陈千逸 曾争

[摘要]科学分析城市扩张的空间特征与驱动因子有助于實现城市的可持续发展。以长沙市作为研究对象，基于2000、2005、2010和2015年的遥感影像及相关统计数据，利用GIS工具从空间形态和空间指向方面刻画长沙市城市扩张的空间特征，采用岭回归方法测度城市扩张的驱动因子。研究发现，长沙市以“吞噬”模式扩张，使城市景观格局形态破碎化、形状复杂化，城市扩张空间指向经历了“东、南方—西方”的转变。社会经济的快速发展是长沙市城市扩张的主要驱动因子，政府行为对城市扩张具有导向作用。

[关键词]城市扩张；空间特征；长沙

[中图分类号]F293.2 [文献标识码]A

目前，对城市扩张驱动因子的分析方法逐渐由简单的定性分析向定量分析过渡，但由于城市扩张是多个因素共同作用的结果，这些因素之间往往又相互关联、影响，极易造成数据的多重共线性问题。现有研究中普遍使用多元线性回归分析、灰色关联分析、空间杜宾模型等方法，无法解决此问题，从而影响结论的准确性。针对已有研究的不足，本文以中部地区典型的大型城市长沙市为研究对象，基于遥感影像，利用GIS技术，借助已有研究方法分析城市扩张的时空特征；引入岭回归分析方法，科学测度城市扩张的驱动因子。研究结果对长沙市实现新型城镇化发展目标、促进城市可持续发展具有重要意义。

1 数据处理与研究方法

1.1 数据来源与处理

此次研究的社会经济类数据来源于相关年份的统计年鉴以及土地利用数据。图像数据从2000、2005、2010和2015年的Landsat 7 ETM卫星遥感影像中提取。在对遥感影像执行几何校正、融合和镶嵌等处理后，在ArcGIS 10.2中通过目视解释方法提取城市实体。提取原则见参考文献[8]。

1.2 研究方法

1.2.1 城市扩张空间形态测度。测度空间形态可以展现城市扩张对景观格局的影响及城市扩张的方式。利用紧凑度、蛙跳指数和分形维数来表征城市扩张的空间形态特征，计算方法及释义见参考文献[4-6]。紧凑度越低、蛙跳指数越高代表城市土地景观格局越破碎，分形维数上升说明城市土地景观格局趋于复杂。紧凑度上升、蛙跳指数和分形维数下降表明城市扩张方式以近域推进为主，反之表明城市扩张方式以蛙跳式发展为主。

1.2.2 城市扩张空间指向测度。城市扩张空间指向展现了城市的主要扩张方向及在不同方向上的扩张强度。利用城市空间重心转移指数和城市扩张雷达图来刻画城市扩张空间指向。城市空间重心转移指数与城市蔓延雷达图的原理及方法见参考文献[7]。

1.2.3 城市扩张驱动因子测度。为解决数据多重共线性问题，采用岭回归方法进行测度。岭回归（Ridge regression）是一种专门分析多重共线性数据的方法，相比最小二乘法，此方法扩大了实际观测值与估计回归直线之间的差异，且它对病态数据的耐受性也大大增强。岭回归计算原理见参考文献[9-10]

2 长沙市城市扩张空间特征

2.1 城市扩张空间形态

基于遥感影像制作图1，根据图1利用相关公式计算得到4个个年份的城市空间紧凑度、蛙跳指数和分形维数（表1）。总的来看，尽管2000～2015年长沙市的蛙跳指数有所下降，但紧凑度总体维持在0.13以下，处于较低的水平，且分形维数上升，表明这段时间长沙市土地景观格局破碎度上升，城市空间形状趋于复杂。分时段来看，2000～2010年紧凑度下降，分形维数上升；2010～2015年紧凑度上升，分形维数下降，而蛙跳指数则经历了“上升—下降—上升”的起伏波动。三个指数的变化表明长沙市土地景观格局经历了复杂变化，同时也反映出城市扩张方式的变化：2000～2010年蛙跳指数先是升至最高值而又迅速回落，紧凑度快速下降，分形维数持续上升，表明此时段长沙市扩张方式主要为蛙跳式发展（最大蛙跳区域为长沙县县城），且由于蛙跳区域不断扩大并最终与中心团块连为一体，造成长沙市土地景观格局破碎度上升、城市空间形状复杂化；2010～2015年，紧凑度和蛙跳指数略微有所上升，分形维数下降，表明此时段长沙市扩张以近域推进式发展为主，同时兼有一定程度的蛙跳式发展，使城市土地景观格局破碎度略有下降，城市空间形状趋于简单。

总体而言，2000～2015年长沙市土地景观格局破碎度较高，城市空间形状较为复杂，反映出长沙市城市空间不规则扩张的问题。从空间形态来看，长沙市扩张模式符合张景奇等人总结的中国城市发展“吞噬”模式：先在城市中心团块周围的资源点形成蛙跳区域，随时间推移蛙跳区域逐步扩大，中心团块与蛙跳区域之间的空间不断被填充，最终两者连成一体，然后在更远的地方蛙跳式发展，并重复这个过程。

2.2 城市扩张空间指向

在相关计算的基础上制作城市空间重心转移示意图（图2）和城市扩张雷达图（图3）。总的来看，2000～2015年长沙市城市空间重心基本分布在解放路与韶山北路交汇处附近，整体向东偏移，偏移指数为533.32；此时间段城市空间扩张速度最快的方位为东方，其次是东南方，增长率分别达到了442.24%、290.33%，其他方向上城市空间的扩张速度远慢这两个方向，表明2000～2015年长沙市城市扩张空间指向主要为东、南方向，反映出长沙市各个城区间发展不平衡。分时段来看，2000～2005年城市空间重心向东北方向转移，转移指数为308.30，城市空间扩张速度最快的方位是东南方（116.79%）；2005～2010年城市空间重心向东南方向转移，转移指数为578.60，城市空间扩张速度最快的方位是东方（108.15%）；2010～2015年城市空间重心向西北方向转移，转移指数为341.06，城市空间扩张速度最快的方位为西方（73.48%）。这些数据表明，长沙市城市发展的空间指向在不同时期具有差异，即先向东、南方向快速扩张，而后城市发展的重点转向西方，这主要是由于：2000～2010年间以国家级长沙经济技术开发区为核心的东部城区得到了快速发展，而长株潭城市群一体化的发展战略和长沙高铁南站的建设也带动了东、南部城区迅速扩张；2010～2015年间长沙市重点开发湘江新区（大河西先导区），同时望城撤县设区加快了西北部城区的扩张速度，使这段时间城市发展重心逐渐向西转移。

总体而言，2000～2015年间长沙市城市空间在各个方向上的扩张具有明显的差异性，东、南部城区的发展最为迅速；2010年以后城市发展重心逐渐向西转移，使城市发展重心长期聚集在东、南方向的空间格局得到一定程度的优化和调整，促进了各个城区间的协调发展。

3 长沙市城市扩张驱动因子

3.1 回归模型构建

结合已有理论与长沙市实际情况，从经济发展、公共交通、政府行为和居民需求4个维度出发，选择8个单项指标作为解释变量x量化长沙城市空间扩张的驱动因子，选择城镇建设用地面积作为被解释变量y代表长沙市城市规模（表3）。对被解释变量与各解释变量进行相关性检验，结果显示所有相关系数均通过1%显著性水平检验，但x3与y的相关系数仅为-0.65，与其他解释变量相比x3的相关性较弱，将其剔除。共线性诊断显示，剩余的7个解释变量中有6个的容差小于0.1，VIF值大于10，即各解释变量之间存在着严重的多重共线性，需要使用岭回归方法来解决这一问题。

（1）社会经济发展是长沙市城市扩张的主要驱动因子。一方面，房地产行业的快速发展促使城市扩张：据不完全统计，2000～2015年长沙市开工建设和建成的各类住宅小区超过600个，其中不乏一些超大规模的住宅小区，如湘江世纪城、八方小区、碧桂园威尼斯城等；研究期间长沙市城市住宅建筑面积从2.84×107m2增长至1.48×108m2，增长了422.44%；截至2015年居住用地面积占到了城市建设用地面积的37.46%，远高于全国平均水平（29.99%）和湖南省平均水平（32.64%）。另一方面，工业园区建设作为城市建设的重要内容对城市扩张也具有极强的推动作用：2000～2015年，长沙市共布局了“四区八园”合计12个工业园区，其中重点发展了位于东部城区的长沙经济技术开发区、隆平高科技园和位于西部城区的长沙高新技术产业开发区、望城经济开发区，同时通过建设南部城区的暮云工业园、环保科技产业园、天心工业园等来加快与株洲、湘潭的相向发展。

（2）政府行为对长沙市城市扩张具有极强的导向作用。2000～2015年，长沙市的一系列城市发展布局规划，无论是“十五”规划中提出的“两中心、多组团”的城市功能格局，还是“十二五”规划中提出的“一轴两带、一主七片” 的城市空间结构，还是《长沙市城市总体规划（2003～2020） （2014年修订）》中提出的“一轴两带多中心、一主两次五组团”的城市发展空间布局，都在不断强化东西向的发展轴线和长株潭城市群一体化发展目标。在这些战略和规划的影响下，东西向的发展轴线和长株潭城市群发展战略则成为了城市发展的主要引领，造成研究期内长沙市城市空间形态的一系列变化。

（3）各个回归系数相差不大，最高值（0.2266）也仅为最低值（0.1308）的1.73倍，表明现阶段长沙市城市扩张问题是由多种因素共同作用的结果，反映了这一问题的复杂性。总体而言，不同于国外以交通和市场为主导的城市扩张模式，长沙市城市扩张具有明显的政策导向特征。

4 结论

本文从城市扩张空间形态和空间指向方面分析了长沙市城市扩张的空间特征，并测度了城市空间扩张的驱动因子，得出的主要结论如下：

（1）2000～2015年，长沙市以“近域推进—蛙跳发展—近域推进”交替的“吞噬”模式实现城市空间扩张，造成城市景观格局形态破碎化、城市空间形状复杂化。在宏观战略规划和城市规划等政策的导向下，长沙市城市扩张空间指向经历了“东、南方—西方”的转变过程，使各个城区间发展不平衡的状态得到改善。

（2）社会经济的快速发展、房地产行业的繁荣、工业化的快速推进、宏观战略的引导、城市规划的调控和行政区划的调整等多种因素共同推动长沙市的城市扩张，其中社会经济快速发展是长沙市城市扩张的主要驱动因子，而政府行为对城市扩张具有导向作用。不同于国外以交通和市场为主导的城市扩张模式，长沙市城市扩张具有明显的政策导向特征。

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