重庆市主城区城市路网演变分析及与城市扩张耦合性研究

与城市扩张耦合性研究郑稚棚，吴凤敏，陈静，刘建，张斌(重庆市地理信息中心，重庆401121)摘要:研究结合重庆市主城区2011—2017年高分辨率遥感影像和相关地形图、规划资料及交通专题资料信息

等，提取城市路网和城市建设用地数据，基于CIS操作平台，采用空间核密度方法分析主城区城市路网时空演变

特征，探索城市路网空间分布规律，以街道(镇)为研究单元分析城市道路与城市用地扩张之间的耦合关系，为合 理规划交通道路布局，促进城市扩张与道路网络的协调发展提供了重要参考依据，结果表明，主城区城市路网 分布具有空间不均衡性特征，路网演变有明显的方向性，以东西两翼带状区域变化为主，路网密度变化集中在低

密度区「与城市用地扩张相关性研究中发现，城市路网是城市扩张的主要驱动力之一，珞网中密度区域对城市 扩张的驱动效应最明显，关键词：路网演变;道路密度;城市扩张;重庆市主城区中图分类号：P237 文献标识码：\\ 文章编号：1672-5867( 2(2() (2-(135-04Research on Evolution Characteristics and Re-coupling of Urban Road Network and Urban Expansion in Chongqing Urban AreaZHENG Zhipeng, \\\\l Fengmin, CHEN .ling, LIU Jian, ZHANG Bin（Chongqing Geomatics Center, Chongqing 401121, China）Abstract: This paper obtains urban road network and urban expansion features of Chongqing urban area based on high resolution re-

m（）tc sensing data, topographic map data, planning data and other tra「「i（： materials from 2（1（ to 2（17. The density（）「urban road net­

work is calculated by kernel density estimates and spatial overlay analysis method which is built up in ArcGIS. The area of single town is supposed as a study unit. The research shows that , the urban road density has a slgniIl（：ant spatial unbalance growth status and in­

creases in two bands of east and west direction mainly in low density area. Urban road network is one of the main driving forces of ur­

ban expansion, and the medium density region of urban road network seems more correlative to urban expansion Chongqing urban area. Key words : road network evolution； road density ； urban expansion ； Chongqing urban area0 引 言近年来，由于城市化的快速发展，城市道路网络研究 越來越受到重视。■方面,在城市发展的过程中.城市道 路作为城市骨架，路网密度变化反映了作为城市与区域

通达性，进一步促进城市的扩张[3-5] O目前，相关学者对

城市道路交通研究主要以道路网络通达度研究、道路密 度指标休系研究等为匚多为大、中尺度地域,对以城市 街道为单元的小尺度研究较少[6-10] O为「更好地分析路网密度空间格局,本文以重庆市

关键要素的路网本身演变特征；另-力方面,城市道路也客 观地表征了城市与区域空间演变的格局与过程，具有揭 示演变规律的指针作用[1-2] O已有研究表明，城市路网是

主城区为例，基于RS和ArcGIS平台，利用2011—2017年

多期高分辨率遥感影像.采川空间叠加分析、空间核密度 讣算及空间门相关分析等方法，分析了主城区城市路网 密度空间演变特征，并结合城市建设川地.对城市路网与 城市扩张空间门相关性进行了分析，对两者定量关系模

城市扩张重要的驱动力之•，城市路网与城市扩张具有 正向循环的相互促进作川，城市扩张促进了城市路网的

加密与延伸，而城市路网的稠密化提高了该区域的道路 型进行了系统探讨。收稿日期：2018-09-25作者简介:郑稚棚(1987-)，男，重庆人,工程师，本科学历，主要从事遥感技术与应用方面的研究工作。136测绘与空间地理信息2020 年1研究内容及方法1.1研究区域概况重庆市是中国四大直辖市之一.主城区作为重庆集

聚程度最高和城乡一体化进程最快的区域，对重庆其他 区域具有重要的带动作用。根据《重庆市城乡总体规划

（2007—2020年）》（2011年修订）,主城区规划城市建设

用地范围为1 158 km2。规划对城市空间扩张有重要引导 作用⑴一⑵，主城区的城市建设基本按照规划进行布局，本 文以规划城市建设川地范围涉及街道（镇）作为研究区 域,旨在研究规划城市建设川地范围内城市道路的演变 特征、空间布局及与城市用地扩张之间的关系。付「究区域涉及9个行政区（渝中区、江北区、大渡口 区、沙坪坝区、丿L龙坡、南岸区、北碚区、渝北区、巴南区）,

141个街道、镇（其中,街道91 个,镇50个）.总面积

2 621.11 km2o区内地势较为平坦,4座山将主城区分割

为南北向槽谷区域（如图1 所示 ） .平均海拔306 m, 最高

海拔942 m,位于北碚区北温泉街道的中梁山上.最低海

拔144 m, 位于御临河与长江汇流处（根据1 ：5 000 DEM 计算）。人江北区t区〕蓼盖龙莖笔南竖够騒）L图例］主: i高程（米High） : 1419图1研究区域地貌情况图Fig・1 Geomorphologic distribution of study area1.2数据处理及方法研究选取2011—2017年7期高分辨率遥感影像，其 中 2（1 1、2014—2017 年■均^ Worldvieu-2 卫星影像（分辨

率 0.5 m） ,2012年为Pleiades卫星影像（分辨率0.5 m）,

2013年为航空影像（分辨率0.5 m）。基于RS和GIS操作

平台，利川1 ：5 000地形图资料、城市综合交通规划资料

等.采川人机交互丨丨视遥感解译的方式提取201 1—2017 年城市道路数据和城市建设用地范围数据。其中，城市

道路按照宽度大于6 m为标准.采集道路中心线.包括快 速路、主1：路、次干路 和支路.不包括铁路和公路；城市建

设川地以影像上是否起地基（±0.0 m）为标准采集边界轮

廓线.考虑到重庆特殊的地形环境对城市建设的影响,对 于城市建设用地面积大于2 000 m2的飞地一并采集。以城市道路中心线为基础数据.基于mGIS核密度

估计方法.按照定义的搜索、半径（即核函数带宽）.以移动 的圆形统计每个搜索半径内道路的数量•确定栅格大小， 输出每个栅格的城市道路的密度值。城市道路密度是城

市道路中心线总长度与城市川地总面积之匕计算公式

如下：d工L(1)式中，d为道路密度（km/km ） ； L为道路中心线长度

（km） ；F为城市用地面积（km2）。以2017 年城市道路数据为示例，自动生成带宽500、

1 000、1 500和2 000 m的城市道路核密度进行对比分析，

如图2所示。随着带宽增加，带宽密度值曲线越光滑，但

对路网密度空间分布特征的反映越不明显.因此.研究选

择1 000 m带宽为标准.分析主城区城市道路核密度的演 变特征，能够比较明显地反映城市路网核密度等级差异。带宽=1 500 m带宽=1 000 m带宽=500 m带宽=2 000 mI加E ■ 愉宀界 —图2重庆市主城区不同函数带宽(半径)

下城市道路核密度分布图Fig・2 Distribution of kernel density of urban roadat different bandwidth in Chongqing urban area2城市路网密度演变分析2017年重庆市主城区城市路网高密度区（大于

5 km/km2 ） 分布在中部城市发展核心区域,包括渝中区、

大渡口区、九龙坡区北部、渝北区南部、江北区中西部、北 碚区南部、南岸区西部等.其中渝中区、渝北区南部和江 北区西部城市路网最为密集；低密度区主要分布在中心

第2期郑稚棚等:重庆市主城区城市路网演变分析及与城市扩张耦合性研究137城区外围新扩张区域，如渝北区东部龙兴镇、鱼嘴镇，北 市路网主要向东西两翼延伸，两翼条带状密度变化特征

碚区西部水土镇、复兴镇，巴南区南部界石镇等。总休 上，主城区城市路网分布特征呈现中心区域密度高.东西 两翼密度低，主要由于重庆特姝的山地地形，丨L东西两侧

明显，主要包括渝北区南部龙兴镇、鱼嘴镇，中部木耳镇、 仙桃街道，西部悅來街道、康美街道；北碚区南部水土镇、

复兴镇；南岸区长生桥镇、天文街道；巴南区南彭街道、龙 洲湾街道；沙坪坝区金凤镇、含谷镇等。城市路网密度变

有缙云山和明月山两条山脉阳隔.城市路网扩张呈现多

中心、多组团的建设模式。城市路网分布特征也休现了 政府对城市建设的重要引导作川，从2（11年以来.政府针

化集中在（1—3）km/km2,该密度区间面积515.8 km2；路 网密度增加大于4 km/km2 ,面积仅22.51 km2.表明城市 路网密度变化集'I'在'中低密度区,城市路网密度越高,变

对主城区东西两翼区域（东部龙兴镇、鱼嘴镇，西部水土

镇、悦来镇等）制定了各项优忠政策,带动了该区域以第 二和第三产业为主的各项企业不断落地建设，也促进了

化程度越小，主要是高密度区城市川地扩张受到限制，路 网改善空间较小。此外，还有零星区域城市路网密度有

城市路网等基础设施不断完善。2（ 1 1—2（ 17年主城区城市路网密度增加以向城市外

所降低，主要为城市中心区域道路网络更新改造所致,见 表1。围扩散蔓延为主，城市中心区域路网密度变化较小。城

表1 2011—2017年重庆市主城区城市道路密度不同等级面积变化表Tah.1 Different areas with urban road density degree from 2011 to 2017序'号道路密度分级（km/km2）< 1面积(km2)2(11 年1 722.482()12 年2013 年1 599.582()14 年1 501.182(15 年1 437.892(16 年2(17 年1 329.311 677.731 383.85365.4521—22—3304.12322.8347.63230.56162.75368.(5252.27187.68372.(2356.94283.26227.6345200.03207.32154.83266.49200.39277.96216.223—44—55—66—7143.321(3.911(9.3476.2112(.(782.0847.63135.9990.59151.3899.41169.36180.(367873.8445.242(.33109.3661.0927.3812&9969.5744.8121.(851.224.(410.1157.2426.(77—8> 8合计22.2331.4114.0297.852 621.116.982 621.118.5910.2310.442 621.112 621.112 621.112 621.112 621.113与城市扩张耦合性研究2（1 1—2（17年主城区城市扩张速率与城市路网长度

以街道（镇）为研究单元,分析城市路网密度与城市

川地扩张的互动关系（见表2）。统计结果显示.主城区城 市建设用地面积占比超过该行政区域面积8（% 的街道

（镇）数量为29个，城市道路高密度区（大于5 km/km2）

变化率呈现倒U形关系.城市扩张速率呈现逐年降低趋 势，而城市高密度区增长率则先增加后减少，表明城市向

占比超过65%,表明城市扩张面积越大，城市路网密度越

外围逐步扩张的同时,城市路网建设先快速增加,当城市 建设过程中随着各项基础设施的不断完善，城市路网建 设速率逐渐降低，最终城市路网结构达到成熟。高。当城市建设川地面积占比超过9（%,已基本达到饱 和时，由于城市扩张空间的限制，城市路网高密度区面积

占比反而呈现下降趋势。表2不同城市道路密度等级与城市建设用地关系表Tab.2 Relationship between urban land and load density城市建设川地占街道（镇）

面积比例（% ）街道（镇）数量（个）不同城市道路密度等级（km/km2 ）面积占街道（镇）面积比例（％）<55—66—7(.97>7< 5050—6060—707(—80781096.1 072.502.5915.390.347.284.833.((915121769.8()65.7117.2415.2525.419.9611.1615.(67.8721.1880—9038.3625.98>9027.3926.9119.72138测绘与空间地理信息2020 年以城市道路密度等级1 km/km为间隔，分析各街道

(镇)不同等级城市道路与城市建设川地相关性，如图3

所示.结果显示.道路密度等级为(4—5 )km/km2面积与城 市建设川地面积线性关系最好，R2 =0.686 3•道路密度等

级(3—4) km/km2 ,R2 = 0.601 3，其余道路密度等级与城市 建设用地线性关系R均小于0.5.表明主城区城市建设川 地扩张区域主要位于道路中密度等级区(3—5)km/km2。城市道路密度等级(2—3 ) km/km2城市道路密度等级(3—4)km/km2城市道路密度等级(4—5)km/km2城市道路密度等级(5—6) km/km2空()87?2=\" AQA Q鬣••鳖:/.A1 •:•-蠡

集€0 2 4 6 8 10 12 14 16 18城市建设用地面积（km?）图3不同城市道路密度等级与城市建设用地关系图Fig・3 Drawing of relationship between urban

land and load density不同城市道路密度等级与城市建设用地相关性存在

较大差异，组合不同城市道路密度等级区间与城市建设 用地进行相关性分析，结果显示:城市道路密度等级(3-

8)km/km「面积与城市建设川地相关性最髙，R，0.8482,

表明城市路网建设初期密度较低时.对城市扩张驱动作 用不明显；当城市路网密度达到一定等级后对城市扩张 的驱动作用越加明显；后期城市路网基本建成丨且密度较

髙时.可能山于其他因素对城市扩张的限制.城市路网密 度驱动作用逐渐降低。4结束语本文利用髙分辨率遥感影像.基于RS和GIS操作平 台.分析了重庆市主城区2011-2017年城市路网空间演

变特征.并以街道(镇)为研究单元，对城市路网与城市扩

张之间的耦合性进行了研究.得到如卜结论：1 )主城区路网密度分布具仃明显的空间不均衡性.

总体呈现从城市中心向外逐渐降低的特点。受自然地形 条件的影响.城市路网向外围不断延伸的同时.具有明显

的方向性特征，且呈现多中心、多组团的建设模式。2) 从 2011年以来•主城区城市路网发生了剧烈变化,

路网密度变化以东西两翼带状区域增加为主•距离城市

中心区域越近.路网密度变化较小；城市路网密度变化集

中在中低密度区,城市路网密度越高,变化程度越小。3) 城市路网空间密度与城市用地扩张之间具有密切

联系.且城市路网中密度区域对城市扩张的驱动效应最

明显，线性相关性最高。本文通过城市路网特征及其与

城市扩张关系的研究.为构建城市路网-城市用地扩张定 量模型提供了重要参考依据。本研究也存在-定的局限性：由于文中仅对城市路 网对城市川地扩张的驱动效应进行了研究.没仃考虑政

府政策与规划引导、社会经济发展条件等其他城市扩张 的驱动因素.分析结论可能存在-些不足.后?续将进-步

进行优化。参考文献：[1]

曹峰,宋海荣，葛咏，等.基于粗糙集的交通道路与城镇 用地扩展关系分析[J].地球信息科学学报,2010, 12

(6):791-796.[2]

刘锐，何劲，胡伟平.广佛都市区道路网络与城镇建设 用地间的影响分析[J].地球信息科学学报,2011, 13 (5)： 601-610.[3] 赵国梁.道路网络与城市扩张互动关系研究[D].北京: 中国地质大学，2017.[4]

赵国梁，郑新奇,原智远，等.道路网密度与城镇扩张时

空变化特征及关联性分析[J].农业工程学报,2015, 31

(2)： 220-229.[5]

TAYYEBI A, PIJANOWSKI B C, TAYYEBI A H. An urban growth boundary model using neural networks, GIS and radial paramete门nation： An application to Tehran ,

Iran[J ]. Landscape and Urban Planning, 2011, 100 (1)： 35-44.[6] 杨超，王燚，曾鹏.城市道路网络演变模型[J].同济大

学学报(自然科学版),2011,39(4): 534-539.[7] 梁宇，郑新奇,宋清华，等.中国大陆交通网络通达性演 化[J].地理研究,2017,36 (12) : 2 321-2 331.[8] 田关云.基于TransCAD的城市公共交通网络可达性研

究[D].兰州：兰州交通大学,2014.[9]

银超慧，刘艳芳，史滢宜.湖北省县域道路网络综合通 达性及其空间特征[J].测绘与空间地理信息,2017, 40 (11)： 3-8.[10] 范科红，李阳兵,冯永丽.基于GIS的重庆市道路密度 的空间分异[J].地理科学,2011 (3)： 365-371.[11]

陈明春.中心城区道路网密度空间分异研究一一以重 庆市渝中区为例[C]//持续发展理性规划——2017

中国城市规划年会论文集•北京：中国建筑工业出版

社,2()17.[12] 吴宏安，蒋建军，周杰，等.西安城市扩张及其驱动力分

析[J].地理学报,2005,60(1) ：143-150.[13]

王婷婷，王运动，杨强.1988—2014年莆田市城市扩展

及其驱动力分析[J].遥感信息，2015, 30 ( 12)：

111-115.[编辑：任亚茹]