无锡市城市扩张的空间特征及驱动力分析

（２）轴向扩展无锡市城市的空间扩展有两条 主要的轴线，即苏一锡一常城市中心线扩展带和环太 湖扩展带。沿苏一锡一常城市中心线自西北向东南有 惠山区的洛社镇、石塘湾镇，北塘区的山北街道、黄 巷街道，崇安区的广益街道，新区的南站街道、长江 路街道、晓庄街道和硕放镇，沿线经过了无锡国家高 新区和无锡新加坡工业园。该地区靠近京杭大运河 和铁路干线，并且３１２国道穿越，水陆交通极为发 达，加上城乡道路交错分布，形成处处相通的城一城、 城一乡和乡一乡道路交通网，使之成为无锡市发展的
关键词：城市扩张；建成区；遥感信息提取；空间特征；驱动力分析 文献标识码：Ａ
城市化是一个国家和地区经济、社会、文化和 科技水平的重要标志，也是衡量该国家和地区社 会组织程度和管理水平的重要标志…。城市建成 区面积的扩张是城市化最直接的体现。城市建成 区是指城市市政范围内经过征用的土地和实际建 设发展起来的非农业的生产建设地段，包括市区 集中连片的部分以及分散在近邻区与城市有着紧 密联系，具有基本完善的市政公共设施的城市建 设用地。它可以反映一定时段城市建设用地规 模、形态和实际使用情况Ｌ２］。遥感技术能够快速、 准确、宏观和实时获取城市用地状况及其变化趋 势，地理信息系统又便于对遥感数据进行后期的 综合处理分析，在此基础上获得不同时相的城市 扩展的准确信息，将为城市变迁的动态监测与规 划调控提供科学的技术参数¨］。
万方数据
图６ ’ｒＭ４一ＴＭ３影像卜的尢锡市 Ｆｉｇ．６ Ｗｕｘｉ Ｃｉｔｙ ｉｎ Ｉｍａｇｅ ｏｆ ＴＭ４一ＴＭ３
由于裸地的光谱信息与城镇用地信息很相近， 在提取的过程中免不了将一部分裸地划归到城镇用 地，因此，对照太湖流域土地利用分类图，利用人机 交互目视判渎对提取出来的城镇信息进行修正，去 除其中错误的信息，最终得到研究区城镇建成区 信息。
７、Ｍ４一丁Ｍ７＜Ｋ１
（１）
ＴＭ５一丁Ｍ４＞Ｋ２
（２）
’ｒＭ６＞Ｋ３
（３）
当某像元同时满足上述三式时，判断该像元为 城镇建筑用地。式（１）利用了城镇用地Ｋ１比较小 的特点，式（２）则利用了城镇用地在４、５波段反差很 大的光谱特性。ＴＭ４一ＴＭ７＜Ｋ１可以将部分旱地 区分开，同时ＴＭ６上旱地的Ｋ３较小，而城镇的Ｋ３ 值很大，这样Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３交互控制提取，可以提高 城镇覆盖信息提取的准确率，降低依靠一个Ｋ值频 繁试验阈值而造成的误差［９］。经过反复试验，对于 无锡市而言，Ｋ１一一１０，Ｋ２—２０，Ｋ３一１４５，就能取 得很好的提取效果。
２数据和方法
２．１ 数据 本文使用的遥感影像数据为４个不同时相的
Ｌａｎｄｓａｔ ＴＭ／ＥＴＭ＋数据，成像时间分别为１９９卜 ０７—２３，１９９６一０１—１０，２００１—０７—２６和２００５—１０一１７。图件 数据为１：１００ ｏｏＯ太湖地区地形图以及太湖流域土 地利用分类图。社会经济统计数据为《无锡统计年 鉴２００８》。 ２．２研究方法
影像数据的预处理包括几何校正、图像配准和 图像增强。首先在１：１００ ０００的太湖流域地形图上 均匀选取２０个具有典型特征的地面控制点（ＧＣＰ）， 采取２次多项式的计算方法对２００１年的遥感影像 进行几何精校正，误差控制在０．２个像元以内。再以
２００１年的ＥＴＭ＋图像为基础对１９９１、１９９６、２００５ 年影像分别进行配准。最后采用低通滤波（３×３）处 理，对图像进行整合合并，突出城和归一化裸露指 数提取了西安市城市边界。杨存建［８１等利用差值 建筑覆盖指数（ＤＢＩ）对成都市区及周边城镇进行
了信息提取。孟飞［９］等利用Ｔ』讹一删７＜Ｋ１，
Ｔ』Ⅵ５一ＴＭ４＞Ｋ２和Ｔ』Ⅵ６＞Ｋ３三式联合对ＥＴＭ 图像中的城镇及其背景信息进行了提取。薛辉、倪 绍祥ｕ叩分别用光谱阈值法、ＮＤＢＩ指数法、监督分类 法和非监督分类法对城镇居民地进行了提取，并且 将它们进行了对比。汤君友、杨桂山［１¨利用几何象 限方位分析法对无锡市城镇建设用地扩展的时空特 征进行了分析。王茜ｆｌ胡等对南京市的城市扩展做 了相关的遥感研究。本文借鉴上述方法，引入了 ＴＭ７／了、Ｍ４组合，并对光谱阈值法进行改进，成功提 取了无锡市城镇用地的信息，并且对其城市扩张的 时空特征及驱动力进行了详细的分析。
而１９９６年是冬季的影像数据，利用Ｔ』Ⅵ５一ＴＭ４ 的波段组合难以将城镇与其他类型地物区分开来 （图５），因此，经过多次试验采取用ＴＭ４一ＴＭ３来代 替（图６），即：
丁Ｍ４一ＴＭ７＜Ｋ１ Ｋ２＜Ｔ』Ⅵ４一ＴＭ３＜Ｋ３ Ｋ４＜ＴＭ７／ＴＭ４＜Ｋ５ 式中：Ｋ１一一１６；Ｋ２一一８０；Ｋ３一一４０；Ｋ４—
万方数据
１１ １０
长江流域资源与环境
第１８卷
多平原，西南部太湖沿岸多丘陵和山脉。无锡下辖 江阴、宜兴两市和锡山、惠山、崇安、北塘、南长、滨湖 和新区七区，全市总面积４ ７８７．６ ｋｍ２，总人口 ４６１．７３７ ６万人。无锡属亚热带季风海洋性气候， 四季变化分明，气候温和湿润，雨量充沛，无霜期长， 热量丰富。
４ 无锡市城市扩展的空间特征
把所提取的城镇信息导人到ＡｒｃＧＩＳ软件中进
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长江流域资源与环境
第１８卷
行４个时相的叠加分析，得到１９９１～２００５年无锡市 城市扩展图（图７）。从图上可以直观地看出无锡市 城市空间扩张呈现出不均匀发展，主要包括集中连 片发展和轴向扩展ｍ３两种典型的扩展模式：
主要集聚带和无锡市辐射苏一锡一常大都市圈的重要 枢纽。而环湖扩展带主要是以环绕太湖沿岸的城镇 为主，如滨湖镇、太湖镇、胡埭镇以及马山镇等。主 要依靠太湖大力发展旅游业，如北面以三国城、水浒 城和唐城为主的旅游带，以及南面的无锡太湖国家 旅游度假区和无锡太湖山水城旅游区。这些地区随 着旅游业的发展，相关产业也飞速发展，配套设施不 断完善，建筑面积不断扩大，使其也成为无锡市空间 扩展的一个重要的方向。
（１．南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室，江苏南京２１００４６；２．国家海洋技术中心，天津３００１１１）
摘要：以无锡市１９９１、１９９６、２００１和２００５年的Ｌａｎｄｓａｔ ＴＭ／ＥＴＭ＋影像为数据源，采用改进后的波段组合阈值提 取法对无锡市城市建成区空间信息进行提取，并参照太湖流域土地利用分类图对提取的信息进行修正；通过影像叠 加分析，研究１９９１～２００５年无锡市城市扩张的空间分布规律，认为无锡市城市总体扩张呈现出不断增加的态势，尤 其是２０００年以后，城市扩展出现快速发展。同时无锡市城市空间扩张呈现出不均匀性，主要包括集中连片发展和轴 向扩展两种典霉！！的扩展模式，『ｆ｜ｉ城市扩展方向主要集中在常州一无锡一苏州城市中心线沿线和环太湖方向，其中以东 南部和东部扩展最为迅速；结合无锡市１９９１～２００５年社会经济以及人文数据，分析了人口及经济发展对城市扩张 的影响，结果表明：人口的增加和城市的经济发展是影响无锡市城市扩展的两个重要因素。
１研究区概况
无锡市位于东经１１９。３１’～１２０。３６’和北纬 ３１。７’～３２。之间，地处江苏省东南部，沪宁铁路中段， 长江三角洲江湖问的走廊部分。南濒太湖，北枕长 江，京杭大运河穿越而过，属长江下游太阳水网区。 无锡地形以平原为主，星散分布着低山、残丘。东部
收稿日期：２００８—１１－１０；修回日期：２００８—１１—２４ 基金项目：“十一五”国家科技支撑计划项目“基于环境一号等国产卫星的大型水体环境遥感监测应用技术与软件研发”（２００８ＢＡｃ３４８０５） 作者简介：夏教（１９８４～ ），男，安徽省宣城人。硕士研究生，主要从事城市遥感应用的研究．Ｅ—ｍａｉｌ：ｘｉａｒｕｉｌ２３＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ
目前，国内外不少学者对城镇用地或城市边界 提取进行了研究，如韦尔奇（Ｒ ｗｅｌｃｈ）［４］通过对ＴＭ 的假彩色合成图像目视解译提取了城市的建成区 面积，并进一步分析了建成区面积与人口之间的 关系。马赛克（Ｍａｓｅｋ）［５］等利用Ｉ．ａｎｄｓａｔ卫星对华 盛顿特区的城市动态变化进行了研究。查勇［６１等 利用归一化建筑指数（ＮＤＢＩ）从ＴＭ影像中对无锡 市城镇用地进行了提取。吴宏安［７３等利用Ｌａｎｄｓａｔ
５ 无锡市城市扩展驱动力分析
图７无锡市建成区扩展变化图（１９９１～２００５）
Ｆｉｇ．７ Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ａｒｅａ ｏｆ Ｕｒｂａｎ Ｂｕｉｈ—ｕｐ
Ａｒｅａ ｉｎ Ｗｕｘｉ Ｃｉｔｙ ｆｒｏｍ １９９１ ｔｏ ２００５
（１）集中连片发展集中连片发展是以城市为 本体向各个方向蔓延，推动了城市边缘区空间多方 向全方位地向农村地区扩展【ｌ引。随着东南部无锡 新区和无锡滨湖经济技术开发区、东部锡山经济技 术开发区、北部惠山经济技术开发区和南部临湖的 无锡市蠡园经济开发区的相继成立，同时依靠紧邻 中心城市、乡镇企业快速发展和外来投资的不断增 长以及独资、合资形式外企的大量涌人的优势，使无 锡市不断地扩大了自身的规模，增强了自身的经济 实力，开发了大量的经济适用房。还完善了公共设 施配套项目，缓解了城区居住用地紧张的状况，这些 新建成区分担了部分城市功能，成为人口和产业郊 迁的最佳选择地点，在图上呈现为相对聚集发展。 尤其是东南部的无锡新区１９９１～２００５年发展尤为 迅速，在图７上表现为东南方向的红色斑块不但面 积大而且很集中。因此其成为无锡市城市扩张的主 要方向。
由图ｌ可以直观看出城镇的灰度值在丁Ｍ４和 丁Ｍ５波段之间明显增加，而植被和水体地物光谱曲 线呈递减趋势。城镇在丁、Ｍ４波段上是暗色调，与 水体（尤其足太湖和无锡市内的水网）相混淆，而在 丁Ｍ７波段上呈现出亮色调，这就与水体很容易区分 （图２）。此外，对于ＥＴＭ＋影像，由于第６波段是 热红外波段，可以很明显地反映城镇信息，同时其分 辨率由１２０ ｍ提高到６０ ｍ，因此，该波段也可参与 城市信息的提取。
首先利用ｌ：１００ ｏｏｏ太湖流域地形图对不同时 相的Ｉ。ａｎｄｓａｔ ＴＭ／ＥＴＭ＋影像数据进行预处理。 其次改进波段组合阈值法，研究无锡市城市信息提 取的最佳波段和阈值设置，提取不同时期无锡市城 镇用地信息。然后通过对不同时期无锡市城市建成 区的叠加处理，分析其城市扩展时空规律，研究城市 扩展的驱动力。 ２．３遥感影像的预处理