长江经济带城市蔓延多维度、多尺度判别及演化趋势模拟

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长江经济带自建立以来,区域政策利好,经济与交通条件迅速改善,居民居住偏好改变,开发商持续追求土地低成本开发,导致长江经济带城市扩张加快,郊区化趋势愈发严重,多个地区出现城市蔓延现象,严重影响区域可持续协调发展。基于上述事实,揭示长江经济带城市蔓延特征,在此基础上提出相关蔓延控制策略,已成为促进该地区可持续发展的重要手段。因此,本文通过构建全卷积神经网络识别建设用地,并通过指标分析法、聚类分析法、Geo SOS-Flus模型等方法研究长江经济带城市蔓延特征,探讨城市蔓延驱动机理、发展趋势,并提出相应防治举措。首先,通过构建适用于大尺度城市建设用地提取的全卷积神经网络模型,为城市蔓延研究提供精确基础数据;其次,从城市蔓延衍生机制出发,建立多维度、多尺度城市蔓延判别指标体系,分析长江经济带129个地级以上城市蔓延的时空特征;然后,基于城市蔓延定量识别结果,理清影响城市蔓延的影响因素,探索城市蔓延驱动机理;最后,结合土地利用约束方法与Geo SOS-FLUS模型,对长江经济带129个地级以上城市进行蔓延模拟,并提出相应预防策略。结果表明:(1)对城市建设用地进行提取,与传统分类器相比,改进型FCN提取结果的Kappa系数提高6%,F1-score系数提高4%,中小城市的提取结果与真实结果的形态相似性高于80%,表明改进型全卷积神经网络模型对像素级分类更加准确,对中小城市边界细部特征具有良好的识别能力。(2)蔓延指数较高的城市主要分布于东部沿海地区与成渝城市群,蔓延指数较低的城市基本分布于中西部山区。2012-2018年间,除超大城市综合蔓延度下降,其他等级城市综合蔓延度均有不同程度的上升。特大城市综合蔓延指数为0.47,Ⅰ型大城市综合蔓延指数为0.47,Ⅱ型大城市综合蔓延指数为0.40,中型城市综合蔓延指数为0.38,Ⅰ型小城市综合蔓延指数为0.35,Ⅱ型小城市综合蔓延指数为0.33,表明城市规模越大,城市蔓延程度越大。街道蔓延等级越集中于低蔓延度,越易促进城市蔓延程度下降,城市街道蔓延等级数量分布越分散,越易促进城市蔓延程度的稳定。(3)系统聚类分析结果表明,形态维变化是长江经济带城市发生蔓延的主要诱导因素。密度维、协调度维对长江经济带城市蔓延态势的影响较小。经济带内城市蔓延发生与否与城市内部结构紧凑程度高度相关,长江经济带城市要重视城市内部结构优化,提升城市品质。(4)对2035年长江经济带城市建设用地进行多情景模拟,预测长江经济带城市多情景蔓延态势。模拟结果表明,可持续发展情景下,共18个城市扩张正常,生态优先发展情景下,共20个城市扩张正常,相较于2018年,城市扩张态势未出现显著的好转,城市病(城市蔓延、城市收缩)在未来很长一段时间内仍会存在。
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