广州市番禺区城市扩展模拟研究

摘 要：根据1980年、1995年、2010年3期的TM遥感影像的土地利用分类结果，选取水域、建成区、铁路、公路、河涌5个自然社会经济要素作为影响因子，选取人口作为主要的驱动因子，利用土地转化模型（LTM）对番禺城市空间扩展进行模拟预测。结果表明，到2020年，番禺城镇用地面积将净增长94.71km2，所占比例将达到37%，城市扩展的方向主要集中在番禺北部。

关键词：土地利用、城市扩展、土地转化模型（LTM）

伴随中国城镇化进程、城市扩展的迅速发展，土地利用变化剧烈，由此造成的影响也日益显著。城市空间扩展已经成为土地利用变化最重要的类型之一，并逐步成为土地利用变化的主导特征[1-4]。本文以1980、1995和2010年三期的遥感解译数据为基础，选取土地利用变化的主要驱动因子，作为土地利用转化模型（LTM）的输入条件，对番禺的城市空间扩展进行模拟和预测，以期为揭示番禺近30年来的城市扩展状况和有效保护土地资源提供参考依据。

1. 研究资料和方法

1.1 研究区概况

番禺全境位于珠江三角洲中部河网地带，境内地势平坦，由北、西北向东南倾斜，市桥至莲花山公路以北为市桥台地，以南为冲积平原。番禺地处北回归线以南，属南亚热带海洋性季风气候，多年平均年降水量为1684.5mm，降水量年内分配极不均匀。本文以番禺2010年最新行政区域为界，采用1980年、1995年、2010年3期土地利用数据作为基础数据。番禺土地总面积约786km2，2010年常住人口188.51万人，其中城镇人口142.75万人。自20世纪80年代以来，番禺社会经济发展迅速，人口剧增，城市发展迅速。

1.2 研究方法

土地转化模型（Land Transformation Model，LTM）是基于GIS平台并结合人工神经网络ANN技术的模型，通过选取影响因子，并分析其对城市扩展可能存在的影响，从而对城市扩展的空间分布进行预测。LTM模型主要分为4个部分[5] ： ①选取影响城市扩展的自然、社会经济等因子，使用GIS技术对其进行重编码和采样等预处理。②运用距离分析等空间分析方法对影响因子进行分析，将分析结果栅格化之后作为建立神经网络的输入条件。③采用人工神经网络ANN方法对选取的因子进行分析预测，得到表示土地类型转化在空间上的可能性分布栅格图。④使用PID法（Principle Index Driver，PID）对模型进行驱动，预测研究区域的城市扩展空间分布。

2. 结果分析

本文选取水域、建成区、铁路、公路、河涌5个自然社会经济要素作为番禺城市空间扩展的影响因子。选取城镇用地和水域作为限制因子，原则上这些地方不会转变为新的城镇用地。由于人口增加和经济发展是城市扩展的主要社会经济驱动因素，尤其是人口。因此本文选择人口为主驱动因子，通过人口变化与占用城市土地的数量关系来预测城市扩展的规模。

将番禺基期和末期土地利用数据、城市扩展影响因子距离图和限制因子数据输入LTM模型，分别进行1980-1995年和1995-2010年两个时期番禺城市空间扩展网络训练，训练次数均为250000次。网络训练结束之后把所需数据输入到学习完成的神经网络，以获得这两个时期番禺城市空间扩展的模拟结果。

1980-2010年间，转化为城镇用地的土地栅格数量为16537个，而根据统计数据，该时期番禺的城镇人口由26.64万人增加到142.75万。用PDI法得到城镇空间扩展与人口增长之间的关系为71人/栅格。而根据规划，2020年番禺城镇人口预测将达到210万，由此预测2020年番禺城镇空间扩展栅格数为9471个，因数据处理过程中模型运行需要的所有栅格数据均采用100m的分辨率，故城镇用地面积将净增长94.71km2。利用LTM模型由大到小选取最可能发展为城镇用地的相应栅格，运用GIS的空间分析功能确定其位置，从而获得2020年番禺城市扩展在空间上的分布格局（图1）。2010-2020年番禺城市扩展的方向主要集中在番禺北部（沙湾水道以北），这与广州市的“南拓”战略密切相关，广州南站、亚运城和大学城等纷纷落户番禺北部，带来了新的发展机遇。番禺南部仍以农业用地为主，人口密度和经济发展水平相对更低。

（a）2010年

（b）2020年

图1 2010年番禺城镇用地分布图和2020年城市扩展空间分布预测图

3. 结论与讨论

城市空间扩展受到自然、经济、政策等多种因素的影响，是一个复杂的、非线性的系统，很难用一般的数学方法来定量描述其内部规律。本文基于GIS 强大的空间分析能力、遥感数据的客观性以及ANN独特的非线性信息处理能力开展对番禺城市空间扩展的模拟和预测。LTM模型模拟预测结果表明，到2020年，番禺城镇用地面积将净增长94.71km2，所占比例将达到37%。城市扩展的方向主要集中在番禺北部（沙湾水道以北），这与广州市的“南拓”战略密切相关。番禺城镇化进展迅速，在今后的土地规划中，应注意优化土地利用方式，合理布局，在充分发挥土地资源价值的同时，有效保护土地资源。

参考文献：

[1]Geist H J，Lambin E F.What Drives Tropical Deforestation？[R].Belgium： LUCC International Project Office，2001.

[2]Walker R T.Land use Transition and Deforestation in Developing countries[J].Geographical Analysis，1997， 19（1）：18-30.

[3]陈佑启，杨鹏.国际上土地利用/土地覆盖变化研究的新进展[J].经济地理，2001，21（1）：95-100.

[4]史培军，宫鹏，李晓兵，等.土地利用/覆盖变化研究的方法与实践[M].北京：科学出版社，2000.

[5]徐新良，闵稀碧，田展.基于GIS与LTM模型的上海市城市扩展模拟与预测[J].中国人口.资源与环境，2010，20（5）：136-139.