基于RS和GIS的巢湖流域城镇体系空间结构分析

胡张武

(安徽省第四测绘院，安徽合肥230031)

基于RS和GIS的巢湖流域城镇体系空间结构分析

胡张武

(安徽省第四测绘院，安徽合肥230031)

在RS和GIS技术支持下，利用相关影像，采用监督分类和人机交互相结合的方法对研究区城镇信息进行提取，在此基础上从城镇体系的空间分布特点及空间集聚与扩散效应的角度，对研究区域的空间结构进行分析。研究表明，该城镇体系的空间集聚能力强于扩散能力。

RS;GIS;巢湖流域;城镇体系;空间结构

一、引 言

城镇体系的空间结构是区域自然、经济因素在空间布局上的综合反映。分析城镇体系的空间结构，对于促进城镇体系结构和功能的优化，实现城镇的可持续发展具有重要的指导意义［1］。巢湖位于皖中，交通便捷，区位优势明显，经济发展迅速，随着城市化和经济的迅速发展，巢湖流域城镇体系的空间结构也在不断地发展变化，对巢湖流域的影响不断增强。因此，加强对巢湖流域城镇体系空间结构的研究，对巢湖流域城镇体系的未来发展具有深远意义。

目前，有关城镇体系空间结构的研究很多，如文献［2］从区域发展、城镇体系以及城市用地结构的角度研究其对城市形态的影响机制，进而对武汉市空间结构的演化进行了探讨;文献［3］通过运用分功能区的方法分别对杭州市的宏观空间结构和内部空间结构进行了分析等。近年来，随着RS和GIS技术在城市研究领域的广泛应用和发展，一些学者利用RS和GIS技术对一些区域的城镇体系空间结构展开了研究，如文献［4］基于雷达卫星Scan-SAR遥感图像分析，根据中心地理论，提出了关于城市乡镇如何划分空间的地理问题，对黄淮海平原不同地貌、水文等要素影响下的城镇体系空间结构进行了研究;文献［1］在遥感技术与GIS技术的支持下，采用分形几何理论对绍兴市城镇体系空间结构特征和形态特征的演化规律进行了分析。

二、研究区域与研究数据

1.研究区域

本文研究巢湖流域的城镇主要位于巢湖及其九条主要环湖河流附近，具体有巢湖市、合肥市这两个中心城市和庐江县及周边的主要小城镇，其城镇体系具有城镇数量多、城镇分布散乱的特点。

2.研究数据

采用的遥感图像数据为巢湖流域2001年10月12日Landsat7的ETM+影像，包括可见光和近红外的六个波段，空间分辨率为30 m×30 m，如图1所示。

图1 研究区ETM+影像

另外，还收集了巢湖流域1∶50 000地形图用于辅助图像的处理以及相关的社会经济统计数据。

三、城镇信息的提取

从图1可以看出，研究区有三个主要的城镇区域，分别位于图的左上方、左下方和右方，在研究区ETM+的第2波段、第3波段和第5波段合成的影像上为灰色团块状分布。有关城镇信息最直接的自动提取方法是基于影像分类的方法，但城镇是由建筑物、道路、绿地及空地等多种地物相互交错而构成的复杂混合体，由于各类地物的差异以及混合比例的不同，在遥感影像上存在着一定的类间差异，利用计算机分类方法提取精度有限。文献［5］曾用谱间结构阈值法对TM图像居民地信息进行了半自动提取。文献［6］仿归一化植被指数NDVI，提出归一化建筑指数(normalized difference built-up index，NDBI)，利用TM图像提取了无锡市城镇用地信息，也取得了较好的效果。文献［7］在借鉴前人的基础上，以常德和长沙市区作为示范，通过对城镇用地的遥感信息机理分析，首先利用归一化植被指数NDVI和归一化水体指数NDWI，设定合适的阈值去除植被和水体信息;然后利用城镇用地与裸地的谱间结构特征将两者进行区分，通过对二值图像进行二值逻辑运算，得到城镇用地专题信息，取得了令人满意的结果。本文采用对影像直接进行监督分类的方法，并结合人机交互修正，进行城镇信息的提取，具体过程如下:

1)对影像进行几何校正，即借助研究区1∶50 000的地形图，分别选取遥感影像上与其对应的道路交叉点等地理位置明确的同名地物点10个，采用一元二次多项式和最邻近像元重采样的方法，对ETM+影像进行几何精度校正，校正误差控制在0.5个像元以内。

2)根据影像目视判读和野外实地调查，将研究区地表覆盖大致分为水体、林地、城镇和耕地四大类，分别选取相应的训练样本构建分类模板(如图2所示)进行最大似然法监督分类，得到监督分类后的巢湖流域影像图，如图3所示。

图2 巢湖流域影像图的分类模板

3)将图3中的分类结果进行二值化处理，得到巢湖流域的城镇分布影像图，如图4所示。将其和巢湖流域1∶50 000的地形图及原始影像相叠加发现，在图的左下方，由于云雾的影响使得城镇区域比实际范围大，另外还存在一些零星的小城镇的遗漏和误判现象，因此，需采用人机交互的方式对影像图进行一定的人工修正处理。

图4 巢湖流域的城镇分布影像图

四、城镇体系的空间结构分析

1.城镇体系的空间分布

从图4可知，巢湖流域的城镇体系主要是分布在九条主要环湖河流附近，只有为数不多的城镇沿湖分布。主要以巢湖市、合肥市和庐江县三个规模较大的城镇为中心，这三个城镇大体呈等腰三角形分布，既依托于巢湖流域，又对巢湖流域产生一定的影响。由于它们所处的地理位置不同，各自发展的方向也不同:巢湖市位于巢湖流域的东边，向西发展已经不可能，东面又有大山将巢湖市与其他城市相隔，因此只能以向北和向南发展为主;合肥市位于巢湖流域的西北边，东边和西边分别有肥东和肥西两个城镇，且这两个城镇的发展已具有一定的规模，有相当的经济实力，北边与其他城市相隔较远，联系不太密切，因此合肥市主要以向南发展为主;庐江县是县级城镇，位于巢湖流域的西南边，自身的经济实力较弱，如果仅凭自身发展壮大困难重重，因此庐江县依托巢湖市和合肥市的经济实力发展壮大自身，主要以向东和向北发展为主。此外，巢湖市、合肥市和庐江县这三个城镇之间的相互关系也很紧密，巢湖市与合肥市的距离约为64 km，庐江县离合肥市的距离较近，离巢湖市的距离较远。

2.空间集聚与扩散效应分析

巢湖流域的城镇体系是经济、社会、环境、文化相互组合的空间景观，是经济社会活动空间集聚与空间扩散的过程与结果，处于集聚效应与扩散效应的相互影响和相互作用中。所谓集聚效应，是指因社会经济活动的空间集中而形成的聚集经济与聚集不经济综合作用的结果。其本质上是两种力量的作用:①聚集经济作为空间聚集的吸引力推动着城市区域的形成和发展;②聚集不经济作为排斥力限制着城市的进一步聚集和规模扩大。所谓扩散效应，是指所有位于经济扩张中心的周围地区，都会随着与扩张中心地区的基础设施的改善等情况，从中心地区获得资本、人才等，并被刺激促进本地区的发展，逐步赶上中心地区［8］。集聚与扩散是相互对立且相互并存的，是制约区域空间结构形成与发展的重要机制。

第四，实行绿色生产：推广生物肥料，施用农家肥；使用治标又治本的植物农药；秸秆还田，改良土壤，减轻对化肥的依赖，减少环境污染。

从图4可以看出，一方面，巢湖市、合肥市、庐江县这三个城镇的规模较大，人口较多，交通便利，存在一定的区位优势，吸引了大量的人力、物力向其转移，从而有大量的中小城镇向这三个城镇聚集，体现了城镇的集聚效应。其中，合肥市、庐江县的规模相对较大，各中小城镇围绕其分布发展比较集中，说明合肥市、庐江县的空间集聚能力相对较强;巢湖市的规模相对较小，周边只零星地分布了一些小城镇，说明巢湖市的空间集聚能力相对较弱。另一方面，由于巢湖市、合肥市、庐江县为了扩大城市规模、促进经济的更快发展以及由于人口、土地等压力，交通、科技、通信等因素的迅速发展，城镇需向外扩展，体现了城镇的扩散效应。

总之，巢湖流域城镇体系的空间结构深受自然条件、经济发展、区域位置等因素的影响，巢湖市、合肥市、庐江县以其具有优势的区位、相对良好的基础设施和软硬件设施、较好的就业机会、方便的服务设施等因素，对经济、人力、物力的进一步集聚发展具有较强的吸引力。但为了城市各个方面的进一步协调发展，巢湖市、合肥市、庐江区需积极地向外扩散发展，这体现了城镇集聚力与扩散力的统一，其中城镇的集聚力强于城镇的扩散力。

五、结 论

通过对巢湖流域城镇分布影像图及相关资料的分析研究，得出以下结论:

1)当前巢湖流域的城镇分布主要是分布在九条主要环湖河流附近，只有为数不多的城镇沿湖分布，且除巢湖市、合肥市、庐江县规模较大、人口较多、发展较快之外，其他的巢湖流域的城镇规模较小、发展不旺、人口不多，一般不超过10万人。

2)由于三个中心区域所处的地理位置不同，各自发展的方向也不同。合肥市以向南发展为主，庐江县以向东和向北发展为主，巢湖市以向北和向南发展为主，三个城镇之间的相互关系紧密。

3)巢湖流域的城镇体系在表现出一定集聚能力的同时，也表现出一定的扩散能力。一般来说，巢湖流域城镇的集聚能力强于扩散能力，并在一定程度上体现了集聚能力与扩散能力的统一。

4)由于受巢湖流域的影像图分辨率的限制，对巢湖流域城镇体系空间结构只能进行宏观分析，如果采用近期高分辨率巢湖流域的影像图，如2.5 m分辨率的SPOT 5影像，1 m分辨率的IKONOS影像、0.67 m分辨率的QuickBird影像等，可以进一步细致分析城镇体系内部的空间结构，深入探讨城镇体系的发展规律。

5)为了维持巢湖流域的可持续发展，各主要城镇在保持其集聚发展的基础上，也要注意其扩散效应，加强对环境的整治，同时加强相互之间的合作，这样才能维持城镇体系集聚力与扩散力的统一，保持巢湖流域健康、可持续地发展。

［1］赵萍，冯学智.基于遥感与GIS技术的城镇体系空间特征的分形分析:以绍兴市为例［J］.地理科学，2003，23(6):721-727.

［2］王磊.城市产业结构调整与城市空间结构演化:以武汉市为例［J］.城市规划汇刊，2001(3):55-58.

［3］倪沪平.杭州市城市空间结构研究报告［R］.杭州:杭州市政府办公厅信息处理中心，2006:2-16.

［4］王心源，范湘涛，邵芸，等.基于雷达卫星图像的黄淮海平原城镇体系空间结构研究［J］.地理科学，2001，21(1):57-63.

［5］杨存建，周成虎.TM影像的居民地信息提取方法研究［J］.遥感学报.2000，4(2):146-150.

［6］ZHA Y，GAO J，NI S.Use of Normalized Difference Builtup Index in Automatically Mapping Urban Areas from TM Imagery［J］.International Journal of Remote Sensing，2003，24(3):583-594.

［7］彭光雄，徐兵，沈蔚，等.TM图像的城镇用地信息提取方法研究［J］.遥感技术与应用，2006，21(1):31-36.

［8］胡序威.中国沿海城镇密集地区空间集聚与扩散研究［M］.北京:科学出版社，2006:89-124.

Analysis of the Spatial Structure of Urban and Town System in the Chaohu Basin Based on RS and GIS Techniques

HU Zhangwu

0494-0911(2011)03-0069-03

P208

B

2010-12-10

胡张武(1976—)，男，安徽桐城人，工程师，主要研究方向为GIS原理与应用.