太原市城市重心演变过程及驱动力分析

太原市城市重心演变过程及驱动力分析

宋洁; 刘敏

【期刊名称】《《山西师范大学学报（自然科学版）》》

【年(卷),期】2019(033)004

【总页数】6页(P50-55)

【关键词】城市空间扩展; 重心转移; 驱动力

【作者】宋洁; 刘敏

【作者单位】太原师范学院地理科学学院山西太原030619

【正文语种】中文

【中图分类】K921; F299.22

进入21世纪以来，太原市经济社会发展对城市规划提出了更高的要求，因此，2005年，市规划院对原有的城市总体规划进行调整，太原市迎来了城市发展建设的新契机.2010年，太原市总体规划再次修编，更加明确了太原市城市发展方向，也使得太原市城市发展进入快车道[1，2].在城市化快速发展时期，明确城市空间扩展的阶段性特征及其重心转移过程，对于摸清城市发展轨迹，优化城市空间布局具有重要意义.近年来，借助多时像遥感影像和GIS 空间分析技术，对城市重心转移进行定量分析、动态监测城市空间扩展格局，进一步优化空间布局，已成为研究城市空间格局演变的主流手段[3～6].目前，国内相关研究主要集中在沿海发达地区，而针对中西部城市的相关研究较少.随着沿海地区过剩产能逐渐向中西部地区

转移，中西部地区也必将经历快速的城市化过程.本文以快速发展时期的太原市为研究对象，借助遥感与 GIS 分析技术，分析2005年～2010 年、2010年～2015 年两个时间段太原市建成区重心演变过程及驱动机制.为合理利用土地资源，进一步做好太原市城市总体规划以及推进内部产业结构的优化升级提供科学依据.

1 研究区概况与研究方法

1.1 研究区概况

太原市位于山西省境中部，介于111°30′～113°09′E，37°27′～38°25′N 之间，东西跨度2°39′，长约144 km，南北跨度58′，宽约 107 km，区域轮廓呈现蝙蝠形.处于太原盆地的北段，华北地区黄河流域中部，西、北、东三面环山，中、南部为河谷冲积扇平原，汾河贯穿其间，全市地形呈北高南低簸箕形.海拔最高点和最低点分别为 2 670 m和 760 m，平均海拔约 800 m.属于暖温带大陆性季风气候.市中心位于112°33′E，37°54′N.太原市共辖 6个市辖区、3 个县、1 个县级市.全市总面积6 988 km2.截至 2015 年底，太原市市区人口达到352.54 万人，城镇化水平达到 55.03 %.

1.2 数据来源及数据预处理

研究数据主要来源于 2005 年、2010 年、2015 年的 LandsatTM 遥感影像及相应年份的统计年鉴.首先，在 ArcGIS 软件支持下，分别对 2005 年、2010 年、2015 年的单波段影像进行融合拼接和切割，对相关影像进行几何校正配准并定义好投影坐标.其次，确定城市行政区政府，通过对2005年、2010年、2015年太原市的Landsat TM 影像进行目视解译，确定城市中心周围连片的建设用地为中心城区，并将城市边缘城区与中心城区连接起来的大片建设用地也归类为城市建成区，但注意除去大型的河流湖泊.

1.3 研究方法

1.3.1 建成区空间扩张分析

本文主要选取扩展速度、扩展强度指数、扩展弹性系数以及重心转移指数来测度2005年～2010 年、2010年～2015 年太原市城市空间扩展的时空特征，各指数公式详见表 1.

表 1 城市空间扩展时空特征测度指标Tab.1 Index of spatial and temporal characteristics of urban space expansion测度指标计算公式参数说明扩展速度ULAΔn=(ULAt+n-ULAt)/nAGA 空间 t～t+n 单元时段内的扩展速度;ULAt、ULAt+n分别为研究期始末城市用地面积;n为间隔时间扩展强度指数

UIIΔn=(ULAt+n-ULAt)/n/ULAt×100 %UIIΔn单位空间 t～t+n 时段内的扩展强度指数;其余同上扩展弹性系数Ri=Ai/PopiRi为第i时段的扩展弹性系数;Ai为第 i 时段的城市用地面积年均增长率;Popi为第 i 时段的市区人口年均增长率重心转移指数重心转移距离 D=(xt+1-xt)+ (yt+1-yt)重心转移角度αt+1=arc tan (yt+1-yt)(xt+1-xt)();xt+1≥xtαt+1=π-arc tan (yt+1-yt)(xt+1-xt)();xt+1

1.3.2 等扇方位法

等扇方位法是指以研究区的几何中心为原点，选取可以包含建成区的适当半径，将研究区划分为若干相等的扇形区域，与各时相建成区边界矢量图叠加，统计各时间段建成区在各扇区的扩展面积，据此计算不同时段各扇区的扩展强度[7].本文以太原市政府所在地为原点，以东西方向为横轴，南北方向为纵轴，把研究区平均划分为 8 个方位，分别为正东、东北、正北、西北、正西、西南、正南和东南，调用ArcGIS 软件中的叠加分析工具对各个方位的扩展特征进行定量分析.

1.3.3 空间重心转移模型

空间重心是描述地理对象空间分布的重要指标，分析城市重心转移情况，可以掌握城市空间变化的过程与特点[8].通过分析建成区用地变化引发的重心变化情况，反

映城市在不同时期的发展方向.运用重心转移指数构建太原市建成区分别在 2005年～2010 年、2010年～2015 年的重心转移模型.

2 建成区演变特征

2.1 建成区扩展速度和强度具有相对均衡性

建成区空间扩展速度反映建成区空间扩展的总体趋势，通常用研究时间段的年平均建成区面积变化来表征[9].由表 2 可知，2005年～2010 年间，太原市建成区面积由 253.28 km2 增加到328.31 km2，面积增加量为 73.03 km2，扩展速度为15 km2/a.2010年～2015年间，2015年建成区面积为398.39 km2，比2010 年净增70.08 km2，扩展速度为 14 km2/a.2005年～2015 年整个研究时间段建成区空间扩展速度相对均衡.两个时间段的扩展速度无明显波动，建成区空间扩展方式主要以向东南部外延扩展为主，辅以其他方向不同强度的内部填充.2005年～2015年太原市建成区总体呈现出整体性发展，无明显破碎斑块状单独扩展.

扩展强度指数表示单位时间内建成区空间空战的强度和快慢，是衡量建成区空间扩展规模和轻度的常用指标[10].由表 2 可知，2005年～2010 年、2010年～2015 年建成区的扩展速度都相对较高，但是由于这两个时间段的基期面积都较大，结果反而使这两个时间段的城市扩展强度指数变小.2005年～2010 年建成区扩展强度指数为5.92 %，2010年～2015年建成区扩展强度指数为4.23 %，比上一时间段低了 1.69 %.

表2 2005年～2015年太原市建成区空间扩展概况Tab.2 Space expansion of the built-up area in Taiyuan from 2005 to 2015年份建成区面积(km2)时段(a)扩展面积(km2)扩展速度(km/a)扩展强度指数(%)2005253.28----

2010328.312005～201075.0315.005.92 2015398.392010～

201570.0814.024.23

2.2 建成区用地扩展渐趋不合理