基于GIS的城市用地规模预测初步研究
——以广州市为例
文／郭 龙 周峰越
城市的人口膨胀和经济发展带来了城市用地的急速扩张，并逐渐侵蚀耕地和生态用地，严重影响城市生态环境。文章结合遥感影像，通过GIS技术对广州市进行土地利用分类，再通过地形、生态保护红线、基本农田、文化遗产等影响元素进行叠加分析，预测城市用地规模。
GIS；城市用地规模；生态保护
前言
改革开放以后，中国的经济飞速发展，但也带来了城市用地的无序扩张。中国的城市用地从1997年的1.95万平方公里到2017年的5.52万平方公里，增长了1.83倍，而城市人口只增长了11.41%，城市用地的扩张速度远远高于城市人口的增长速度[1]。近一百多年来，人类一直希望能够通过一系列的规划措施来控制城市用地发展规模，其中霍华德提出的“田园城市”理念、赖特的“广亩城市”理念、柯布西耶的城市集中主义和现在的“精明增长”理念都是对城市用地发展的探索。他们希望通过卫星城、绿带、土地集约利用、城市更新等手段来限制城市的无序扩张，提高土地利用率，将城市发展控制在一定规模内。
GIS技术是一种通过计算机对地理相关数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示的空间分析技术[2]。近些年来，GIS在地理学、城乡规划、生态学等领域应用非常广泛，主要作用是提高了处理地理信息大数据的效率和更加直观地显示预期效果。而城市用地规模的预测恰恰涉及大量的地理信息和人口、经济等数据，通过运用GIS技术可以更高效、便捷地将这些数据进行整理、分析和显示，得到更为科学、准确、清晰的结果。
目前，城市用地规模的研究大致来源于地理学、城乡规划、经济学、管理学等多门学科，常用的计算城市用地规模的方法包括：通过预测城市人口规模，再依据相关标准预测城市用地规模的方法[3]；通过基础设施承载力（道路承载力、教育设施承载力、医疗设施承载力等）的阈值来预测的方法[4]；通过生态资源环境承载力（水资源、土地资源、生态安全等）来对城市用地发展进行限制性划定的方法[5]。这些方法都是通过城市中对某个影响因素进行定性和定量的分析来预测城市用地规模的。
1 研究区概况
本研究的遥感影像数据来源于地理空间数据云平台，包括DEM数字高程影像和Landsat卫星遥感影像。基本农田、生态保护红线和饮用水源保护区范围等来源于《广州市土地利用总体规划（2006—2020年）》《广州市城市环境总体规划（2014—2030年）》《广州市饮用水源保护区区划调整方案》等相关规划的图件。城市常住人口、户籍人口等相关数据来源于广州市统计局的官方网站。
根据吉林省6所典型高职院校旅游管理专业核心课程设置情况以及对省内其他高职院校负责人进行面访调研，吉林省高职院校总体上兼顾了“高等技术”与“应用型”这两个对人才需求的“关键词”，但是也存在一些诸如核心课程设置宽泛、地域性不突出、核心课程授课教师自身实践技能匮乏等问题。
新经济环境下对于中小制造企业不单是机会，也有不少挑战，以往的问题更加凸显出来。中小企业应当意识到这些情况，同时积极应对，适应市场的演化，保持长远健康成长。
2 数据来源与研究方法
2.1 数据来源
广州市位于中国南部，广东省中南部，是西江、北江、东江三江交汇处。城市北部是丘陵地区，中部是丘陵盆地，南部为沿海冲积平原。生态资源非常丰富，主要包括森林和湿地资源。城市总面积达到7434.4平方公里，包括11个区，分别是越秀、海珠、荔湾、天河、白云、黄埔、花都、番禺、南沙、从化和增城区。
2.2 研究方法
首先通过ENVI软件对广州市不同年份的卫星遥感影像进行解译，再通过Arcgis软件进行地块修正，得到土地利用分类图和高程、坡度数据；然后，从相关规划中收集基本农田和生态保护红线、自然与文化遗产保护区、饮用水源保护区、生态环境空间管控区等禁止性和限制性因子，通过GIS进行叠加分析，得到生态保护性内容；最后，将影响城市用地的地形和生态保护性内容进行叠加分析，得到城市区域管控图，借此来预测城市用地规模。
3 广州市的土地利用概况
选取广州市（1987年、1992年、1997年、2002年、2007年、2012年、2017年）7个年份的卫星遥感影像，依据前人研究、广州市土地利用规划和城市实际情况，确定广州市土地利用类型划分为7类：农田、城乡建设用地、林地、水田、水域、草地和裸地。通过ENVI、Arcgis软件对遥感影像进行处理分析，得到广州市不同年份的土地利用分类图。
通过图1可以看出，林地主要集中在广州市北部和东部区域，城乡建设用地主要集中在中部和中西部区域，耕地主要集中在南部区域，河网密集分布于城市中部和南部区域。
4 城市用地规模预测
4.1 综合地形因子分析
向量评估BBO算法保证了单个目标中高HSI的栖息地信息共享的能力，同时为多项HSI优于平均水平的栖息地提供了合理共享信息的概率。向量评估BBO算法在优化过程的初始阶段探索能力强，收敛速度快，但易陷入局部极小值。
综合地形因子的影响是通过高程、坡度的变化来表现的，地形变化与城市建设有密切的关系，高程越低、地形越平缓，越适宜开发建设，开发成本越低，经济性越高。本研究通过遥感数据得到广州市的高程和坡度数据。运用Arcgis对城市的高程和坡度进行重分类，将高程数据分为4个等级：＜10米，10～30米，30～50米，＞50米；坡度数据分为4个等级：0°～2°，2°～8°，8°～15°，＞15°。然后将高程数据和坡度数据进行16次raster calculator运算，得到高程、坡度与城市建设的关系以及地形因子的影响度分析。
通过图2可以看出，广州市北部和中东部区域海拔高、坡度大，主要用地为林地。而适合城市建设的区域多位于城市的南部，少量分布于中西部和中东部，主要为城乡建设用地和耕地。
图1 2017年广州市土地利用图（图片来源：作者自绘）
图2 地形因子影响度分析（图片来源：作者自绘）
图3 生态保护性因子分析（图片来源：作者自绘）
图4 城市用地规模分析（图片来源：作者自绘）
4.2 禁止性和限制性因子分析
影响城市开发建设的影响因子除了地形以外，还有很多禁止性和限制性因子。禁止性因子包括：生态保护红线、自然与文化遗产保护区、饮用水源核心保护区、基本农田、河流区域等，其中生态保护红线内容涉及生态系统重要区（重要土壤保持、水源涵养、生物多样性保护地区、水土流失敏感区）、自然保护区核心区、一级水源保护区、风景名胜区核心景区、森林公园生态保育区、湿地保育区和地质公园；限制性因子包括：生态环境空间管制区域、城市公园绿地、饮用水源二级保护区等区域，其中生态环境空间管制区域涉及陆域生态廊道和水域生态廊道。禁止性和限制性因子的划分是为了更好地保护生态环境、自然资源和生物多样性，维持生态系统稳定性。
本研究通过Arcgis将禁止性因子和限制性因子进行合并和叠加分析，得到广州市的生态保护性区域（图3）。城市禁止性因子区域为严禁城市开发建设区域，区域面积为2048.71平方公里；限制性因子区域为限制城市开发建设区域，可以进行少量城市建设，但不能影响区域内的生态系统稳定性，破坏生态平衡，区域面积为943.04平方公里。
因此，虽然中国专利法的第69条(一)条款在文义解释上能够支持这种区别适用者的理论，但这种解释会导致该条的目的落空，不应该固执地坚持。
4.3 广州市城市用地规模预测
4.3.1 基于地形和生态保护性因子的预测
城市用地规模的预测与地形、生态环境和文化遗产有着密切的关系。地形不仅影响城市建设的成本，还涉及道路、居住、城市安全等方面。生态环境和文化遗产则关系到城市的可持续发展性和历史性，是城市赖以生存的基础。
本研究中城市用地规模的预测通过Arcgis将地形影响因素和生态保护性区域相结合进行分析，要素赋予不同的比例值来确定城市的分区管制（图4）。最后得到广州市的适宜建设区面积有1906.26平方公里，占比25.64%；允许建设区面积有898.80平方公里，占比12.09%；限制建设区面积有1224.00平方公里，占比16.46%；禁止建设区面积有3405.34平方公里，占比 45.81%。
GPS控制测绘技术与其他测绘手段相比创新性较强，通过灵活精准的三维控制网即可发挥出GPS的优势，而这种网络又具有一个特点就是可以减少周围干扰物体对数据准确性的影响，避免误差的产生。这种测绘技术不仅能使用水准仪、经纬仪和测距仪获取被测高程、角度和距离，还能在定位系统的支持下在任何位置建立坐标，弥补了以往测绘技术的不足之处，满足了现代化测绘需求，是被测点的数据更为精准可靠。
4.3.2 基于城市人口规模的预测
刘崐出任湖南巡抚之时，湖湘大地虽然距清军攻陷太平天国都城南京已有3年时间，但仍是满目疮痍，文物古迹毁于兵燹，会党活动此起彼伏。这对于新任湖南巡抚刘崐来说，可谓形势严峻。上任伊始，刘崐采取弹劾地方贪官污吏和镇压会党起事等措施,使大局稳定，民生复苏。刘崐总揽湖南省的军事、司法、行政、吏治和财政等事务。在短短四年半的时间里，上奏朝廷的奏折达几百篇，涉及当时的民风、民情及其治理情况。
通过基于城市人口规模的预测可以推断，随着广州市未来人口的持续增长，城市建设用地面积将很大可能超过城市的适宜建设区1906.26平方公里。目前来看，城市建设用地已经能够满足当前人口的需求，不必进行大规模的扩张性开发建设，应该把主要建设方向投入到城市内部更新中去，并进行城市内部生态环境的整治和保护工作。
结论
目前，针对广州市的实际情况，结合相关分析，对广州市城市未来用地发展提出几点建议：
本文通过运用GIS技术将地形、生态保护红线、基本农田、自然与文化遗产保护区等要素进行分析，综合叠加得到广州市的区域管控区。通过对不同区域进行划分来管理城市用地的适宜性开发，保护生态环境、生物多样性和自然资源，维持生态系统稳定性，合理利用土地资源，限制城市无序扩张。
通过城市人口规模来预测城市用地规模，首先对广州市城市人口规模进行预测，采用综合增长率法，分别对户籍人口和非户籍人口进行计算，得到户籍人口的综合增长率为16.09‰，非户籍人口的综合增长率为34.38‰。然后分开预测广州市今后10～15年的人口规模，得到2028年常住人口为1876.62万人，2033年为2108.17万人。最后，依据最新的《城市用地分类与规划建设用地标准》，广州市的规划人均城市建设用地指标应在80～105平方米/人，所以确定广州市2028年的城市建设用地为1501.30～1970.45平方公里，2033年的城市建设用地为1686.54～2213.58平方公里。
（1）推动城市“精明增长”，减少不必要的城市建设开发，积极利用现有城市用地，对利用率低的土地进行更新改造，进行地下空间的开发利用。
（2）严格执行禁建区域的保护，生态保护红线、基本农田、饮用水源保护区等需要全方位监督检查，对违规行为进行严惩，坚持城市的可持续发展道路。
广州市属于丘陵地带，地势东北高、西南低。其高程和坡度分析是依据城市建设用地的标准，在参考前人的基础上结合广州市实际情况进行的分级[6]。
（3）限建区域内城市建设要严格把关，避免影响生态系统平衡，破坏生态环境，污染生态资源。
城市用地发展不仅要考虑经济发展和人口增长需求，更需要对城市生态环境负责，对市民生命安全负责。城市用地发展必须要与生态安全紧密结合，才能保障将广州市建设成为一个环境友好、以人为本、可持续发展的大都市。
参考文献：
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[2]陈文锋,戴宏民,周均.地理信息系统技术在环境科学中的应用[J].重庆工商大学学报(自然科学版 ),2009,26(1)：31-34.
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[4]刘建朝,程浩岩,宋顺锋.城市规模、土地利用与交通承载力[J].城市发展研究,2016,23(7)：99-105.
[5]陈俊生.基于水资源角度的城市规模研究[D].长沙：中南大学,2009.
[6]吴志强,李德华.城市规划原理（第四版）[M].北京：中国建筑工业出版社,2010.
Preliminary Study on the Prediction of Urban Land Use Scale Based on GIS——Taking Guangzhou City as an Example
Guo Long Zhou Fengyue
ABSTRACT
With the economic development and population expansion,the scale of urban land is expanding rapidly and disorderly.Urban land is rapidly encroaching on cultivated land and ecological land,destroying the ecological environment and natural resources.Based on the remote sensing image data of Guangzhou,this paper uses ENVI,GIS and other technologies to interpret,classify and extract,and analyze the land use classification and elevation,slope,and then combine water system,rainfall,natural and cultural heritage protection area,basic The basic data such as farmland are superimposed and analyzed to obtain the scale of urban land use in different situations.
KEY WORDS
GIS；urban land use scale；ecological protection
碳酸钠浓度对APT的化学组分的影响如表2所示。由表2可以看出，与原矿相比，随碳酸钠浓度的增大，APT-Na中的 SiO2的相对含量基本保持不变，而Al2O3和MgO的相对含量减少，这可能是由于Na+与APT中的Al3+和Mg2+发生了离子交换的结果[17]。
作者简介
郭 龙 昆明理工大学 硕士研究生
其次，还应该对中国近现代史基本问题研究与历史学科中中国近现代史研究之间的关系问题进行明确。虽然这两者所研究的均是中国近现代史，虽然两者之间的研究内容的重心有差异，但两者之间也存在紧密的关联性与交融性，中国近现代史基本问题重点研究的内容是在 “基本问题”上，而中国近现代史研究的重点是在“历史事件、历程”上，但二者是相互联系的，对基本问题的研究离不开历史发展历程与相应的历史事件，其是对基本问题进行研究的基础与依据，这也就说明两者之间是无法独立存在的。面对这一现象就应该加强两者之间的学术交流，使历史的经验、规律以及教训可以应用到现代社会发展的过程中。
周峰越 昆明理工大学 博 士（通讯作者）