地理科学  2018 , 38 (5): 737-746 https://doi.org/10.13249/j.cnki.sgs.2018.05.011

Orginal Article

基于交通可达性的广佛都市区城市扩展的模拟与分析

张童12, 姚士谋13, 胡伟平4, 崔锋艳4

1.中国科学院南京地理与湖泊研究所,江苏 南京 210008
2.中国科学院大学,北京 100049
3.香港浸会大学当代中国研究所,香港 999077
4.华南师范大学地理科学学院,广东 广州 510631

Simulation of Urban Expansion in Guangzhou-Foshan Metropolitan Area Under the Influence of Accessibility

Zhang Tong12, Yao Shimou13, Hu Weiping4, Cui Fengyan4

1.Nanjing Institute of Geography & Limnology, Chinese Academy of Sciences ,Nanjing, 210008, Jiangsu, China;
2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3. Advanced Institute of Contemporary China Studies, Hong Kong Baptist University, Hong Kong 999077, China
4. School of Geography, South China Normal University ,Guangzhou 510631, Guangdong,China

中图分类号:  F299.23

文献标识码:  A

文章编号:  1000-0690(2018)05-0737-10

通讯作者:  通讯作者:姚士谋,研究员。E-mail:yaoshimou@hotmail.com

收稿日期: 2017-05-10

修回日期:  2017-08-16

网络出版日期:  2018-05-10

版权声明:  2018 《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:  国家自然科学基金项目(40871086)资助

作者简介:

作者简介:张童(1991-),女,安徽滁州人,博士研究生,主要研究方向为城市土地利用与生态研究。E-mail:zhangtongrose@163.com

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摘要

可达性是连接土地利用与交通建设的关键环节,对城市扩展具有指向性。利用Auto-Logistic回归的CLUE-S模型,预测区域发展与交通规划两种情景下2020年广佛都市区的城市扩展,分析了1982~2020年交通可达性格局演变与城市扩展特征,并在此基础上揭示二者的耦合关系。结果表明:CLUE-S模型在城市扩展上具有较好的预测能力,且加入可达性因子有助于提高模拟精度;1982~2020年广佛都市区空间和时间可达性格局由双核心圈层结构演变为单核心圈层结构,且时间可达性格局有明显的交通主干道指向性;城市扩展强度与扩展差异逐渐拉大,预测2020年扩展区域集中在白云与花都交界处、天河黄埔一带、顺德部分乡镇;都市区由无序扩张转变为交通指向性,随着可被开发的土地的减少,交通指向性的影响减弱;初期的城市用地规模越大,交通可达性提高越显著,但随着交通基础设施先行建设的开展,城市规模对交通可达性的正向影响减弱。未来侧重于完善站点的公共配套设施和提高土地利用效率等方面。

关键词: 广佛都市区 ; 可达性 ; 城市扩展 ; 增长回归模型 ; CLUE-S

Abstract

Accessibility is a key indicator connecting urban expansion and traffic infrastructure construction, which could reveal the potential development of metropolitan areas. The Conversion of Land Use and its Effects at Small regional extent (CLUE-S) and Auto-Logistic regression models were used to simulate urban expansion of the Guangzhou-Foshan metropolitan area in two scenarios, the regional development scenario and transportation planning scenario. Based on the evolution pattern of transportation accessibility and characteristics of urban expansion, the interaction between transportation accessibility and urban expansion was revealed. The results from the modified CLUE-S model showed better goodness of fit by adding accessibility indicators. The evolution patterns of the shortest space and time accessibility are all changing from a dual-core structure (1982) to a single-core structure—located within the Guangzhou City center during 1995-2020, especially the spatial pattern of the shortest time accessibility which is closely related to the main roads. Indexes of urban expansion intensity and expansion differentiation are increasing year by year. The city centers in the study area have almost been developed, with varying degrees of extension to Huadu, Panyu, Zengcheng, and other surroundings. Accessibility has an increasing negative impact on urban expansion. However, with traffic accessibility improved, the variation of accessibility has a declining positive effect on urban expansion; and the impact of urban expansion on variations of traffic accessibility is shifting from negative to positive effects. In the future, more attention should be given to improving land use efficiency and completing public service facilities around traffic stations.

Keywords: Guangzhou-Foshan metropolitan area ; accessibility ; urban expansion ; growth regression model ; CLUE-S

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张童, 姚士谋, 胡伟平, 崔锋艳. 基于交通可达性的广佛都市区城市扩展的模拟与分析[J]. 地理科学, 2018, 38(5): 737-746 https://doi.org/10.13249/j.cnki.sgs.2018.05.011

Zhang Tong, Yao Shimou, Hu Weiping, Cui Fengyan. Simulation of Urban Expansion in Guangzhou-Foshan Metropolitan Area Under the Influence of Accessibility[J]. Scientia Geographica Sinica, 2018, 38(5): 737-746 https://doi.org/10.13249/j.cnki.sgs.2018.05.011

目前,中国正处于城市化转型期[1]:一方面,城市用地由高强度扩张逐步向维持存量与质量提升并重转变;另一方面,城市交通需求的激增使得交通结构转向全面机动化[2]。日益凸显的交通与城市用地之间的矛盾已成为相关学者关注的热点。

古典经济学派的区位论认为,交通系统是影响市场区和中心地体系形成的一个重要因素,而随后的芝加哥学派研究者从人文视角对二者关系作进一步补充;城市土地价值论认为,城市地价取决于交通可达性[3]。20世纪50年代,美国学者Hansen首先对城市交通与空间发展的相互关系进行了理论研究[4];1971年,美国交通部提出的“交通发展和土地发展”的研究课题,正式揭开了现代城市交通系统与土地利用关系理论的综合研究序幕。相关文献表明,土地利用与城市交通之间存在复杂交互关系:土地利用形态是产生城市交通的原因,决定了城市交通的发生和方式[5];交通系统发展又对城市空间结构[6]和土地利用形态产生作用,改变了城市可达性。而可达性是土地利用与交通之间的关键连接环节,对用地规模、强度及空间分布有决定作用[7]

因此,将交通需求作为影响因子而构建的土地利用模型,是揭示交通系统与土地利用互动关系的主要途径之一。劳瑞(Lowry)重力模型以交通需求为变量来分析就业空间分布,开创了城市交通系统与土地利用关系模型研究的先河[8];伴随多学科交叉和新技术发展,以元胞自动机(CA)[9]、多智能体(MAS)[10]、人工神经网络(ANN)[11]、支持向量机(SVM)[12]、CLUE-S模型[13,14,15]为代表的土地利用模型相继出现,为探究二者的互动关系提供了新手段。

综上,关于交通系统与城市用地之间关系的研究,多从单方面探讨交通系统对土地利用的影响,较少考虑二者的互反馈作用;模型预测方面,常用距各等级道路的距离作为交通影响因子,未能准确表达区域综合交通状况,且未凸显交通因素对城市用地规模及空间布局的影响;研究对象上,国内外研究多关注于单个城市或城市边缘区,以多核型都市区为研究视角的案例较少。广州-佛山(广佛)都市区作为华南城镇密集区的典型代表,交通基础设施建设起步早、发展快,厘清此区域的交通建设与城市发展的规律,不仅有利于相关理论的补充完善,而且为促进交通与土地二者关系的健康协调发展提供实证参考。鉴于此,本文模拟预测了在交通可达性影响下的广佛都市区的城市扩展情况,分析改革开放以来交通可达性格局演变与城市扩展特征以及二者的耦合关系。

1 数据与方法

1.1 研究区概况与数据

1.1.1 研究区概况与数据来源

根据研究目标与数据的可获取性,本文所指的广佛都市区是以广州中心城区与佛山中心城区及其外围的番禺、花都、南海和部分东莞地区等次级城镇中心共同构成的核心区域。具体覆盖范围为113°0'1"E~113°45'4"E,23°30'2"N~22°50'4"N,面积5 677.51 km2图1)。它位于珠江三角洲的中北部,是珠江三角洲开发较早的核心区域,经过50多年的城市化发展,人口和经济要素大量聚集[6]

图1   广佛都市区研究范围

Fig.1   The location of Guangzhou-Foshan metropolitan area

选取广佛都市区1982年、1995年、2008年、2020年行政区划数据、社会经济数据、路网数据、土地利用数据、地形数据。路网数据和土地利用数据分别从1982年1:5万地形图,1995年10 m×10 m分辨率的Spot遥感影像,2008年中巴资源卫星遥感影像以及政府文件《广佛同城化发展规划(2009~2020)》《广州市轨道交通2011~2015年建设方案及2020年规划方案公示》中提取;行政区划数据和社会经济数据来源于广东省地图出版社出版的《广东省政区图册》;地形数据从DEM中提取坡度、坡向。

1.1.2 数据处理

利用ArcGIS10.2,目视解译提取出1982~2020年4期道路数据,并进行建库和拓扑检查。根据《城市道路工程设计规范》[16],将道路划分为以下类型并分别赋予速度:高速公路(120 km/h)、快速路(80 km/h)、主干道(60 km/h)、次干道(40 km/h)、干道(30 km/h)和地铁,参考邓羽[17]等的计算方法,设置地铁速度为41.42 km/h。考虑高速公路和地铁的封闭性,构建网络数据集。土地利用类型分为建设用地、非建设用地、水系3类。以2008年广佛都市区行政边界为准,将1982年、1995年的人口、经济数据合并或拆分至2008年行政区内[18]

对可达性指标和空间扩展指标的计算结果以格网化处理。由于4期数据来源多样、精度不一,尤其是1982年的路网数据、建设用地数据较为粗糙,格网尺寸过小会对估算结果造成较大误差。多次试验后,选用格网尺寸为2.5 km×2.5 km。

1.2 研究方法

1.2.1 交通可达性测度

交通可达性包括空间和时间可达性。借鉴刘承良模型[19],将研究区格网化处理。以每个格网中心点作空间节点,以最小公路里程核算各空间节点间最短路径交通距离,构造交通里程矩阵L:

L=lijm×n(1)

i=j时,lij=0;当i、j相邻时,lij=Rij;当i,j不相邻时,lij=min{(lik+lkj)},liklkj表示连接两点之间的最短中转距离。

空间可达性(the shortest space distance accessibility, SA)

Ai=j=1nlijSAi=Aii=1n(Ain)(2)

时间可达性(the shortest time distance accessibility,TA)

A0=1ni=1nAiAi=j=1nlijVijTAi=A0Ai(3)

式(1)中,lij表示节点i到节点j的最短公路里程,m×n表示交通里程矩阵的行列数,Rij为相邻节点间最短公路里程。式(2)中,Ai为节点i的空间可达性值,SAi为空间可达性指数。式(3)中,Ai为节点i的时间可达性值,lij为节点i与区域其他节点j间的最短公路里程,Vij为节点i到其他节点j的交通道路平均行车速度,A0为节点i的时间可达性值Ai的平均值,TAi为时间可达性指数。两个指标值越小,可达性越好。

1.2.2 城市扩展测度

以2.5 km×2.5 km的格网为研究单元,利用4期的建设用地数据,从空间、时间两方面分别计算每个格网的城市扩展强度指数(Urban Expansion Intensity Index,UEII)和城市扩展差异指数(Urban Expansion Differentiation Index,UEDI)[20]

UEIIi=ULAit2-ULAit1TLAi×Δt×100%(4)

UEDIi=ULAit2-ULAit1×ULAt1ULAt2-ULAt1×ULAit1(5)

式中, ULAt1ULAt2分别为研究区域在t1t2时期的建设用地总面积, ULAit1ULAit2分别为空间单元it1t2时期的建设用地面积,TLAi为空间单元i的总面积,Δt为研究的时间跨度。

1.2.3 增长回归模型

由Robert M.Solow提出的新古典增长理论以Cobb-Douglas生产函数为基本模型,试图在经济总产出的增长与某种要素投入的积累之间建立一定联系,并通过要素的积累动态来说明总产出的动态变化[21]。Forslund,Wegener等认为交通可达性的变化是区域基础设施投入的结果,将交通可达性与经济增长构建动态平衡方程[22,23]。随后,相关学者借助增长回归模型探究了交通可达性与城镇发展的关系[24,25]。本文认为,在中国城镇化进程中,城市扩展作为经济增长的结果之一,可利用新古典增长理论构建可达性与城市扩展之间的增长回归模型,定量解释二者的耦合关系:

ΔYi=1+β1Yi,t+λ1ΔAi1+λ2ΔAi2+εi(6)

ΔAi=2+β2Ai,t+γ3ΔYi1+γ4ΔYi2+εi'(7)

式(6)表示空间可达性(或时间可达性)对城市扩展的作用,其中, ΔYiYi,t分别表示T时段内格网i的建设用地面积变化量、t时刻格网i内的建设用地面积, ΔAi1=Ai,t+T-Ai,t为格网i的可达性变化量, ΔAi2=Ai,t+T-Ai,tAi,t为可达性变化率。式(7)表示城市扩展对空间可达性(或时间可达性)的作用,其中, ΔAiAi,t分别表示T时段内格网i的可达性变化量、t时刻格网i的可达性值, ΔYi1=Yi,t+T-Yi,t为格网i的建设用地面积变化量, ΔYi2=(Yi,t+T-Yi,t)/Yi,t为建设用地面积变化率, 为常数项, βγ为回归系数,εi为随机变量,T为变动年限。

1.2.4 城市扩展模拟模型

本文选择CLUE-S模型模拟交通可达性驱动下的广佛都市区城市扩展。模型以栅格为研究单元,根据每一种土地利用类型在每个研究区上的概率大小来确定每个研究单元土地利用类型,在揭示土地变化驱动机理和土地利用空间分布特征等方面具有优势。模型基本框架如图2

图2   CLUE-S模型框架

Fig.2   The framework of CLUE-S model

其中,非空间模块用以测算各类型土地利用需求。为对比交通可达性对城市扩展的影响,设定2种情景方案:① 区域发展情景,根据《广州市土地利用总体规划(2006~2020年)》《佛山市土地利用总体规划(2006~2020年)》《东莞市土地利用总体规划(2006~2020年)》等政府文件中对2020年建设用地规模的控制,设置本研究区的土地利用需求上限值;②交通规划情景,根据《广佛同城化十三五发展规划(2016~2020年)》《佛山市交通发展“十三五”规划》《广州市综合交通发展第十三个五年规划》等文件中对交通项目周边建设用地的控制,对应本研究区范围求和,并结合永久性基本农田保护、生态文明建设等理念,综合设置此情景模式下的土地利用需求(表1)。

表1   广佛都市区两种情景下2020年土地利用需求(hm2

Table 1   Land use demand in two scenarios of Guangzhou-Foshan metropolitan area in 2020 (hm2)

情景方案建设用地非建设用地水系
区域发展237098.46320774.4731755.08
交通规划205379.70352137.3032111.00

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空间模块依据土地利用变化格局的驱动因子来计算土地利用变化空间分配。自然地理环境决定城镇用地扩展的宏观格局,社会经济发展是城市扩展最直接的驱动力[26,27]。参考相关文献[15,28]并考虑数据的可获取、可量化等原则,选取自然(高程、坡度、坡向、距水系距离、距城市距离、距农村距离)、社会经济(人口密度、单位面积GDP)、交通可达性(空间可达性指数、时间可达性指数)等驱动因子。借助基于邻域相关的Auto-Logistic回归模型[29] 计算每个栅格在驱动因子的影响下各地类出现的概率。回归结果可用受试者工作特征曲线 (Receiver Operating Characteristic Curve,ROC曲线) 检验,一般认为,ROC值大于0.7时解释效果较好。通过结合研究区内土地利用历史转换情况并参考已有研究成果,经多次测试确定转换次序与转换弹性系数。将所需参数输入CLUE-S模型,通过式(8)迭代计算实现土地利用的空间分配。

Ti=Pi,u+Iu+Eu(8)

式中,Ti为格网单元i适于土地利用类型的总概率;Pi,u是基于Auto-Logistic回归结果得到的格网i中土地利用类型u的空间分布概率;Iu是土地利用类型u的迭代变量;Eu是土地利用类型u转换规则参数。

2 结果与分析

2.1 广佛都市区交通可达性的格局演变

基于2.5 km×2.5 km格网单元,由式(2)、(3)计算空间可达性指数(SA)和时间可达性指数(TA),将2个指标分为5个等级,得到1982~2020年广佛都市区时空可达性演变格局(图3,图4)。参考张童等[30]的研究结果,1995年以后空间可达性出现以广州中心城区为核心的圈层结构:1982~2008年,低和较低空间可达性区域在不断减少(从2 925.00 km2降至2 825.00 km2),高和较高空间可达性区域逐步扩大(从1 631.25 km2增至1 775.00 km2),但到2020年高空间可达性区域又缩小至1 700.00 km2

图3   1982~2020年空间可达性格局演变

Fig.3   The evolution pattern of the shortest space distance accessibility in 1982-2020

图4   1982~2020年时间可达性格局演变

Fig.4   The evolution pattern of the shortest time distance accessibility in 1982-2020

时间可达性呈现沿交通主干道分布的变化格局:1982年,高可达性区分别出现在佛山大沥镇附近(75.00 km2)和广州中心城区沿G105、G324、G107方向延伸的区域(881.25 km2);1995年高可达性区面积增至1 137.50 km2,广花、广佛、广深高速沿线区域的可达性提高明显;2008年高可达性区域相比1995年又扩增了312.50 km2,广清、广湛、广珠高速、广园快速、地铁4号线等高等级道路的沿线区域可达性显著改善;2020年,随着同城化高快速路网的完善,高可达性区反而缩小至787.50 km2,中可达性区域有扩大趋势,时间可达性分布呈现多方向向外辐射的星状格局。

2.2 城市扩展的模拟与预测

2.2.1 模型的检验与分析

在模型预测之前,需利用已有数据验证CLUE-S模型的有效性。在保持其他驱动因子不变的情况下,本文基于1995年土地利用数据,检验有无可达性因子这2种方案对2008年土地利用模拟精度的影响。通过Auto-Logistic回归分析进行ROC值检验发现,2种方案中1995年建设用地、非建设用地、水系的ROC值都在0.75以上,表明所选驱动因子对各土地利用类型都有良好的解释能力,可进行下一步的空间分配。2种方案下对2008年模拟结果检验的Kappa系数分别为0.838、0.743,可见添加可达性因子有利于提高模拟精度。

2.2.2 未来城市扩展的预测与分析

以2008年为基准年,预测在区域发展与交通规划2种情景下2020年城市扩展动态变化。2008年各土地利用类型的Auto-Logistic回归结果(表2)显示,建设用地、非建设用地、水系的ROC值均大于0.7,可进行下一步空间分配。对比2种情景下城市扩展变化(图5):用地规模上,交通规划情景的2020年建设用地规模更小,表明交通规划对城市扩展具有约束性和指向性;空间布局上,随着以城际轨道交通为骨架、高快速路为支撑、交界区市政道路为补充的广佛一体化交通格局的基本形成,建设用地在中心城区填充,向北、东、西南方向沿交通线向外围扩展,主要形成3个新组团:白云区与花都区交界的江高-人和-新华-花山片区,天河区与黄埔区交界的珠吉-大沙-文冲-东区片区,以及顺德的陈村-乐从-龙江片区。这些区域土地资源条件较好,环境承载力较大,是都市区的重要增长极,也是《广佛同城化发展规划》的重点拓展区。

表2   2008年各土地利用类型的Auto-Logistic回归结果

Table 2   Results of Auto-Logistic for different land use types in 2008

驱动因子建设用地非建设用地水系
β系数exp(ββ系数exp(ββ系数exp(β
高程-0.0118640.990.0213651.02-2.1218720.12
坡度-0.0166350.98
坡向-0.0002451.00
人口密度-0.0000261.00
单位面积GDP0.0598241.06-0.1224260.89-0.0780480.93
距水系距离0.0000351.000.0001091.00-0.0867610.92
距城市距离-0.0000161.000.0000831.000.0000651.00
距农村距离-0.0003161.000.0002951.000.0001641.00
时间可达性0.4149441.51-2.0712330.13-2.1218720.12
距离可达性-1.5571090.21
空间权重0.0994502.21-0.0452990.700.0843021.96
常数-3.4450160.033.73241341.783.23226625.34
ROC0.9370.7960.981

注:β系数为Auto-Logistic回归系数;exp(β)为土地利用类型改变的比率,即相应驱动因子每增加一个单位,土地利用类型随之改变的情况;“—”表示回归系数未通过0.05显著性水平检验,不参与回归模型的构建。

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图5   1982~2020年广佛都市区城镇空间扩展

Fig.5   Urban expansion in Guangzhou-Foshan metropolitan area in 1982-2020

2.3 城市扩展的格局演变

基于2.5 km×2.5 km大小的格网单元,由式(4)(5)计算1982~2020年广佛都市区城市扩展(图5)3个时段的UEII和UEDI,并将2个指标分为5个等级来反映城市扩展的时空特征(表3,图6,图7)。

表3   1982~2020年城市扩展相关指标统计结果

Table 3   Statistics of urban expansion indexes in 1982-2020

统计量1982~1995年1995~2008年区域发展情景交通规划情景
UEIIUEDIUEIIUEDIUEIIUEDIUEIIUEDI
最大值0.049174.0710.056603510.078106.8470.06071.640
最小值00.001-0.00100000
平均值0.0051.5000.01278.5600.0121.6780.0071.326
标准差0.0087.3670.0112000.2180.0165.4390.0113.895

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图6   1982~2020年空间扩展强度指数空间分布

Fig.6   The spatial characteristics of UEII in 1982-2020

图7   1982~2020年空间扩展差异指数空间分布

Fig.7   The spatial characteristics of UEDI in 1982-2020

1982年,研究区建设用地总面积约为207.00 km2,主要集中在以越秀、海珠、荔湾为主的广州中心城区(40.73 km2)和以祖庙、禅城为主的佛山中心城区(9.07 km2); 1995年建设用地总面积增长至616 km2,相比1982年增长了2倍,广州由中心城区沿珠江东向天河、黄埔延伸(40.34 km2),沿白云山麓两侧北向扩张(38.67km2),花都的新华(14.49 km2)和番禺的市桥(14.61 km2)在这时期扩展明显;佛山的城市用地由中心城区向外围圈层式扩大(49.75 km2)并出现沿交通干线扩展的态势——沿佛山大道的石湾、乐从、龙江片区和广佛路两侧的扩张片区。这一时期扩展强度指数(UEII)等级主要是低和较低,82%的扩展差异(UEDI)低于同期平均水平。

2008年,研究区建设用地总面积增长至1 537 km2,相比1995年增长了1.5倍,这一时段城市用地多方向扩展:建设用地继续北向钟落潭、均禾、人和扩展,东沿广园快速路向萝岗、增城的新塘方向延伸,花都区以新华为中心向狮岭、花山、雅瑶、炭步扩展(87.34 km2),番禺以市桥为中心逐渐向外扩散(93.06 km2),值得注意的是东莞市的建设用地面积骤增至234.32 km2。因此,这一时段的扩展强度整体增强,UEII向中、较高强度转变,69%的区域扩展速度(UEDI)低于同期平均水平。

2020年,研究区内建设用地总面积增长至2 044.00~2 367.00 km2,相比2008年增长了33%。扩展强度(UEII)依旧较高,高扩展强度(UEII)和高扩展差异(UEDI)区域集中在江高-人和-新华-花山片区(89.00 km2)、珠吉-大沙-文冲-东区(91.00 km2)以及陈村-乐从-龙江片区(32.00 km2)。

2.4 交通可达性与城市扩展的耦合分析

利用可达性指标与城市扩展指标,分别获取单位格网内空间、时间可达性指标与建设用地面积的变化量与变化率。由式(6)、(7),分别将空间可达性、时间可达性(统称交通可达性)与城市扩展的同期变化进行标准化处理与增长回归分析,F检验与R2的结果显示模型拟合效果较好(表4)。

表4   交通可达性对城市扩展影响的回归系数

Table 4   Regression coefficients of the impact of accessibility on urban expansion

时间段α1β1γ1γ2γ5
SATASATASATASATASATA
1982~1995年1.05E-159.77E-160.440.420.180.50-0.24-0.72-0.75-0.69
1995~2008年-1.93E-15-1.93E-150.210.24-0.240.230.13-0.32-1.76-0.70
交通规划情景-2.87E-16-4.29E-160.090.02-0.21-0.570.470.828-0.45-0.69
区域发展情景1.74E-17-4.11E-17-0.06-0.140.19-0.170.080.4682.354-0.37

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系数β1γ1γ2分别表示基期城市建设用地面积、交通可达性变化、交通可达性变化率对建设用地变化的影响水平。由γ1γ2得到基期交通可达性的相对影响水平γ5=γ1/γ2。1982~2020年γ1显示空间(或时间)可达性变化量对城市扩展有相似的影响趋势,即正向影响减弱且出现负向影响:1982~1995年交通可达性提高的速度快于城市扩展的速度;1995年以后城市扩展的速度赶超交通可达性提高的速度。γ5表现出基期可达性对城市扩展的相对影响水平呈负向影响先加深后减弱的态势。总体上,可达性越优越的区域,空间扩展的面积越大。1982~2008年负向影响加深,城市扩展由散漫无序转向交通指引;2008~2020年随着可被开发的土地越来越少,交通可达性对土地开发的负向影响减弱。

城市扩展对交通可达性变化的影响拟合效果相对较差,但仍具有一定指示意义(表5)。系数β2γ3γ4分别表示基期交通可达性、城市扩展变化、城市扩展变化率对交通可达性变化的影响水平。由γ3γ4得到基期城市扩展的相对影响水平γ6=γ3/γ4γ6由负转为正说明,1982~1995年城市扩展对交通可达性的相对影响为负,即基期的城市建设用地面积越大,交通可达性提高越多。城市化水平较高的地区会产生更高的交通需求,生产更多的交通运输产品,从而促进交通路网完善,提高了交通可达性。1995~2008年城市扩展对交通可达性的相对影响转为正向,即基期城市建设用地面积越小,交通可达性改善越明显,可见交通基础设施建设转向城市外围,发挥交通先行的作用;2008~2020年城市扩展对交通可达性的正向影响减弱。从γ3γ4的大小及变化看,交通可达性的改善主要影响建设用地规模,未来应加强用地开发效率。

表5   城市扩展对交通可达性影响的回归系数

Table 5   Regression coefficients of the impact of urban expansion on accessibility

时间段α2β2γ3γ4γ6
SATASATASATASATASATA
1982~1995年-2.16E-155.48E-18-0.67-0.61-0.10-0.300.100.08-0.94-3.65
1995~2008年-9.32E-17-1.53E-170.01-0.23-0.13-0.11-0.01-0.0312.603.61
交通规划情景-1.10E-158.19E-17-0.56-0.550.050.020.05-0.011.15-1.85
区域发展情景1.02E-15-1.08E-15-0.57-0.540.100.040.020.024.212.06

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3 结论

基于Auto-Logistic回归分析的CLUE-S模型,本文模拟广佛都市区在区域发展与交通规划2种情景下的城市扩展,并基于交通可达性格局演变与城市扩展特征的研究结果,分析二者的耦合关系。研究表明:

1) 1982~2020年,广佛都市区的空间和时间可达性格局由广州中心城区和佛山大沥为低值中心的双核心圈层结构,演变为单核心圈层结构,且时间可达性格局呈现明显的交通主干道指向性;1982~2020年空间和时间可达性的低值区面积先逐步扩大后又收缩。

2) 1982~2020年城市扩展强度不断增大,扩展差异先增大后减小。1982~1995年,扩展强度较低,城市用地开发集中在广州、佛山的中心城区;1995~2008年,扩展强度增大,都市区内的中心城区已基本开发完毕,正向外围城镇大范围扩张;2008~2020年,在交通规划情景下扩展强度减弱,扩展区域集中在白云与花都交界处、天河黄埔一带及顺德部分乡镇。

3) 1982~2020年,基期可达性对城市扩展呈负向影响先加深后减弱的阶段性特征:都市区从无序扩展转变为交通导向性扩展,随着可被开发的土地骤缩,交通对土地开发的指向性减弱;交通可达性变化对城市扩展基本为正向影响,随着可达性的提高,正向影响减弱且有负向影响趋势;1982~2020年,基期城市建设用地规模对交通可达性的影响由负向转为正向,交通可达性的提高主要受建设用地规模影响,未来应加强用地开发效率。

文章以交通驱动因子引入物理土地利用模型的研究方式,尝试性地统计分析土地利用与交通系统的互反馈机制,但在模型模拟和数据获取手段等方面存在不足。文章认为,未来的都市区发展重点不再是大规模的交通路网建设,而应完善路网结构和交通站点周边的配套服务空间。这对以特定年份的静态的土地、交通路网空间分布的传统数据获取方式提出挑战。未来可借助大数据等新的信息挖掘手段,一方面根据居民行为活动推演基础设施的土地需求,及时优化城市日常生活设施布局;另一方面,分析更小时间尺度上的城市土地利用效率,尤其为交通站点附近的存量土地挖潜提供空间指引。此外,物理土地利用模型在处理数据精度和参数敏感性方面仍有待提高,未来应加强交通与土地利用一体化模型的研究。

The authors have declared that no competing interests exist.


参考文献

[1] 牛方曲.

LUTI 模型的概念结构、实现方法及发展趋势

[J].地理科学,2017,37(1):46-54.

URL      [本文引用: 1]      摘要

回顾了LUTI模型概念、起源和发展过程,对模型的一般架构和实现技术方法进行了系统的总结分析,在此基础上讨论了LUTI模型发展所面临的问题与挑战。研究发现,作为模拟城市空间发展过程常用的数学模型,LUTI模型是基于城市土地利用-交通相互作用规律,从社会经济活动空间分布的角度模拟城市空间演化过程。根据LUTI模型,城市空间演化过程是土地利用系统和交通系统不断的相互作用过程,其中交通模型根据城市活动空间分布及交通设施评价城市交通状况,而土地利用模型根据交通可达性和其他影响因素预测城市空间发展趋势;城市发展过程中城市活动空间分布在交通的作用下发生改变后,将改变城市房租、交通状况等因素,进而再次导致城市活动空间分布随之变化,如此不断相互作用、趋于平衡。LUTI在国外被广泛用于城市空间政策检验、辅助决策。就LUTI模型的发展而言,已有研究更多地侧重要解决的现实问题,而对模型的理论结构关注较少,导致模型的发展滞后于城市的发展。应用中面临的诸多问题要求LUTI模型理论上的进一步突破。将LUTI的工作原理植入城市研究的背景中,旨在让读者对LUTI模型原理、结构、实现技术及面临的问题有深入了解,推进LUTI模型在中国应用与发展。

[Niu Fangqu.

Overview of urban land-use/transport interaction model: Origin, techniques and future

. Scientia Geographica Sinica,2017,37(1):46-54.]

URL      [本文引用: 1]      摘要

回顾了LUTI模型概念、起源和发展过程,对模型的一般架构和实现技术方法进行了系统的总结分析,在此基础上讨论了LUTI模型发展所面临的问题与挑战。研究发现,作为模拟城市空间发展过程常用的数学模型,LUTI模型是基于城市土地利用-交通相互作用规律,从社会经济活动空间分布的角度模拟城市空间演化过程。根据LUTI模型,城市空间演化过程是土地利用系统和交通系统不断的相互作用过程,其中交通模型根据城市活动空间分布及交通设施评价城市交通状况,而土地利用模型根据交通可达性和其他影响因素预测城市空间发展趋势;城市发展过程中城市活动空间分布在交通的作用下发生改变后,将改变城市房租、交通状况等因素,进而再次导致城市活动空间分布随之变化,如此不断相互作用、趋于平衡。LUTI在国外被广泛用于城市空间政策检验、辅助决策。就LUTI模型的发展而言,已有研究更多地侧重要解决的现实问题,而对模型的理论结构关注较少,导致模型的发展滞后于城市的发展。应用中面临的诸多问题要求LUTI模型理论上的进一步突破。将LUTI的工作原理植入城市研究的背景中,旨在让读者对LUTI模型原理、结构、实现技术及面临的问题有深入了解,推进LUTI模型在中国应用与发展。
[2] 姚士谋,张平宇,余成,.

中国新型城镇化理论与实践问题

[J]. 地理科学,2014,34(6):641-647.

URL      Magsci      [本文引用: 1]      摘要

<p>城镇化问题是当代中国社会经济发展的综合性课题,是涉及到国民经济各部门如何协调发展,达到一个新的现代化和谐社会发展的根本问题;新型城镇化是中国城镇化健康稳定发展的基本保证,在当前的新形势下,探索中国新型城镇化理论与实践问题,具有重要的学术价值与实践意义。在过去一阶段,虽然城镇化推动了中国社会经济发展取得了巨大成就,并在城市现代化建设与城乡一体化方面也取得了惊人的发展,但在某个时期或一些地区,城镇化过速发展阶段,出现了无序的发展状态,大中城市边缘盲目扩展,水土资源日渐退化,生态环境遭受破坏,特别是有些政府决策人对城镇化的许多制约因素认识不足,甚至决策失误,导致了城市环境出现许多不安全、不舒适的问题。着重从地理空间与自然资源保护的角度,探索中国新型城镇化3 个理论与实践问题① 如何认知中国新型城镇化的基本特征与新的路径;② 在全球经济一体化形势下,如何构建新型城镇化的创新模式;③ 在新型城镇化实施过程中,如何认识中国城镇化本身的发展规律,走具有中国特色的新型城镇化道路。</p>

[Yao Shimou,Zhang Pingyu,Yu Cheng et al.

The theory and practice of new urbanization in China

. Scientia Geographica Sinica,2014,34(6):641-647.]

URL      Magsci      [本文引用: 1]      摘要

<p>城镇化问题是当代中国社会经济发展的综合性课题,是涉及到国民经济各部门如何协调发展,达到一个新的现代化和谐社会发展的根本问题;新型城镇化是中国城镇化健康稳定发展的基本保证,在当前的新形势下,探索中国新型城镇化理论与实践问题,具有重要的学术价值与实践意义。在过去一阶段,虽然城镇化推动了中国社会经济发展取得了巨大成就,并在城市现代化建设与城乡一体化方面也取得了惊人的发展,但在某个时期或一些地区,城镇化过速发展阶段,出现了无序的发展状态,大中城市边缘盲目扩展,水土资源日渐退化,生态环境遭受破坏,特别是有些政府决策人对城镇化的许多制约因素认识不足,甚至决策失误,导致了城市环境出现许多不安全、不舒适的问题。着重从地理空间与自然资源保护的角度,探索中国新型城镇化3 个理论与实践问题① 如何认知中国新型城镇化的基本特征与新的路径;② 在全球经济一体化形势下,如何构建新型城镇化的创新模式;③ 在新型城镇化实施过程中,如何认识中国城镇化本身的发展规律,走具有中国特色的新型城镇化道路。</p>
[3] 毛蒋兴,闫小培.

国外城市交通系统与土地利用互动关系研究

[J]. 城市规划,2004(7):64-69.

https://doi.org/10.3321/j.issn:1002-1329.2004.07.020      URL      [本文引用: 1]      摘要

城市交通系统与土地利用互动关系研究一直都是城市地理学家、城市交通规划师和城市规划师研究的一个热点课题.近年,随着我国城市化和机动化过程的加快,城市交通问题日益突现,我国城市交通系统与土地利用互动关系研究逐渐得到重视.本文通过大量的文献材料,从两者关系的早期探讨、现代理论研究和模型模拟研究等三方面系统地评述了国外两者互动关系研究的进展,并阐述了国外研究对我国相关研究带来的一些借鉴及启示.

[Mao Jiangxing,Yan Xiaopei.

An international study on the mutual relationship between urban transport system and land use

. Urban Planning,2004(7):64-69.]

https://doi.org/10.3321/j.issn:1002-1329.2004.07.020      URL      [本文引用: 1]      摘要

城市交通系统与土地利用互动关系研究一直都是城市地理学家、城市交通规划师和城市规划师研究的一个热点课题.近年,随着我国城市化和机动化过程的加快,城市交通问题日益突现,我国城市交通系统与土地利用互动关系研究逐渐得到重视.本文通过大量的文献材料,从两者关系的早期探讨、现代理论研究和模型模拟研究等三方面系统地评述了国外两者互动关系研究的进展,并阐述了国外研究对我国相关研究带来的一些借鉴及启示.
[4] Hansen W G.

How accessibility shapes land-use

[J].Journal of the American Institute of Planners, 1959, 25:73-76.

https://doi.org/10.1080/01944365908978307      URL      [本文引用: 1]      摘要

An empirical examination of the residential development patterns illustrates that accessibility and the availability of vacant developable land can be used as the basis of a residential land use model. The author presents an operational definition and suggests a method for determining accessibility patterns within metropolitan areas. This is a process of distributing forecasted metropolitan population to small areas within the metropolitan region. Although the model presented is not yet sufficiently well refined for estimating purposes, the concept and the approach may be potentially useful tools for metropolitan planning purposes.
[5] 冯四清.

城市交通与土地利用互动关系定性研究

[J].合肥工业大学学报(自然科学版), 2004, 27(4):406-409.

https://doi.org/10.3969/j.issn.1003-5060.2004.04.016      URL      [本文引用: 1]      摘要

城市交通与土地利用互动关系已成为整合土地利用和城市交通规划的一个重要研究课题。文章从"轮转式"互动及"模式"互动两方面分析了城市交通与土地利用的互动关系,并从加强城市交通规划和土地利用规划的协调、注重城市土地的混合利用,推动TOD的土地开发模式以及注重高新技术的引入和利用等方面论述了城市交通与土地利用互动关系的整体优化策略。

[Feng Siqing.

Qualitative research on mutual relationship between urban transport and land-use

.Journal of Hefei University of Technology(Natural Science Editon),2004,27(4):406-409.]

https://doi.org/10.3969/j.issn.1003-5060.2004.04.016      URL      [本文引用: 1]      摘要

城市交通与土地利用互动关系已成为整合土地利用和城市交通规划的一个重要研究课题。文章从"轮转式"互动及"模式"互动两方面分析了城市交通与土地利用的互动关系,并从加强城市交通规划和土地利用规划的协调、注重城市土地的混合利用,推动TOD的土地开发模式以及注重高新技术的引入和利用等方面论述了城市交通与土地利用互动关系的整体优化策略。
[6] 刘锐,胡伟平,王红亮,.

基于核密度估计的广佛都市区路网演变分析

[J]. 地理科学,2011,31(1):81-86.

[本文引用: 2]     

[Liu Rui, Hu Weiping, Wang Hongliang et al.

The road network evolution of Guangzhou-Foshan metropolitan area based on Kernel density estimation

. Scientia Geographica Sinica, 2011, 31(1):81-86.]

[本文引用: 2]     

[7] Martínez F J.

Access: The transport-land use economic link

[J]. Transportation Research Part B: Methodological, 1995, 29(6):456-470.

https://doi.org/10.1016/0191-2615(95)00014-5      URL      [本文引用: 1]      摘要

The notion of access has evolved from a physical measure of trip interaction to a more economic concept associated with transport benefits. This paper follows the economic interpretation forward in order to understand the potentiality of access as a consistent economic link between the land use system and the transport system. Consistency is achieved in an economic approach based upon the argument that trips are made only if the benefit derived from making contact with other activities exceeds the transport generalized cost. This framework provides economic measures of access, as evidence of impact on origin and destination of trips, which can be calculated from the analysis of the transport system in some relevant cases. This paper analyses how to calculate measures of access from transport demand models and how to allocate transport benefits to the origin and destination activities. Finally, it describes the use of herein proposed access measures in land use-transport interaction modelling.
[8] Lowry I S.

A Model of Metropolis

[M].RM-4035-RC.Santa Monica,CA:Rand Corp,1964.

[本文引用: 1]     

[9] Tobler W R.

Cellular geography

[M].Dordrecht,Netherlands: Reidel, 1979:379-386.

[本文引用: 1]     

[10] Benenson I.

Multi-agent simulations of residential dynamics in the city

[J]. Computers,Environment and Urban Systems, 1998, 22(1):25-42.

https://doi.org/10.1016/S0198-9715(98)00017-9      URL      [本文引用: 1]      摘要

This paper considers a multi-agent simulation model of the population dynamics in a city, in which inhabitants can change their residential behavior depending on the properties of their neighborhood, neighbors and the whole city. The autonomous agent in the model is characterized by its economic status and cultural identity and these two properties differ in their nature. The economic status is supposed to be uni-dimensional and quantitative, while the cultural identity is treated as a multidimensional and qualitative feature. Special attention is devoted to the comparison of the consequences of the individuals' interactions according to these features.
[11] 匡文慧,刘纪远,邵全琴,.

区域尺度城市增长时空动态模型及其应用

[J].地理学报, 2011,66(2):178-188.

[本文引用: 1]     

[Kuang Wenhui, Liu Jiyuan, Shao Quanqin et al.

Dynamic urban growth model at regional scale and its application

.Acta Geographica Sinica,2011,66(2):178-188.]

[本文引用: 1]     

[12] 张豪, 罗亦泳, 张立亭.

基于遗传支持向量机的城市扩展非线性组合模型

[J].地理学报, 2010, 65(6):656-664.

[本文引用: 1]     

[Zhang Hao, Luo Yiyong, Zhang Liting.

A nonlinear polynomial model for urban expansion incorporating genetic algorithm and support vector machine

.Acta Geographica Sinica, 2010, 65(6):656-664.]

[本文引用: 1]     

[13] Overmars K P, Verburg P H, Veldkamp A.

Comparison of a deductive and an inductive approach to specify land suitability in a spatially explicit land use model

[J].Land Use Policy, 2007, 24(3): 584-599.

https://doi.org/10.1016/j.landusepol.2005.09.008      URL      Magsci      [本文引用: 1]      摘要

In this paper, two research approaches to specify the relation between land use types and their explanatory factors are applied to the same modelling framework. The two approaches are used to construct land suitability maps, which are used as inputs in two model applications. The first is an inductive approach that uses regression analysis. The second applies a theoretical, actor decision framework to derive relations deductively using detailed field data. Broadly speaking, this classification coincides with the distinction between empirical and theoretical models and the distinction between deriving process from pattern and pattern from process. The two modelling approaches are illustrated by a scenario analysis for a case study in a municipality in the Philippines. Goodness-of-fit of the deductive approach in predicting current land use is slightly lower compared to the inductive approach. Resulting land use projections from the modelling exercise for the two approaches differ in 15 percent of the cells, which is caused by differences in the specification of the suitability maps. The paper discusses the assumptions underlying the two approaches as well as the implications for the applicability of the models in policy-oriented research. The deductive approach describes processes explicitly and can therefore better handle discontinuities in land use processes. This approach allows the user to evaluate a wide range of scenarios, which can also include new land use types. The inductive approach is easily reproducible by others but cannot guarantee causality. Therefore, the inductive approach is less suitable to handle discontinuities or additional land use types, but is well able to rapidly identify hotspots of land use change. It is concluded that both approaches have their advantages and drawbacks for different purposes. Generally speaking, the inductive approach is applicable in situations with relatively small land use changes, without introduction of new land use types, whereas the deductive approach is more flexible. The choice of modelling approach should therefore be based on the research and policy questions for which it is used.
[14] 邓辉,何政伟,陈晔,.

四川盆地大都市边缘区土地利用时空格局模拟——以资阳市雁江区为例

[J].地理科学,2013,33(12):1524-1530.

https://doi.org/10.11821/dlyj201309010      URL      Magsci      [本文引用: 1]      摘要

以地处四川盆地成都1 h经济圈内的资阳市雁江区为例,利用ETM影像和ALOS影像,通过决策树分类的方法,获取了区内2005年和2009年2期土地利用图。在此基础上,结合区内土地利用总体规划方案,选取与土地利用变化有关的社会经济因子和自然地理因子,运用CLUE-S模型对研究区2005~2020年的土地利用时空格局进行模拟,并对2009土地利用模拟数据进行验证,Kappa系数达到0.887,表明模拟成果精度较高。结果显示,CLUE-S模型模拟结果与土地利用总体规划的土地空间分布格局比较吻合,能为成都平原地区县级城市的土地利用发展规划提供参考。

[Deng Hui, He Zhengwei, Chen Ye et al.

The land use spatio-temporal pattern simulation in metropolitan fringe of the Sichuan Basin: A case study in Yanjiang district, Ziyang City, Sichuan

.Scientia Geographica Sinica,2013,33(12):1524-1530.]

https://doi.org/10.11821/dlyj201309010      URL      Magsci      [本文引用: 1]      摘要

以地处四川盆地成都1 h经济圈内的资阳市雁江区为例,利用ETM影像和ALOS影像,通过决策树分类的方法,获取了区内2005年和2009年2期土地利用图。在此基础上,结合区内土地利用总体规划方案,选取与土地利用变化有关的社会经济因子和自然地理因子,运用CLUE-S模型对研究区2005~2020年的土地利用时空格局进行模拟,并对2009土地利用模拟数据进行验证,Kappa系数达到0.887,表明模拟成果精度较高。结果显示,CLUE-S模型模拟结果与土地利用总体规划的土地空间分布格局比较吻合,能为成都平原地区县级城市的土地利用发展规划提供参考。
[15] 卞子浩,马小雪,龚来存,.

不同非空间模拟方法下CLUE-S模型土地利用预测——以秦淮河流域为例

[J].地理科学,2017,37(2):252-258.

URL      [本文引用: 2]      摘要

基于快速城镇化背景下秦淮河流域土地利用历史状况,选择CLUE-S模型对其2020年土地利用情况进行模拟预测。分别使用线性回归、Markov模型、灰色GM(1,1)模型预测CLUE-S模型非空间模块的土地利用需求量,再嵌入CLUE-S中得到3种预测结果,对预测结果进行比较。另外设定“自然发展”情景与考虑规划政策影响的“优化格局”情景,模拟2020年不同情景下秦淮河流域土地利用格局情况,并进行景观格局分析。结果表明:线性回归模型、Markov模型、灰色GM(1,1)模型的Kappa指数分别为0.866、0.849、0.867,3种方法均满足模型精度要求;自然发展情景中2020年水域、水田、林地、城镇用地、旱地面积相对于2010年分别变化21.5%、-15.3%、-9.0%、51.5%、-28.9%,而优化格局情景下水域、水田、林地、城镇用地、旱地面积分别变化3.1%、-1.6%、10.8%、6.3%、-10.6%,相比于自然发展情景,优化情景土地利用状况更符合保护基本农田、增加生态用地连通性、提高雨水下渗能力以及缓解城市热岛效应的要求,为后期土地利用规划提供了依据。

[Bian Zihao, Ma Xiaoxue, Gong Laicun et al.

Land use prediction based on CLUE-S model under different non-spatial simulation methods: A case study of the Qinhuai River watershed

. Scientia Geographica Sinica,2017,37(2):252-258.]

URL      [本文引用: 2]      摘要

基于快速城镇化背景下秦淮河流域土地利用历史状况,选择CLUE-S模型对其2020年土地利用情况进行模拟预测。分别使用线性回归、Markov模型、灰色GM(1,1)模型预测CLUE-S模型非空间模块的土地利用需求量,再嵌入CLUE-S中得到3种预测结果,对预测结果进行比较。另外设定“自然发展”情景与考虑规划政策影响的“优化格局”情景,模拟2020年不同情景下秦淮河流域土地利用格局情况,并进行景观格局分析。结果表明:线性回归模型、Markov模型、灰色GM(1,1)模型的Kappa指数分别为0.866、0.849、0.867,3种方法均满足模型精度要求;自然发展情景中2020年水域、水田、林地、城镇用地、旱地面积相对于2010年分别变化21.5%、-15.3%、-9.0%、51.5%、-28.9%,而优化格局情景下水域、水田、林地、城镇用地、旱地面积分别变化3.1%、-1.6%、10.8%、6.3%、-10.6%,相比于自然发展情景,优化情景土地利用状况更符合保护基本农田、增加生态用地连通性、提高雨水下渗能力以及缓解城市热岛效应的要求,为后期土地利用规划提供了依据。
[16] CJJ37-2012,城市道路工程设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2016.

[本文引用: 1]     

[CJJ37-2012, Code for design of urban road engineering.Beijing: China Architecture & Building Press,2016.]

[本文引用: 1]     

[17] 邓羽,蔡建明,杨振山,.

北京城区交通时间可达性测度及其空间特征分析

[J].地理学报,2012,67(2):169-178.

https://doi.org/10.11821/xb201202003      URL      [本文引用: 1]      摘要

Construction of road infrastructure is a fundamental aspect of the city operation and development, as well as an important pathway and focus to realize the physical urban-rural integration. The long period implementation of "ring + radiation" road system in Beijing has brought a major impact on its urban infrastructure construction and its time accessibility. Particularly in recent years, the rapid increase of private cars in Beijing has become a greater burden to its road system, which has in turn seriously hampered the urban commuting efficiency and added the costs to people's lives. To deal with such challenges and enhance the frog-leap development of transport infrastructure, Beijing has speeded up its development pace in light railway construction since 2008, so as to improve its commuting capacity. This paper tries to measure the time accessibility and its spatial characteristics in the urban areas of Beijing by applying a combined method of vector and raster attribute data generated from major roads and rail transport infrastructure. By using a dual index of accessibility and road density, the paper further reveals the features of spatial accessibility and construction of road systems in the urban areas of the capital, as well as their different presences in the northern and southern parts of the city. The findings of this paper could provide a scientific basis for future urban planning and road system construction for Beijing Municipality.

[Deng Yu, Cai Jianming, Yang Zhenshan et al.

Measuring time accessibility with its spatial characteristics in urban areas of Beijing

.Acta Geographica Sinica, 2012, 67(2):169-178.]

https://doi.org/10.11821/xb201202003      URL      [本文引用: 1]      摘要

Construction of road infrastructure is a fundamental aspect of the city operation and development, as well as an important pathway and focus to realize the physical urban-rural integration. The long period implementation of "ring + radiation" road system in Beijing has brought a major impact on its urban infrastructure construction and its time accessibility. Particularly in recent years, the rapid increase of private cars in Beijing has become a greater burden to its road system, which has in turn seriously hampered the urban commuting efficiency and added the costs to people's lives. To deal with such challenges and enhance the frog-leap development of transport infrastructure, Beijing has speeded up its development pace in light railway construction since 2008, so as to improve its commuting capacity. This paper tries to measure the time accessibility and its spatial characteristics in the urban areas of Beijing by applying a combined method of vector and raster attribute data generated from major roads and rail transport infrastructure. By using a dual index of accessibility and road density, the paper further reveals the features of spatial accessibility and construction of road systems in the urban areas of the capital, as well as their different presences in the northern and southern parts of the city. The findings of this paper could provide a scientific basis for future urban planning and road system construction for Beijing Municipality.
[18] 何劲,宋茵,胡伟平.

改革开放以来广佛都市区空间扩展分析

[J].人文地理, 2014,29(2):101-107.

URL      [本文引用: 1]      摘要

利用遥感和GIS技术对改革开放以来广佛都市区的空间扩展情况进行分析,从1982年的地形图、1995和2008年的遥感影像中提取城镇建设用地和路网数据,从扩展强度、方式和效率等方面对其扩展情况进行定性定量的测度分析,发现:其建设用地具有扩展强度大、速度快的特点,但土地利用方式不甚合理,具有一定的低度不连续开发现象和较显著的道路沿线开发特征;扩展效率不高,新增用地的集约化程度、人口承载力度和经济产出水平均低于原有用地水平。这种高速、低效和无序的扩展特征表明其快速发展存在蔓延倾向。

[He Jing, Song Yin, Hu Weiping.

Spatial expansion study of Guangzhou-Foshan metropolitan area since the reform and opening

.Human Geography, 2014,29(2):101-107.]

URL      [本文引用: 1]      摘要

利用遥感和GIS技术对改革开放以来广佛都市区的空间扩展情况进行分析,从1982年的地形图、1995和2008年的遥感影像中提取城镇建设用地和路网数据,从扩展强度、方式和效率等方面对其扩展情况进行定性定量的测度分析,发现:其建设用地具有扩展强度大、速度快的特点,但土地利用方式不甚合理,具有一定的低度不连续开发现象和较显著的道路沿线开发特征;扩展效率不高,新增用地的集约化程度、人口承载力度和经济产出水平均低于原有用地水平。这种高速、低效和无序的扩展特征表明其快速发展存在蔓延倾向。
[19] 刘承良,丁明军,张贞冰,.

武汉都市圈城际联系通达性的测度与分析

[J].地理科学进展,2007,26(6):96-108.

[本文引用: 1]     

[Liu Chengliang, Ding Mingjun, Zhang Zhenbing et al.

Accessibility analysis on the spatial linkage of Wuhan metropolitan area

.Progress in Geography, 2007, 26(6):96-108.]

[本文引用: 1]     

[20] 姜广辉,张凤荣,孔祥斌,.

北京山区建设用地扩展空间分异分析

[J].地理研究,2006,25(5):905-912.

https://doi.org/10.3321/j.issn:1000-0585.2006.05.016      URL      [本文引用: 1]      摘要

Since the 1990s,the city of Beijing has entered into a centrifugal acentric phase of suburbanization,and the expansion of construction land in Beijing mountainous area will take up an important position.So study on the expansion of construction land is of great significance.Some indexes were created to indicate the expansion of construction land,such as the growth intensity index,the relative growth rate,etc.and they have their(unique) advantages and disadvantages.To overcome their shortcomings and make the expansion differentiate among different districts in Beijing mountainous area notably,we put forward the growth degree index along with the above two indexes to depict the spatial differentiation of construction land expansion comprehensively. Based on the land use shift data and land use change data,these indexes in three successive phasesi.e.,from 1993 to 1996,1996 to 1999 and 1999 to 2002 respectively,were calculated and the characteristics and spatial difference of land use expansion of different construction land types were analyzed.The results indicated that since the 1990s,the suburbanization has been extending to the outer suburbs,and great changes have taken place in Beijing mountainous area,the expansion degree became increasingly great.And the spatial expansion of construction land has the characteristics of both difference and abnormity, which expanded everywhere taking irregular expansion as the characteristics and suburbanization here was still in an initial phase.At the same time,the expansion has an outwards trend.Also because of the restriction of natural conditions and the orientated function of different districts,the regional spatial difference is evident.We hold that with the maturity of pole-axis system,the process of suburbanization in Beijing mountainous area will be entering a more active phase.Relevant measures should be taken to direct the expansion to a move active way.

[Jiang Guanghui, Zhang Fengrong, Kong Xiangbin et al.

The spatial differentialtion of construction land expansion in Beijing mountainous area

.Geographical Research, 2006, 25(5):905-912.]

https://doi.org/10.3321/j.issn:1000-0585.2006.05.016      URL      [本文引用: 1]      摘要

Since the 1990s,the city of Beijing has entered into a centrifugal acentric phase of suburbanization,and the expansion of construction land in Beijing mountainous area will take up an important position.So study on the expansion of construction land is of great significance.Some indexes were created to indicate the expansion of construction land,such as the growth intensity index,the relative growth rate,etc.and they have their(unique) advantages and disadvantages.To overcome their shortcomings and make the expansion differentiate among different districts in Beijing mountainous area notably,we put forward the growth degree index along with the above two indexes to depict the spatial differentiation of construction land expansion comprehensively. Based on the land use shift data and land use change data,these indexes in three successive phasesi.e.,from 1993 to 1996,1996 to 1999 and 1999 to 2002 respectively,were calculated and the characteristics and spatial difference of land use expansion of different construction land types were analyzed.The results indicated that since the 1990s,the suburbanization has been extending to the outer suburbs,and great changes have taken place in Beijing mountainous area,the expansion degree became increasingly great.And the spatial expansion of construction land has the characteristics of both difference and abnormity, which expanded everywhere taking irregular expansion as the characteristics and suburbanization here was still in an initial phase.At the same time,the expansion has an outwards trend.Also because of the restriction of natural conditions and the orientated function of different districts,the regional spatial difference is evident.We hold that with the maturity of pole-axis system,the process of suburbanization in Beijing mountainous area will be entering a more active phase.Relevant measures should be taken to direct the expansion to a move active way.
[21] Solow R M.

A contribution to the theory of economic growth

[J].Quarterly Journal of Economics, 1956(70):65-94.

[本文引用: 1]     

[22] Forslund U M,Johansson B.

Assessing road investment: accessibility changes,cost benefit and production effects

[J].The Annals of Regional Science,1995,29(2):155-174.

https://doi.org/10.1007/BF01581804      URL      [本文引用: 1]      摘要

Infrastructure investment projects and programmes are generally evaluated by comparing project costs with pertinent benefits. In this paper a series of alternative national road investment programmes in Sweden are examined. Each programme is assessed in terms of expected time savings and reduced accident rates. In addition we make use of a general production function with regionally specific accessibility characteristics as arguments. With this approach, improved accessibility implies an increase of the production potential. The paper compares the value of these production effects with the value of time savings and other benefits in a standard CB-calculation. In the comparisons more than 50 alternative national investment programmes are assessed, and their degree of consistency is estimated.
[23] Wegener M.

Issues for a European-American research programme on the future of transport

[J].Journal of Transport Geography,1997,5(1):60.

https://doi.org/10.1016/S0966-6923(96)00071-3      URL      [本文引用: 1]     

[24] 刘海隆, 包安明, 陈曦,.

新疆交通可达性对区域经济的影响分析

[J]. 地理学报, 2008, 63(4):428-436.

[本文引用: 1]     

[Liu Hailong, Bao Anming, Chen Xi et al.

The effect of transport accessibility on regional economic performance

. Acta Geographica Sinica, 2008, 63(4):428-436.]

[本文引用: 1]     

[25] 殷江滨,黄晓燕, 洪国志,.

交通通达性对中国城市增长趋同影响的空间计量分析

[J].地理学报, 2016, 71(10):1767-1783.

https://doi.org/10.11821/dlxb201610009      URL      [本文引用: 1]      摘要

交通基础设施建设是促进城市经济增长与趋同的重要手段.在新古典增长模型基础上,构建城市增长趋同的空间计量分析模型框架,利用1990-2012年中国273个地级以上城市数据,探讨城市间通达性和口岸通达性的改善对城市经济趋同的影响.研究发现:城市经济增长存在显著的空间相关性,趋同分析更适用空间计量方法;中国城市经济增长存在绝对趋同现象,且2001年后的趋同速度较20世纪90年代更快;全国层面,城市间通达性对城市经济增长及趋同的影响逐渐显现.进入21世纪后,通达性水平提升延缓了城市经济趋同速度,区域差距被进一步拉大.但在地区层面,城市间通达性的改善促进了东部、中部和西部地区内部城市的趋同;口岸通达性对全国城市经济的影响不显著,但对各地区城市趋同产生明显不同的影响.20世纪90年代到公路及水运口岸的通达性促进了中部城市的增长趋同,到公路和铁路口岸的通达性则延缓了西部城市的趋同速度.21世纪以后,公路口岸通达性主要影响中部和西部城市,铁路口岸主要影响东部城市的趋同进程.四类口岸通达性对东北城市的影响均不显著;最后,从促进城市经济增长与趋同角度,对交通基础设施建设的相关政策进行了讨论.

[Yin Jiangbin, Huang Xiaoyan, Hong Guozhi et al.

The effect of transport accessibility on urban growth convergence in China: A spatial econometric analysis

. Acta Geographica Sinica, 2016, 71(10):1767-1783.]

https://doi.org/10.11821/dlxb201610009      URL      [本文引用: 1]      摘要

交通基础设施建设是促进城市经济增长与趋同的重要手段.在新古典增长模型基础上,构建城市增长趋同的空间计量分析模型框架,利用1990-2012年中国273个地级以上城市数据,探讨城市间通达性和口岸通达性的改善对城市经济趋同的影响.研究发现:城市经济增长存在显著的空间相关性,趋同分析更适用空间计量方法;中国城市经济增长存在绝对趋同现象,且2001年后的趋同速度较20世纪90年代更快;全国层面,城市间通达性对城市经济增长及趋同的影响逐渐显现.进入21世纪后,通达性水平提升延缓了城市经济趋同速度,区域差距被进一步拉大.但在地区层面,城市间通达性的改善促进了东部、中部和西部地区内部城市的趋同;口岸通达性对全国城市经济的影响不显著,但对各地区城市趋同产生明显不同的影响.20世纪90年代到公路及水运口岸的通达性促进了中部城市的增长趋同,到公路和铁路口岸的通达性则延缓了西部城市的趋同速度.21世纪以后,公路口岸通达性主要影响中部和西部城市,铁路口岸主要影响东部城市的趋同进程.四类口岸通达性对东北城市的影响均不显著;最后,从促进城市经济增长与趋同角度,对交通基础设施建设的相关政策进行了讨论.
[26] 吴晓青,胡远满,贺红士,.

沈阳市城镇扩展时空格局及其驱动力

[J].应用生态学报,2007,18(10):2282-2288.

URL      Magsci      [本文引用: 1]      摘要

利用多时相TM影像,采用GIS空间分析和景观格局分析相结合的方法,对沈阳市辖区城镇扩展的时空分异特征和城镇景观格局演变进行了分析,并对其驱动力进行了探讨.结果表明:1988—2004年间,沈阳市辖区城镇面积持续增加,扩展强度逐渐增强,2000—2004年间的城镇扩展规模和强度达到最大;城镇扩展具有明显的空间分异特征,市区西南方向是城镇扩展的主方向,近郊及各级经济开发区是扩展的主要区域;城镇景观格局日趋复杂,城镇发展紧凑程度降低;城镇景观格局演变与城镇扩展特征关系密切,表现出时空分异特征;工业化发展与开发区建设、政府政策与城市规划以及交通基础设施建设是沈阳市辖区城镇扩展与城镇景观格局演变的主要驱动力.

[Wu Xiaoqing, Hu Yuanman, He Hongshi et al.

Spatio temporal pattern and its driving forces of urban growth in the Shenyang City

. Chinese Journal of Applied Ecology,2007,18(10):2282-2288.]

URL      Magsci      [本文引用: 1]      摘要

利用多时相TM影像,采用GIS空间分析和景观格局分析相结合的方法,对沈阳市辖区城镇扩展的时空分异特征和城镇景观格局演变进行了分析,并对其驱动力进行了探讨.结果表明:1988—2004年间,沈阳市辖区城镇面积持续增加,扩展强度逐渐增强,2000—2004年间的城镇扩展规模和强度达到最大;城镇扩展具有明显的空间分异特征,市区西南方向是城镇扩展的主方向,近郊及各级经济开发区是扩展的主要区域;城镇景观格局日趋复杂,城镇发展紧凑程度降低;城镇景观格局演变与城镇扩展特征关系密切,表现出时空分异特征;工业化发展与开发区建设、政府政策与城市规划以及交通基础设施建设是沈阳市辖区城镇扩展与城镇景观格局演变的主要驱动力.
[27] 王晓峰,傅伯杰,苏常红,.

西安市城乡建设用地时空扩展及驱动因素

[J]. 生态学报,2015,35(21):7139-7149.

https://doi.org/10.5846/stxb201306281794      URL      Magsci      [本文引用: 1]      摘要

城乡建设用地变化及驱动机制是国内外研究的热点领域,我国正处在城镇化快速发展时期,建设用地的迅速扩张已成为当前中国土地利用变化的主要特征。以5期(1975、1990、2000、2005和2010年)土地利用现状数据为基础,利用GIS空间分析技术,提取建设用地变化及空间分布信息,利用建设用地扩展指数和建设用地密度分析方法对近35年来(1975—2010年)西安市建设用地扩展的时空特征进行分析。并结合社会经济数据,对建设用地空间扩展驱动力进行分析。结果表明:西安市建设用地面积急剧增长,建筑密度不断加大,并且城乡空间差异较大。西安市建设用地扩展是多因素综合作用的结果,高程和坡度控制着建设用地的分布格局,城市沿河谷扩展。西安市城市建设应加强区域宏观规划和土地利用详细规划,切实保护秦岭北麓林草地,加强历史文化名城特色,避免低层次文化复古创修。

[Wang Xiaofeng, Fu Bojie, Su Changhong et al.

Spatial-temporal characteristics and driving forces of built-up land in Xi’an,China

. Acta Ecologica Sinica,2015,35(21):7139-7149.]

https://doi.org/10.5846/stxb201306281794      URL      Magsci      [本文引用: 1]      摘要

城乡建设用地变化及驱动机制是国内外研究的热点领域,我国正处在城镇化快速发展时期,建设用地的迅速扩张已成为当前中国土地利用变化的主要特征。以5期(1975、1990、2000、2005和2010年)土地利用现状数据为基础,利用GIS空间分析技术,提取建设用地变化及空间分布信息,利用建设用地扩展指数和建设用地密度分析方法对近35年来(1975—2010年)西安市建设用地扩展的时空特征进行分析。并结合社会经济数据,对建设用地空间扩展驱动力进行分析。结果表明:西安市建设用地面积急剧增长,建筑密度不断加大,并且城乡空间差异较大。西安市建设用地扩展是多因素综合作用的结果,高程和坡度控制着建设用地的分布格局,城市沿河谷扩展。西安市城市建设应加强区域宏观规划和土地利用详细规划,切实保护秦岭北麓林草地,加强历史文化名城特色,避免低层次文化复古创修。
[28] 王祺,蒙吉军,毛熙彦.

基于邻域相关的漓江流域土地利用多情景模拟与景观格局变化

[J]. 地理研究,2014,33(6):1073-1084.

https://doi.org/10.11821/dlyj201406008      URL      [本文引用: 1]      摘要

建模和情景分析是土地利用变化研究的核心内容。选择旅游业高速发展的漓江流域为研究区,利用基于邻域相关构建空间权重的Auto-logistic模型代替传统的Logistic回归,构建CLUE-S模型,对研究区2020年土地利用格局进行多情景模拟,并通过景观格局指数对比分析不同发展情景下的景观格局特征。结果表明:①利用邻域相关构建空间权重的Auto-logistic模型在预测土地空间分布概率方面较传统的Logistic模型具有更好的预测能力;②建设用地和草地高度破碎化、水域面积不稳定是漓江流域景观脆弱性的主要来源;③旅游地发展需要稳定、多样的景观格局。一方面要合理控制人为活动主导的用地类型对景观格局的冲击,另一方面应兼顾景观多样性,实现用地在社会经济和生态环境之间的协调。

[Wang Qi, Meng Jijun, Mao Xiyan.

Scenairo simulation and landscape pattern assessment of land use change based on neighborhood analysis and auto-logistic model: A case study of Lijiang River Basin

. Geographical Research, 2014,33(6):1073-1084.]

https://doi.org/10.11821/dlyj201406008      URL      [本文引用: 1]      摘要

建模和情景分析是土地利用变化研究的核心内容。选择旅游业高速发展的漓江流域为研究区,利用基于邻域相关构建空间权重的Auto-logistic模型代替传统的Logistic回归,构建CLUE-S模型,对研究区2020年土地利用格局进行多情景模拟,并通过景观格局指数对比分析不同发展情景下的景观格局特征。结果表明:①利用邻域相关构建空间权重的Auto-logistic模型在预测土地空间分布概率方面较传统的Logistic模型具有更好的预测能力;②建设用地和草地高度破碎化、水域面积不稳定是漓江流域景观脆弱性的主要来源;③旅游地发展需要稳定、多样的景观格局。一方面要合理控制人为活动主导的用地类型对景观格局的冲击,另一方面应兼顾景观多样性,实现用地在社会经济和生态环境之间的协调。
[29] 吴桂平, 曾永年, 邹滨,.

Auto-Logistic方法在土地利用格局模拟中的应用:以张家界市永定区为例

[J]. 地理学报, 2008, 63(2):156-164.

https://doi.org/10.3321/j.issn:0375-5444.2008.02.005      URL      [本文引用: 1]      摘要

土地利用/土地覆被变化(LUCC)是当前研究全球变化的重要内容,而区域土地利用格局模拟是LUCC研究的核心内容之一。以张家界市永定区为研究单元,根据由2005年土地利用现状图和数字高程模型数据源得到的土地利用、地形、河流以及道路等空间数据,对区域土地利用类型空间格局的空间白相关性特征进行了建模研究,并通过在传统Logistic模型中引入描述空间白相关性的成份,实现了能够考虑白相关性因素的回归分析模型(AutoLogistic模型),同时应用该模型对区域土地利用格局进行了模拟和分析。结果显示,通过与没有考虑空间自相关性的回归模型(传统Logistic模型)相比较,该模型显示了更好的拟合优度和更高的拟合准确率(耕地、林地、建设用地及未利用地的ROC值分别从0.851、0.913、0.877和0.852提高到0.893、0.940、0.907和0.863)。研究结果说明了基于AutoLogistic方法的土地利用格局的相关性建模在一定意义上是合理的。同时研究结果也可以为永定区及其相似地区的土地利用规划决策提供更为科学的依据。

[Wu Guiping, Zeng Yongnian, Zou Bin et al.

Simulation on spatial land use patterns using Auto-Logistic method: A case study of Yongding County,Zhangjiajie

. Acta Geographica Sinica, 2008, 63(2):156-164.]

https://doi.org/10.3321/j.issn:0375-5444.2008.02.005      URL      [本文引用: 1]      摘要

土地利用/土地覆被变化(LUCC)是当前研究全球变化的重要内容,而区域土地利用格局模拟是LUCC研究的核心内容之一。以张家界市永定区为研究单元,根据由2005年土地利用现状图和数字高程模型数据源得到的土地利用、地形、河流以及道路等空间数据,对区域土地利用类型空间格局的空间白相关性特征进行了建模研究,并通过在传统Logistic模型中引入描述空间白相关性的成份,实现了能够考虑白相关性因素的回归分析模型(AutoLogistic模型),同时应用该模型对区域土地利用格局进行了模拟和分析。结果显示,通过与没有考虑空间自相关性的回归模型(传统Logistic模型)相比较,该模型显示了更好的拟合优度和更高的拟合准确率(耕地、林地、建设用地及未利用地的ROC值分别从0.851、0.913、0.877和0.852提高到0.893、0.940、0.907和0.863)。研究结果说明了基于AutoLogistic方法的土地利用格局的相关性建模在一定意义上是合理的。同时研究结果也可以为永定区及其相似地区的土地利用规划决策提供更为科学的依据。
[30] 张童, 胡伟平, 毛超荣,.

广佛都市区交通网络发展及其多指标可达性演变分析

[J]. 城市观察, 2015, 35(1):83-91.

https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-7178.2015.01.010      URL      [本文引用: 1]      摘要

本文以1982、1995、2008、2020年为时间断面,回 顾并展望了广佛都市区交通网络扩展情况,利用GIS手段,从最短空间距离可达性、最短时间距离可达性、吸引机会指数三个方面,研究广佛市区交通网络发展. 结果表明:研究区内交通基础设施建设总体优良;最短空间距离的可达性格局由沿珠江北岸的带状分布,演变为以广州中心城区为核心的圈层结构;最短时间距离的 可达性格局表现为以广州中心城区为低值中心向外围不规则圈层状增高,且呈交通主干道指向性;都市区内的最短旅行时间和最短旅行距离显著缩短,但三个时段的 变化幅度逐渐减小;可达性的均衡性经历了低级相对均衡——不均衡——高级相对均衡的过程;吸引机会指数由单极集中转变为三大组团式发展,番禺区西部成为新 热点;地形、路网、人口、经济、政府调控等多重因素共同影响了广佛都市区的可达性的格局演变.

[Zhang Tong, Hu Weiping, Mao Chaorong et al.

Transport network development and evolution analysis of multiple indicator accessibility in Guangzhou-Foshan metropolitan area

. Urban Insight,2015,35(1):83-91.]

https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-7178.2015.01.010      URL      [本文引用: 1]      摘要

本文以1982、1995、2008、2020年为时间断面,回 顾并展望了广佛都市区交通网络扩展情况,利用GIS手段,从最短空间距离可达性、最短时间距离可达性、吸引机会指数三个方面,研究广佛市区交通网络发展. 结果表明:研究区内交通基础设施建设总体优良;最短空间距离的可达性格局由沿珠江北岸的带状分布,演变为以广州中心城区为核心的圈层结构;最短时间距离的 可达性格局表现为以广州中心城区为低值中心向外围不规则圈层状增高,且呈交通主干道指向性;都市区内的最短旅行时间和最短旅行距离显著缩短,但三个时段的 变化幅度逐渐减小;可达性的均衡性经历了低级相对均衡——不均衡——高级相对均衡的过程;吸引机会指数由单极集中转变为三大组团式发展,番禺区西部成为新 热点;地形、路网、人口、经济、政府调控等多重因素共同影响了广佛都市区的可达性的格局演变.

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