（自然地理學專業(yè)論文）城市邊緣區(qū)土地用途轉(zhuǎn)換及預測——以濟南市為例.pdf

山東師范大學碩士學位論文 摘要 隨著城市化、工業(yè)化的發(fā)展，人口與土地資源分布越來越不平衡， 城市邊緣區(qū)作為城市地域結(jié)構(gòu)中的一個重要組成部分，是鄉(xiāng)村環(huán)境向城 市環(huán)境轉(zhuǎn)化的過渡地帶，土地用途轉(zhuǎn)換頻繁，由此而引發(fā)的土地利用沖 突及人地矛盾也會更為尖銳。在這種新形勢下，進行城市邊緣區(qū)土地用 途轉(zhuǎn)換研究具有重大的現(xiàn)實意義。 本論文以“濟南市土地利用總體規(guī)劃修編”為依托，在調(diào)查城市邊 緣區(qū)土地資源及管理狀況的基礎上，綜合運用了理論研究、經(jīng)驗研究和 個案研究三種研究方法，借助遙感和地理信息系統(tǒng)、引入景觀生態(tài)學的 原理、技術(shù)和方法，總結(jié)和評述了城市邊緣區(qū)土地用途轉(zhuǎn)換的有關理論 和方法，從時間和空間上進行定性一定量一定位的層層遞進的深入研 究，構(gòu)建了城市邊緣區(qū)土地用途轉(zhuǎn)換模型，并在此基礎上，以濟南市為 例分析土地用途轉(zhuǎn)換的過程、特征和驅(qū)動機制，之后進行數(shù)據(jù)挖掘，用 元胞自動機( c a ) 預測將來的土地用途轉(zhuǎn)換。全文研究主要包括以下 幾個方面： 前言部分，闡述了論文寫作的意義和目的，對國內(nèi)外相關研究理論、 實踐進展進行簡要歸納，并提出了研究的基本思路和論文寫作框架。 第二部分，從城市邊緣區(qū)土地用途轉(zhuǎn)換的相關概念、邊界界定出發(fā)， 對城市邊緣區(qū)土地用途轉(zhuǎn)換的理論依據(jù)、模型和技術(shù)方法、技術(shù)路線與 關鍵技術(shù)三個方面展開闡述，為研究提供理論基礎和實施依據(jù)，構(gòu)建出 城市邊緣區(qū)土地用途轉(zhuǎn)換研究的通用模型。 模型的構(gòu)建過程中，采用最適合的土地分類系統(tǒng)，引入景觀生態(tài)學 中的景觀指數(shù)和馬爾柯夫矩陣，借助g i s 、f r a g s t a t s 等專業(yè)軟件，從方 法、技術(shù)上進行了創(chuàng)新和應用。 第三部分，將第二部分構(gòu)建的土地用途轉(zhuǎn)換模型應用于濟南城市邊 緣區(qū)進行實證研究。分別從前期準備工作、濟南城市邊緣區(qū)土地利用基 本狀況和土地用途的時空轉(zhuǎn)換分析三方面入手，從時間和空問上進行定 性一定量一定位的逐層深入，得出濟南城市邊緣區(qū)土地用途轉(zhuǎn)換豐要有 p q 種類型，具有建設用地向外擴散現(xiàn)象明顯、用途轉(zhuǎn)換的反復性以及三 山東師范大學碩士學位論文 級小類問土地用途轉(zhuǎn)換顯著等特征。 第四部分進行動因機制分析。首先對濟南城市邊緣區(qū)土地用途轉(zhuǎn)換 從微觀經(jīng)濟和宏觀經(jīng)濟兩個方面進行定性分析，之后借助g i s 軟件、 e x c e l 與s p s s 定量化分析三大類土地用途轉(zhuǎn)換的驅(qū)動因子，并就其驅(qū)動 機理分別進行闡述。 第五部分基于最新的數(shù)據(jù)挖掘方法元胞自動機( c a ) ，提取新 的狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)則，對濟南城市邊緣區(qū)土地用途轉(zhuǎn)換趨勢進行預測。我們 以g i s 工具m a p n f o 系統(tǒng)為平臺建立空間與屬性數(shù)據(jù)庫，采用m a p b a s i c 、 v f p 等對本論文提出的空間數(shù)據(jù)挖掘方法和空間數(shù)據(jù)預處理編制程序， 建立了一個試驗性的城市空間數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)，預測濟南城市邊緣區(qū)土地 用途轉(zhuǎn)換的趨勢。 最后，簡要總結(jié)了論文的主要結(jié)論和今后有待于進一步改進的方面 及對未來研究的一些相關展望。 關鍵字：城市邊緣區(qū)、土地用途轉(zhuǎn)換、預測、濟南 分類號：u 4 1 2 1 4 山東師范大學碩士學位論文 as t u d yo f t h ec o n v e r s i o no fl a n du s eo f t h e u r b a nf r i n g ea n dp r e d i c t i o n 一ac a s eo f j i n a nc i t 、，s h a n d o n gp r o v i n c e a b s t r a c t t h eu r b a nf r i n g ei st h et r a n s i t i o nr e g i o nf r o mt o w nt oc o u n t r y , a n di ti st h ea r e a w h e r eu r b a n i z a t i o ni sm o s td i r e c ta n dm o s ts e n s i t i v e ，l a n du s ec o n v e y sf r e q u e n t l y a l o n g w i t ht h eq u i c kd e v e l o p m e n to f o u ru r b a na n di n d u s t r y , t h ee f f e c ta n dt h ea c t i o nb e t w e e n t o w na n dc o u n t r yh a v eb e e ng r a d u a l l ys t r o n g t h e r e f o r et h ep r o b l e ma n dt h e c o n t r a d i c t i o n s ，w h i c ha r es t i r r e da n de x p o s e di nt h ed e v e l o p m e n ta n dc o n s t r u c t i o no f t h e u r b a nf r i n g e s ，a r ev e r yo u t s t a n d i n g t h u st h er e s e a r c ho nt h ec o n v e r s i o no fl a n du s eo f t h eu r b a nf r i n g ei si m p e r a t i v en o w a d a y s t h ep a p e ri sb a s e do nt h ep r o j e c to f t h en e wl a n dl a y o u t b ym e a n so f r e m o t es e n s e ， g e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m ，a f t e rr e c e i v i n gm u c ha c t u a l i t yi n f o r m a t i o na n d c o m b i n i n gt h e o r e t i c a ls t u d y , e m p i r i c a ls t u d ya n d c a s es t u d y , i m p o r t i n ge c o l o g i c a lt h e o r y , t e c h n i q u ea n dm e a n s ，w es u m m a r i z e dt h et h e o r i e sa n d t h em e a n so f t h ec o n v e r s i o no f l a n du s eo f t h e u r b a nf r i n g ea n dr e s e a r c h e di tf r o mq u a l i t yt oq u a n t i t y , t ol o c a l i t yi no r d e r t oc o n c e i v et h ef o r m e ro nt h ec o n v e r s i o no f l a n du s eo f t h eu r b a nf r i n g e t h e nb yc i t i n g j i n a nc i t ya sc a s es t u d y , i tt r i e st oa n a l y z et h es t r u c t u r a lc h a r a c t e r i s t i co nt h el a n du s eo f t h eu r b a nf r i n g e ，a n dr e v e a lt h ep r o c e s s ，t h em e c h a n i s ma n dt h ei n t e r n a lr u l eo nt h el a n d u s ec h a n g eo ft h eu r b a nf r i n g e t b l l o w i n gt h es t u d ya b o v e ，w eu s es p a t i a ld a t am i n i n gt o f o r e c a s tm a ds i m u l a t el a n du s es t r u c t u r et a k i n gj i n a na sa ne x a m p l e f u l lt e x tc h i e f l yi n c l u d e ss e v e r a la s p e c t sa sf o l l o w s ： a tf i r s tp a r t ，t h em e a n i n ga n dt h ep u r p o s eo f t h e s i sa r ef i r s t l ym a d ec l e a r , a n dt h e n b r i e f l yr e v i e wa n ds l i mu pt h ep r e s e n ts t u d yt h e o r ya n dp r a c t i c ea th o m e a n da b r o a d a n d t h es t u d yt h o u g h ta n dt h e s i ss t r u c t u r ef r a m eo ff u l lt e x t a ts e c o n dp a r t ：d i s c u s s e sr e l a t i o n a lt h e o r i e sa n dm e t h o d so nt h ec o n v e r s i o no fl a n d u s eo f t h eu r b a nf r i n g e f r o mt h ec o n v e r s i o no fl a n du s eo f t h eu r b a nf r i n g e st h e o r y , s t u d yt h o u g h ta n dt e c h n o l o g y r o u t et h r e ea s p e c t st os p r e a do u t ，p r o v i d i n gt h e o r y f o u n d a t i o na n dt h ei m p l e m e n t a t i o nb a s i sf o rf u l lt e x ts t u d y t h e nb u i l dt h ef r a m eo ft h e l a n du s ec o n v e r s i o n i nt h ec o u r s eo f b n i l d i n gt h ef r a m e ，i m p o r t i n gl a n d s c a p ee c o l o g y si n d e xa n d m a r k o f f p r i n c i p l e ，w eu s et h em o s ta p p r o p r i a t el a n d u s et y p e ss y s t e mt oi n n o v a t ef r o m 山東師范大學碩士學位論文 m e a n sa n dt e c h n i q u eb ys p e c i a ls o f t w a r es u c ha sg i s ，f r a g s t a t s ，e t c t h et h i r dp a r tt a k e s j i n a na sa ne x a m p l et oa n a l y z eo nt h ec o n v e r s i o no fl a n du s eo f t h eu r b a nf r i n g e a f t e ra n a l y z i n gt h ed e v e l o p m e n ta n dc o n v e r tp r o c e s so f t h eu r b a nf r i n g e ， t h ep r e s e n ts i t u a t i o na n dt h ec h a r a c t e r so nt h ec o n v e r s i o no fl a n du s eo f t h eu r b a n f r i n g e i nj i n a n ，w er e s e a r c h e di tf r o mq u a l i t yt oq u a n t i t y , t ol o c a l i t ya n df i n df o u rt y p e so nt h e c o n v e r s i o no fl a n du s eo ft h eu r b a nf r i n g ea n dt h r e ec h a r a c t e r s t h e4 t hp a r ts t u d i e st h em a i nd r i v i n gf a c t o r so nt h ec o n v e r s i o no f l a n du s eo f t h e u r b a nf r i n g ei n j i n a nd e e p l ya n df u l l y w ea n a l y z eq u a l i t a t i v e l yf r o mm i c r o e c o n o m i c s a n dm a c r o e c o n o m i c s t h e nw ea n a l y z eq u a n t i t a t i v e l yt h em a i ni n f l u e n c i n gf a c t o r sb y g i s ，e x c e la n ds p s s t h e nr e s p e c t i v e l ye x p a t i a t eo nd r i v i n gm e c h a n i s mo ft h et h r e e l a n d - u s et y p e s t h e5 t hp a r tf o r e c a s tt h ec o n v e r s i o no f l a n du s eo f t h eu r b a nf r i n g ei n2 0 1 0i n j i n a n b a s e do nc a t h i sp a r ti n i t i a l l ye s t a b l i s h e su s m d s b yw o r k i n go u tt h ep r o c e d u r e so f m i m n gc o m p u t a t i o na n di n t e g r a t i n gg i sp l a t f o r ma n do t h e rd a t aa n a l y s i s $ o f l 、, v a r e f i n a l l y , a u t h o rb r i e f l ys u m su pt h em a j o rc o n c l u s i o n so f t h i st h e s i s ，g i v e ss o m e a d v i s ea n da s s u l t l ej nf u t u r e k e yw o r d s ：t h eu r b a nf r i n g e ，t h ec o n v e r s i o no f l a n du s e ， f o r e c a s tf o rt h ec h a n g e t r e n d ，j i n a nc i t y c l a s s i f i c a t i o n ：u 4 1 2 1 4 4 獨創(chuàng)聲明 本人聲明所呈交的學位論文是本人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成 果。據(jù)我所知，除了文中特別加以標注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表 或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得( 注：如沒有其他需要特別聲 明的，本欄可空) 或其他教育機構(gòu)的學位或證書使用過的材料。與我一同工作的同志對 本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。 學位論文作者簽名：敷；酲 導師簽字 學位論文版權(quán)使用授權(quán)書 致以百 本學位論文作者完全了解堂撞有關保留、使用學位論文的規(guī)定，有權(quán)保留并向 國家有關部門或機構(gòu)送交論文的復印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)堂 壟奠可以將學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印 或掃描等復制手段保存、匯編學位論文。( 保密的學位論文在解密后適用本授權(quán)書) 學位論文作者簽名：裊本蓋 導師簽字 數(shù)涔百 簽字日期：2 0 0 年斗月j 口曰簽字日期：2 0 0年月 日 山東師范大學碩士學位論文 1 前言 土地是人類社會賴以生存和發(fā)展的基本資源，是人類社會一切活動( 包括生產(chǎn) 經(jīng)營活動) 的載體，它是人類進行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最基本的生產(chǎn)資料，也是工業(yè)、交通和 城鎮(zhèn)建設不可缺少的物質(zhì)基礎。然而，土地作為一種大自然賦予的資源又是非常有 限的。由于土地具有空間位置的不可移動性和使用的排他性，所以客觀上存在著如 何在各個生產(chǎn)領域分配土地的問題，即如何合理利用和優(yōu)化配置有限的土地資源 。無論是追溯到古文明衰落的軌跡，還是展望人類未來生存空間的危機，無不與 土地資源的利用方式和結(jié)構(gòu)變化相關阻1 。 1 1 研究目的與意義 廣義上土地利用包含土地的開發(fā)、利用、治理和保護等綜合內(nèi)容，涉及到自然、 經(jīng)濟、社會和技術(shù)等多種因素。國民經(jīng)濟各部門的生產(chǎn)建設都要落實到土地上，土 地利用的廣度、深度和合理程度，是生產(chǎn)規(guī)模、水平和特點的集中反映。隨著遙感 ( r s ) 、地理信息系統(tǒng)( g i s ) 和全球定位系統(tǒng)( g p s ) “3 s ”技術(shù)的發(fā)展，為土地 利用覆被變化的研究提供多尺度的信息源，促進了土地利用覆被變化的研究。 隨著經(jīng)濟和人口的日益增長，要求不斷提高土地資源的集約化利用程度和加大 土地資源的開發(fā)程度；隨著城市化和工業(yè)化的發(fā)展，人口與土地資源分布越來越不 平衡；隨著人類開發(fā)和利用自然的深度與廣度不斷拓展，人類對土地的利用必然會 在不同方面對其產(chǎn)生影響。我國的土地利用土地覆被變化將更趨劇烈，由此而引 發(fā)的土地利用沖突及人地矛盾也會更為尖銳 3 1 0 土地用途轉(zhuǎn)換作為土地利用變化研 究的一個主要方面，具有重大的現(xiàn)實意義，同時也受到越來越多人的重視。 近半個世紀以來，隨著城市郊區(qū)化、產(chǎn)業(yè)分散化以及鄉(xiāng)村城市化的迅猛發(fā)展， 在全世界范圍內(nèi)出現(xiàn)了一個明顯的、具有劃時代意義的特征，即城市與鄉(xiāng)村的功能 在一定地域范圍內(nèi)相互交錯，兩者之間的界限變得越來越模糊，城市與鄉(xiāng)村之間那 種截然的分界線已經(jīng)消失，取而代之的是一個城鄉(xiāng)要素逐漸過渡，相互作用、相互 滲透，性質(zhì)既不同于典型的城市，又不同于典型農(nóng)村的中間地帶，從其特征、結(jié)構(gòu) 及功能看，它實質(zhì)上是在傳統(tǒng)的城市與鄉(xiāng)村地域之間形成的一個新的獨立地域?qū)嶓w h 1 ，即城市邊緣區(qū)。它是任何國家在城市化進程中都會出現(xiàn)的、變化最大、最敏感 的地域?qū)嶓w。 城市邊緣區(qū)是目前我國研究的熱點區(qū)域之一，在從城市向農(nóng)村過渡時，人n 數(shù) 量和質(zhì)量、經(jīng)濟狀況、供需關系、物質(zhì)能量交換水平、生活水準、社會心理等因素， 都表現(xiàn)出時空的變化，具有十分迅速和不穩(wěn)定的特征。城市邊緣區(qū)作為城市和農(nóng)村 的交接地帶，受人為因素和自然因素的雙重干擾( 尤其是人對自然作用i 分強烈) ， 山東師范大學碩士學位論文 土地用途轉(zhuǎn)換十分頻繁?，F(xiàn)代大城市，在其自身的演化過程中，將大量多元化的土 地利用需求都賦加在城市邊緣區(qū)”1 ，由此引發(fā)的土地利用沖突及人地矛盾也會更為 尖銳。因此，進一步查明其土地用途轉(zhuǎn)換規(guī)律、驅(qū)動機制，對改善生態(tài)環(huán)境、促進 社會繁榮具有十分重要的意義。 濟南市作為中國東部沿海經(jīng)濟大省山東省省會，首先是全國副省級城市和 特大城市之一，是全省的政治、經(jīng)濟和科技、教育、文化中心，經(jīng)濟發(fā)展速度較快， 城市用地變化顯著。而“城市邊緣區(qū)是城市地域結(jié)構(gòu)中的一個重要組成部分，是城 市環(huán)境向鄉(xiāng)村環(huán)境轉(zhuǎn)化的過渡地帶，是城鄉(xiāng)建設中最復雜、最富變化的地區(qū)”( 崔 功豪) ，處于不斷調(diào)整的過程中，其中，土地用途轉(zhuǎn)換是經(jīng)濟發(fā)展、城市擴展的必 然結(jié)果，也是土地利用現(xiàn)代化過程的重要方面。在利用濟南市土地利用數(shù)據(jù)的基礎 上，研究城市邊緣區(qū)不同用途土地的相互轉(zhuǎn)換過程，探討其轉(zhuǎn)換規(guī)律，研究土地用 途的轉(zhuǎn)換機制和驅(qū)動力，并建立模型進行動態(tài)預測，可提高土地利用的社會、經(jīng)濟 和生態(tài)效益，建立良性循環(huán)的生態(tài)系統(tǒng)和經(jīng)濟系統(tǒng)，促進國民經(jīng)濟持續(xù)、快速和健 康的發(fā)展。為區(qū)域土地持續(xù)利用提供了有價值的科學依據(jù)，對加強城市土地科學管 理具有重要意義。 1 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與進展 對土地用途轉(zhuǎn)換的研究，多是土地利用土地覆蓋變化( l u c c ) 的研究， 其歷史可以追溯到上百年 ，各國從生產(chǎn)經(jīng)營活動的需要出發(fā)，進行有關土地 利用類型以及植被覆蓋類型的調(diào)查、分類及制圖等，對于土地利用土地覆蓋 的現(xiàn)狀進行較為全面的認識，其成果是各種各樣的土地利用類型圖、植被覆蓋 類型圖等，對各國的經(jīng)濟建設、資源開發(fā)等起到了很大的促進作用。隨著科學 技術(shù)的發(fā)展，進行這些工作的技術(shù)手段得到了很大的發(fā)展，如隨著計算科學的 發(fā)展，遙感技術(shù)與g i s 技術(shù)的日新月異，對l u c c 的調(diào)查與制圖工作起到極大 的推動作用，特別是遙感可以在大范圍、短時間獲得高精度的成果以及時間序 列數(shù)據(jù)，面且節(jié)省人力物力，對研究l u c c 起到極大的推動作用，也為全球變 化注入了新的活力。 1 2 1 國際相關研究 國外在l u c c 方面的研究起步較早，早在1 9 3 1 年，w e b b 在對美國大平原農(nóng) 業(yè)社會的研魈申，詞溈當?shù)赝恋卮逵妙愋褪怯僧數(shù)赜诤党潭葲Q定的“1 。這是最早 對l u c c 過程與機理從經(jīng)濟角度進行的探討，但沒有考慮其他人類因素的作用。 到了2 0 世紀7 0 年代，全球變化研究的興起以及遙感技術(shù)的發(fā)展，將l u c c 研究 推進到一個新階段。 1 9 4 9 年國際地理聯(lián)合會專門成立了世界土地利用調(diào)查專業(yè)委員會，推進全世 界各國1 ：1 0 0 萬土地利用圖的編制，以查清各國土地資源，研究土地利用問題。 山東師范大學碩士學位論文 英國、美國、日本、歐洲大陸各國部先后開展了大規(guī)模的土地利用調(diào)查研究，并相 繼進行了國土整治與開發(fā)、土地規(guī)劃等理論研究和實踐工作。這為現(xiàn)代各國進一步 進行十地利用研究打下了堅實的基礎，提供了有益的借鑒。 2 0 世紀9 0 年代以前，人們在土地利用研究的過程中，已經(jīng)認識到土地利用是 一個動態(tài)過程一一隨著社會經(jīng)濟和科學技術(shù)的發(fā)展，土地利用方式、結(jié)構(gòu)和水平都 在不斷變化。 國際科聯(lián)、國際社科聯(lián)等國際組織相繼提出了較大的全球合作研究計劃，例如 i g b p ( 國際地圈與生物圈計劃) 、h d p ( 人類發(fā)展項日) 、w c r p ( 世界氣候研究計劃) 、 d i v e r s i t a s 等。在這些計劃執(zhí)行的過程中，研究者發(fā)現(xiàn)，土地利用及土地覆蓋變 化必須首先搞清，于是形成了i g b p 與h d p 的一個新交叉計劃( l u c c ) ，著重開展 全球土地利用和土地覆蓋變化及其影響的研究。目前，土地利用研究成為地理學的 一個新研究熱點。 2 0 世紀9 0 年代以來，隨著遙感與g i s 技術(shù)的應用，成為土地利用與土地覆蓋 的重要信息源，使l u c c 研究更注重其動態(tài)模擬和空間格局變化。由于認識到土 地利用土地覆蓋變化在全球變化與可持續(xù)發(fā)展研究中的重要地位，也認識到全球 變化與可持續(xù)發(fā)展研究涉及到自然與人文的諸多領域，需要加強自然科學與社會科 學的合作，而土地利用土地覆蓋變化過程中自然與人文過程聯(lián)系最為緊密。因而， 作為一個研究切入點，許多全球變化的研究者都將l u c c 作為研究內(nèi)容，對人類 在全球變化中所起的作用進行研究。1 9 9 0 年由n r c 的全球變化委員會最早提出了 一個全球性的土地利用土地覆蓋變化框架，國際上有關土地利用變化的研究正式 始于1 9 9 2 年聯(lián)合國制定的“2 1 世紀議程”。o ”但是各國根據(jù)自己的情況開展的與土 地利用變化有關的研究活動比較早。1 9 世紀中期，g e o r g e p e r k i n dn a r s h 就人類 活動對地表的改變進行了討論。v l v e m a d s k y 就人類活動對地球上主要的生物一一 地理一一化學循環(huán)進行了分析研究。自1 9 9 0 年起，隸屬于國際科學聯(lián)合會( i c s u ) 的i g b p 和隸屬于國際社會科學聯(lián)合會( i s s c ) 的i h d p 積極籌劃全球性綜合研究 汁劃，于1 9 9 5 年共同擬定并發(fā)表了土地利用土地覆蓋變化科學研究計劃，將 其列為核心研究計劃。國際系統(tǒng)應用研究所于1 9 9 5 年啟動了為期三年的“歐洲和 北亞土地利用土地覆蓋變化模擬”的項目，旨在分析1 9 0 0 年到1 9 9 0 年該區(qū)域的 土地利用土地覆蓋變化的趨勢，為制定相關對策服務。目前更多的國際組織和國 家啟動了各自的土地利用變換研究項目，取得了一系列成果，并由于研究目的、手 段以及區(qū)域等方面的差異，逐漸形成了不同的研究流派，基本上可以分為北美流派、 歐洲流派、和日本流派三種，他們分別從宏觀模型、福利分析和數(shù)量模擬入手對 l u c c 進行研究舊】。總的來說，國外l u c c 研究主要集中在幾個關鍵性領域： 地利用的動力機制、土地覆蓋變化、l u c c 的區(qū)域與全球模擬以及遙感技術(shù)在l u c c 研究中的應用等t o l o 表l 列出了國外城市土地利用理論的研究進展。 城市邊緣區(qū)作為城市和鄉(xiāng)村的社會、經(jīng)濟等要素激烈轉(zhuǎn)換的地帶，具有明顯的 區(qū)位優(yōu)勢，是土地用途轉(zhuǎn)換的先驅(qū)。對城市邊緣區(qū)研究的起源可以追溯到1 9 世紀 山東師范大學碩士學位論文 末城市地理學對城市形態(tài)的研究。1 9 3 6 年德國地理學家哈伯特路易從城市形態(tài) 學的角度研究了柏林的城市地域結(jié)構(gòu)，首次提出城市邊緣區(qū)這一概念。近十多年， 國外對城市邊緣區(qū)研究的領域在不斷擴展；城市發(fā)展與城市建設周期的關系、城市 邊緣區(qū)的空間結(jié)構(gòu)特征及演變機制、城市邊緣區(qū)與城市建城區(qū)的界線、城市邊緣區(qū) 的土地利用變化、土地市場、環(huán)境建設、住宅地開發(fā)等，這些研究對城市邊緣區(qū)的 發(fā)展規(guī)劃和管理提供了可靠的依據(jù)。 表1國外城市土地利用理論研究進展表 資料來源：羅志軍，城市邊緣區(qū)土地利用研究一一以武漢市為例，指導教師譚傳風，華中師范大學碩士 論文，2 0 0 3 1 2 2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 根據(jù)國務院 1 9 8 4 1 7 0 號文要求，全國各地于2 0 世紀8 0 年代相繼展開第一輪土 地利用現(xiàn)狀調(diào)查工作，9 0 年代末完成。目前在我國經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，正在迸行第二 輪土地利用現(xiàn)狀調(diào)查，即土地利用現(xiàn)狀更新調(diào)查。 近年來，隨著人類活動對土地的開發(fā)利用逐漸增強，我國的土地利用覆蓋發(fā)生 了巨大的變化，這為開展l u c c 研究提供了現(xiàn)實基礎，但以前的研究主要側(cè)重于 土地資源調(diào)查、分區(qū)、規(guī)劃、評價及開發(fā)管理研究。如為了滿足國家和各級政府對 于土地資源時空信息的迫切需求，“八五”期間，中國科學院啟動并完成了“國家 接源環(huán)境遙感宏觀調(diào)查與動態(tài)研究”項目，實珊孑全國范茸的糞源環(huán)境遙感調(diào)奩并 建立了相應的技術(shù)系統(tǒng)【i “。此后，國家科技部在“九五”期間設立了題為“國家級 基本資源與環(huán)境遙感動態(tài)信息服務體系的建立”的科技攻關課題，由中國科學院資 源環(huán)境科學與技術(shù)局主持，農(nóng)業(yè)部、林業(yè)局、氣象局、測繪局等下屬科研單位參加， 依靠遙感和地理信息系統(tǒng)技術(shù)，在全國范圍內(nèi)建成了2 0 世紀9 0 年代中期l ：1 0 h 比例尺七地利用數(shù)據(jù)庫，并于2 0 0 0 年實現(xiàn)了全面更新“。中國科學院在國家“九 山東師范大學碩士學位論文 五”攻關成果的基礎上又先后于1 9 9 9 年和2 0 0 0 年啟動了知識創(chuàng)新工程重大項目“遙 感時空信息分析與數(shù)字地球相關理論技術(shù)預研究”和知識創(chuàng)新重大方向性項目“國 家資源環(huán)境數(shù)據(jù)庫集成與數(shù)據(jù)共享”。在利用遙感與地理信息系統(tǒng)技術(shù)監(jiān)測土地利 用與土地覆蓋方面，以劉紀遠為首席科學家的研究小組，長期從事土地利用與土地 覆蓋的研究工作。成功地利用遙感和地理信息系統(tǒng)技術(shù)建成了我國2 0 世紀8 0 年代 末期至9 0 年代末期的土地利用動態(tài)信息系統(tǒng)并開展了相應的研究。 國內(nèi)不同專業(yè)的科學家對土地利用土地覆蓋變化進行了不同方面的研究。概 括起來主要包括以下幾個方面： ( 1 ) l u c c 的驅(qū)動力研究 l u c c 驅(qū)動力研究的目的在于揭示l u c c 的原因、內(nèi)部機制、基本過程、預測 未來變化方向和后果，并制定相關的政策 1 33 也被稱為l u c c 機制研究 1 4 o 研究 l u c c 機制，不僅要確定驅(qū)動因子，還要分析各驅(qū)動因子之間以及它們與l u c c 之間的相互關系，度量各驅(qū)動因子對l u c c 作用等程度 1 5 o 張明 1 6 1 史培軍7 1 、 顧朝林1 8 1 、張惠遠m 1 、陳百明、李平啪1 等都作過這方面的研究。 ( 2 ) l u c c 的遙感動態(tài)監(jiān)測 l u c c 研究需要有多時段、動態(tài)的遙感圖像資料。但圖像資料中存在大量的干 擾因素，如圖像失真、大氣狀況差異、幾何偏差等，所以在對l u c c 進行動態(tài)監(jiān) 測的過程中，首先需要對圖像進行幾何糾正和輻射糾正，然后通過變化探測、識別 變化類型并進行變化制圖”1 。目前我國學者提出了多種遙感動態(tài)監(jiān)測的方法，并應 用于不同區(qū)域。如王良建等“”基于遙感與g i s 對蒼梧縣土地利用變化進行了動態(tài) 監(jiān)測與預測。 ( 3 ) 區(qū)域和全球的l u c c 模型研究 l u c c 模型是深入了解土地利用覆蓋變化復雜性的重要手段，其目的和作用 可概括為：對土地利用和覆蓋變化情況進行描述、解釋、預測和制定對策阻副。國 內(nèi)對l u c c 模型的研究，主要限于區(qū)域l u c c 的驅(qū)動力模型分析方面1 7 o 這種局 限性主要是由驅(qū)動因子數(shù)據(jù)采集困難造成的，而且建立全球l u c c 模型必須以大 量的區(qū)域模型為基礎。我國在l u c c 模型方面的研究主要有：陳佑啟【2 卅和王良健 等建立的回歸模型；史培軍【i7 】等建立的馬爾柯夫模型和基于c a 的隨機約束模型。 另外，中國農(nóng)業(yè)科學院資源區(qū)劃所與荷蘭瓦赫寧根農(nóng)業(yè)大學合作建立的中國土地利 用變化及其影響模型( c l u e c h ) ，屬于一種動態(tài)的土地利用時空變化模擬模型， 將模型分為統(tǒng)計分析模塊、人k i 模塊、需求模塊和空間布局模塊 2 43 可以說是在 l u c c 研究領域的一項有益探索。 ( 4 ) l u c c 的環(huán)境影響研究 土地覆蓋狀況不同，對氣候、水文地質(zhì)、生物地球化學循環(huán)的作用機制也不同。 士地覆蓋變化是全球變化的重要內(nèi)容，在很大程度上影響了全球環(huán)境。人類活動通 過改變土地覆蓋改變了周圍的環(huán)境，進而造成了全球環(huán)境變化。我國目前對環(huán)境影 響的研究手要集中在氣候方面u ”，其他方面涉及很少。 山東師范大學碩士學位論文 在我國，對城市邊緣區(qū)的研究尚處于起步階段，但隨著改革開放，城市化的快 速發(fā)展城市邊緣區(qū)作為城市化的前沿，對它的研究已經(jīng)引起了越來越多人的關注， 1 9 9 3 年顧朝林首先用“城市邊緣區(qū)”定義這一一地帶1 1 8 之后，人們對這一地帶 的認識不斷深化，所涉及的領域也越來越廣，其中對邊緣區(qū)的界定、特征口兒1 2 6 1 、 以及存在的問題柳 2 8 3 對策等領域研究較多，有些還與先進技術(shù)進行了很好的結(jié) 合2 鍆。 1 3 論文組織 本文在調(diào)查城市邊緣區(qū)土地資源及管理狀況的基礎上，綜合運用了理論研究 ( t h e o r e t i c a ls t u d y ) 、經(jīng)驗研究( e m p i r i c a ls t u d y ) 和個案研究( c a s es t u d y ) 三種研究方法，總結(jié)和評述了城市邊緣區(qū)土地用途轉(zhuǎn)換的有關理論和方法，結(jié)合遙 感手段分析了濟南市城市邊緣區(qū)土地用途轉(zhuǎn)換的過程、機制和內(nèi)在規(guī)律，并據(jù)此對 今后土地用途轉(zhuǎn)換進行了預測。全文的總體框架如下圖所示。 提出問題 背景分析 理論與方法 實汪研究 預測 解決問題 剛舌 土地用途轉(zhuǎn)換、城市邊緣區(qū)概述 城市邊緣區(qū)土地用途轉(zhuǎn)換研究的理論與方法 濟南市城市邊緣區(qū)土地用途轉(zhuǎn)換分析 濟南市城市邊緣區(qū)土地用途轉(zhuǎn)換驅(qū)動力分析 城市邊緣區(qū)土地用途轉(zhuǎn)換預測 結(jié)論與建議 圖l全文總體框架圖 2 城市邊緣區(qū)土地用途轉(zhuǎn)換過程基本原理 本部分我們從理論上和技術(shù)上來分析城市邊緣區(qū)的土地用途轉(zhuǎn)換，首先闡明研 究中的相關概念。 菇哥礙嬸岡卜藩珊垮擗潛瀋淌潼二譬辮對哥泮宴 山東師范大學碩士學位論文 2 1 城市邊緣區(qū)土地用途轉(zhuǎn)換的相關概念 2 。1 1 土地用途轉(zhuǎn)換 土地用途轉(zhuǎn)換是指由于土地位置的空間穩(wěn)定性，使人們在利用土地資源的過程 中，將一種用途改變?yōu)榱硪环N用途或幾種用途，或是將幾種用途合并為一種用途， 從而導致土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的現(xiàn)象。 對區(qū)域土地用途轉(zhuǎn)換的數(shù)量、結(jié)構(gòu)及景觀特性等方面的總量分析，有助于從總 體上把握區(qū)域土地利用動態(tài)演變的趨勢與特點。但土地利用的顯著特點之一是其空 間區(qū)位的固定性與獨特性，因而只有對區(qū)域土地用途轉(zhuǎn)換進行定量化、定位化的空 間分析，才能更為深入和準確地認識區(qū)域土地利用的動態(tài)演變過程。譬如，在某一 變化時期內(nèi)，同時發(fā)生了以下兩種土地用途轉(zhuǎn)換：一是農(nóng)用地被征用為城市建設用 地，如征用土地用于住宅建設，或建設成為廣場綠地，使城市土地的面積發(fā)生變化， 出現(xiàn)絕對增加；二是在內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，由于發(fā)展或規(guī)劃的需要，一種用途的土地變?yōu)?其他用途的土地，如城市發(fā)展，進行舊城改造，將原來的住宅用地改用為，“場綠地 和交通用地，再如為了改善城市環(huán)境，提高城市土地利用率，工業(yè)用地采用置換方 式變?yōu)樽≌?、商業(yè)等用地，出現(xiàn)城市土地總量不變，而用途卻發(fā)生了變化，在土地 統(tǒng)計時，不同帳戶之間出現(xiàn)收入和支出的變化，但在總量分析中被相互對沖掉了， 反映不出來，只能通過定量化、定位化的空間分析才能予以揭示 3 0 o 這兩種情況 在城市邊緣區(qū)用地中均會頻繁發(fā)生。為了研究這種變化的規(guī)律，尋找隱含其變化過 程中的知識和規(guī)律，需要對城市邊緣區(qū)土地利用的空間動態(tài)變化，即土地用途轉(zhuǎn)換 進行定性一定量一定位的逐層深入的研究。 2 1 2 城市邊緣區(qū)的基本概念及特征 邊緣區(qū)是相鄰系統(tǒng)邊緣的會合地帶，相鄰的不同性質(zhì)的系統(tǒng)互相作用形成了獨 具特點的交接帶，又稱交界帶、界面。城市邊緣區(qū)是其中一類比較特殊的邊緣區(qū)。 2 1 2 1 城市邊緣區(qū) 學術(shù)界關于城市邊緣區(qū)的概念有多種提法，如城市邊緣帶( u r b a nf r i n g e ) 、城 市蔓延區(qū)( t h ea r e a o f u r b a ns p r a w l ) 、城鄉(xiāng)結(jié)合部( c i t y - c o u n t r y f r i n g e ) 、城市陰影 區(qū)、城鄉(xiāng)交錯帶( u r b a n - r u r a lf r i n g e ) 等 國內(nèi)外許多學者曾對城市邊緣區(qū)的概念進行了闡述。韋文將其定義為“明顯的 工業(yè)用地和農(nóng)業(yè)用地的轉(zhuǎn)換地帶”。普內(nèi)定義為“一種在土地利用、社會和人口特 征等方面發(fā)生變化的地帶，它位于連片建城區(qū)與郊區(qū)外側(cè)農(nóng)村之間，以及幾乎沒有 非農(nóng)業(yè)住宅、非農(nóng)業(yè)占地和非農(nóng)業(yè)的土地利用的純農(nóng)業(yè)腹地之間的土地利用轉(zhuǎn)換地 帶”。 國內(nèi)是在二十世紀八十年代才開始城市邊緣區(qū)的研究。顧朝林( 1 9 8 9 ) 、崔功 豪、武進( 1 9 9 0 ) 、涂人猛( 1 9 9 1 ) 、張明( 1 9 9 2 ) 、陳佑啟( 1 9 9 5 ) 、張建明、許學 山東師范大學碩士學位論文 強( 1 9 9 7 ) 等在評述了前人對城市邊緣區(qū)定義的基礎上，提出了各自的定義。事實 上，所有定義所指的地域內(nèi)涵并沒有很大的區(qū)別。雖然對城市邊緣區(qū)的表述和理解 不是很一致，但城市邊緣區(qū)的存在是客觀的。其中，應用最廣泛的是“城市地域結(jié) 構(gòu)中的一個重要組成部分，是城市環(huán)境向鄉(xiāng)村環(huán)境轉(zhuǎn)化的過渡地帶，是城鄉(xiāng)建設中 最復雜、最富變化的地區(qū)b ”，用來泛指“城市建城區(qū)與廣大鄉(xiāng)村相連接的部位， 城市環(huán)境空間向鄉(xiāng)村環(huán)境空間過渡地帶”。 綜合前人觀點，筆者認為城市邊緣區(qū)的概念應包括以下三個方面：城市邊緣 區(qū)是城鄉(xiāng)間一個不連續(xù)的空間，受“外延型”及“飛地型”城市化的影響。它與 城市建城區(qū)毗連，兼具城市與鄉(xiāng)村的某些功能與特點，但在行政上不屬于城區(qū)街道 管轄，而屬于郊區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)管轄。它是建城區(qū)工作性流動人口的主要擴散地，是農(nóng)業(yè) 人口向非農(nóng)業(yè)人口大規(guī)模、快速度過渡的轉(zhuǎn)化地。人口密度介于城市建城區(qū)與一般 的郊區(qū)鄉(xiāng)村之間，非農(nóng)產(chǎn)業(yè)比較發(fā)達，在經(jīng)濟收入結(jié)構(gòu)和勞動就業(yè)結(jié)構(gòu)中都占有較 大比重，但依然存在一定量的純農(nóng)業(yè)和兼業(yè)農(nóng)業(yè)，且兼業(yè)農(nóng)業(yè)在農(nóng)業(yè)中占有較大比 重?？臻g范圍受多種因素影響，其中以經(jīng)濟發(fā)展的影響為主，且具有動態(tài)變化的 特點3 期。 2 ，1 2 2 城市邊緣區(qū)特征 ( 1 ) 城市邊緣區(qū)具有強的邊緣效應 邊緣區(qū)是相鄰地理系統(tǒng)相對均衡要素之間的突發(fā)轉(zhuǎn)換區(qū)，不但具有相鄰地理系 統(tǒng)的一些特性，而且具有其獨特的特征。這種由于處境、生境和生物群落的差異和 協(xié)同作用，引起界面內(nèi)出現(xiàn)一些不同于相鄰地理系統(tǒng)的特征的現(xiàn)象，稱為邊緣效應 日 。美國生態(tài)學家奧德姆將產(chǎn)生邊緣效應的空間域稱為e c o t o n e 。與所有e c o t o n e 一樣，城市邊緣區(qū)具有明顯的區(qū)位優(yōu)勢，表現(xiàn)出很強的邊緣效應，是我國經(jīng)濟發(fā)展 最快的新興地帶，這是城市邊緣區(qū)的主要特點。 邊緣效應使城市邊緣區(qū)經(jīng)濟發(fā)展快、經(jīng)濟效益好。受城鄉(xiāng)交接的雙向輻射，城 市邊緣區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)具有雙向銜接的特點，綜合性強，部門結(jié)構(gòu)多樣，決策管理靈活， 獲得信息快，部門結(jié)構(gòu)變率大。產(chǎn)業(yè)更新快。明顯的區(qū)位優(yōu)勢為邊緣區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展 提供了有利條件，并成為我國經(jīng)濟發(fā)展最快的新興地帶，也是我國人均收入較高的 地區(qū)。但是與其他邊緣區(qū)不同的是，城市邊緣區(qū)的空間結(jié)構(gòu)在不斷變化，發(fā)展過程 中存在著一些問題，如土地利用的不合理、生態(tài)環(huán)境問題等。 ( 2 ) 城市邊緣區(qū)的空間結(jié)構(gòu)不斷變化 城市邊緣區(qū)是一個動態(tài)地帶，其范圍隨著城市化的進程而不斷拓展，范圍的擴 展。使冀空間緒梅也在忝斷變化0 它的人_ 口密瘦絡桅介王城壘之m 酊j ：弦= 地帶新 建項目多、工程量大、就業(yè)機會多，加上行政管理不嚴，便于流動人口暫住和就業(yè)。 隨著工廠增多和新區(qū)的擴展，這里也是建城區(qū)工作性流動人口的擴散地，農(nóng)業(yè)人口 向非農(nóng)業(yè)人口的轉(zhuǎn)化地。在城市邊緣區(qū)，城鄉(xiāng)居民混居，盡管城市邊緣區(qū)農(nóng)業(yè)用地 不斷被征用，農(nóng)業(yè)人口隨之轉(zhuǎn)為城市人口，鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的發(fā)展也使許多農(nóng)業(yè)人口脫離 土地，使城市邊緣區(qū)的空間結(jié)構(gòu)始終處于不斷變化中。 山東師范大學碩士學位論文 ( 3 ) 城市邊緣區(qū)土地利用特征 土地利用能比較直觀地反映城市邊緣區(qū)的發(fā)展變化。由于城市邊緣區(qū)土地具有 城郊利用二重性，而且這種城郊利用具有動態(tài)的時空演變規(guī)律，與城市核心區(qū)和鄉(xiāng) 村地區(qū)相比具有明顯不同的特征”4 0 e 3 53 主要表現(xiàn)在： 利用布局的過渡性和復雜性 城市邊緣區(qū)作為城鄉(xiāng)之間的交接過渡地帶，受城市近鄰效應作用，其用地結(jié)構(gòu) 實質(zhì)上是在鄉(xiāng)村土地利用的基礎上，因城市型用地不斷滲入而形成獨特的準城市型 地域。作為城市、鄉(xiāng)村二元地域結(jié)構(gòu)衍生的過渡性區(qū)域，城市邊緣區(qū)兼具城市的非 農(nóng)業(yè)用地和鄉(xiāng)村的農(nóng)業(yè)用地的特征，并且在土地利用布局上表現(xiàn)出明顯的過渡性， 這主要表現(xiàn)為隨著與城區(qū)的距離不斷增加，土地利用類型由城市建設用地逐步向農(nóng) 業(yè)用地遞變。因此，從一定意義上說，城市邊緣區(qū)就是在城市建城區(qū)與鄉(xiāng)村之間形 成的土地利用類型的“遞變帶”?！逼渫恋乩眯再|(zhì)和利用強度、地域空間結(jié)構(gòu)及 地理景觀等方面表現(xiàn)為從城市向農(nóng)村的過渡，從城市核心區(qū)的城市土地利用類型向 郊區(qū)農(nóng)村土地利用類型的過渡。理論上講，這種過渡遵循距離衰減規(guī)律，但在實際 過程中更多地表現(xiàn)為不規(guī)則的資源( 廣義的) 區(qū)位效應，在很大程度上受到由道路 系統(tǒng)、市政公用設施構(gòu)成的可達性模式的影響，因而出現(xiàn)了鄉(xiāng)村用地被城市用地嚴 重分割的現(xiàn)象，形成城市增長邊緣區(qū)內(nèi)城市型與農(nóng)村型土地犬牙交錯、輪廓復雜的 土地利用形態(tài) 2 6 o 利用類型的多樣性 受城市作用力和鄉(xiāng)村作用力的雙重影響，使得城市邊緣區(qū)的土地利用在利用類 型上具有突出的多樣性特征。城市邊緣區(qū)土地是在復合了城市建設用地、鄉(xiāng)村建設 用地和鄉(xiāng)村農(nóng)業(yè)用地的基礎上形成的復雜結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，因此其土地利用類型在多樣性 方面遠高于單一的城市建城區(qū)和鄉(xiāng)村。同時，特殊的區(qū)位和所承擔的社會經(jīng)濟功能 也通過城市邊緣區(qū)帶有“邊緣性”的土地利用類型而得到體現(xiàn)。如為了配合i e l 城區(qū) 改造和疏散中心區(qū)人口而開設的居住用地、城市對外交通港站用地、城鄉(xiāng)集貿(mào)市場、 倉儲用地、高校及科研用地、保護城市環(huán)境的綠化用地、城郊蔬菜副食品基地以及 各種園藝用地等。 利用方式的動態(tài)性和用途轉(zhuǎn)換的頻繁性 城市的集聚和擴散賦予城市邊緣區(qū)鮮明的動態(tài)性特征。首先，受城市規(guī)模不斷 擴大的影響j 城市邊緣區(qū)成為國家建設征用農(nóng)村集體土地的重點地區(qū)，農(nóng)地迅速向 非農(nóng)用地轉(zhuǎn)移，推動了城市邊緣區(qū)外緣向農(nóng)村地區(qū)的不斷擴展；其次，受城市邊緣 區(qū)土地使用成本較低的誘導和比較利益的影響，城鄉(xiāng)各類企業(yè)和經(jīng)營者競相使用或 占用城市邊緣區(qū)的土地，不斷引導土地資源配置轉(zhuǎn)向經(jīng)濟比較效益高的用地類型， 各類土地利用類型變動頻繁、競爭激烈。 城市邊緣區(qū)鄰近建城區(qū)，受城市經(jīng)濟、技術(shù)、信息、交通等因素的幅射，同時 也受鄉(xiāng)村的影響，穩(wěn)定性較區(qū)域內(nèi)部差，土地利用性質(zhì)不斷發(fā)生變化，土地用途轉(zhuǎn) 換頻率較之也要高。由于城市的發(fā)展，耕地被占日益增多，土地用途轉(zhuǎn)換的總趨勢 山東師范大學碩士學位論文 是由農(nóng)業(yè)用地轉(zhuǎn)化為城市用地，因此農(nóng)業(yè)用地多為精耕細作，集約化程度相對較高。 利用的粗放性 受資金、技術(shù)、信息、知識等方面社會經(jīng)濟因素的限制，城市邊緣區(qū)的發(fā)展基 本上呈現(xiàn)出一種“攤大餅”式的發(fā)展狀況，建設用地缺乏規(guī)劃，占