城市扩张进行限制性评估分析，忽略了城市自身的发展规律，约束多被突破。为了更好的引导城市空间发展，运用SLEUTH城市增长模型对广州市1986～2008年的城市增长过程进行了模拟，挖掘出城市增长历史特征，并预测2008～2020年城市增长情况。
【关键词】CA模型；城市增长模拟；生态评估
CA模型凭借着强大的复杂计算功能、固有的并行计算能力、高度动态特征以及具有空间概念等特征，在模拟空间复杂系统的时空演变方面具有很强的能力。本文利用SLEUTH模型对广州市城市增长过程进行了模拟，以为广州市城市持续发展提供科学支撑。
1 SLEUTH模型介绍
SLEUTH模型得名于六个输入数据层的字母缩写（只进行城市增长模拟时不需要土地利用图层）：坡度（Slope）、土地利用（Land use）、排除层（Exclude）、城市范围（Urban）、交通（Traffic）和山影（Hillshade）。所有输入数据必须是8位的灰度Gif图像格式，并且具备统一的分辨率和既定的命名格式。模型假设未来的城市形态可以由过去的真实数据来进行模拟获取，同时假设历史增长趋势是持续的[1]。通过复杂的计算过程训练模型以预测城市增长的时空特征，把CA最为关键的参数定义部分，转化为简单的迭代运算。
SLEUTH模型的三种运行模式中，测试（Test）模式通过对数据进行一次操作来确认模型运行是否正确，或者针对特定系数输出数据；校正（Calibrate）模式对历史数据每一个可能的系数组合进行运算，用来缩小系数范围；预测（Predict）模式采用校正过程中的最佳系数组合进行单次运行模拟。为了提高预测精度，需要首先对模型进行校正[2]。
2 广州市城市增长模拟
2.1 研究区与数据来源
模拟区域为广州市全境。模型所用数据包括广州市的数字高程数据（DEM）、行列号122/44的4期Landsat TM/ETM+数据（1986年11月3日、1994年10月24日、2000年9月14日和2008年3月4日）以及广州市自然保护区、森林公园、河流湖泊分布图。在GIS软件ArcGIS将所有数据图层处理转换成8位灰度的gif格式文件，分辨率为100m，作为SLEUTH模型的输入图层。
2.2 广州市城市增长特征挖掘
选取粗校正阶段Compare>0.93的所有系数组合，继而再根据Lee-salee的值进行自大而小排序，选择出前10位的系数组合；在缩小系数取值范围的基础上再进行精校正阶段系数的区间划分，蒙特卡罗迭代数运行以及指数的计算评价；如此反复。分别设置模型3个校正阶段的系数（区间、步长）及模拟评价指标。
结果表明3个校正阶段的Lee-Sallee指数基本都在0.6以上，基本能够模拟出土地利用动态变化的趋势。模型5个系数的最佳值也一定的反应出广州市自1986年以来城市增长的规律和特征。
1）以新中心增长和蔓延增长为主，政策性增长明显
模型中繁衍系数和蔓延系数很高，表明广州市的城市增长过程中增长中心较多，而且每个增长中心自我增长的程度很高，在空间上表现为“一主多副”的城市发展格局和片区发展模式。政府主导的大型基础设施和重点项目建设成为新中心增长的主要原因，从“六运会”基础设施的建设带动天河地区发展，到新白云国际机场、南沙港等大型基础设施的建设，以及广州科学城、广州大学城、广州新城等一大批重点项目的开发建设，无不体现出政策性增长的特征。
2）地形因素影响较小，道路影响较大
模型中坡度阻碍系数较低，这是由于广州市仅在北部山区坡度较大，城市建设集中在地势比较平坦的中南部，坡度阻碍对城市发展的约束性不大。道路引力系数较高，说明广州市道路建设对城市增长的推动作用巨大，交通区位优越的地区成为城市增长热点地区，在番禺等地产开发强烈地区依托城市快速交通网络已开始呈现郊区化现象。
3）建设用地的扩张呈现跳跃增长趋势
由于大型基础设施和重点项目均远离中心城区，这种远离中心城区的跳跃式发展带来两种结果，一是在主城区和新建设区之间形成了生态隔离空间，形成了市域生态体系的基础框架，但是这些生态隔离空间正在被快速的城市建设蚕食；二是城市建设如不加以约束，这种跳跃式的发展将会导致大量的城中村形成。
2.3 预测结果对城市规划的借鉴
采用终校正阶段获取的5个最佳系数组合，在Predict模式下运行，预测现状发展趋势下的2020年广州市城市增长情况，作为城市自发增长的边界。根据预测结果，到2020年，广州市建设用地面积将达2152km2，新增建设用地区域主要分布在白云北部、花都、番禺、南沙北部和增城南部（详见附图）。这与目前广州市“南拓、北优、东进、西联、中调”的城市空间战略是相符的，模拟结果一定程度的预测出了当前城市发展策略的未来结果。
1）转变土地利用方式
土地利用方式要从增量扩张到存量挖潜、从粗放利用到集约节约转变，重点推进“中调”策略的实施，加快“三旧”（旧城、旧厂、旧村）改造工作，促进低效用地的清理，实现土地利用效益的最大化。
2）维护市域生态安全格局
从现状发展趋势下的2020年城市增长预测图可以看出，按照城市自身发展规律，未来广州市将在外围副中心的建城区边缘进行蔓延增长，主中心城区和副中心城区连绵成一片，城市增长边界内将占用现有的大量生态隔离空间，未来对城市生态安全格局的维护将会是一个艰巨的任务。因此建设和保护市域生态廊道和区域绿地体系是当务之急。
3）建立城市增长管理体系
借鉴国内外城市增长管理的内容、工具、程序和改革做法[3]，建立广州市城市增长管理体系，对城市空间增长的区位、时序、规模、强度、速度、效率在内的各项指标进行引导或控制，提出各项城市成长管理的方针、原则、措施、计划和行为规范，并作为各类规划制定的基本准则。
3 城市增长管理对策
利用SLEUTH城市增长模型的预测结果可探索在以下城市增长管理中发挥作用：
（1）根据不同的城市发展模式和城市规模情况下的预测结果，相应地划定城市增长边界，并根据预测结果适时对边界进行动态调整。
（2）对于预测结果中的城市自发增长旺盛地区，在维护生态安全的前提下，发挥城市自组织能力，优先保证用地供应，同时严格实施土地供应与管理，促进城市紧凑发展。
（3）将预测结果与规划方案进行对比，二者相一致地区保障土地供应，二者不一致地区应给予特别关注，加强用地的监管力度。
参考文献：
[1]陈学刚.基于元胞自动机的城市增长模拟研究[D].新疆大学，2005.6.
[2]董爽，袁晓勐.城市蔓延与节约型城市建设[J]. 规划师，2006，22（5）：11-13.
[3]冯科等.城市增长边界的理论探讨与应用[J].经济地理，2008，28（3）：425-429.
论文作者:聂婷
论文发表刊物:《低碳地产》2015年第8期
论文发表时间:2016/8/25
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