南京市城市空間格局監(jiān)測(cè)分析

張時(shí)智，晏王波，張 浩，張 旭

（1. 江蘇省測(cè)繪研究所，江蘇 南京 210013；2. 江蘇省基礎(chǔ)地理信息中心，江蘇 南京 210013；3. 中設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 210014）

0 引 言

城鎮(zhèn)空間格局變化的最直觀反映是城鎮(zhèn)空間擴(kuò)展。城鎮(zhèn)空間擴(kuò)展是城市化作用于地理空間的直接結(jié)果，揭示城鎮(zhèn)空間擴(kuò)展過(guò)程、格局及機(jī)制已成為識(shí)別城鎮(zhèn)發(fā)展階段、認(rèn)知城鎮(zhèn)發(fā)展規(guī)律的有效手段[1]。隨著全球城市化的推進(jìn)，城鎮(zhèn)空間擴(kuò)展已成為國(guó)內(nèi)外城市發(fā)展研究中的熱點(diǎn)領(lǐng)域[2]。

我國(guó)早期城鎮(zhèn)空間格局的研究模式大致有3種：第一，注重結(jié)合經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的大環(huán)境背景，定性地劃分城鎮(zhèn)發(fā)展階段，概述各階段的城鎮(zhèn)發(fā)展特征，并從經(jīng)濟(jì)發(fā)展、自然環(huán)境、交通條件、政策推動(dòng)等方面分析城鎮(zhèn)發(fā)展的驅(qū)動(dòng)機(jī)制[3-5]；第二，有學(xué)者從城市蔓延角度研究城鎮(zhèn)空間格局的變化情況，分析城市蔓延的特征及其調(diào)控措施[6-9]；第三，以遙感影像、地形圖、土地利用現(xiàn)狀圖與規(guī)劃圖等多源空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，模擬城市發(fā)展的空間變化過(guò)程，研究城鎮(zhèn)在不同時(shí)期的時(shí)空分布特征及其驅(qū)動(dòng)因素[10-12]。近年來(lái)，隨著GIS及RS的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)分析工具廣泛地應(yīng)用于地理學(xué)中[13-15]，對(duì)數(shù)據(jù)獲取及綜合運(yùn)用更為重視[16-17]，城鎮(zhèn)布局、城鎮(zhèn)擴(kuò)展的研究方法得以豐富[18-20]，技術(shù)路線更為科學(xué)，城鎮(zhèn)空間格局和演化過(guò)程的模擬與預(yù)測(cè)成為地理學(xué)的重要研究?jī)?nèi)容[21-22]。

由于城鎮(zhèn)邊界識(shí)別和獲取的復(fù)雜性，大多數(shù)研究在使用城鎮(zhèn)空間格局的邊界時(shí)往往從城市規(guī)劃的角度，以土地利用的現(xiàn)狀邊界或規(guī)劃邊界等為研究對(duì)象，這在一定程度上影響了城市建成區(qū)活動(dòng)的客觀性。本文在界定建成區(qū)邊界的識(shí)別原則和明確邊界提取的技術(shù)方法基礎(chǔ)上，采用人工判讀方法，客觀地提取南京市2005年、2010年、2015年等多時(shí)點(diǎn)城市建成區(qū)空間邊界，借助傳統(tǒng)城鎮(zhèn)擴(kuò)張的研究方法，分析監(jiān)測(cè)南京城市格局的變化特征，并進(jìn)一步研究南京城市擴(kuò)展的區(qū)域差異。

1 建成區(qū)邊界技術(shù)方法

1.1 城鎮(zhèn)邊界提取

城市建成區(qū)尚無(wú)統(tǒng)一的定義，學(xué)界一般將建成區(qū)界定義為在城市行政區(qū)域內(nèi)，具有市或鎮(zhèn)建制以及被征用的土地中，實(shí)際已開發(fā)建設(shè)的、基礎(chǔ)設(shè)施與服務(wù)設(shè)施基本具備的非農(nóng)業(yè)活動(dòng)建設(shè)用地，是實(shí)際已建設(shè)發(fā)展起來(lái)的或正在建成、現(xiàn)狀城市建設(shè)用地相對(duì)集中分布的地區(qū)，包括市區(qū)集中連片區(qū)域、在郊區(qū)內(nèi)但與市區(qū)關(guān)系密切的城鎮(zhèn)建設(shè)用地以及承擔(dān)重要城市功能的飛地型片區(qū)。建成區(qū)是城市建設(shè)發(fā)展在地域分布上的客觀反映，一般不包括市區(qū)內(nèi)面積較大的農(nóng)田和不適宜建設(shè)的地段。

南京市建成區(qū)邊界較為復(fù)雜，為了提高判讀精度，本研究采用人工判讀方法進(jìn)行邊界提取。采用人工判讀方法提取南京市建成區(qū)邊界時(shí)，總結(jié)并遵循了以下原則：

一是城鎮(zhèn)境界范圍是基礎(chǔ)。南京的建成區(qū)范圍必須位于南京市行政區(qū)劃范圍內(nèi)，即使存在與臨近城市發(fā)展連片的現(xiàn)象，也僅需提取行政區(qū)劃范圍內(nèi)的部分。

二是為了保持建成區(qū)邊界的完整性和連續(xù)性，不至過(guò)于零碎而影響城市擴(kuò)展規(guī)律的識(shí)別，城區(qū)內(nèi)面積較小的空地或不明用途的用地可以納入城市建成區(qū)范圍。

三是從歷史變遷角度而不是單一視角，先完成最新時(shí)相的邊界提取，再按時(shí)間倒序依次完成前時(shí)相提取工作。

四是城郊結(jié)合部建成區(qū)的邊界宜具體情況具體分析。城郊結(jié)合部是建成區(qū)邊界最難界定的地區(qū)，如果大面積范圍內(nèi)存在零星建成區(qū)空間，可以按照舍末求本的準(zhǔn)則人工判別出界。

五是建成區(qū)的邊界是不斷變化的，同一地區(qū)在不同時(shí)期可能因?yàn)樽兓l(fā)展而有不同的判別結(jié)果。如存在山體或大片綠地最初是郊野公園，與城市聯(lián)系較小，屬于城市建成區(qū)以外的范圍，隨著時(shí)間的推移和建成區(qū)范圍的擴(kuò)張，這部分山體或綠地逐漸被建成區(qū)包圍，則說(shuō)明這部分作為山體或綠地的郊野公園已轉(zhuǎn)化為城市公園，成為城市居民生活的重要組成部分，則屬于城市建成區(qū)的范圍。

六是將南京市土地利用現(xiàn)狀圖和土地利用規(guī)劃圖作為判別建成區(qū)邊界范圍的必要輔助依據(jù)。

七是要考慮自然地形、地貌，對(duì)于特定內(nèi)容的界定要統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。如以道路中心線、區(qū)域性河流邊界等作為邊界的標(biāo)準(zhǔn)要統(tǒng)一。

運(yùn)用建成區(qū)邊界提取的原則，從遙感影像、數(shù)字線劃圖等途徑提取2005年、2010年和2015年三個(gè)時(shí)間段南京城市建成區(qū)的邊界，如圖1所示。

圖1 城鎮(zhèn)邊界提取Fig.1 Extraction of the urban boundary

1.2 城鎮(zhèn)邊界比對(duì)修正

1.2.1 DSMP/OLS夜光遙感衛(wèi)星輔助檢驗(yàn)

在提取城鎮(zhèn)邊界的基礎(chǔ)上，選取DSMP/OLS夜光遙感衛(wèi)星進(jìn)行輔助檢驗(yàn)，利用預(yù)處理后的夜光遙感衛(wèi)星與利用上述規(guī)則提取的城鎮(zhèn)邊界進(jìn)行比對(duì)修正。

1.2.2 基于POI的城市服務(wù)設(shè)施邊界識(shí)別

利用POI數(shù)據(jù)對(duì)城市功能區(qū)識(shí)別已成為新的識(shí)別城市功能區(qū)的方法，目前，部分學(xué)者已經(jīng)基于POI數(shù)據(jù)對(duì)城市進(jìn)行識(shí)別，如根據(jù)POI與公交刷卡數(shù)據(jù)對(duì)功能區(qū)進(jìn)行識(shí)別等，利用指標(biāo)頻數(shù)密度進(jìn)行計(jì)算：

式中，i表示POI類型，n(i)表示單元內(nèi)第i種類型POI數(shù)量，N(i)表示第i種類型的POI綜述，F(xiàn)i表示第i種類型POI占該類型POI總數(shù)的頻數(shù)密度。

經(jīng)過(guò)以上方法對(duì)比修正，形成最終的2005年、2010年、2015年南京城鎮(zhèn)建成區(qū)范圍成果。

2 研究成果

2.1 空間格局總體發(fā)展

研究城鎮(zhèn)空間的格局一般從占地面積、空間擴(kuò)展速率、空間擴(kuò)展強(qiáng)度、城市空間緊湊度指數(shù)、城市空間形狀分維數(shù)、面積-人口彈性系數(shù)等指標(biāo)來(lái)考察。2005年，南京市建成區(qū)面積為327.51 km2。“十一五”時(shí)期建成區(qū)面積的增長(zhǎng)量（286.27 km2）和擴(kuò)展強(qiáng)度（73.29%）遠(yuǎn)大于“十二五”時(shí)期的增長(zhǎng)量（89.93 km2）和擴(kuò)展強(qiáng)度（9.72%）。其中，南京市市區(qū)建成區(qū)（2013年南京市行政區(qū)劃有所調(diào)整，本文以調(diào)整后的鼓樓區(qū)、秦淮區(qū)、玄武區(qū)、建鄴區(qū)、棲霞區(qū)、雨花臺(tái)區(qū)、江寧區(qū)、浦口區(qū)、六合區(qū)、溧水區(qū)、高淳區(qū)等11個(gè)區(qū)作為監(jiān)測(cè)對(duì)象。南京市市區(qū)建成區(qū)是指除浦口區(qū)、六合區(qū)、溧水區(qū)、高淳區(qū)外，其他7個(gè)行政區(qū)建成區(qū)連成一片的區(qū)域）“十一五”、“十二五”時(shí)期分別增長(zhǎng)192.96 km2和44.33 km2，其增長(zhǎng)量在同期江蘇省區(qū)縣中均位列第四（2005～2010年間，江蘇省區(qū)縣中建成區(qū)面積增長(zhǎng)位列前五的分別為蘇州市市區(qū)、無(wú)錫市市區(qū)、常州市市區(qū)、南京市市區(qū)和蘇州市昆山市，2010～2015年間，排序變?yōu)樘K州市市區(qū)、蘇州市昆山市、宿遷市市區(qū)、南京市市區(qū)和鎮(zhèn)江市市區(qū)）。可見，南京市建成區(qū)面積增長(zhǎng)由“十一五”的高速增長(zhǎng)期轉(zhuǎn)變?yōu)椤笆濉钡退僭鲩L(zhǎng)期，建成區(qū)空間增長(zhǎng)趨于理性，見表1。

表1 南京市建成區(qū)面積情況（單位：km2）Tab.1 Area of built-up area of Nanjing (unit:km2)

從城市空間緊湊度指數(shù)來(lái)看，2005年、2010年和2015年南京市市區(qū)建成區(qū)緊湊度指數(shù)分別為0.22、0.16和0.15，緊湊度指數(shù)較低，城市空間分布情況越來(lái)越離散，城市的形態(tài)也變得越來(lái)越復(fù)雜。2005～2015年間，南京市市區(qū)建成區(qū)緊湊度指數(shù)較低且整體呈下降趨勢(shì)，說(shuō)明城市空間越來(lái)越離散，形態(tài)變得相對(duì)復(fù)雜。

2005年、2010年和2015年南京市市區(qū)建成區(qū)空間形狀分維數(shù)指數(shù)分別為1.49、1.53和1.58，建成區(qū)邊界形狀較為復(fù)雜，且建成區(qū)擴(kuò)展以外部擴(kuò)展為主。

“十一五“和“十二五”時(shí)期南京市建成區(qū)面積-人口彈性系數(shù)分別為2.59和3.89，均遠(yuǎn)高于合理經(jīng)驗(yàn)值1.12，表明南京市建成區(qū)的擴(kuò)展明顯快于人口增長(zhǎng)速度。

2.2 城市空間擴(kuò)展差異

以南京市城市中心（除溧水區(qū)、高淳區(qū)以外的南京傳統(tǒng)城區(qū)為基礎(chǔ)提?。樽鴺?biāo)，將南京建成區(qū)均分為8個(gè)方向，如圖2所示。其中北方為北偏東22.5°、北偏西22.5°組成的45°角所處的方向，東北方為北偏東22.5°、東偏北22.5°組成的45°角所處的方向，其他方向依此類推。利用GIS軟件測(cè)算不同時(shí)期八個(gè)方向的城區(qū)面積，從而可計(jì)算出各年份的變化情況，見表2。

圖2 2005～2015年南京市分8個(gè)方向空間擴(kuò)展示意圖Fig.2 Spatial extension for 8 directions in from 2005 to 2015 in Nanjing

表2 南京市不同時(shí)期建成區(qū)分方向空間擴(kuò)展情況Tab.2 Spatial extension of urban built area for different periods and differentiated directions in Nanjing

在2005年、2010年、2015年3個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)，南京市建成區(qū)均在南、東南方向分布面積較大，西、西北方向分布面積較小。2005～2010年間，南京市建成區(qū)面積增量在南、東南方向增長(zhǎng)較大，分別增長(zhǎng)57 km2和43 km2，在西、東北方向增長(zhǎng)較小，分別增長(zhǎng)12 km2和11 km2；空間擴(kuò)展強(qiáng)度在西北、東方向較強(qiáng)，分別達(dá)234%和106%，在西、東北方向擴(kuò)展強(qiáng)度較小，分別為52%和30%。2010～2015年間，南京市建成區(qū)在各個(gè)方向擴(kuò)展較為均衡，面積增量在東南方向增長(zhǎng)略大，僅16 km2，在南、東北方向增長(zhǎng)極小，近乎可以忽略不計(jì)；空間擴(kuò)展強(qiáng)度在各個(gè)方向擴(kuò)展也較為均衡，強(qiáng)度略大的西方僅為29.11%，在南、東北方向幾乎沒(méi)有擴(kuò)展強(qiáng)度。

2.3 南京城市空間格局變化的區(qū)劃差異

2.3.1 空間擴(kuò)展

2005～2010年間，南京市各區(qū)建成區(qū)面積變化情況見表3，其中增長(zhǎng)最大的為江寧區(qū)，面積增加85 km2；其次為棲霞區(qū)、雨花臺(tái)區(qū)、浦口區(qū)、六合區(qū)，面積增加30～45 km2；鼓樓區(qū)面積幾乎沒(méi)有增長(zhǎng)，秦淮區(qū)面積增長(zhǎng)量極少。2010～2015年間，南京市各區(qū)建成區(qū)面積增長(zhǎng)量較之“十一五”期間明顯減少，增長(zhǎng)最大的為浦口區(qū)，面積增加18 km2；其次為棲霞區(qū)、六合區(qū)、江寧區(qū)，面積增加12～14 km2；鼓樓區(qū)面積幾乎沒(méi)有增長(zhǎng)，玄武區(qū)和秦淮區(qū)面積增長(zhǎng)量較少。南京市建成區(qū)增長(zhǎng)較大的地區(qū)以主城區(qū)（繞城以內(nèi)的范圍，涉及鼓樓區(qū)、秦淮區(qū)、玄武區(qū)、建鄴區(qū)、棲霞區(qū)、雨花臺(tái)區(qū)等六區(qū)）外圍為主，老城區(qū)（城墻以內(nèi)的范圍，涉及鼓樓區(qū)、秦淮區(qū)、玄武區(qū)等三區(qū)）建成區(qū)停止增長(zhǎng)或極少量增長(zhǎng)。鼓樓區(qū)十年間建成區(qū)面積幾乎沒(méi)有增長(zhǎng)，建成區(qū)面積已占轄區(qū)面積的93%。

表3 南京市各轄區(qū)不同時(shí)期建成區(qū)面積Tab.3 Urban built area in different periods in Nanjing and its districts

2005～2015年間，南京市建成區(qū)空間擴(kuò)展速率經(jīng)歷了“十一五”高速增長(zhǎng)時(shí)期和“十二五”低速增長(zhǎng)時(shí)期。江寧區(qū)、棲霞區(qū)、浦口區(qū)和六合區(qū)是“十一五”和“十二五”時(shí)期均保持較大擴(kuò)展速率的地區(qū)，特別是“十一五”時(shí)期江寧區(qū)建成區(qū)擴(kuò)展速率之大，在2005年城市建成區(qū)的基礎(chǔ)上，堪稱每年增長(zhǎng)半個(gè)以上江寧區(qū)。江寧區(qū)的快速擴(kuò)展，主要源于江寧經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)和江寧大學(xué)城的打造。

2.3.2 空間密度

2005年、2010年、2015年，南京市城鎮(zhèn)空間密度分別為5.21 km2/102km2、9.77 km2/102km2、11.20 km2/102km2?！笆晃濉逼陂g城鎮(zhèn)建成區(qū)面積增長(zhǎng)強(qiáng)度明顯高于“十二五”期間。

就各分區(qū)而言，2005～2015年，江南六區(qū)（鼓樓區(qū)、玄武區(qū)、秦淮區(qū)、建鄴區(qū)、雨花臺(tái)區(qū)、棲霞區(qū)）的城鎮(zhèn)空間密度高于南京市均值，其中，鼓樓區(qū)、玄武區(qū)、秦淮區(qū)3個(gè)老城區(qū)城鎮(zhèn)空間密度極大，到2015年，城鎮(zhèn)空間密度均達(dá)到86 km2/102km2以上。鼓樓區(qū)的城鎮(zhèn)空間已經(jīng)相當(dāng)成熟，2005～2015年十年間，城鎮(zhèn)空間密度基本無(wú)變化，近乎飽和，具體數(shù)據(jù)見表4。

表4 南京市及其各區(qū)不同時(shí)期城鎮(zhèn)空間密度（單位：km2/102km2）Tab.4 Spatial density in different periods in Nanjing and its districts(unit:km2/102km2)

2.3.3 空間擴(kuò)展合理性評(píng)價(jià)

2005～2010年間，雨花臺(tái)區(qū)、浦口區(qū)、江寧區(qū)、六合區(qū)、棲霞區(qū)、建鄴區(qū)、高淳區(qū)等7個(gè)區(qū)的建成區(qū)面積-人口彈性系數(shù)高于南京市整體水平，表明建成區(qū)的擴(kuò)展明顯快于人口增長(zhǎng)速度，其中，雨花臺(tái)區(qū)彈性系數(shù)高達(dá)5.21。玄武區(qū)、秦淮區(qū)和鼓樓區(qū)彈性系數(shù)較低，表明建成區(qū)的擴(kuò)展明顯慢于人口增長(zhǎng)速度。這一階段，除老城區(qū)外，其他建成區(qū)面積-人口彈性系數(shù)均偏高，說(shuō)明大部分地區(qū)用地?cái)U(kuò)展速度過(guò)快，而城市人口增長(zhǎng)相對(duì)緩慢，勢(shì)必造成土地粗放利用，資源浪費(fèi)。

2010～2015年間，南京市及各區(qū)建成區(qū)空間擴(kuò)展合理性評(píng)價(jià)見表5。僅六合區(qū)的建成區(qū)面積-人口彈性系數(shù)高于南京市整體水平，為5.45。溧水區(qū)與雨花臺(tái)區(qū)的彈性系數(shù)分別為1.17和1.22，與合理經(jīng)驗(yàn)值1.12最為接近，表明這兩區(qū)在“十二五”期間面積-人口彈性系數(shù)較為合理，城市擴(kuò)展與人口發(fā)展之間的協(xié)調(diào)性較好。老城區(qū)玄武區(qū)、秦淮區(qū)和鼓樓區(qū)彈性系數(shù)極低，鼓樓區(qū)和秦淮區(qū)由于人口出現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)導(dǎo)致面積-人口彈性系數(shù)淪為負(fù)數(shù)，表明老城區(qū)由于人口眾多、日益陳舊、交通擁擠、人居環(huán)境不佳等因素，出現(xiàn)人口流出大于人口流入的情況。

表5 南京市及其各區(qū)不同時(shí)期建成區(qū)空間擴(kuò)展合理性評(píng)價(jià)Tab.5 Evaluation on the rationality of spatial expansion of urban builtup area in different periods in Nanjing and its districts

2005～2015年，南京市建成區(qū)面積-人口彈性系數(shù)整體較高，建成區(qū)的擴(kuò)展明顯快于人口增長(zhǎng)速度，可能存在城市建設(shè)占地過(guò)多、土地利用效率過(guò)低的現(xiàn)象。

3 結(jié)束語(yǔ)

從2005～2015年南京市城市建設(shè)空間格局的監(jiān)測(cè)可以看出，南京市老城區(qū)幾乎完全城市化，城市發(fā)展進(jìn)入相對(duì)穩(wěn)定發(fā)展階段。因此，嚴(yán)格保護(hù)老城，塑造城市特色風(fēng)貌，是老城區(qū)發(fā)展的指導(dǎo)原則。按照《南京歷史文化名城保護(hù)規(guī)劃》的要求，明確人文歷史、開放空間、綠地景觀、視廊控制與天際線引導(dǎo)等要求，優(yōu)化建筑高度分區(qū)控制，進(jìn)一步塑造沿明城墻、沿長(zhǎng)江、沿秦淮河、沿歷史街巷的生態(tài)人文特色，切實(shí)強(qiáng)化“山水城林”的特色空間，整體保護(hù)老城“龍?bào)椿⒕帷钡纳剿h(huán)境、“環(huán)套并置”的六朝、南唐、明代、民國(guó)等歷代城市格局和宮城遺址。

南京城市空間發(fā)展較快的地區(qū)與城市政策的執(zhí)行關(guān)系密切，河西新城、南部新城的開發(fā)，江北新區(qū)的建設(shè)無(wú)一不證明。根據(jù)南京市委市政府出臺(tái)《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的實(shí)施意見》（2016年），南京將高標(biāo)準(zhǔn)建成河西現(xiàn)代化國(guó)際性城市新中心，大力開發(fā)南部新城，舉全市之力把江北新區(qū)建設(shè)成為新南京發(fā)展龍頭。正是由于城市政策的強(qiáng)力引導(dǎo)和政府的高位推動(dòng)執(zhí)行，建鄴區(qū)、浦口區(qū)等快速發(fā)展的地區(qū)開發(fā)建設(shè)更為有序，建成區(qū)的空間形狀分維數(shù)逐漸降低，在一定程度上節(jié)省城市的開發(fā)和運(yùn)行成本。

在南京市空間格局優(yōu)化的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)“揚(yáng)子江城市群”全面對(duì)接“長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶”發(fā)展，強(qiáng)化與“長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶”各級(jí)節(jié)點(diǎn)城市之間的經(jīng)濟(jì)、交通、信息、資本、技術(shù)和勞動(dòng)力互動(dòng)聯(lián)系，發(fā)揮“揚(yáng)子江城市群”在“長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶”中的龍頭作用，有利于貫徹落實(shí)國(guó)家“一帶一路”和“長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶”要求，支撐長(zhǎng)三角世界級(jí)城市群國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，更能有效滿足江蘇經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展新階段“兩聚一高”的需求，同時(shí)能推動(dòng)實(shí)踐“強(qiáng)富美高”新江蘇建設(shè)，為我國(guó)跨江城市群一體化發(fā)展探索道路，全面推行新型城鎮(zhèn)化、城鄉(xiāng)一體化，進(jìn)一步提升江蘇城市群空間一體化整合的發(fā)展水平。