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新型城镇化道路对我国的城镇化过程提出了新的要求,城市扩展向集约、智能、绿色、低碳的发展方式转变迫在眉睫。城市空间的持续扩展,导致城市边界不断向外推移,城市空间粗放式的扩展模式引发人地关系的不断恶化,对城市扩展的合理引导提出了迫切的需求,尤其是在我国生态环境比较脆弱的西北部地区,转变城市扩展模式势在必行。城市扩展模型是模拟城市扩展,探索城市扩展规律,引导城市扩展方式转变的重要方法。包头市作为第二批国家新型城镇化综合试点地区,同时也是呼包银经济带、呼包鄂城市群的中心城市,是我国西北部地区典型的资源型城市,而包头市城市空间受限于自然条件,集中分布在包头市南部地区,城市中部和北部分别为高原山地和草场,经济发展比较落后,城市扩展方式不同于我国东南沿海地区,需要合理的规划才能正确引导城市扩展过程。本文将城市扩展的动态过程模拟为城市建设用地的水平运动过程,从区域生态保护的视角出发模拟包头市城市扩展。以2006年、2010年和2017年Landsat卫星遥感影像为主要数据来源,构建最小累积阻力面模型(MCR)和生态阻力面模型(UEER),模拟包头市城市扩展。利用遥感与GIS技术,通过监督分类与归一化建筑指数(NDBI)相结合的方式,提取包头市城市建设用地,构建城市扩展“源”,基于城市建设用地生态适宜性评价指标体系构建最小累积阻力面指标体系,利用最小累积阻力面模型模拟包头市2006-2010年和2010-2017年城市扩展,发现最小累积阻力面模型在模拟城市扩展的过程中存在一些不足,模拟结果与实际城市扩展存在较大的差异。利用生态阻力面模型模拟了包头市2006-2010年和2010-2017年城市扩展,并对模拟结果进行验证,发现实际生活中城市扩展占用了部分农田,而基于最小阻力面模型改进而来的生态阻力面模型禁止占用农田,模拟精度偏低,本文对生态阻力面模型进行改进,在城市扩展模拟中可以有限度的占用农田,模拟2006-2010年和2010-2017年包头市城市扩展,并对模拟结果进行验证,探讨了基于生态视角模拟城市扩展的可行性,并模拟了2017-2020年包头市的城市扩展,得出以下结论:(1)通过多次遥感影像监督分类获取的包头市城市建设用地由于地表植被覆盖率较高,提取的城市建设用地信息结果不是特别理想,而NDBI指数是基于建设用地在红外波段与近红外波段的反射率变化与其他地物信息的反射率变化相反的原理,提取城市建设用地,NDBI不同于监督分类需要人工解译,可以通过计算机自主完成,避免了人为因素的干扰。同时,NDBI指数法在地表植被覆盖率较高的时间段提取的城市建设用地的精度较高。因此,利用NDBI指数法对监督分类提取的建设用地进行修正,可以提高提取精度。2006年、2010年和2017年包头市遥感影像提取城市建设用地信息通过NDBI指数法修正后的精度分别为85.88%、87.14%和88.84%。(2)基于最小累计阻力模型模拟包头市城市扩展结果与实际城市扩展有较大差异。基于最小累积阻力模型的城市扩展模拟结果侵占了大量的耕地、生态保护区和水源地,这样的扩展方式显然不符合城市扩展的实际城市扩展情况,基于最小累积阻力面模型模拟的2006-2010年城市面积增加了1537公顷,侵占了455.99公顷的耕地,277.48公顷的生态保护区和146.16公顷的水源地;而基于最小累积阻力模型的2010-2017年城市扩展模拟结果城市面积增加了3931公顷,侵占了1438.75公顷的耕地,侵占了599.48公顷的生态保护区土地和359.68公顷的水源地。(3)由于最小累积阻力面模型在城市扩展模拟中与实际城市扩展差异较大,基于MCR模型改进后的UEER模型,加入了作为城市扩展刚性约束的农田、生态保护区和水源地作为城市扩展的生态障碍,并且对城市扩展的源的扩展能力进行了分级,避免了城市扩展呈现均质化蔓延,构建的生态阻力面综合了城市扩展所需要克服的生态阻力,模拟了2006-2010年、2010-2017年包头市城市扩展,与包头市实际的城市空间规模进行了验证,发现模拟结果基本能够反映包头市城市扩展趋势,但与包头市实际城市建设用地有一定的差异。UEER模型在模拟2006-2010年包头市城市扩展与通过遥感影像获取的包头市2010年城市建设用地进行对比,模拟的精度为65.6%,模拟2010-2017年包头市城市扩展与通过遥感影像获取的包头市2017年城市建设用地进行对比,模拟的精度为73.59%。UEER模型在模拟城市扩展过程中,将农田作为城市扩展的生态障碍,禁止侵占,与实际城市扩展不相符,本文对UEER模型进行了部分改进。(4)在UEER模型模拟城市扩展中控制城市扩展对农田的侵占量,模拟城市扩展过程。基于改进后的UEER模型模拟包头市2006-2010年城市扩展的模拟结果与通过遥感影像提取的包头市2010年城市建设用地吻合的面积为1086.35公顷,实际2006-2010年包头市城市扩展面积为1537公顷,基于改进后的UEER模型模拟包头市2006-2010年城市扩展精度为70.68%,与UEER模型相比,模拟精度提高了5.08%;基于改进后UEER模型模拟包头市2010-2017年城市扩展的模拟结果与通过遥感影像提取的包头市2017年城市建设用地吻合的面积为2945.11公顷,实际2010-2017年包头市城市扩展面积为3931公顷,基于改进后的UEER模型模拟包头市2006-2010年城市扩展精度为74.92%,模拟精度提高了1.33%。分析了生态阻力面模型基于生态视角模拟城市扩展的可行性,模拟了2017-2020年包头市的城市扩展。