基于等扇分析法的城市空间特征与机制研究
——以武汉市为例
王立舟
摘要：为探究城市空间演变的特征、本质，了解城市发展内在规律，本文以武汉市历年土地利用变更调查数据为基础，运用等扇分析技术方法，选取扩张强度指数和紧凑程度指数为分析参数，从形态演变的角度对武汉市近20年来城市空间特征进行分析。结果显示，武汉城市空间演变具有明显的阶段性增长、轴向性蔓延和疏密性变化等特征，且在不同的时期受不同因素的影响。综合等扇分析法计算结果和相应的特征分析表明，影响武汉市城市空间演变的动力机制主要有以下几点：一是地理环境特征维系了城市空间的基本框架；二是人口激增加剧了城市空间的快速增长；三是产业格局调整影响了城市空间演变方式；四是发展战略和重大政策的制定激化了城市空间扩张态势。
关键词：城市空间特征，动力机制，等扇分析法，扩展强度指数，紧凑程度指数，武汉市
1 引言
伴随着我国城镇化进程的不断推进，城镇建设用地的扩张和因此产生的城市空间演变是必然趋势，在这过程中城镇化则作为空间演变的动力来源。目前对于城市空间的研究，大多从用地的角度出发，对城市用地变化的空间过程、格局和模式等进行讨论，包括采用GIS、RS技术获取城市空间数据，计算城市空间在某段时期内的扩展指数、分形指数、景观指数等。然而，城市空间表现的只是城市用地扩张在外部的显性状态和形式，而城市空间与结构演化的本质是社会经济要素在地域空间上聚集和扩散的过程。讨论城市空间，不能局限于用地扩展过程本身，必须要清楚地了解空间演变背后的动力机制，才能剖析城市空间变化的规律、特征，科学研判城市发展的方向。
本文将以武汉市为例，以土地利用变更调查数据为基础，利用GIS空间分析技术，针对武汉市近20年的城市空间演变特征展开分析，并探讨空间演变背后的动力机制。
2 分析方法
武汉筑城历史起源于3500年前的盘龙城，作为长江、汉水要冲的封建城堡，在晚清之前汉口、武昌、汉阳三镇依托“两江三岸”划江分治1，建设时序和速度各不相同，为武汉市城市空间奠定了最初的发展格局。为更加精准地解析武汉城市空间演变在各个方向上的差异性，本文依据“两江三岸”自然划分格局，采用等扇分析法作为基础模型展开分析，并选取城市空间扩张强度指数和紧凑程度指数作为主要参数，总结提炼武汉城市空间演变规律。
2.1 等扇分析法
等扇分析法即以研究区的中心为圆心，选取适当的半径将研究区划
图 2-1 湖北舆地图（1862年） 资料来源：吴之凌 《武汉百年规划图记》 分为若干相等的扇面，通过计算各扇面的扩张强度指数和紧凑程度指数来描述城市空间在各方向上的差异和规律。
参照以往的研究，一般是以城市中央商务区作为中心，而武汉市中心商务功能的分散性较强，本文依据武汉市“两江三岸”的自然格局和“一城三镇”的发展格局，以长江与汉江的交汇点，即汉口、武昌、汉阳三镇几何中心作为圆心，参照武汉市都市发展区的范围，以40公里长度为半径，划分16个夹角相等的扇面。借助ArcGIS软件提取能够代表城市空间的土地利用变更调查数据，计算不同时期各个扇面的扩张强度指数和紧凑程度指数，并以雷达图进行表现，以利于直观判断各个时期不同扇面城市空间扩张强度和紧凑程度的差异，分清不同时期城市扩展的主导方向和各方向上的空间集约性。
2.2 基础数据
基础数据为1996年、2000年、2005年、2010年、2015年等5个年份的武汉市土地利用变更调查数据。武汉市变更调查地类包括农用地、建设用地、未利用地等3大类14中类33小类用地，本文提取出5个年份的城市建设用地、建制镇建设用地、港口码头用地、公路用地、机场用地、铁路用地等6类用地作为描述城市空间的基础数据。
1
吴之凌. 武汉百年规划图记[M]. 中国建筑工业出版社, 2009
图 2-2 武汉市近20年城市空间等扇分析模型
资料来源：作者自绘
2.3 扩张强度指数（UEI）
扩张强度指数（Urbanization Expanding Index）用于分析和描述城市空间扩张状态，能够比较不同时期不同方位城市空间扩张的强度、快慢和总体趋势。扩张强度指数的表达式为：
式中UEI表示城市空间扩展强度指数；表示a到b时段的时间跨度。
经计算，武汉市1996-2015年各扇面扩张强度指数如下表所示：
表2-1 武汉市1996-2015年各扇面城市空间扩张强度指数一览表
，分别表示a，b时期城市空间总面积；T
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
扇面 N NNE NE NEE E EES ES ESS S SSW SW SWW W WWN WN WNN 整体
1996-2000（UEI） 0.0670 0.0624 0.0416 0.0502 0.0358 0.0580 0.1032 0.1286 0.0453 0.0023 0.0390 0.1013 0.0428 0.0826 0.0826 0.0907 0.0644
2000-2005（UEI） 0.0446 0.0134 0.0026 0.0275 0.0087 0.0047 0.0107 0.0346 0.0147 0.0191 0.0047 0.0358 0.0087 0.0030 0.0075 0.0194 0.0151
2005-2010（UEI） 0.1981 0.0977 0.0731 0.1466 0.1750 0.1182 0.2118 0.3242 0.1509 0.1689 0.3147 0.2376 0.1547 0.0894 0.0433 0.1091 0.1582
2010-2015（UEI） 0.0539 0.0387 0.0299 0.0466 0.0847 0.0973 0.0208 0.0280 0.0504 0.1439 0.0679 0.0602 0.0402 0.0304 0.0343 0.0572 0.0507
资料来源：作者整理
2.4 紧凑程度指数（CI）
紧凑程度指数（Compactness Index）指数用于分析城市空间的紧凑与饱满程度，以防止城市蔓延、节约用地为最终目的，紧凑度越高的城市越能节约时间成本和运输成本，进而获得最大化的城市经济效益。紧凑度指数的表达式为：
式中BCI表示城市空间紧凑程度指标；A表示城市空间总面积；P表示城市空间轮廓的周长；n表示扇面紧凑度系数，经计算城市空间极端饱满情况下扇面紧凑度指数与圆形紧凑度指数的商，在式中取常数值1.5232。
经计算，武汉市1996-2015年各扇面紧凑程度指数如下表所示：
表2-2 武汉市1996-2015年各扇面城市空间紧凑程度指数一览表
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
扇面 N NNE NE NEE E EES ES ESS S SSW SW SWW W WWN WN WNN
1996 （CI） 0.1626 0.1758 0.1674 0.1128 0.1355 0.0970 0.1162 0.1260 0.1025 0.1334 0.1401 0.1235 0.1002 0.0953 0.1998 0.1840 0.0321
2000 （CI） 0.1209 0.1323 0.1573 0.1069 0.1093 0.0977 0.1102 0.1010 0.0739 0.0896 0.1163 0.0943 0.1082 0.0918 0.1600 0.1589 0.0276
2005 （CI） 0.1083 0.1297 0.1547 0.0984 0.1071 0.1015 0.1156 0.1032 0.0817 0.0898 0.1130 0.0758 0.1074 0.0931 0.1677 0.1503 0.0271
2010 （CI） 0.0867 0.0961 0.1395 0.0812 0.0820 0.0720 0.1303 0.0921 0.0740 0.0898 0.0998 0.0955 0.0961 0.0841 0.0956 0.1554 0.0238
2015 （CI） 0.0768 0.0785 0.1129 0.0722 0.0612 0.0563 0.1135 0.0826 0.0698 0.0700 0.0750 0.0798 0.0858 0.0596 0.0783 0.1082 0.0194
整体
资料来源：作者整理
相关推荐：
loading