英语原文共 11 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

广州中心城区的城市化演化及其空间决定因素

摘要

二十世纪七十年代后期，和其他沿海一带的城市一样，广州的城市化水平飞速提高，成为了华南地区第一大城市。本文对广州市主城区的城市化进行了两部分的研究：（1）分析1980-2010年城市土地扩张的时空变化；（2）分析2010年未完全建成区域的城市土地比例和其决定因素之间的空间关系。第一部分研究表明，近三十年，研究区域的城市土地扩张了一倍，但1990年后，扩张速度大大放缓。城市扩张主要是沿着老城区中心向东发展的，是一个增长、扩张、边缘扩张的过程。第二部分研究表示，由于城市土地占比具有较强的空间自相关性，因此空间回归的结果优于普通最小二乘法的空间回归结果。在空间回归模型的决定因素中，最重要的因素是道路密度和道路与公共交通、银行、酒店之间的距离，其次是道路与公司、主要道路之间的距离，这些因素表明了方便的日常交通对城市居民的重要性。本文使用的两个空间回归模型在统计方法和重要解释变量的选择上具有一致性，从而使城市土地模式的空间回归模型有一定的有用性的可靠性。同时，研究结果与广州的城市环境和城市规划研究结果，以及中国的快速城市化研究结果具有一致性。

关键词：城市土地；空间回归；模型对比；空间影响因素；广州

1 绪论

自1978年开放政策以来，中国经历了快速的城市转型扩张。 中国城镇人口从1978年的1.7亿增加到2010年的6.7亿，同期城市人口比例从18％上升到50％^[1]。中国城市土地扩张的估算有不同的定义和调查方法。 最近的一项估计显示，建设用地（定居点，工业/矿场，交通运输）从1990年的27.2times;104平方公里扩大到2006年的32.6times;104平方公里，比上年同比增长20％^[2]。中国城市化的速度之快世界少见。但城镇化在促进了经济发展，提高了生活质量的同时也带来了很多的问题，包括在保护耕地^[2]，粮食安全^[3]，水土保持^[4,5]和沿海管理^[6]，以及社会不平等问题^[1]，可持续城市发展^[7,8,9]，城市化质量^[1] ，以及潜在的房价泡沫等问题^[10]。

目前，利用卫星图像中的时间序列土地利用图作为数据来源，对中国的城市土地扩张进行了大量研究。这些研究有的侧重于城市土地扩张空间格局随着时间的变化，有的侧重于城市土地扩张的驱动力因素，有的两者兼而有之。为了表征城市土地扩张的时空变化，研究中利用景观指标^[11]分析城市斑块数量，城市斑块大小，城市边缘密度等。同时，常用城市增长与人口，工业化，交通运输，GDP和政策与城市扩张之间的相关关系，来解释城市土地扩张的驱动力因素。

空间决定因素是一种驱动力因素，它强调地理特征之间的空间依赖关系。土地利用在空间上是相关的，空间决定因素在土地利用变化的模式的分析中至关重要。例如，Kok和Veldkamp^[12]将空间决定因素的概念运用于对中美洲土地利用格局的分析，包括人口，土壤和生物地理变量等潜在的影响因子。由于空间依赖性可能受到观测尺度的影响，空间决定因素的研究通常包括不同的空间尺度，每个尺度由研究区域的范围（研究区域的空间范围）和分辨率（例如单元格大小）^[12,13]。此外，用于分析空间决定因素的统计方法必须能够处理观测之间的空间相关性^[14]。

在近来的一些研究中，利用空间回归模型来对中国城市土地扩张进行分析的研究已经探讨了空间决定因素。张等人^[15]应用空间滞后模型（SLM）和空间误差模型（SEM）来解释杭州湾周边城市增长的空间决定因素。包括邻近度变量（例如与道路交通网络之间的距离）和拓扑变量（例如斜率）。同样，谭等人^[16]采用SLM和SEM研究了武汉城市群城市增长与邻近度变量之间的空间关系。曾志强等人^[17]采用SLM，SEM和多尺度方式，对武汉城市扩张进行了监测和模拟。他们将20个空间决定因素分为特征（例如，国内生产总值），密度（例如道路密度）和邻近度（例如到中心商务区的距离）。张等人^[18]采用SEM和空间变量，如销售价格，物业面积和一定距离内物业街道数量为指标，构建了深圳商业房地产评估模型。这些研究均采用了空间回归和多尺度方法，因为这些技术在分析城市土地模式方面仍然比较具有创新性。

本研究探讨了中国南方最大的大都市——广州市的城市化及其空间决定因素。由两个部分组成。 第一部分描述了1980-2010年间研究区城市土地扩张的时空变化。然后，利用2010年的城市土地资料，重点关注未完全建成区，第二部分分析了城市土地比例与其空间决定因素之间的关系。数据来源于广州市政府的卫星图像，以及城市基础设施和服务数据的城市地图。 本研究所使用软件为ENVI，ArcGIS和GeoDa。

本研究讨论了文献中的两个重要研究问题。第一个问题讨论了空间回归模型在城市土地模式建模中的应用。虽然以前在关于中国城市化和空间决定因素的研究中已经采用过空间回归模型，但它们的用处尚不明确。曾志强等人^[17] 在武汉城市土地扩张的研究中表明，空间决定因素的大多数回归系数随模型不呈现规则的变化（即SLM和SEM）和尺度（即10 * 10 m到100 * 100 m），这表明两个空间回归模型之间存在不一致性。本次研究希望通过使用与曾志强等人大致相同的方法来观察模型之间的不一致性的问题是否是一个普遍存在的问题。第二个问题讨论了我们研究的范围。本研究重点关注广州市中心城区，包括旧城区中心区，并涉及到中心城区居民，同以前的相关研究一样，本研究讨论了银行，公司，商店，交通运输等空间决定因素。

尽管在过去的二十年里，包括广州市在内的中国东部沿海城市的城市化进程已经放缓，但关于其城市化的演化仍然是一个非常有意义的话题。希望通过本次的研究能够为广州市的城市化情况提供有用的信息，帮助城市规划者更好地制定城市管理政策和策略。也期望此次案例研究可以对中国城市化的城市规划提供一些指导意义。

2 研究区

广州（112°57E-114°30E; 22°26N-23°56N）位于中国广东省中南部。 广州是广东省的首府和最大的城市，也是中国第三大城市，2014年估算的人口为1400万。广州市有十个行政区和两个县级市，面积为7434平方公里。 本研究集中在五个中心区，面积为370.6平方公里，占广州总面积的5％（图1）。 这五个区共有95个街道，分别是：黄埔（91.0平方公里），天河（96.3平方公里），越秀（33.8平方公里），荔湾（59.1平方公里），海珠（90.4平方公里）。 研究区在2014年占全市GDP的50％。

图1 广州市的五个中心城区

广州是一个历史悠久的城市，其历史可以追溯到数百年前，在1978年的改革开放政策之前，它主要是一个为周边农业地区服务的城市。在北京，香港，上海和深圳之后，广州获得了“全球城市”的称号^[19]，近三十年来，广州已成为华南经济、工业、文化中心，也是中国对外贸易最重要的港口之一。

广州的城市化快速发展始于20世纪70年代末，国外资本从香港（东南120公里）和澳门（南145公里）流入到广州。1984年广州被列为14个沿海开放城市之一，经济开发区和工业园区的建成进一步加快城市化的速度。 自2001年中国加入世贸组织以来，广州迎来了新的机遇，外贸总额大幅增加。 2001年至2014年间，广州市的国内生产总值从2840亿元增长到16710亿元，增长了6倍。 同期，城镇人口比例从61％上升到91％。 2015年，广州港所在的南沙区被指定为自由贸易区; 制定了优惠的土地使用和税收优惠政策，进一步促进了广州的经济增长和城市扩张。

在最近的关于广州的城市扩张的研究中，马和徐^[20]认为，1979年至2002年间，广州的城市建成区年均增长率为19.7％，城市扩张的主要驱动力因素为GDP，总人口，城市居民收入和城市公共交通。孙等人^[21]将广州1979年至2008年四个时期的卫星图像分为城市和非城市两类，计算了城市地图中的景观量，并将城市化进程分为填充式扩张，边缘扩张和离岸扩张三种类型。龚等人^[22]采用多元线性回归模型，研究了广州城市扩张土地强度的驱动因素，人均城市道路面积，人均住宅面积，国内生产总值，综合楼面面积比，和住宅地产总投资比。但没有对广州城市土地与其空间决定因素之间的关系进行研究。

3 数据收集和预处理

3.1 卫星影像图

为了研究1980 - 2010年的城市土地扩张，本研究采用1980年11月28日（MSS），1990年12月17日（TM），2000年11月20日（ETM ）和2010年12月15日（TM）的Landsat图像。城市用地由城市建筑，工业场所，公共设施，交通设施，旅游景点，军事场所，以及特殊用途的土地组成。本研究使用ENVI 5.1软件中的最大似然分类器的监督分类方法将图像解译和分类为城市土地，农田，森林，水等。并咨询了市政府出版的土地利用规划图（1981 - 1990年）和2001年、2011年的土地利用调查数据，从解译后的图像中手动校正了错误分类的像元。

为了确保图像分类的准确性，随机抽取每幅图像的1000个控制点，与现有的土地利用调查数据进行比较。分类的总体准确率分别为82％，82％，81％和83％，1980年，1990年，2000年和2010年的Kappa系数分别为0.74,0.76,0.72和0.75。 这些统计数据表明，分类效果良好。将这些城市地图转换为shapefile格式，以便后续的数据处理和分析。

3.2 多尺度的城市土地数据

采用2010年的城市土地数据，在ArcGIS中绘制30times;30m，60times;60m，90times;90m，120times;120m和150times;150m的栅格图形。 30times;30m（900平方米）的最小栅格单元对应2010年卫星图像的最小像元尺寸。使用以下公式计算每个栅格单元中城市土地（PB）的比例：

(1)

M代表栅格图形的总面积，m是栅格内城市土地面积。

3.3 地图数据

为了确定城市土地扩张的空间决定因素，本研究从广州市工商局的记录中获取了银行，公司，酒店，商店等商业服务的地址，以1：10,000的比例，利用百度地图和谷歌地图数字化了城市地图，包括城市基础设施如道路，地铁站，铁路和火车站。 表1描述了这些空间变量及其特征类型和数量。另外，我们获取了2010年的广州的第六次人口普查数据，包括研究区内所有95个街区的人口和GDP数据。

表1 空间变量及其特征类型和数量