Scientia Geographica Sinica  2015 , 35 (12): 1533-1541

Orginal Article

基于凸壳原理的杭州城市扩展形态演化分析

陆张维12, 徐丽华1, 吴次芳2, 岳文泽2, 吴亚琪1

1.浙江农林大学环境与资源学院,浙江 临安 311300
2.浙江大学公共管理学院,浙江 杭州 310029

The Evolution of Urban Expansion Morphology in Hangzhou Based on Principle of Convex Hull

LU Zhang-wei12, XU Li-hua1, WU Ci-fang2, YUE Wen-ze2, WU Ya-qi1

1. Collage of Environmental and Resource Sciences, Zhejiang Agriculture and Forestry University, Lin’an, Zhejiang 311300, China
2. Collage of Public Administration, Zhejiang University, Hangzhou, Zhejiang 310029, China

中图分类号:  F293.2

文献标识码:  A

文章编号:  1000-0690(2015)12-1533-09

通讯作者:  徐丽华,副教授。E-mail:xulh99g@163.com

收稿日期: 2014-12-9

修回日期:  2015-07-29

网络出版日期:  2015-01-20

版权声明:  2015 《地理科学》编辑部 本文是开放获取期刊文献,在以下情况下可以自由使用:学术研究、学术交流、科研教学等,但不允许用于商业目的.

基金资助:  浙江省自然科学基金项目(LQ13D010003)、国家自然科学基金项目(51508513、41201563)、科研启动基金项目(2013FR057)和省高校访问学者专业发展项目(FX2013056)资助

作者简介:

作者简介:陆张维(1983-),男,浙江慈溪人,博士,讲师。主要研究方向为城市土地利用与管理。E-mail:zhwlu@zafu.edu.cn

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摘要

在城市化快速推进的背景下,探索凸壳原理在城市扩展形态识别中的应用价值,并借此分析杭州市主城区1985~2010年间城市扩展形态演化规律及其机理,以期为控制城市扩展形态,指导未来城市土地开发活动提供借鉴。研究发现,凸壳原理在城市扩展形态识别上简单而明确,通过确定已有城市建设用地的凸壳,将城市所有可开发用地明确区分为凸壳内用地和凸壳外用地2类,为采取差别化的空间管理政策提供依据。构建了基于凸壳原理的城市扩展形态计算机识别方法,有利于在城市扩展模拟中实现城市扩展形态影响因素的定量化表达。1996年之前,杭州市建设用地和凸壳面积增长缓慢,城市形态相对紧凑;1996年之后,建设用地快速增长,城市不均衡扩展加剧,凸壳面积陡增,城市形态紧凑程度下降。总体来看杭州市城市扩展类型属于外延型,随着凸壳面积的增加,城市填充潜力随之增强,为促进杭州市城市紧凑化发展,应该严格控制凸壳外的城市土地开发。沿主干道的城市开发是城市形态外延式发展的主要因素,已有建设用地周边以及城市内部次要道路沿线的城市开发,以及城市中心的集聚作用和规划对城市开发的控制是城市形态填充式发展的主要因素,而郊区化发展和“东扩西进”等城市空间发展政策促使特定时期城市外延式发展。

关键词: 城市扩展 ; 形态 ; 凸壳原理 ; 杭州

Abstract

In the background of rapid development of urbanization, this article explored the application value of principle of convex hull used in the recognization of urban expansion morphology, and analysed the evolution and mechanism of urban expansion morphology of main city zone in Hangzhou between 1985 and 2010, with the aim of providing reference for controlling the urban expansion morphology, and guiding the activity of urban development in future. The result shows that, the urban expansion morphology is recognized simply and clearly, using principle of convex hull. It is helpful to provide evidence for making different spatial management policy in different area by dividing the land which can be developed into the land inside and outside the convex hull of urban construction land. The method of recognizing the urban expansion morphology with computer based on principle of convex hull is constructed, which is helpful to quantizing the factors which influence urban expansion morphology in simulation of urban expansion. Before 1996, the construction land and its convex hull in Hangzhou increased slowly, and the urban morphology was compact relatively. After 1996, the construction land increased quickly, and the urban imbalance expansion became remarkable, so the convex hull area increased steeply, and the urban morphology became less compact. In general, the urban expansion morphology of Hangzhou was extension type, and the potential of infilling the urban area increases with the increase of convex hull area. In order to make the urban more compact, the urban development outside the convex hull should be controlled strictly. Urban development along the main road are the main influence factors of urban extension development. Urban development along built-up area and minor road in city, agglomeration of urban center, and restriction of urban development under urban planning is the main influence factors of urban infilling development. Suburbanization and some urban spatial development policy lead to urban extension development in some period.

Keywords: urban expansion ; morphology ; principle of convex hull ; Hangzhou

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陆张维, 徐丽华, 吴次芳, 岳文泽, 吴亚琪. 基于凸壳原理的杭州城市扩展形态演化分析[J]. , 2015, 35(12): 1533-1541 https://doi.org/

LU Zhang-wei, XU Li-hua, WU Ci-fang, YUE Wen-ze, WU Ya-qi. The Evolution of Urban Expansion Morphology in Hangzhou Based on Principle of Convex Hull[J]. Scientia Geographica Sinica, 2015, 35(12): 1533-1541 https://doi.org/

当前,中国经济正处于快速增长阶段,城市化水平不断提高,城市扩展不断加剧,城市扩展以外延式增长为主。杭州市作为长三角的重要城市,改革开放后特别是20世纪90年代中期以来城市发展迅速,城市发展的空间形态一直备受关注,其城市扩展也以外延式为主,伴随着城市外部轮廓的剧烈改变,导致城市建设用地无序快速扩张,交通压力增大,绿地农田等开敞空间被侵占等问题。对杭州城市扩展形态演化过程进行分析,对于有效控制城市扩展形态,指导未来城市土地开发活动,节约土地资源,保护生态环境,有着重要的现实意义。

针对外延式发展,涉及到城市扩展形态的识别,目前学术界主要有2种方法。一是将城市扩展形态抽象为一个综合指标,如放射状指数、紧凑度、形状指数、分维数、景观分离度和均衡度等指标[1~11],这一类指标概括性强,缺点是很难具体落实在城市空间发展区位的指导上;二是在空间外观上对城市扩展形式加以区分,如填充、蔓延、卫星城、廊道、交通轴线、同心圆、扇面等方式[12~15],此类方法能够在具体空间上指明何处的城市开发属于何种类型,从而有助于规划人员判断城市开发的合理区位,但是在具体空间位置的判别上仍带有主观性。因此,对于城市扩展形态的判断,目前仍没有比较成熟的定量方法,基本上采用目视或定性的方法来确定城市用地扩展类型[16]。比较常用的方法是Xu等[17]在研究南京城市增长时,从定量的角度对城市扩展类型进行区分,此方法虽然不同扩展形态的判断标准很简单,但由于城市扩展时,常把建设用地抽象成栅格,判断共同边界和周长时,仍然借助目视手段,很难通过计算机技术实现智能化分析。此外,刘纪远等[18]利用计算几何中的凸壳原理识别城市用地扩展属于填充型还是外延型,该方法在城市扩展形态识别上简单而明确,

然而此后的研究仅仅将凸壳原理应用于城市扩展形态识别,并没有进一步研究其在控制和引导城市土地利用上的价值。

另外,在杭州城市扩展形态的研究方面,目前主要从空间特征上对城市形态及其内在机理进行分析[19~24],而在空间位置的表达与识别,以及对未来城市扩展形态变化的控制和引导上略显不足,如何改善这一问题,值得研究。

因此,本研究拟分析凸壳原理在区分城市扩展形态上的优势,以及在引导未来城市土地利用和促进城市紧凑式发展的意义,并借助凸壳原理对杭州市1985~2010年城市扩展形态演化过程进行分析,丰富杭州城市扩展形态的相关研究,从而指导杭州未来城市土地开发。

1 资料与方法

1.1 区域与数据

本研究以杭州市主城区为研究靶心,采用长时间序列的遥感影像数据,分别是1985年、1991年、1996年和2005年的Landsat TM影像(P119、R39),以及2000年和2010年的Landsat ETM影像(P119、R39),用于获取杭州市土地利用现状。

1.2 研究方法

1.2.1 凸壳的定义

凸壳分为点集的凸壳、线集的凸壳和面集的凸壳,建设用地斑块是一个面状单元,可将其抽象为由轮廓线结点组成的点集,将该点集的最小外接凸多边形定义为建设用地斑块的凸壳[18]

1.2.2 建设用地斑块凸壳的确定

本研究采用Netlogo软件实现基于凸壳原理的城市扩展形态的自动化识别。首先选取有可能是凸点的结点,如果某一建设用地栅格邻域的建设用地栅格数量小于5,则认为该点有可能是凸点,其次判断所选择结点是否为凸点,删除凹点,留下的则是凸点,最后将凸点连接起来,就是建设用地斑块的凸壳了。1985~2005年杭州市主城区建设用地及其凸壳如图1所示。

图1   杭州市主城区1985~2005年建设用地及其凸壳

Fig. 1   Construction land and its convex hull of main city zone in Hangzhou(1985-2005)

对于凸点的判断,在Netlogo软件中采用以下思路实现,关键在于角度的确定。对于点 A凸凹性的判断,首先在斑块中心选择一个参考点 O,并使参考线 OO’’经过点 A,参考线 OO’’将轮廓线上的结点划分为了上方和下方2部分。对于位于线 OO’’上方的结点 Pi,每一条经过点 A与结点 Pi的射线都跟 AO’’存在一个夹角,其中最小的一个夹角为 1;同样,对于位于线 OO下方的结点 Pj,每一条经过点 A与结点 Pj的射线都跟 AO存在一个夹角,其中最小的一个夹角为 3。若 1+3大于或者等于 π,则点 A是凸点,若 1+3小于 π,则点 A是凹点(图2)。在该图中,可以判断,点 A是凹点,而点 B是凸点。

图2   建设用地斑块轮廓线结点凸凹性的判断示意图

Fig. 2   Sketch map for judging concavity or convexity of outline nodes of construction land

1.3 凸壳原理应用于城市扩展形态识别的优势

1.3.1 建设用地斑块凸壳的计算机识别

建设用地斑块在GIS中是一个栅格文件,因而点集的凸壳与建设用地斑块的凸壳具有相同的数据形式,因而可方便实现计算机自动识别,从而有利于凸壳原理在城市扩展研究中的应用。

本研究采用Netlogo软件实现基于凸壳原理的城市扩展形态的自动化识别,具有重要的实践意义。首先,采用元胞自动机模型和多智能体模型模拟城市扩展的研究中,城市开发政策、城市规划、决策主体行为等因素对于城市扩展形态的影响是模拟时重要的约束条件,有利于在城市扩展模拟过程中,实现城市扩展形态影响因素对于城市未来发展影响的定量化表达;其次,在城市扩展模拟过程中,随着城市的扩展其凸壳不断变化,该识别方法可以在程序运行过程中根据模型要求实时计算凸壳的变化,提高模拟效率。

1.3.2 城市扩展形态控制的有效方法

紧凑城市被认为是一种尽可能利用城市已有空间,缓解城市蔓延危害的有效方法[13]。为了促进城市向紧凑城市方向发展,对于不同的城市土地开发行为,应该采取不同的政策导向,或鼓励或限制。因此,从优劣的角度看,填充增长是应该鼓励的,自发增长是应该尽量避免的,而边缘增长则需区分不同的情况。例如新增建设用地图斑A和B(图3),都属于边缘增长,然而B属于城市蔓延,而A在一定程度上起到了填充的作用,因而,B这种增长方式是应该避免的,而A在一定程度上说确是应该鼓励的。所以说,这样的城市扩展形态的区分不能有效指导城市土地开发利用。

图3   边缘增长的不同价值判断示意图

Fig. 3   Sketch map of value judgment of edge growth

针对上述问题,凸壳原理将城市发展空间分为凸壳内和凸壳外,如果城市土地开发位于凸壳内,则城市内部空隙将逐步被填充,城市外围的轮廓形态将趋向紧凑;如果城市土地开发位于凸壳外,则会导致城市形态趋于非紧凑。因而,通过确定已有城市建设用地的凸壳,可以将城市所有可开发用地分为凸壳内用地和凸壳外用地2类,城市土地开发则是尽可能地将未来城市的发展控制在凸壳内,促进城市的紧凑式发展。

2 杭州市城市形态演化及其机理

2.1 基于凸壳原理的杭州主城区城市扩展形态演化

表1可以发现,研究期间,杭州市主城区建设用地稳步增长,其中1996~2000年增长最为迅速,年均新增建设用地达到了11 km2,同时凸壳面积由1996年的134.45 km2增加到了2000年的232.57 km2,涨幅达到了73%,说明1996~2000年城市不均衡扩展加剧。

表1   杭州市主城区新增建设用地凸壳分析

Table 1   Analysis on newly-increasing construction land of main city zone in Hangzhou based on convex hull

年份1985~19911991~19961996~20002000~20052005~2010
期初建设用地(km2)66.2787.63121.83164.27197.52
期初凸壳面积(km2)84.91107.99134.45232.57287.15
主城区新增建设用地(km2)31.8134.8143.9636.2021.05
凸壳内新增建设用地(km2)9.8012.5112.9218.1513.09
凸壳内可开发用地(km2)16.7417.1318.4134.9143.49
凸壳内可开发用地/主城区新增建设用地(%)53494296207
凸壳内新增建设用地/凸壳内可开发用地(%)5973705230
凸壳内新增建设用地/主城区新增建设用地(%)3136295062
期初凸壳面积/期初建设用地面积1.281.231.101.421.45

注:主城区新增建设用地面积没有包括建设用地减少部分,因此不等于前后两个时间段的期初建设用地面积之差。

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凸壳面积与建设用地面积的比值能够反映一个城市形态的紧凑程度,若建设用地填充了整个凸壳,则比值接近于1,若城市重点沿交通线或某一个方向发展,往往造成城市形态呈“指”状,则比值将偏离1。1985~1996年间,该比值逐渐缩小,从1.28下降到了1.10,1996年之后,该比值又逐渐增加,2000年快速增加到了1.42,到2005年又略有增加,为1.45。

凸壳内可开发用地与主城区新增建设用地的比例表明城市开发的填充潜力,若该比例达到了100%,意味着所有的城市开发都可以在凸壳内进行。1996年之前,主城区的城市形态相对紧凑,凸壳内城市开发的填充潜力基本约为40%~50%;1996年之后,随着城市轴向扩展的加剧,凸壳内城市开发的填充潜力开始提高,2000年时填充潜力达到了96%,意味着几乎所有的城市开发都可在凸壳内进行,到2005年更是达到了207%。

凸壳内新增建设用地与凸壳内可开发用地的比值反映城市开发对凸壳的填充程度,是促进城市形态趋向于紧凑的重要标志,若填充程度达到100%,则意味着整个凸壳被填充完全,紧凑度增加。1996年之前,杭州市填充程度从1985~1991年间的59%增加到了1991~1996年间的73%,城市形态趋向于紧凑的可能性较大;1996年之后,填充程度开始下降,1996~2000年间下降到了70%,2000~2005年间下降到了52%,2005~2010年更是下降到了30%,城市形态趋向于紧凑的可能性下降。

凸壳内新增建设用地与主城区新增建设用地的比值反映整个城市开发中属于填充型的比例,是判定城市扩展属于填充型还是外延型的标志。按刘纪远等的标准[18],若该比值达到50%,则城市扩展类型为填充型,若该比值小于50%,则为外延型。以此来看,1985~2000年,杭州市城市扩展属于外延型,2000~2005年这一比例为50%,城市扩展介于填充型和外延型之间,2005~2010年该比例为62%,城市扩展从原来的外延型转为填充型。具体分析来看,2000年时主城区的凸壳面积陡增了73%,凸壳内可开发用地面积比1996年时增加了89%,到2005年时凸壳内可开发用地面积更是增加到了43.49 km2,超过同期主城区新增建设用地面积2倍多,所以,2000年之后凸壳内的新增建设用地占主城区新增建设用地的比例达到并超过50%也就容易理解了。

从凸壳分析可以发现,杭州市主城区城市形态的演化分为2个时期。1985~1996年,建设用地和凸壳面积增长缓慢,城市形态相对紧凑,填充程度相对较高,填充潜力较低;1996~2010年,建设用地快速增长,城市不均衡扩展加剧,凸壳面积陡增,城市形态紧凑程度下降,凸壳内的可开发用地面积也大幅度增加,填充潜力也随之增加。

总体来看杭州市城市扩展类型属于外延型。2005~2010年间,城市扩展形态虽然转为填充型,主要原因是之前城市的轴向发展,凸壳面积的大幅增加使得凸壳内的可开发用地面积随之增加,所以虽然城市扩展形态呈填充型,但填充程度并不高,仅为30%。接下来为促进杭州城市紧凑化发展,在填充潜力增加的情况下,应该严格控制凸壳外的城市土地开发。

2.2 杭州城市扩展形态演化的机理分析

Logistic回归模型被广泛用以分析城市扩展的影响因素,通过比较各影响因素在空间上与杭州市主城区新增建设用地以及凸壳的空间关系,借此分析城市扩展形态演化的机理。Pg(Y=1)表示城市其他用地转变为建设用地的概率,Pg(Y=0)表示城市用地仍保持非建设用途的概率。

Pg(Y=1)=exp(β0+i=1nβixi)1+exp(β0+i=1nβixi)(1)

式中, βi为回归系数的估计值。在Logistic回归模型中,当exp( βi)>1时,表示城市开发概率随解释变量的增加而提高,反之则表示城市开发概率随着解释变量的增加而降低。

可达性是解释城市扩展的重要因素,被认为是与社会和经济机会的接近程度,反映了土地开发决策的成本[25],选择到CBD的距离(CBD)、到工业中心的距离(INDC)、到主干道的距离(MROAD)、到次要道路的距离(OROAD)、到钱塘江的距离(QTR)作为可达性指标;由于地价、市场、经济、文化等因素在空间上存在相互影响,某一地块开发与否受邻域开发的影响[26],选择已有建设用地区(CLAND)、可开发空间(AVAIL)、水体(WATER)的邻域指数为解释变量;空间政策具有促进或限制土地利用的作用,从而影响未来的城市土地开发决策[27],而规划则是通过提供城市基础设施和城市发展所需的城市配套设施等影响城市发展的最重要空间政策,采用二值变量来评估规划控制的影响(PLAN),1表示在规划用地范围内,0表示在非规划用地范围内。表2为不同时间段内Logistic回归模型选取的空间解释变量及其模型参数、拟合优度检验等结果。

1996年之前,道路和已有城市建设用地是城市扩展的最主要因素,沿次要道路和已有建成区周边向外扩散,城市扩展形态变化相对稳定(图4)。

1996年之后,杭州城市开发变得越来越复杂,影响因素也越来越多。从回归模型可以看出,原来不显著的解释变量开始变得显著,期间杭州市土地利用/覆被变化如图5所示。1996~2000年和2000~2005年2个时段内作用方向一致的影响因素有离主干道的距离、离次要道路的距离、可开发空间邻域密度和已有建设用地邻域密度。道路设施的投入能显著提高城市开发的概率,随着汽车拥有率的持续增长,交通通达性对于城市开发的作用越来越凸显。2000年后离主干道距离影响强度的增强也表明,城市沿主干道扩展的趋势进一步加剧。另外,城市可开发空间和已有建设用地区对城市形态的影响是促使城市紧凑化发展,通常建成区周边具备较好的基础设施,工作和生活的便利度都非常优越,因而会促进城市开发的概率。

表2   不同时段内城市扩展的Logistic回归模型

Table 2   Logistic regression model of urban expansion in different periods

变量1985~1991年1991~1996年
βSEP Exp(β)βSEP Exp(β)
CBD
INDC
MROAD-0.0740.0100.0000.929
OROAD-0.1360.0160.0000.873-0.0400.0190.0370.961
QTR
AVAIL
CLAND0.0740.0050.0001.0770.0610.0040.0001.063
WATER
Constant-0.1010.0870.242-0.2870.1010.004
LR chi2812.662631.249
ROC0.7870.768
正确率71.4%68.9%
样本数30003000
变量1996~2000年2000~2005年
βSEPExp(β)βSEPExp(β)
CBD-0.0310.0090.0010.9700.0570.0100.0001.059
INDC-0.0730.0190.0000.9300.0520.0190.0071.054
MROAD-0.0670.0230.0030.935-0.1370.0510.0070.872
OROAD-0.0440.0250.0820.957-0.1110.0290.0000.895
QTR-0.0640.0080.0000.9380.0350.0070.0001.036
AVAIL-0.0080.0020.0010.992-0.0100.0020.0000.990
CLAND0.0230.0030.0001.0230.0160.0030.0001.017
WATER0.0080.0020.0001.008
PLAN////0.6180.0860.0001.856
Constant1.3690.2540.000-0.8120.2700.003
LR chi2384.863411.662
ROC0.7170.715
正确率63.9%63.1%
样本数40004000

注:“—”表示未通过0.05的显著性水平,“/”表示无数据。

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图4   1985~1996年杭州市土地利用/覆被变化

Fig.4   Land use and land cover change of Hangzhou in 1985 -1996

图5   1996~2005年杭州市土地利用/覆被变化图

Fig.5   Land use and land cover change of Hangzhou between 1996 and 2005

另外,1996~2000年和2000~2005年2个时段内作用方向相反的影响因素有离CBD的距离、离工业中心的距离以及离钱塘江的距离。1996~2000年间,杭州市没有出现集中式的城市开发,体现在城市边缘区靠近城市中心处分散性的开发,因而邻近CBD对于城市开发具有促进作用;然而2000年之后,在远离CBD的城市郊区出现了大规模集中连片式的城市开发,如城市西北部紫金港校区、西湖科技经济园以及下沙高教园区的开发建设,因为邻近CBD存在着地块破碎和开发成本过高的问题。1996~2000年,随着杭州市城区“退二进三式”的产业结构调整,杭州市的工业区域结构发生了明显变化,市区原有的工业区调整至郊区后,带动了周边区域较大规模的城市开发;然而2000年之后,杭州市各经济开发区建设基本成型,趋于稳定,工业区的外部负效应逐渐开始显现,因而此时工业区周边的城市开发逐步被抑制。1996~2000年间,滨江区经国务院批准设立,以及杭州高新技术开发区(之江区块)和下沙杭州经济技术开发区的建设都在钱塘江沿岸,每靠近钱塘江1 km,城市开发发生比增加3%;2000~2005年间,杭州市的相当部分城市开发发生在城市西北部,因而每靠近钱塘江1km,城市开发发生比降低3.6%。

从城市扩展的Logistic回归模型分析可以发现,沿主干道的城市开发是城市形态外延式发展的主要因素。通常城市近郊靠近交通线的土地开发成本相对较低,区位条件相对优越,低成本和高收益之间存在的巨大利益空间成为了城市开发的原始动力,客观上推动了城市沿着城市交通线的轴向延伸[21]。通过对杭州市主干道进行缓冲区分析发现(表3),主干道500 m和1000 m范围内的新增建设用地占主城区新增建设用地的比重在1985~2010年间逐步递增。可见交通对城市空间扩展形态的影响正逐渐加强,城市开发倾向于沿城市交通干线扩展,使得城市空间形态缺乏紧凑感,对交通的依赖和出行距离增加,耕地和开阔空间破碎化。具体来看,城市扩展形态呈外延型,城市开发在城西主要沿天目山路、文一西路和留祥路,城北主要沿莫干山路、上塘高架和沈半路,城东主要沿艮山路和德胜快速路。

表3   城市主干道对城市扩展形态的影响

Table 3   Influence of main road of city to urban expansion morphology

时间(年)主城区新增建设用地(km2主干道缓冲区内新增建设用地(km2主干道缓冲区内新增建设用地比率(%)
500 m缓冲区1000 m缓冲区500 m缓冲区1000 m缓冲区
1985~199131.818.2713.2126.0041.53
1991~199634.819.3916.8526.9848.41
1996~200043.9618.1729.4841.3367.06
2000~200536.2012.424.6334.2568.04
2005~201021.0511.1817.8453.1184.75

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另外,已有建设用地周边以及城市内部次要道路沿线的城市开发,以及城市中心的集聚作用和规划对城市开发的控制是城市形态填充式发展的主要因素;郊区化发展和城市空间发展政策促使特定时期城市外延式发展。

杭州市郊区化发展主要表现为居住郊区化和工业郊区化。冯健的研究表明[20],1982~2000年杭州近郊区人口一直以较高的速度增长,1990~2000年间其增长幅度由前一阶段的40%增至70%。2000年之后,杭州房地产市场迅速发展,地价和房价的分布基本上呈放射环状由内向外逐渐降低,房价的增长幅度远远超过经济增长的水平,带动了居住的郊区化。20世纪90年代,一方面是中心区污染企业的治理,另一方面城市土地有偿使用制度的改革引发了城市土地利用结构的大幅调整,工业企业倾向于在地价相对较低、用地空间较大的城郊发展,工业的郊区化使得到在2000年,城市中心区工业用地所剩无几[20]。到2001年,杭州市行政区划做了重大的调整,建设用地的可用空间大大增加,杭州近郊区进一步发展,目前的工业园区、大学城、居住小区等为了克服城市内部空间紧张的约束和拆迁困难、降低征地费用和开发成本,在城市郊区独立选址,下沙经济技术开发区和大学城,滨江的高新区,江东的工业城,钱江新城,小和山高教园区,以及一个个楼盘,分散在城区的东西两边以及钱塘江沿岸。城市的郊区化发展一定程度上促进了城市外延式扩展。

2002年,杭州第九次党代会提出了“东扩、西进、沿江跨江发展”的城市化战略,以及《杭州市城市总体规划(2001~2020)》提出的“一主三副六组团”的城市结构,文一西路、留祥路以及艮山路、德胜快速路周边轴向式发展,多中心协同发展带动了副城周围自发式的扩张[23]。另外,杭州正大步从“西湖时代”迈向“钱塘江时代”,钱江新城的建设、九堡客运中心站、火车东站和地铁一号线等的投入使用,带动了钱塘江沿岸的发展,杭州市城市空间发展政策对于城市扩展形态变化的作用将越来越凸显。

3 结 论

本研究分析了凸壳原理在城市扩展形态识别中的应用价值,并对杭州市主城区1985~2010年间城市扩展形态演化及其机理进行分析,得出以下结论:

1) 城市扩展形态的分析是为了有效指导城市未来的土地开发活动,以期针对不同区域采取不同的政策导向。凸壳原理在城市扩展形态识别上简单而明确,通过确定已有城市建设用地的凸壳,将城市所有可开发用地明确区分为凸壳内用地和凸壳外用地2类,为采取差别化的空间管理政策提供依据。面对目前中国一些大城市出现的土地利用空间布局混乱,见缝插针式、沿边沿路蔓延式的城市土地开发行为,城市扩展速度与规模失控,耕地等一系列开敞空间逐年递减,土地利用冲突,城市土地低效利用等一系列问题,城市土地开发则应尽可能控制在凸壳内,促进城市的紧凑式发展。

2) 建设用地斑块在GIS中类似点集的数据形式为凸壳原理在城市扩展研究中的应用奠定了基础;本研究在Netlogo中构建了基于凸壳原理的城市扩展形态识别方法,有利于在基于元胞自动机模型和多智能体模型的城市扩展模拟过程中,实现城市扩展形态影响因素对于城市未来发展影响的定量化表达,并且通过城市扩展模拟过程中实时计算凸壳的变化,提高模拟效率和准确度。

3) 从凸壳分析可以发现,杭州市主城区城市形态的演化基本以1996年为界分为2个时期。1996年之前,建设用地和凸壳面积增长缓慢,城市形态相对紧凑,填充程度相对较高;1996年之后,建设用地快速增长,城市不均衡扩展加剧,凸壳面积陡增,城市形态紧凑程度下降,然而凸壳内的可开发用地面积也大幅增加,填充潜力也随之增加。总体来看杭州市城市扩展类型属于外延型。2005~2010年间,城市扩展形态虽然转为填充型,主要原因是城市的轴向发展,凸壳面积的增加使得凸壳内的可开发用地面积随之增加,所以虽然城市扩展形态呈填充型,但填充程度并不高。接下来为促进杭州城市紧凑化发展,在填充潜力增加的情况下,应该严格控制凸壳外的城市土地开发。

4) 杭州市沿主干道的城市开发是城市形态外延式发展的主要因素,已有建设用地周边以及城市内部次要道路沿线的城市开发,以及城市中心的集聚作用和规划对城市开发的控制是城市形态填充式发展的主要因素,郊区化发展和城市空间发展政策促使特定时期城市外延式发展。1996年之前,杭州市城市发展相对缓慢,已有建设用地区和城市内部离次要道路的距离是城市扩展的主要影响因素,城市发展相对紧凑,城市外延式发展并不明显,但是城市扩展开始有沿主干道蔓延的趋势。1996年之后,城市化速度明显加快,建设用地面积快速增长,主干道沿线城市土地开发的比重逐步增加,对外交通沿线的城市土地开发导致城市轴向扩展明显。另外,随着城市土地有偿使用制度改革,城市内部地价快速上涨,用地日趋紧张,以及房地产市场的快速发展和退二进三式的产业结构调整,带动了居住及工业的郊区化发展,从而促进了城市外延式扩展。同时,杭州市“东扩、西进、沿江跨江发展”和“一主三副六组团”等城市空间发展政策也一定程度上影响着城市扩展形态的演化。

The authors have declared that no competing interests exist.


参考文献

[1] 姚玉龙, 刘普幸, 陈丽丽, .

近30年来合肥市城市扩展遥感分析

[J]. 经济地理, 2013, 33(9): 65~72.

URL      [本文引用: 1]      摘要

利用1981、1989、 1995、2000、2005和2010年6景Landsat MSS/TM/ETM+遥感影像,结合城市扩展评价指标、土地利用变化和热岛效应,对合肥市近30年来城市扩展时空分异特征、驱动力及其所引起的生态环境 影响进行了分析,结果表明:1980年代末到1990年代中期合肥市城镇用地扩展呈低速增长趋势,其余时间均为快速增长时期。合肥市人口增长与城市用地之 间的关系较合理,城市的发展得到了人口的有力支撑。城市用地扩展形态由紧凑稳定型向偏离紧凑,形态复杂化发展。城镇用地扩展由同心圆式扩展、重心基本稳定 转变为组团式扩展、重心明显向南和西转移。经济发展、人口增长、交通牵引和政府决策驱动着城镇用地扩展。合肥市热岛效应面积随着城镇用地扩展不断增加,但 热岛强度呈现减弱趋势,高温区和极高温区面积减少,呈现多中心成片分布态势。城镇用地扩展所侵占的主要土地利用类型是农用地,1995—2010年面积减 少了23.61%。
[2] 渠爱雪,仇方道.

徐州城市建设用地扩展过程与格局研究

[J].地理科学,2013,33(1):61~68.

URL      Magsci      摘要

基于1979年、1994年、2003年、2008年徐州城市土地利用现状图,提取城市居住、工业和商服用地信息,运用网格分析技术,研究1979~2008年徐州城市建设用地扩展的时空格局特征.研究表明①居住用地扩展面积和扩展强度最高,工业用地次之,商服用地最小;居住用地持续快速扩展,工业用地稳定扩展,商服用地发展相对滞后.②工业和居住用地逆向扩展显著,逆向扩展分别由城市中心区向城市外围和城市中间地带推进.③工业用地在城市经济开发区片状集聚;居住用地沿交通轴带快速扩展;商服用地自1994年以来有较快发展,但以离散扩展为主.④经济转型和产业结构优化升级是工矿城市用地扩展的核心驱动力,交通是重要引导力,城市规划是重要调控力量.
[3] 王新生, 刘纪远, 庄大方, .

中国特大城市空间形态变化的时空特征

[J]. 地理学报, 2005, 60(3): 392~400.

https://doi.org/10.3321/j.issn:0375-5444.2005.03.005      URL      Magsci      摘要

<p>基于国家资源环境数据库动态土地利用数据, 借助GIS软件支持, 分别计算了1990年和2000年中国31个特大城市平面轮廓形状的分维、紧凑度和形状指数以及城市的用地扩展类型。结果表明, 从1990年到2000年, 中国31个特大城市空间形态的总体变化趋势是, 城市用地空间扩展类型以填充类型为主, 外延类型相对较少且主要发生在发展限制较小的平原地区。总体上, 分维呈减少趋势且南方城市大于北方城市, 形状指数有减少, 城市空间形状有紧凑化趋势。综观1990年和2000年中国31个城市的分维、紧凑度和形状指数的数据, 可以看出广州、南昌、济南、成都、北京和上海等城市形状变化比较大, 而兰州、太原和唐山等城市形状变化很小。若用地扩展为填充类型, 则分维减少, 紧凑性增加, 形状指数减少;相反, 若用地扩展为外延类型, 分维增加, 紧凑性降低, 形状指数增加。</p>
[4] 周春山, 叶昌东.

中国特大城市空间增长特征及其原因分析

[J]. 地理学报, 2013, 68(6): 728~738.

URL      Magsci      摘要

1990年以来是中国社会经济 改革全面展开的阶段,城市空间增长发生了较大的变化,本文以全国52个特大城市为样本,利用各城市1990-2008年影像图、土地利用现状图等数据,运 用空间计量、拓扑结构图示等方法对城市空间增长特征进行了分析。研究表明:1990年以来中国特大城市空间在规模增长上表现出增长速度快且按人口规模等级 顺序依次变缓,在要素增长上表现出新型化、多样化变化,在结构增长上出现带状化、多中心化转变,在形态增长上呈分散化、破碎化变化,城市空间增长方式以轴 向式和跳跃式为主导,特别是2000年以来这种变化更加明显。工业化进入中高级阶段之后的快速经济增长、快速城市化以及政府GDP导向的政绩观是导致城市 空间增长上述变化的主要原因。最后文章针对中国特大城市空间增长规模过度超前、结构松散、形态破碎的问题,提出构建以规模控制、结构优化及空间紧凑性为核 心的节约型城市空间增长目标。
[5] Boyce R R,

Clark W A V. The concept of shape in geography

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[6] Medda F, Nijkamp P, Rietveld P.

Recognition and classification of urban shapes

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URL     

[7] 林炳耀.

城市空间形态的计量方法及其评价

[J]. 城市规划汇刊, 1998,(3): 42~45.

URL      摘要

系统思维使城市规划学科发展成为许多自然科学和社会科学的多学科交叉学科,其中数学与物理方法的广泛应用,则是科学进步的标志,城市规划正在处在不断提高科学平性,更多地应用数学方法的阶段。因此,城市规划中许多计量方面的研究与数学方法的应用,是推动学科开拓进步的重要因素。
[8] 张治清, 贾敦新, 邓仕虎, .

城市空间形态与特征的定量分析——以重庆市主城区为例

[J]. 地球信息科学学报, 2013, 15(2): 297~306.

https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2013.00297      Magsci      摘要

本文梳理了城市空间形态研究的理论与方法, 系统分析了城市空间形态研究的趋势。鉴此, 构建了城市形态定量化研究的测度指标体系, 并以RS和GIS技术制定了城市形态定量化分析方法框架, 对重庆市主城区空间形态进行了系统的定量分析。在城市用地扩展的时空特征上采用了面积增长量、城市用地扩展速度、扩展强度, 及各方位用地扩展强度等指标;在城市外部空间形态特征方面采用了紧凑度、分形维数和形状指数等指标。结果表明:主城区空间形态演变受其重大事件影响较大, 呈&ldquo;突变&rdquo;和&ldquo;整合&rdquo;相结合的演化过程;重庆市主城区空间扩展呈现明显的阶段性, 以集约式和内涵式扩展为主;由于受主城区扩展的各向异性影响, 主城区扩展以北向和西向扩展为主。本研究为城市空间形态的定量分析提供了参考。
[9] Schwarz N.

Urban form revisited—Selecting indicators for characterising European cities

[J]. Landscape and Urban Planning, 2010, 96(1): 29-47.

https://doi.org/10.1016/j.landurbplan.2010.01.007      Magsci      摘要

<h2 class="secHeading" id="section_abstract">Abstract</h2><p id="">Four out of five European citizens life in urban areas, and urban form &ndash; like the density or compactness of a city &ndash; influences daily life and is an important factor for both quality of life and environmental impact. Urban planning can influence urban form, but due to practicality needs to focus on a few indicators out of the numerous indicators which are available. The present study analyses urban form with respect to landscape metrics and population-related indicators for 231 European cities. Correlations and factor analysis identify the most relevant urban form indicators. Furthermore, a cluster analysis groups European cities according to their urban form. Significant differences between the clusters are presented. Results indicate that researchers, European administration and urban planners can select few indicators for analysing urban form due to strong relationships between single indicators. But they should be aware of differences in urban form when comparing European cities or working on planning policies for the whole of Europe.</p>
[10] 吕斌, 孙婷.

低碳视角下城市空间形态紧凑度研究

[J]. 地理研究, 2013, 32(6): 1057~1067.

https://doi.org/10.11821/yj2013060009      URL      Magsci      摘要

全球气候变化背景下,构建功能紧凑的低碳城市空间形态已成为世界各地城市实现低碳化可持续发展的主要途径之一。但目前的城市形态研究主要集中在城市外部空间,缺乏对城市内部功能空间紧凑度的量化。从实现低碳城市的视角,提出了城市内部功能空间形态紧凑度的量化指标,用以探讨实现低碳城市的城市空间形态特征;以商业、医疗、教育和文化娱乐等4种重要服务设施布局为基础,构建了城市功能空间紧凑度指数,对不同规模、不同地理条件类型的8个案例城市进行定量研究,实证了城市内部"功能空间紧凑度"指标较城市外部"形态紧凑度"指标能够更好的反映城市形态的紧凑性内涵,适用于评价各类城市空间形态的低碳发展模式。
[11] 李平星, 樊杰.

城市扩张情景模拟及对城市形态与体系的影响——以广西西江经济带为例

[J]. 地理研究, 2014, 33(3): 509~519.

https://doi.org/10.11821/dlyj201403010      URL      Magsci      [本文引用: 1]      摘要

针对区域层面城市扩张模拟研究的缺失,以快速城市化的广西西江经济带为案例区,构建了生态重要性和土地开发建设适宜性两种扩张情景;借助最小累积阻力模型对经济带内主要城市的扩张进行情景模拟,进而分析城市扩张对其形态和位序—规模特征的影响,揭示不同情境间的差异。结果表明,随着扩张强度增加,城市形态趋于紧凑和稳定,城市位序—规模发生变化。对比两种情景,生态重要性情境下,新增建设用地的分配相对均匀,首位城市发生变化,首位度明显下降,城市扩张方式多样,形态较为复杂、松散,内部各城市之间形状差异较大;土地开发建设适宜性情景下,大中城市扩张速度较快,首位城市保持不变,其首位度略有下降,城市扩张以外延式和填充式扩张为主,形态相对紧凑、规则,各城市间形状差异较小。研究认为基于生态重要性的城市扩张情景有利于减少重要生态空间占用、维护城市生态系统健康、合理调控城市体系结构,是一种更加可持续的扩张方式。
[12] Marquez L O, Smith N C.

A framework for linking urban form and air quality

[J]. Environmental Modelling and Software, 1999, 14(6): 541-548.

https://doi.org/10.1016/S1364-8152(99)00018-3      URL      [本文引用: 1]      摘要

The importance of urban form in the quest for sustainable development has been recognised in a number of countries in recent years. However, there has been limited progress in bringing environmental planning into the sphere of urban systems planning. This situation can be largely attributed to the absence of advanced integrated land use– transport–environment modelling tools capable of analysing the behaviour of complex, dynamic systems. This paper describes an initial attempt to develop a framework for integrating land use, transport and airshed models for evaluating the effect of city form on air quality. The framework identifies the relationship between various components such as the GIS database, the land use–transport–environment module and the airshed model. Issues concerning the structure and robustness of the framework are discussed and results from a recent air quality inquiry are presented.
[13] Camagni R, Gibelli M C, Rigamonti P.

Urban mobility and urban form: the social and environmental costs of different patterns of urban expansion

[J]. Ecological Economics, 2002, 40(2): 199-216.

https://doi.org/10.1016/S0921-8009(01)00254-3      URL      Magsci      [本文引用: 1]      摘要

The question of the environmental or social costs of urban form is increasingly attracting attention in spatial policy, but scientific debate in this field is often marred by prejudices and abstract visions; empirical analyses are very rare. The present study aims at establishing, in the metropolitan area of Milan, whether different patterns of urban expansion could be associated with specific environmental costs-in particular, for land consumption and mobility generation. Different typologies of urban expansion were defined, and an impact index weighting differently journey-to-work trips with reference to mode and time length was built at the municipality level. The statistical analysis confirmed the expected ''wasteful'' character of sprawling development patterns in terms of land consumption, though suggesting that recent urban development is becoming relatively 'virtuous' with respect to the past. With reference to the mobility generated, higher environmental impacts were proved to be associated with low densities, sprawling development, more recent urbanisation processes and residential specialisation of the single municipalities. Public transport seems to be strongly influenced, both in terms of efficiency and competitiveness, by the structural organisation of an urban area: the more dispersed and less structured the development, the lower its level of efficiency and competitiveness and consequently its share of the mobility market. On the contrary, trip times for private transport appear to be correlated not so much to urban dimension or density as to the presence of recent housing development, indicating the emergence of new models of lifestyle and mobility which are very different from those of the past.
[14] 丁成日.

城市“摊大饼”式空间扩张的经济学动力机制

[J]. 城市规划, 2005, 29(4): 56~60.

https://doi.org/10.3321/j.issn:1002-1329.2005.04.011      URL      摘要

从城市土地资源和资本资源两个方面论证了城市空间连续扩张("摊大饼")最大限度地发挥了这些资源,又在保证城市劳动力市场整合的同时将城市交易成本(如交通成本)最小化.城市政策和规划的任务之一是如何在无穷多个城市空间扩展模式中寻找到一个最优的方案.
[15] 刘盛和, 吴传钧.

基于GIS的北京城市土地利用扩展模式

[J]. 地理学报, 2000, 55(4): 407~416.

https://doi.org/10.3321/j.issn:0375-5444.2000.04.003      URL      [本文引用: 1]      摘要

采用 GIS空间分析技术 ,对 1 982~ 1 997年期间北京城市土地利用扩展的时空过程进行空间聚类和历史形态分析。证实工业用地的高速外向扩展是北京城市土地利用规模“超常膨胀”的主要原因 ;揭示城市土地利用扩展的空间分异规律 ,阐明城市土地利用扩展中心和扩展轴的时空迁移模式
[16] 许彦曦, 陈凤, 濮励杰.

城市空间扩展与城市土地利用扩展的研究进展

[J]. 经济地理, 2007, 27(2): 296~301.

https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-8462.2007.02.026      URL      [本文引用: 1]      摘要

城市空间扩展是城市地理学、城市规划学的核心内容之一。城市土地利用扩展是城市空间扩展的一个重要方面。文章总结了城市空间扩展机制、扩展动力机制、模式、模型及产生的影响,以及城市土地利用的扩展模式、动力机制、研究方法以及用地扩展的类型识别和城市用地扩展的时空演变分析,展望城市空间扩展与土地利用扩展,将在生态环境、生态安全、用地效益、土地集约等方面有很大的发展,进一步与35技术和CA结合,将推进其快速发展。
[17] Xu C, Liu M, Zhang C, et al.

The spatiotemporal dynamics of rapid urban growth in the Nanjing metropolitan region of China

[J]. Landscape Ecology, 2007, 22(6): 925-937.

https://doi.org/10.1007/s10980-007-9079-5      URL      Magsci      [本文引用: 1]      摘要

To better understand the spatio-temporal dynamics of the urban landscape of the Nanjing metropolitan region, China, we conducted a series of spatial analyses using remotely sensed data of 1979, 1988, 1998, 2000 and 2003. The results showed that the urban area as well as the growth rate increased significantly. Three urban growth types were distinguished: infilling, edge-expansion and spontaneous growth. The pattern of urban growth can be described as a 'diffusion-coalescence' phase transition. Although edge-expansion was the most common growth type, the spontaneous growth took a greater proportion in area and patch number than the infilling growth at the early stage, but its dominance decreased as urbanization proceeded from the diffusion phase to the coalescence phase. Hot-zones of urban growth and the distribution pattern of newly urbanized areas in different periods were studied with a buffering analysis. More than 80% of the growth area occurred within a zone of 1.4 km wide outwards from the pre-growth urban fringes. The spatial distribution of newly urbanized areas in each period showed a uniform negative exponential decline relative to the distance from the edge of the urban patches. There existed an outward wave-like shifting of urban growth hot-zones, but the distance- growth area curves varied at different stages of urban growth. While a double-peaked pattern usually occurred in the diffusion phase, a single-peaked pattern was common in the coalescence phase.
[18] 刘纪远, 王新生, 庄大方, .

凸壳原理用于城市用地空间扩展类型识别

[J]. 地理学报, 2003, 58(6): 885~892.

https://doi.org/10.3321/j.issn:0375-5444.2003.06.012      URL      Magsci      [本文引用: 3]      摘要

<p></p>
[19] 朱波.

杭州城市空间拓展浅析

[J]. 城市规划, 2003, 27(5): 89~92.

URL      [本文引用: 1]      摘要

杭州,中国的七大古都之一,千百年来伴随着人类、社会与文化的发展,经历了一个令人追忆与向往的过程. 在有文字记载的2200多年中,城市基本上沿着一条较为清晰的主线发展,形成了千百年来闻名中外的风景名胜旅游城市,并以其独特的"湖城一体"的城市景观名扬天下.解放后,特别是经过20年的改革开放,城市经济突飞猛进,城市职能日益完善,城市规模不断扩展.
[20] 冯健. 转型期中国城市内部空间重构[M]. 北京: 科学出版社, 2004.

[本文引用: 2]     

[21] 冯科.

城市用地蔓延的定量表达、机理分析及其调控策略研究——以杭州市为例[D]

. 杭州: 浙江大学博士学位论文, 2010.

[本文引用: 1]     

[22] 王伟武, 金建伟, 肖作鹏, .

近18年来杭州城市用地扩展特征及其驱动机制

[J]. 地理研究, 2009, 28(3): 685~695.

https://doi.org/10.1016/S1874-8651(10)60080-4      URL      Magsci      摘要

基于多时相Landsat TM/ETM+数据和GIS技术,采用人机交互的遥感图像监督分类和空间叠加方法提取了1991,1999,2008三个年份杭州市辖区建设用地专题信 息,分时段重点分析了从1991~2008年各市辖区城市扩展强度指数、方向及其侵占其他用地情况,揭示了杭州城市扩展的社会经济等多方面的驱动力因子与 作用机制。结果表明:18年来,杭州城市用地快速扩展,各市辖区扩展速度和扩展强度表现出明显的阶段性和空间差异性。与1991年相比,2008年城市建 设用地规模增加到近3倍,被侵占用地的主要类型是农用地,其次为水域和林地,其中农用地占66.98%,水域占17.71%,林地占15.31%。分析表 明:城市人口、经济总量的快速增长、社会和外商投资额大幅增加、快速增加,以及快速的旧城更新和郊区房地产开发、高教园区和科技开发园区的用地组团式开 发、跨江大桥和内外绕城公路的建设等因素是近18年杭州城市空间扩展的主要驱动力。政府应该反思在不同城市扩展阶段的得失,思考如何实现未来城市的理性扩 展。
[23] 岳文泽, 汪锐良, 范蓓蕾.

城市扩张的空间模式研究——以杭州市为例

[J]. 浙江大学学报(理学版), 2013, 40(5): 596~605.

https://doi.org/10.3785/j.issn.1008-9497.2013.05.023      URL      Magsci      [本文引用: 1]      摘要

以杭州市中心城区的多时相TM/ETM+遥感影像为数据源,采用建设用地扩张强度、空间自相关方法等,分析了杭州市1991~2010年间城市扩张的时空特征,并探讨其扩张的空间模式及其演化.结果表明:(1)杭州市城区快速扩展,各街道一乡镇扩张程度存在明显差异;(2)杭州城市扩张的“热点”方位变化大致为:城北城西多方位一城东,其变迁规律与杭州城市扩张模式的总体变化规律一致;(3)杭州市城市扩张的空间模式主要有边缘式、填充式、自发式和线性轴状,且随城市演化过程总体遵循以下轨迹:首先,主城表现为边缘式为主、填充式为辅的扩张;其次,外围自发式的扩张形成了副城;接下来主副城都表现为从填充为主、边缘为辅的扩张转变为边缘为主、填充为辅的扩张;而线性轴状扩张是沿交通线发展并贯穿整个城市空间的演化过程.
[24] Yue W Z, Liu Y, Fan P L.

Polycentric urban development: the case of Hangzhou

[J]. Environment and Planning A, 2010, 42(3): 563~577.

https://doi.org/10.1068/a42116      URL      [本文引用: 1]      摘要

Despite the advantages of polycentric structure and its rich literature drawn from cities in industialized countries, little attention has been paid to the study of polycentric urban development in developing countries based on land-use information. With Hangzhou used as a case study, the authors investigate polycentric urban development through an analysis of directions of urban expansion, urban - rural gradients, and growth types. The multidisciplinary methodology employed, based on theories and methods in remote sensing, geographic information systems, and landscape ecology, has been proved to be useful in the morphological study of polycentric urban development. It was found that Hangzhou has expanded in different directions at various speeds, shifting to a polycentric urban pattern through radial expansion. Along the main transportation corridors, the values of the mean patch sizes of urban patches displayed multiple peaks, and the landscape-shape index maintained a horizontal trend in urban fringes, reflecting the formation of polycentricity. Further, as edge growth and spontaneous growth accounted for 40-50% and 30-40% of urban growth, respectively, and infill growth was responsible for only a small proportion of urban growth, it is suggested that dispersed urban patches have been increasingly agglomerated into big ones, especially along road corridors. Hangzhou's polycentric urban development was shaped both by the planning efforts of the government and by market forces. The municipal government guided the polycentric development through drafting and revising master plans, annexing nearby districts, and establishing development zones. Nevertheless, market forces played an increasingly important role in Hangzhou's polycentric development through the implementation of an urban land market, the inflow of migrant workers, and the relocation of industries.
[25] Braimoh A K, Onishi T.

Spatial determinants of urban land use change in Lagos, Nigeria

[J]. Land Use Policy, 2007, 24(2): 502-515.

https://doi.org/10.1016/j.landusepol.2006.09.001      URL      Magsci      [本文引用: 1]      摘要

<h2 class="secHeading" id="section_abstract">Abstract</h2><p id="">The objective of this research was to identify the factors responsible for residential and industrial/commercial land development in Lagos between 1984 and 2000. Land use changes were mapped using satellite images, while binary logistic regression was used to model the probability of observing urban development as a function of spatially explicit independent variables. Accessibility, spatial interaction effects and policy variables were the major determinants of land use change. Variables that influenced residential development were not necessarily those responsible for the expansion of industrial/commercial land areas. The evidence of frontier residential development calls for land tenure and housing development reforms, and land use controls to minimize the environmental consequences of unplanned urban expansion.</p>
[26] Verburg P H, van Eck J R R, de Nijs T C M, et al.

Determinants of land use change patterns in the Netherlands

[J]. Environment and Planning B, 2004, 31(1): 125-150.

https://doi.org/10.1068/b307      URL      [本文引用: 1]      摘要

Land-use-change patterns are the result of the complex interaction between the human and the physical environment. Case studies of the determinants of land-use change can help to analyse which theory is appropriate in a particular region and stimulate the development of new theoretic understandings. In this paper an empirical method is presented to analyse the pattern of land-use change that allows a wide range of factors, from different disciplines, to contribute to the explanation of land-use change. The method is applied to the Netherlands, based on an extensive database of land-use change and its potential determinants. Historic as well as recent land-use changes are studied. Historic land-use change is related mainly to the variation in the biophysical environment. Levels of explanation are low because of the inability to address the temporal variation in location factors. For the recent changes in land use high levels of explanation are obtained. The most important changes during this period are expansions of residential, industrial/commercial, and recreational areas. The location of these changes can be explained by a combination of accessibility measures, spatial policies, and neighbourhood interactions. On the basis of these results it is possible to define priority topics for in-depth analysis of land-use-change processes and suggest factors, relations, and processes that need to be included in dynamic land-use-change models that support land-use-planning policies.
[27] Cheng H Q, Masser I.

Urban growth pattern modeling: a case study of Wuhan city, P R China

[J]. Landscape and Urban Planning, 2003, 62(4): 199-217.

https://doi.org/10.1016/S0169-2046(02)00150-0      URL      [本文引用: 1]      摘要

Urban expansion has been a hot topic not only in the management of sustainable development but also in the fields of remote sensing and geographic information science (GIS). After land reform initiated in 1987, Chinese cities are facing a new development wave, which is the mixture of urban expansion and redevelopment. Local urban planners are also facing a huge challenge to require the understanding of complex urban growth process, which involves various actors with different patterns of behavior. Modeling an urban development pattern is the prerequisite to understanding the process. This paper presents a spatial data analysis method to seek and model major determinants of urban growth in the period 1993鈥2000 by a case study of Wuhan City in PR China. The method comprises exploratory data analysis and spatial logistic regression technique. The former is able to visually explore the spatial impacts of each explanatory variable. The latter can provide a systematic confirmatory approach to comparing the variables. The study shows that the major determinants are urban road infrastructure and developed area, and master planning is losing its role in the specific period.

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