基于卫星遥感影像的武汉市建成区土地扩张特征、机制及影响分析开题报告
2021-03-11 12:03
1. 研究目的与意义（文献综述）
1.1研究目的与意义
(l)探究武汉城市扩张动力因素
新世纪以来，武汉市城市建设速度和水平快速发展，据官方数据统计，城市建成区面积2005年仅为220平方千米，2016年年底已突破600平方千米，但这仅仅是主城区的建成面积，不包括郊区城市水体。武汉市城市扩张为何如此迅速，研究其中的动力因素将对解释武汉市城市扩张机制有较大意义。
(2)探究武汉城市扩张特征
城市扩张往往表现为城市建设用地对其他用地的占领，也就是土地利用方式的转换。武汉市地处江汉平原，城市周边主要为耕地、水体，通过转换矩阵分析各类土地的转换机制，研究建设用地的变化及来源，可以弄清楚建成区用地扩张的特征之一。通过获取变化较大的区域统计分析，可以弄清楚武汉市城市建成区扩张的空间延伸机制。
(3)研究城市扩张带来的负面作用及体现
城市扩张不可避免的带来大城市病，武汉市也不例外，城市总体规划与实际建设不符，城市人口分布不合理，郊区盲目扩张缺乏监管，加速了交通拥堵、空气污染、热岛效应等城市病的蔓延。武汉郊区本来是耕地集中区，有大面积的良田，但城市的扩张导致城郊区域农耕区苦不堪言，务农者面临有田无法耕的境地，加之一些列的复杂因素，务农者生存环境堪忧。
(4)为城市合理化可持续发展提供决策参考
城市化带来的问题并不是不可解决，当下中国城市化的步伐短期不会停止，甚至部分地区有进一步加速的趋势，但是这并不妨碍我们以合理的机制措施去解决城市化带来的问题。通过对现状的深刻探查，发现其隐藏的规律，分析出现的问题，探讨可能的对策，在充分考虑实际情况的基础上，为武汉市城市合理扩张，可持续发展建言献策。
1.2国内外研究现状
城市化过程包括人口职业的转变、产业结构的转变、土地及地域空间的变化。城市扩张是伴随着城市化的步伐而进行的，是城市土地及地域空间变化的表征；国外对城市扩张的研究始于上世纪60年代，针对城市用地扩张控制的研究主要集中于控制背景、控制对策、控制措施实施的绩效、扩张控制时间价值分析以及区域用地扩张控制等5 个方面。
表1 城市扩张国外研究现状汇总表
| 方向 | 内容 | 代表人物 | 理论及影响 |
| 用地扩张控制背景研究 | 通过利用美国历年来的统计数据及实证案例系统分析了城市用地扩张对环境产生的影响 分析了城市用地扩张所带来的一系列社会问题 | Cieslewicz Jargowsky | 1.在一系列扩张所产生的负外部性的影响下, 美国于20 世纪50年代开始了用地扩张的增长管理 2.继增长管理之后, 美国又制定了新一轮扩张控制的措施, 即精明增长。 |
| 用地扩张控制相关对策研究 | 三种方式：公共购买、管制与激励 改变土地利用模式, 区域规划机构对交通建设资金的统一调配, 区域层面的财政收入共享制, 以环境质量标准确定中央对地方的补贴等 | Cooley Civita
Bengston、Fletcher | 1.从最大化居民的效用角度出发, 应实施用地增长控制 2.汇总了当前实施增长管理措施失效的主要教训:( 1) 缺乏增长管理政策的经验性的评估;( 2) 行政效率以及政策实施的其他细节, 而不是政策本身是政策实施效率的关键;( 3)多样性的政策措施相互增强与补充对于增加措施的有效性及避免无目的的结果是必需的;( 4) 横向与纵向的协调对于成功的增长管理是关键的, 但这通常做得不够或极为缺乏;( 5) 公众参与是有效的增长管理的基础 |
| 用地扩张控制的绩效研究 | 仍然很难说明增长管理的政策成功地防止了城市用地扩张或取得了土地资源的可持续利 用
| Frenkel Peterson Nelson | 1.只有在增长管理政策被证明有效时, 增长管理政策的采用才能有效降低开敞空间与农地的减少 2.城市扩张控制往往吸引居民与商业到邻近的社区, 并通过鼓励人口与产业的重新布局促使中心城区的衰退; 或者是通过吸引居民与产业到城市边缘区, 以逃避增长管制 |
| 城市用地扩张控制时间价值分析 | 城市土地开发在很大程度上具有不可逆性, 城市土地利用的不确定性更加大了城市用地扩张的机会成本, 这 种扩张具有时间价值 | Wheaton Dipasquale 和Wheaton | 1.每一区位的土地会在不同的开发时间区间上相互竞争 2.只有在城市用地扩展 到要开发的时刻去开发, 才能真正获得当前土地价值的最大化, 无论是提前还是延后, 都会降低土地价值 |
| 区域用地扩张控制研究 | 城市扩张、环境问题、基本农用地和独特环境问题极大地影响区域性法规的需求 | Pollakowski 和Wachter Helsley 和Strange | 1.在不同区域之间控制行为存在外溢影响, 分区与增长控制共同作用的影响超过其单独测度时的影响 2.土地用途管制提高了住房价格和已开发土地的价格 3.增长控制的优点在于它对未实施增长控制的社区施加了负外部性, 均衡的增长控制是缺乏效率的 |
国内学者对城市土地扩张驱动力问题进行过研究,研究结论主要集中在经济增长、人口增加、城市人居生活环境改善、交通等驱动因素上。在研究手段上, 结合分形理论、多因子评价模型、Logistic模拟、人工神经网络、马尔柯夫链、多智能体等模拟方法, 采用RS 和GIS的辅助技术, 构建相应的城市扩展CA型 、SLEUTH模型 , 计算分析指数,探讨扩张的驱动力, 采用情景(Scenario)模拟方法, 实现基于历史发展趋势的未来预测,确定城市建成区扩张的数量、速度和空间方向。
表2 城市扩张国内研究现状汇总表
| 方向 | 内容 | 代表学者 | 理论及影响 |
| 城市总体的综合性研究 | 国外学者吧影响城市土地利用变化的动力分为:一是市场驱动力, 二是权力行为力。2种力量共同作用于城市土地利用变化的过程与模式, 市场驱动力通过行为力作用于城市空间, 前者主要揭示变化的宏观过程, 后者重在揭示变化的微观过程 | 闫卫阳 张志斌 刘盛和 | 1.通过对几种主要城市空间相互作用理论模型的机制和原理的分析,经过了较多的实践验证,重点探讨了该模型的缺陷、演进和扩展形式, 从理论上论证了将空间分割原理和断裂点模型结合的扩展模型的科学性和合理性, 为城市区域调整提供理论基础 2.对城市人口的增长和城市用地结构上进行了分析 3.总结出“自然”机制、市场机制、社会价值机制和政治权力机制 |
| 典型范围的区域性研究 | 区域城市的驱动力研究方法 与内容因地域特点有较大差异。 | 唐礼智 欧阳玲 陈松林 | 1.使用面板数据模型, 将长江三角洲地区和珠江三角洲地区进行比较研究, 发现城市非农业人口、绿化盖面积、地区生产总值和地方财政预算内基本建设支出四个因素,对两大地区城市用地扩展具有正向促进作用经过实地考 2.察,将半干旱区城市地域扩张的驱动力概括为经济发展和社会进步两大因素及15类子因素 3.借助ArcGIS的空间统计分析功能和绘制建设用地类型扩展量曲线图, 揭示出自然因素和人文背景影响城镇用地扩展的基本格局建设用地扩展的驱动力 |
| 单个城市的实体性研究 | 单个城市的驱动力研究以大 城市和经济较发达城市为主 | 乔标 盛凯 | 1.选取了1990年、2000年和2004年北京市18个区县城市化水平、社会固定资产投资、工业总产值等9个经济社会指标, 用以分析北京市城市用地空间扩张的机理特征 2.在分析南宁市城市土地扩张驱动力时, 认为经济增长、人口增加、政策推动以及交通发展的牵引是影响城市扩张的因素 |
2. 研究的基本内容与方案
2.1 研究内容
以武汉市作为研究对象，以遥感影像数据作为基础，以武汉市近20年城市建成区面积变化为核心展开研究。通过获取一定年限内的遥感影像数据，借助envi、arcgis等平台进行相应的数据处理、研究分析，具体包括使用envi进行图像预处理、镶嵌裁剪、非监督分类、类别合并、小斑点处理等，使用arcgis进行空间叠加分析，获取土地利用方式变化区域。绘制土地利用变化图、城市建成区面积变迁图等，进一步分析得到武汉市城市扩张的一般机制、特征。
结合武汉市城市建设发展历史，进一步研究武汉市人口、经济发展、国家战略等对武汉市城市面积扩展的影响。选取城市扩张边缘变化典型地带进行实地调研，分析武汉市城市扩张带来的负面影响，包括对耕地的占用，直接或间接地导致弃耕；以及城市扩张过程中的不合理开发建设，耕地占用，大城市病等，最后提出城市扩张及发展方向的措施和建议。
3. 研究计划与安排
第1-4周：收集相关资料与文献书籍，了解国内外相关方面的理论、方法、已经做出的尝试以及已取得的研究成果，制定论文的研究内容与技术路线。
第5-8周：收集研究区数据，通过arcgis、envi等软件进行数据处理和分析。
第8-10周：进行实地调研，主要是从城中与城郊两个维度选取典型区域进行调查。
4. 参考文献（12篇以上）
[1] 匡文慧. 1932年以来北京主城区土地利用空间扩张特征与机制分析[j].中国科学院地理科学与资源研究所.2009(08)
[2] 李爱民. 基于卫星遥感影像的郑州市建成区扩展变化研究[j]. 郑州大学水利与环境学院.2011(03)
[3] 张杨. 1996—2006 年武汉市土地利用/覆被变化研究[j]. 武汉大学资源与环境科学学院.2010(11)
