基于3S技术的公主岭市城乡居民区发展变化研究

杜会石，刘奇鑫，孙艳楠，李天祺

(吉林师范大学 旅游与地理科学学院，吉林 四平 136000)

基于3S技术的公主岭市城乡居民区发展变化研究

杜会石，刘奇鑫，孙艳楠，李天祺

(吉林师范大学 旅游与地理科学学院，吉林 四平 136000)

本文以吉林省公主岭市为研究区，运用景观生态学原理和方法，开展近13a城区及周边乡镇发展变化研究．结果表明，公主岭市城乡居民区处于扩张状态，景观分离度呈减小趋势，由2001年的0.33减小到2013年的0.22．研究为该区城乡发展规划提供基础参数，并作为我国中小城市发展现状评估的案例，具有借鉴意义和参考价值．

景观格局分析；3S技术；城乡居民区；公主岭市

0 引言

城市化进程已经在全球展开，中国经济的快速发展、交通的日益发达，成为中小城市发展的主要驱动力[1-4]．城市化在给中小城市带来发展机遇的同时，也带来了挑战和困惑．学者开始思考如何解决城市化进程中出现的问题，以使城市发展进程得以平稳推进．因此，本文利用公主岭市2001-2013年5期遥感影像数据，分析城乡居民区的发展状况，探究中小城市发展驱动因素，为城市发展规划与决策提供科学依据．

1 研究区概况

公主岭市地处吉林省中西部，位于124°02′～125°18′E， 43°11′～44°09′N之间，总面积4 058 km2(见图1)．地貌类型分为南部山地和北部平原区．属中温带湿润大陆性季风气候，年均气温5.6℃，年均降水量594.8 mm，无霜期144 d，盛行SW风[5]．

图1 公主岭市2013年Landsat标准假彩色合成影像

2 数据来源与研究方法

2.1 数据处理与信息提取

研究采用的遥感影像数据来自于中国科学院数据云(http://www.csdb.cn)，覆盖范围为公主岭市，成像时间为2001、2004、2007、2010、2013年，空间分辨率为30 m．

数据处理包括，利用ERDAS 9.2对5期影像(选用第2、3、4、5、7波段)进行波段合成；基于GPS实测地面控制点(如道路交叉点等)，利用2次多项式对其进行几何精校正；按行政范围进行裁剪．根据研究需要，采用人机交互式解译方式提取铁路、主要公路和居民区等专题要素(见图2)．利用GIS软件进行地图输出，计算图斑面积，并分析居民区面积变化特征及发展状况．

图2 公主岭市区及周边乡镇居民区概况图(a.2001年;b.2004年;c.2007年;d.2010年;e.2013年)

2.2 研究方法

景观格局分析是研究景观结构组成特征和空间配置关系的方法．景观格局分析方法是将不同类别地理要素视为不同类别景观，对其进行综合分析，从而发现景观内在的规律[6-7]，通过景观多样性指数、分维数、破碎度、分离度等指标定量表述景观格局，可为区域管理和规划提供科学参考．基于景观格局原理与方法，计算居民区分离度指数，可体现其分散程度，分析其空间分布状况．

景观分离度指数公式如下：

Fi=Di/Si

(1)

Si=Ai/A

(2)

Di=1/2(n/A)1/2

(3)

式中，Fi为第i类景观的分离度指数，n为某个景观类型中元素的个数，Ai为第i类景观的面积，A为研究区景观总面积[8]．

3 结果分析

3.1 面积变化

公主岭市居民区图斑面积呈逐年增大趋势(见表1)，表明城市正处于发展变化中，由居民区与城市主要交通线路的空间关系可见，居民区沿铁路、公路展布，体现出交通线路对居民区发展的驱动作用．

表1 公主岭市区及各乡镇居民区面积(单位：km2)

2007～2010年居民区面积平均增长率为7%，增幅较小，表明城市发展进程缓慢；其余时间段内，居民区面积平均增长率均在25%以上，尤其在2010～2013年间，城市发展最快，增长率达64%．

3.2 格局指数变化

基于GIS平台，依据解译面积信息，计算相邻两个年份间居民区面积平均增长率和各期景观分离度指数．景观分离度指数计算方法为，以2001年数据为例，由于本文只研究居民区的景观分离度指数，故S0=A0/A=1；元素总个数n为26，居民区总面积A=57.97 km2，得D0=1/2(n/A)1/2=0.33；居民区的景观分离度指数F0=D0/S0=0.33．用该方法，分别计算其余各期指数．

居民区景观分离度指数呈减小趋势(见图3)，表明居民区面积扩张．居民区斑块景观分离度指数随时间的推移不断减小，即从2001年的0.33减小至2013年的0.22，而居民区的面积逐年扩大(见图4)．

图3公主岭市居民区景观分离度指数图4公主岭市区及各乡镇居民区面积平均增长率

4 结论与讨论

结合3S技术，通过对近13a公主岭市5期Landsat影像进行解译分析和景观格局指数计算，得到如下结论：(1)2001年以来，公主岭市的居民区面积总体呈现扩张趋势，城区及周边乡镇处于发展状态，且居民区延铁路、公路扩展．铁路、公路等交通路线有推动居民区发展的作用．从相应城区及乡镇面积平均增长率来看，2007～2010年增长率最低，为7%，城市发展进程最为缓慢；2010～2013年增长率最高，为64%，城市发展进程最为迅速．(2)从景观格局分析的角度来看，城区与各乡镇居民区分离程度呈逐年减小的趋势，表明居民区面积处于增长状态．(3)下一步可基于地理元胞自动机(Geo-cellular automata)和多智能体(Multi-agent system)等模型，开展城市土地利用动态演化模拟与优化研究．

[1]K.Singh,D.Singh,A.Mathur.Urbanization and its Impact on Groundwater and Natural Drainage:A Case Study of Ludhiana City [J].Indian Journal of Ecology,2013,40(1):1～8.

[2]陈海华.中国中小城市发展之路[J].管理观察,2010,(20):36～39.

[3]柯君亮.中小城市交通规划与可持续发展[J].茂名学院学报,2010,20(1):76～79.

[4]朱 怀,王 竹,陈宗炎.我国中小城市发展与更新的思考与实践[J].建筑与文化,2010,(5):81～83.

[5]公主岭市人民政府.自然地理[EB/OL].http://www.gongzhuling.gov.cn/Gzl/site/gzl/news/n3479043687.html,2011-05-10.

[6]H.Du,E.Hasi,Y.Yang,et al.Landscape Pattern Change and Driving Force of Blowouts Distribution in the Hulun Buir Sandy Grassland[J].Sciences in Cold and Arid Regions,2012,4(5):0431-0438.

[7]杜会石,哈 斯,李明玉.1977-2008年延吉市城市景观格局演变[J].地理科学,2011,31(5):608～612.

[8]韦 薇,张银龙,赵 兵,等.快速城市化进程中城市扩张对景观格局分异特征的影响[J].生态环境学报,2011,20(1):7～12.

ResearchonDevelopmentandChangeofResidentialAreainUrbanandRuralRegionsinGongzhulingCityBasedon3STechnology

DUHui-shi,LIUQi-xin,SUNYan-nan,LITian-qi

(College of Tourism and Geographical Science,Jilin Normal University,Siping 136000，China)

Cities around the world,regardless of their sizes,are all in process of rapid developing and changing,and the assessment of urbanization process is now a hot issue in our country.The authors selected Gongzhuling City as the research area,and researches the development and change in urban and nearby rural regions of the city in the past 13 years by using theory and method of landscape ecology.The results indicated that in general Gongzhuling City’s residential area is expanding,and the degree of isolation is decreasing from 0.33 in 2001 to 0.22 in 2013.The research provides basic parameters for the urban and rural development planning in those regions and can be regarded as a case to assess contemporary developing situation of middle-and-small-sized cities in our country.It has a certain significance and value of reference.

landscape pattern analysis;3S technology;urban and rural residential area;Gongzhuling

林险峰)

2014-06-24

国家“十二五”科技支撑计划项目(2013BAD07B02)；国家自然科学基金项目(40771020)

杜会石(1983-)，男，吉林省伊通县人，现为吉林师范大学旅游与地理科学学院讲师，博士.研究方向：资源环境遥感．

K928.5

A

1674-3873-(2014)03-0149-03