武汉城市空间扩展的人文因素分析

郝群会　邓文胜　邵　娟　陈　静

(湖北大学资源环境学院，武汉430062)

摘　要　武汉市自90年代以来经济发展迅速，城市非农业人口增加，城市面貌日新月异，使得城市空间扩展非常明显。为了更好地获得武汉城市扩展的信息，了解其特点，进而对其影响因素进行分析。本文在基于现有的遥感影像基础上，采用了监督分类的方法提取了武汉市城镇信息图，分析其扩展的特点和方向。然后，通过灰色关联度模型，得出城市空间扩展与一些因素的关联程度。并在此基础上通过相关资料对武汉市城市空间扩展进行人文因素分析。

关键词　城市空间扩展监督分类灰色关联度模型人文因素

城市空间是城市存在和发展的载体，是一个城市设施和城市人口相对集中的建成区，是城市功能发挥和经济活动的基础［1－2］。城市是一个空间［3］，城市空间的扩展，是建立在土地利用基础上的城市面积扩展。因此，城市空间的扩展主要来自于各种产品或城市服务对城市土地的需求，它包括工业、仓储、住宅、道路广场、绿化等各项建设，即具体表现为各种土地用途的需求。本文主要是从宏观角度来探讨和总结影响城市空间变化的因素。

1　武汉市城市扩展的空间分析

1．1　城镇信息图的提取方法

本文所使用的数据是分别选取于武汉市1993年、1998年和2002年3年中的某个时刻的TM遥感图像。

图1　武汉市1993年城市覆盖图

监督分类法是获取土地利用信息最常用的方法。首先，对遥感图像进行预处理:进行几何校正，目的是为了减少一些因素对分析结果的影响。影像经预处理后，根据不同地表覆盖的图像光谱特征，选择训练样区。由于武汉市城区内有众多的绿地、水域，需要对选择的训练样区进行整体化合并，再进行类的合并。然后进行空间建模，建立城镇建筑提取模型。为了消除多类别的干扰，本文对影像只分城市建筑覆盖类和非建筑覆盖类两类，这样有利于分清城镇地域。最后进行栅格转换成矢量。为了便于进行比较将城市内部的非城镇类也归并到城镇类，而将城市外围的城镇类全部归并为非城镇类，这样武汉市的城市轮廓就很清晰的展示出来了(如图1、图2、图3)

图2　武汉市1998年城市覆盖图　

图3　武汉市2002年城市覆盖图

1．2　武汉市城市空间扩展方向

从上面提取的1993年、1998年、2002年武汉市城镇覆盖图可以看出，武汉市城区的扩张规律:首先，城区的扩展大体上是向着西南、东、北三个方向，大体上呈一个不规则的“井”字形，扩展的模式也是沿着“井”字的几个轴在延伸;其次，是内部填充。1993年到1998年扩展方位比较明显的是西南方向，其次为正东方向，其他方向变化不明显。1998～2002年与前一个时期空间扩展完全不同，在此时期的空间扩展是全方位的，而且各个方向的扩展速度都非常快，但最明显的是西北方向，其次是正西方向，再次是东南方向和东北方向。将三个时间段放在一起比较再具体到武汉三镇，其表现形式为:汉口的扩展方向是沿长江、汉江沿线进行扩展，即汉口未来的发展方向主要集中在东西湖区、黄陂区的盘龙城、阳逻等三个片区;汉阳是夹长江、汉水向西南方向扩展，即汉江边的武汉新区、西南方向的武汉经济技术开发区、长江边上的汉南区;武昌的扩展方向主要是向西南和东南方向，即东湖高新技术开发区，江夏区—长江金口这两个区域。

1．3　武汉市城市空间扩展特点

利用得到的武汉市城市建筑遥感图像，并对建成区的面积进行分析(如表1)，可以看出，武汉市随着经济的快速发展和城市化的不断深入，建成区面积不断增加。从1990－2002年的12间，建成区面积从188km2变为2002年的222km2，面积增加了34 km2，城市建成区面积平均扩展速率为18．09%。在2000年以前武汉市城市扩展速率较慢，建成区每两年的增长面积一般都维持在3～6km2内;2000年以后武汉市的城市扩展的速度明显加快，建成区面积在2000—2002年的两年间就增长了12km2。

2　城市空间扩展的灰色关联度分析

2．1　原始数据选取

武汉市从1990年后在人口、经济和基本建设投资等三个方面都取得了巨大的成就，这些可以从表1和相关数据可以看出。武汉市在取得发展的同时也引起了城市空间的迅速扩张。引起城市空间变化的原因主要是:首先，城市非农业人口增长迅速;其次，经济发展势头强劲;第三，城市基本建设投资力度不断加大;第四，由于城市交通基础设施建设的导向作用。另外，还有其他的一些政策因素。

基于人文因素对武汉市城市空间变化的影响分析和一些学者、研究人员对城市空间扩展的驱动力分析［4－6］。同时为了能更直观地将这些因素与城市空间的扩展联系起来，本文从影响城市空间变化的众多的人文因素中选取了比较有代表性的五个因素:城市建成区面积、城市非农业人口、第二产业产值、第三产业产值、基本建设投资。然后根据武汉市1990年到2002年几年间的数据(表1)，首先对这些数据进行预处理，运用灰色关联度模型分析武汉市土地利用变化与这些人文因素之间的关联度。

表1　武汉市主要年份的相关数据

数据来源:武汉市统计年鉴和武汉市规划局网站。

2．2　数据初始化处理

其处理方法为。处理结果见表2。

表2　均值化处理

2．3　求绝对差值

首先，选定建成区面积为参考序列，为x0(t);将其余四项设为比较序列为xi(t)。则同一时刻t的绝对差值为ΔOi(t):

ΔOi(t)=|x0(t)－xi(t)|(i= 1，2，3，…，n)，根据公式求绝对差值(表3)。

表3　绝对差值

2．4　求灰色关联度系数

式中:是LYgr中下环境参数;

是LYgr中上环境参数;

ζ∈［0，1］为分辨率系数，一般按最少信息原理为0．5，即ζ= 0．5。(www.xing528.com)

聚集灰关联度系数r(x0(k)，xi(k)在各点k= 1，2，…，n的值，得灰关联度算式如下:

将Δmax= 0．967Δmin= 0．001ρ分辨率= 0．5代入公式1、2，求出:

ζ01(t)=(0．8964 0．9604 0．9938 0．9878 0．9326 0．9202 1．0000)

ζ02(t)=(0．4215 0．4560 0．6313 0．9344 0．6552 0．5060 0．3856)

ζ03(t)=(0．3874 0．4286 0．5374 0．9167 0．6098 0．4435 0．3340)

ζ04(t)=(0．3810 0．4305 0．6660 0．6121 0．6651 0．5956 0．3775)

r01= 0．9559　r02= 0．57　r03= 0．5225　r04= 0．5325

按关联度大小排序:r01＞r02＞r04＞r03

2．5　结果分析

通过上面定义的关联度系数可以很直观的看出:选取的影响武汉市城市空间扩展变化的四个因素:人口、第二产业产值、第三产业产值、基本建设投资与城市建成区面积之间有着非常紧密的联系。在这四个因素中，人口的变化与武汉市建成区面积变化的关联度最为显著，达到0．9559，其次是第二产业产值、基本建设投资，与第三产业关联度最小为0．5225。其中第二产业产值、第三产业产值与建成区面积的关联度比较接近。从以上分析可知，武汉市城市空间扩展与这些因素之间的关联程度是显而以见的。

3　城市土地利用变化的人文因素分析

城市空间的扩展实质上是城市在城市发展内外动力作用下的空间移动。促进城市空间扩展的内外部动力主要有:城市经济总量的增长、城市产业结构的调整以及作为其表现的城市功能的演变，还有国家或区域的宏观经济发展状况、政策的变动、外部资金的投入、城市规划的制定和实施等等。这些政治、社会、经济、环境等方面的众多因素其实是不可分割的，正是它们的合力形成了现实世界中武汉城市空间的扩展。

3．1　经济快速增长对城市空间扩展的影响

武汉市自1990年以来经济取得了很大的发展，1990年武汉市的国内生产总值仅为176．83亿元，其中第二、三产业的总产值分别为92．04亿元、57．29亿元。到2002年武汉市国内生产总值已经达到1492．74亿元增长7．45倍，二、三产业产值分别为660．46、741．84亿元。2004的GDP更是达到1956亿元，年均增长率在12%以上。经济的快速发展，也使得武汉市的产业结构得以不断调整，一、二、三产业比例从1990年的15．6∶52∶32．4调整到2002年的6．1∶44．2∶49．7，第三产业发展迅速，第一产业在经济中的比重进一步降低，使得武汉市的经济结构从二三一的结构变成了三二一的结构。正是由于经济结构的转变也带动了城市用地结构的转变。同时经济结构的转变也使城市土地的利用效益得到了很大的提升，从1990年的9 404万元/km2提高到2002年的67 256万元/km2。

由于经济的发展的需要，武汉市设立了几个规模较大的开发区:武汉经济技术开发区、东湖高新技术开发区、吴家山台商投资区和阳逻经济技术开发区。这些开发区建立后，由于区内经济发展迅速，经济增长的速度远高于城市的其他区域，进而导致了城市的扩张，使城市向开发区发展并与其连接，这样使得城市的面积得到了增加，这也与通过对遥感图片进行分析得到的武汉市的扩展方向是一致的。开发区的建立不只是区内的土地得以开发，成为城市的一部分，而且它的连锁反应带动了基础设施建设、房地产业、商业、餐饮、娱乐等服务业的快速发展，使得开发区的周边也得到了迅速开发，所以这几个方向的空间扩张十分突出，成为武汉市城市用地面积增加的主体。

3．2　投资对城市空间扩展的拉动作用

投资是拉动经济发展和产业结构优化的重要力量，对武汉市的城市化发展起着重要的作用。90年以后由于各种资金包括民营资本和外资的流入，武汉市的总投资额增长率十分迅猛，图4所示的是近13年来武汉市的全社会固定资产投资额情况，可以看出武汉市在1990年到2002年之间，全社会固定资产投资总额的平均年增长率超过25%，在1990年之1996年间增幅达到48．77%，在1996年到2000年增幅有所放缓只有4．54%，在2000～2002年这三年间投资速度又明显加快，达到了11．74%。投资的快速增长给武汉市城市面貌带来了巨大的变化，同时也加剧了对城市土地的需求量。投资增长速度的变化也与建成区的面积增长速度是对应的，从1990年到1996年间建成区增加了15km2，年均增长2．5km2;从1996年到2000年建成区面积增加了7km2，年平均增长1．75km2;2000年到2002年增长了12km2，年均增长6km2(图5)。其中2000年到2002年的建成区增长面积高过固定资产投资的增长速度，主要是由于今几年来武汉市大力进行城市基础设施建设，这项投资建设已经占到全社会固定资产投资总额的38%，由此带来了用地面积的快速增长。可见固定资产投资的增加使得武汉市近几年的发展速度明显加快，从而带动了城市用地面积的大幅增加。

图4　1990～2002年武汉市全社会固定资产投资增长图

图5　1990～2002年武汉市建成区面积变化图

3．3　城市非农业人口的增长对城市空间扩展的影响

武汉市城市非农业人口增长迅速。从表1可以看出2002年武汉市的非农业人口就达到了448．34万人，比1990年的188万人净增260．34万，增长了138．48%，2004年城市非农业人口更是高达484．7万人，城市化率达到61．7%。1990—2002年期间，武汉市的人口逐年增加，12年间城市非农业人口净增加了92．56万，几乎相当于一座大型城市的人口。由于经济的快速发展也导致了大量流动人口的增加。邓文胜［7］利用重心公式计算出了武汉市非农业人口重心的移动情况:从1990年到2000年武汉市域非农业人口重心向东移动1119米，向北移动594米，其中1990年到1995年非农业人口重心向东移动64米、向北移动250米，1995年到2000年又向东移动1055米，向北移动344米。从中可以看出武汉市域东北方向的非农业人口增长较快，即东北方向城镇化快些。这与武汉市城市的扩展方向、方位也是大致相符的。

大量人口的增加，同时由于人们生活水平的不断提高，使得人们对住房的需求量急剧增加，从而带动了武汉市房地产业的快速发展，这使得城市的空间得到进一步的发展。1980年，武汉市人均住房建筑面积约为4㎡，2004年这一数字则突破24㎡，高出全国城镇人均23．67㎡的住房水平。2006年全市房地产开发施工面积2 876．92万㎡，其中住宅2429．16万㎡。开发热点区域逐步转移随着城市房地产开发量的增加，城市中心以及原有热点区域的可开发用地逐步减少，热点区域开始向汉江两岸、桥口片区、南湖片区、高新开发区、武汉新区转移。2006年武汉市供应土地面积约658．11hm2(含7个中心城区、武汉东湖新技术产业开发区、武汉经济技术开发区和东西湖、江夏、黄陂区)，而在这些土地供应中，95%为住房建设用地。这些都使得武汉市周边原有的大片农业用地转化为城镇建设用地，从而带动了城市面积的扩大。

3．4　交通基础设施建设对城市空间扩展的导向作用

城市一般都是沿着主要交通干线进行扩展的，这是世界城市发展的一大的特点。武汉市作为华中地区最大的城市，历来素有“九省通衢”的美称。是中国一个重要的水陆空交通枢纽。特别是近几年来交通建设更是取得了长远的发展，对市区内主要交通干道进行了拓宽和延伸，路网密度加大。另外，还有武汉市中环和外环线的建设。同时通往武汉城市圈的七条高速出口公路:汉孝、青郑、汉蔡、汉洪、汉英、汉麻、汉鄂，已经在建或完成，预计将在2007年底全部完工(如图6所示)。届时，武汉的路网分布将趋于完善。把图1、图2、图3和图6进行对照可以看出，从原有城区中的主要交通干线延伸出去的这些出口路都与武汉市城市面积扩展方向有着很大的关系。而且可以看出武汉市未来城市扩展的方向还是会沿着这些交通主干线进行扩展的。因此，交通基础设施的建设会对城市的空间扩展起着一个很重要的导向作用。

图6　武汉市城市主要道路交通图

4　结束语

武汉市城市空间扩展是一个动态的过程，为了更直观地对其进行研究。本文选取了提取出了武汉市3个年份的城镇信息图，通过对比分析发现武汉市城区总的扩张方向大体是向着西南、东、北，呈现出一个不规则的“井”字形，扩展的模式也是沿着“井”字的几个轴在延伸。武汉市城市空间的这种扩张动力主要来自四个方面:一是经济的快速增长;二是投资对城市空间的拉动;三是城市非农业人口的增长;四是交通基础设施建设对城市空间扩展的导向作用。希望通过以上的分析，能为武汉市今后的城市规划和经济社会建设有所帮助。

参考文献

［1］王克强，王洪卫，刘红梅．土地经济学［M］．上海:上海财经大学出版社．

［2］刘纪远，张增详．20世纪90年代中国土地利用变化时空特征及其成因分析［J］．地理研究，2003，22(1):1 －12．

［3］吴宏安，蒋建军．西安城市扩张及其驱动力分析［J］．地理学报，2005，60(1):143－150．

［4］李平，李秀彬．我国现阶段土地利用变化驱动力的宏观分析［J］．地理研究，2001，20(2):129－138．

［5］闫小培，毛蒋兴．巨型城市土地利用变化的人文因素分析—以珠江三角洲地区为例［J］．地理学报，2006，61(6):613－623．

［6］樊杰，许豫东．土地利用变化研究的人文地理视角与新命题［J］．地理科学进展，2003，22(1):1－10．

［7］邓文胜．城镇群体空间结构演化的信息机制［D］．武汉大学博士论文，2005．