1988年～2014年莆田市城市擴展及其驅動力分析

王婷婷，王運動，楊強，張潔

（1.南京林業大學土木工程學院，南京210037；2.南京地質調查中心，南京210016）

1988年～2014年莆田市城市擴展及其驅動力分析

王婷婷1，王運動1，楊強1，張潔2

（1.南京林業大學土木工程學院，南京210037；2.南京地質調查中心，南京210016）

鑒于城市擴張及其驅動力分析在協調城市擴張與土地資源保護的矛盾、促進城市可持續發展中的重要作用，該文利用多時相遙感數據和莆田市社會經濟統計數據，結合野外調查，采用室內解譯方法來獲取1988年～2014年莆田城市擴張數據，以分析不同時期莆田各城區擴張的面積、速度、方向主要驅動力。1988年～2002年莆田市建成區擴張面積快速增長，而2002年以后增長速度明顯減??；仙游縣、梧塘鎮、大濟鎮和度尾鎮建成區擴張整體呈現出“增－減”趨勢，其余城鎮建成區擴張則呈現“減－增”趨勢。同時，人口增長、經濟發展和社會投資是莆田城市擴張發展的主要驅動力，其中，GDP增長是最主要驅動力。該研究有效地揭示了莆田城市擴張的發展規律，為該地區城市規劃與管理提供參考與借鑒。

城市擴張；空間分析；擴展速率；驅動力；莆田市

0 引 言

城市化，或稱城鎮化（Urbanization），指的是人口向城市集中的過程，這一過程包含了社會、人口、空間和經濟轉換等多方面的內容［1］。城市化是社會經濟發展的必然，城市化是促進經濟發展的動力。城市人口增長與城市非農業人口比重增加是城市化的標志，但是城市空間的擴張也是衡量城市化發展的一個重要的指標。城市建成區擴展往往伴隨著城市周邊地區土地利用的急劇變化，一直是人們研究城市問題的重要內容［2］。開展城市化進行的有效監測，分析城市擴張背后的驅動力機制，可科學合理地指導城市規劃，控制用地規模，保護生態環境和有限的土地資源，具有非常重要的意義［3］。城市化過程除了人口與經濟的集中外，更是一個地域空間過程。王娟等利用西安和咸陽1988年～2014年多期數據研究和分析了兩市城市擴展狀況，并分析了城市擴張的驅動力［4］；施益強等根據近20年土地利用動態變化特征預測了廈門未來土地利用的變化趨勢［5］。Tayyebi等利用空間logistic回歸、遙感和GIS模擬等方法重建了不同時期城市的范圍［6］；Hutyra等探究了西雅圖土地覆蓋變化和城市土地擴張對碳變化的影響［7］。因此，城市建設用地擴張的時空特征及其環境效應等相關問題的研究可加深對城市化本質的理解，為城市可持續發展提供有效的空間決策依據［8］。

遙感圖像作為地表土地覆蓋的直接影像，具有直觀、信息豐富等特點，而城市作為人類居住地密集的聚落，在遙感影像上能夠很好地反應。因此，利用遙感技術可有效地查明城市在空間和時間序列上的變化。本文利用MapGIS提取1988年、1997年、2002年和2014年4個時相的遙感圖像中莆田市建成區的邊界，然后通過空間分析得到莆田城市擴張變化區域，并結合莆田的社會經濟發展、人口增長等因素統計數據，綜合分析莆田城市擴張的主要驅動力與發展規律。

1 研究區概況

莆田市地處24°59′N～25°46′N，118°27′E～119°56′E，位于福建省東部沿海中部地區。東臨臺灣海峽，西接泉州市的德化縣和福州市的永泰縣，南連泉州市，北鄰福州福清市。市域陸域面積4119km2，其中，市區陸域面積2284km2，市域海域面積1.12×104km2。屬亞熱帶海洋性季風氣候，年降水量1000mm～2300mm，年均氣溫15℃～21℃。莆田市域風向沿海以東北風為主，城廂周邊地區則以偏東風為主。市域內季風明顯，風向隨著季節的交替而轉換，冬季多為偏北風，夏季多為偏南風，春秋季為過渡季節。內陸受山嶺阻擋，風向轉換不及沿海明顯。

莆田市是福建省下轄的一個地級市。莆田市史稱興安、興化，又稱莆陽，莆仙，自古是閩中的政治、經濟、文化中心。近年來，莆田市為沿海經濟開放區，享受國家、省賦予的一系列優惠政策，已成為外商和港澳臺商投資的熱點。

圖1 莆田遙感影像圖（GF－1波段組合R3G2B1）

2 數據源與研究方法

2.1 數據源

遙感影像數據主要是通過美國國家航空局的地球資源觀測中心獲得的1988年、1997年和2002年3期影像質量良好的Landsat系列數據［9］，以及2014年高分一號衛星（GF－1）數據，輔助分析數據是收集的莆田1∶50000地形圖、莆田土地利用總體規劃修編說明和相關莆田社會經濟統計年鑒等資料。GF－1的P／MS相機可獲取8m多光譜影像和2m全色影像（表1），其高空間分辨率特性，可以使城市（鎮）各種土地利用類型的目標對象更為清晰和可辨，為城市（鎮）精細識別土地利用類型、鑒別城市（鎮）空間范圍提供了有力條件。

表1 Landsat數據及其特征

2.2 研究方法

本文在莆田市1∶50000地形圖基礎上，對1988年、1997年、2002年和2014年4期遙感數據進行圖像拼接裁剪、投影轉換、幾何校正和圖像增強處理，根據野外調查確定的城市用地解譯標志，采用人機交互目視解譯方法和多時相連續對比法提取1988年、1997年、2002年和2014年各城鎮用地空間范圍［10］，進而利用莆田市地形圖資料和實地調查來檢核修正城市空間范圍矢量圖，并最終基于空間疊加分析來計算莆田1988年～2014年4個時期城鎮空間擴張范圍數據（圖2）。

圖2 1988年～2014莆田市城市擴張范圍圖

擴展速率分析：建設用地擴張速率表示單位時間內建設用地面積變化的幅度，其計算公式為：

式中，Ua和Ub分別表示各監測時段開始和結束時建設用地的面積，T為監測時段的長度，時間步長設定為年，RS表示年均變化率（表2）。

利用人口總數、GDP和社會固定資產投資3個方面的數據進行相關分析［11］。以年份為變量（x），人口總數、GDP和社會固定資產為因變量（y）和建成區面積進行相關分析。得到相關性最大的為莆田市擴張最主要動力。

表2 1988年～2014年莆田各城區擴張速率統計表／%

3 研究結果

3.1 增長量分析

根據1988年～2014莆田各個城市建成區面積增長量與時間序列的關系（圖3），可看出莆田市各監測年建成區面積都呈現出明顯的增長趨勢，其中莆田市區、涵江區、仙游縣3個城市增長速度最快。從1988年到2014年各時期面積擴展量（圖4）中可看出，2002年～2014年期間城市擴展面積最大。

圖3 莆田各城區各年點面積增量圖／km2

1988年以來，莆田城區向西延伸到南山下，向西北延伸到鳳凰山大觀園邊緣，并對福廈公路城區段進行改道，開始向南發展。這一時期，涵江主要依托交通干線，以電子產業發展為依托，用地東向發展。另外，黃石、笏石初具規模，用地規模增長不大。

1997年后，在莆田市城市總體規劃（1993年～2010年）確定的市域“兩點三線三層次”總體布局思想的指引下，莆田力圖實現南北兩大三角地區共同發展，整體空間形態趨向“一心七組團”，城涵市區空間總體布局逐漸形成“組團結構、分區平衡”的格局。城涵城區進一步進行城市建設。城廂主要在現狀空間框架內填充、拓展，受東側“綠心”和西側山體自然條件限制，發展逐步偏重南北兩翼，人口進一步集聚。

2002年，莆田市縣合并，形成了四區和兩個管委會的行政區劃，多個行政發展主體，促進了各組團的發展，除城涵城區外，笏石、黃石、東莊、忠門等均開始加速發展。隨著莆田外出經商人員返鄉建房和本地農民翻建、新建住房的全面開始，鄉村建設用地擴張加速。這一時期，南部湄洲灣地區開發成為莆田市發展的重要方向（圖4）。

3.2 擴展速率分析

通常使用城市擴展速度來衡量一個城市擴展的數量特征，它是指某空間單元在研究時期內建成區的年平均擴展面積［12］。從圖5可知，莆田市和涵江區建成區擴張總體1988年～2002快速增長，而到2002年后以后增長速度明顯減??；榜頭鎮和笏石鎮建成區擴張總體1988年～1997快速增長，1997年后增長減速；榜頭鎮在1988年～1997年以最大的速度擴張建成區，新度鎮在1997年～2002年以最大的速度進行建成區擴張，而黃石鎮則在2002年后以最大的速度擴張；仙游縣、梧塘鎮、大濟鎮和度尾鎮建成區擴張總體呈現出增－減趨勢，其余城鎮建成區擴張總體呈現減－增趨勢［11］。

圖4 1988年～2014年莆田市各城區不同時期城市擴展面積統計圖／km2

圖5 1988年～2014年莆田市各城區不同時期城市擴展速率統計圖

3.3 城市擴展驅動力分析

城市人口快速增長。莆田市市區人口數量逐年增加，2007年莆田市年末總人口283萬人，其中城鎮人口為130.5萬人。80年代末期、90年代中后期人口增加的速度較快。

經濟快速增長。莆田2008年統計局分析，第二、三產業是推動莆田市經濟較快增長的主要因素，特別是第二產業中的工業、第三產業中交通運輸業、金融業、租賃和商務服務業等行業的快速增長，為莆田經濟的較快發展提供了動力。且消費投資拉動作用增強，表現在消費需求平穩增長、投資需求拉動強勁和進出口需求下滑。

投資加大。固定資產投資額的多少直接影響城市的經濟發展，快速的固定資產投資額增長率使得近幾年的發展速度異常加快，導致城市用地的大幅增加。2013年全市全社會固定投資（不含農戶）829.49億元，同比增長23.7%。1988年～2014年期間，莆田各地的大規模地開發和商品住房、大型市場建設，使得城區規模迅速擴張，城區面積急劇上升，城市擴張范圍迅速增加。

利用人口總數、GDP和社會固定資產投資3個方面的數據進行相關分析（圖6），可以看出，建成區面積的增加趨勢和GDP增長趨勢非常接近，其相關系數為0.994，和固定資產投資的相關系數為0.984，和人口增長的相關系數為0.860。所以，莆田市城市擴展的最主要驅動力應該是GDP的增加。

圖6 莆田市建成區面積和人口、固定資產投資、GDP的關系

4 結束語

利用遙感影像和GIS相結合，能夠有效地實現城市擴張的動態監測，為有關部門決策提供了科學依據［13］。通過本文研究可知：

①利用衛星遙感影像提取不同時像的建成區范圍，根據經驗和野外調查確定城市用地解譯標志，通過人機交互目視解譯方法，獲取1998年～2014年各期城市用地空間范圍，定量分析城市擴張特性規律。

②莆田市和涵江區建成區擴張總體1988年～2002快速增長，而到2002以后增長速度明顯減??；榜頭鎮和笏石鎮建成區擴張總體1988年～1997快速增長，1997年后增長減速；榜頭鎮在1988年～1997年以最大的速度擴張建成區，新度鎮在1997年～2002年以最大的速度進行建成區擴張，而黃石鎮則在2002年后以最大的速度擴張；仙游縣、梧塘鎮、大濟鎮和度尾鎮建成區擴張總體呈現出增－減趨勢，其余城鎮建成區擴張總體呈現減－增趨勢。

③人口增長、經濟發展與社會投資等因素是城市擴張的主要驅動力，城市擴張是個動態和連續的過程。城市經濟與投資的發展、規劃布局的調整等是導致城市建設用地規模進一步擴大和數量劇增的必然因素。城市擴張對人類的居住條件和生存環境產生重大挑戰，協調城市擴張與資源環境保護關系對城市政府實現城市持續發展具有重要意義［14－15］。通過社會經濟統計資料分析，認為GDP增加是城市擴展最主要的驅動力。

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Urban Expansion and Its Driving Force for Putian City from1988to 2014

WANG Ting－ting1，WANG Yun－dong1，YANG Qiang1，ZHANG Jie2
（1.School of Civil Engineering of Nanjing Forestry University，Nanjing210037；2.Nanjing Center，China Geological Survey，Nanjing210016）

Urban expansion and its driving force analysis is the important basis of coordinating the conflict between urban expansion and land resource protection，as well as promoting sustainable urban development.In the study，it shows how to analyze the driven force of the changing expansion area，speed，and its direction in different periods in Putian city by using multitemporal remote sensing data and socio－economic statistics，along with field investigation and the indoor interpretation methods which obtain the latest expansion data from1988to 2014.The expanded area of Putian city grows very fast in 1988～2002，but the growth rate was significantly reduced after 2002.The growth of the expanded area shows the overall trend of increasedecrease in Xianyou county，Wutang town，Daji town and Duwei town，and the urban expansion of the rest towns presents overall trend of decrease－increase.However，the population growth，the economic development and social investment are the main driving force of the development of Putian urban expansion.And GDP growth is the most important factor.This study reveals the regularity and trend of the urban expansion effectively and provides a reference for urban planning and management in Putian.

urban expansion；spatial analysis；growth rate；driving force；Putian city

10.3969／j.issn.1000－3177.2015.06.020

P208

A

1000－3177（2015）142－0111－05

2014－10－28

2015－04－05

2013年大學生實踐創新訓練計劃項目（201310298032Z）；海西經濟區遙感地質綜合調查（12120114074701）。

王婷婷（1991—），女，在讀本科生，研究方向為測繪工程。

E－mail：476862453＠qq.com

楊強（1982—），男，博士，講師，研究方向為環境遙感與全球變化。

E－mail：qiangyang＠njfu.edu.cn