时间,空间和形态的和谐美研究高概率信号组合 趋势 空间时间 结构 ...

丁峰++朱涛

[摘 要]通过分析城市空间形态演变历程，对城市空间形态演变进行科学测度，构建了基于分形维数和紧凑度指数的综合测度的理论模型；分别从不同角度测度城市空间形态对应的指数，由此实现了对城市空间形态演变的综合测度。滁州市的实证研究表明：从1969年到2004年，城市紧凑度指数呈下降态势，城市分形维数呈上升态势，反映了城市形态越来越复杂，城市紧凑程度较低；2008-2014年紧凑度指数略有上升，城市分形维数略有下降，反映了城市变得相对紧凑，城市形态变得相對规则。研究可为城市空间形态研究领域提供理论方法参考和实践应用借鉴，为城市制定可持续发展政策提供科学依据。

[关键词]城市空间形态；分形维数；城市紧凑度；滁州市

中图分类号：P208 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）31-0120-03

0 引言

城市空间形态演变研究是城市规划研究的热点、难点、焦点问题，也是当前城市快速发展和新型时代背景下的重点问题。随着城市的快速建设和发展，城市的空间形态一直深受国内外规划学者、地理学者和社会学者等高度关注。国内外关于城市空间形态的研究主要集中在相关理论研究、城市边界和城市土地利用形态分形研究、城市形态熵与分形维数在分形城市形态模拟方面的理论研究、面积-周长法（网格法的一种）分别测算不同时期不同城市的边界维数研究、网格法计算城市形态的容量维数对土地利用结构的研究等方面。在已有的研究框架中，如何对城市空间形态进行定量测度占有重要而特殊的地位。这是因为城市空间形态是城市发展研究的热点问题，城市空间形态演变与城市的发展有紧密联系。由此，通过对城市空间形态进行测度而得到一个定量数值，这将能清晰地表示出城市空间形态的数量化特征，进而有利于理解和把握城市空间形态，更能为科学制定城市空间形态提供精确依据。

在某种程度上，城市空间形态反映城市这一复杂巨系统的外部轮廓形态特征，定量研究城市空间特性对城市科学管理与规划具有重要的实践意义，通过构建分形维数和紧凑度指数理论模型，计算城市空间形态相关指数，分析探讨城市外部空间形态的演变规律，进一步，揭示城市内、外空间形态复杂变化的一般性规律，由此，本次研究把分形维数指数、城市紧凑度指数作为城市空间形态研究的定量分析指标。只有这样才能更为全面准确地把握和理解城市空间形态特征，这既是城市这一复合系统的本质特点所决定的，又是城市空间形态研究的必然逻辑延伸。基于此，本文尝试提出了城市空间形态综合测度的理论模型，并把该模型应用在滁州市中心城区城市空间形态综合测度实践上，以期为深化城市空间形态研究提供思路借鉴和方法参考，同时为制定城市空间形态的优化策略提供决策依据。

1 研究方法

1.1 分形维数

城市发展边界是有着复杂的、无规则的空间形态，城市空间形态是城市各构成要素的空间分布模式，是城市实体的地域空间投影。城市空间形态是有着分维特征的，具有内在的自组织、自相似和分形生长的能力，这意味着城市空间形态演变可能受到某种隐含规则的支配，使得采用分形理论分析城市空间形态变得十分重要[3-4]。

空间的分形维数可以描述城市边界形状的复杂性[6]。反映出土地利用形状的变化及土地利用受干扰的程度，它是一个面积与周长的关系。

其计算公式如下：

St=2ln（Pt/4）/ln At （1）

式中，St为t时期城市斑块的分形维数；At、Pt分别为t时期城市斑块的面积和周长；St的理论范围在l-2之间，St值越大表示图形形状越复杂，城市发展空间边界就越复杂。

1.2 城市空间紧凑度指数

紧凑度是反映城市空间形态和功能布局的一个主要指标，用以测度城市建成区用地的紧凑与饱满程度，以防止城市蔓延、节约用地为最终目标。城市紧凑度是用来考察城市发展空间填充程度的一种度量指标，各种有形物质（产业、资金、人口、交通、城市设施等）密度越大，紧凑度越高；多数有形物质或人口居于一方，遵循形态依赖原理且趋圆性越高则紧凑度越高。这是因为，从空间运行效率分析，紧凑度越高的城市越能节约时间成本和运输成本，越能获得因合理而科学的劳动地域分工所创造的高额经济效益。城市外围轮廓形态的紧凑度被认为是反映城市空间形态的一个十分重要的概念，城市外围轮廓形态的紧凑度即城市空间紧凑度指数，其是利用公式计算出不同时期的城市发展空间紧凑度大小的数值。紧凑度值越大，其城市外围发展形状越具有紧凑性，边界复杂程度越低；紧凑度值越小，城市外围形状的紧凑性越差，那外在表现的发展边界就越复杂[8]。其计算公式如下：

C=2√πA/P （2）

式中，C为城市的紧凑度值；A为城市面积；P为城市轮廓周长。这一公式以圆形区域作为标准度量单位，圆形地物的紧凑度为l，其他任何形状地物的紧凑度均小于l，如正方形的紧凑度为√π/2，地物离散程度越大，其紧凑度越低。紧凑度大的图斑受外界干扰小，更容易保持内部资源的稳定性[9]。

2 案例研究

2.1 滁州市概况

滁州市为本文的案例研究区。滁州是是安徽省省辖市，是南京都市圈、合肥都市圈核心圈层城市、长三角城市群成员城市，南京市江北门户，国家级皖江示范区北翼城市，皖东区域中心城市，江淮地区重要的枢纽城市。。滁州市域总面积1.35万km2，辖琅琊区、南谯区、天长市、明光市、全椒县、来安县、定远县、凤阳县二区二市四县。近年来，滁州市新型城镇化水平持续提高，但经济社会发展与生态环境之间的矛盾也日益凸显。因此，全面测度滁州市的城市空间形态演变历程，既能为滁州市的可持续发展提供决策依据，又能为类似城市的空间形态测度研究提供参考和借鉴。

2.2 滁州市分维指数测度

首先，对滁州市1969年、1983年、1993年、2000年、2004年、2008年和2014年的地形图进行处理，计算得出各年的面积，进而通过上述公式（1），计算出各年对应的城市分形维数指标。（见表1、图1）endprint

进一步分析，由图2可知，滁州市中心城区分形维数值从1969-2004年一直呈上升态势，表明该时期内滁州中心城区规模逐渐增加，空间形态粗放式扩张，空间发展轮廓成不甚规则状态，复杂程度高。2004年是城市空间形态变化的转折时期，城市空间形态在城市快速发展背景下开始有序化发展，即从2004开始到2014年分形维数指数呈下降态势，复杂程度开始降低，反映了滁州市中心城區城市总体规划经过科学调整，填充重组地块之后，使土地利用率明显提升，城区空间发展边界走向合理规则化，城市空间形态分维指数下降，城市空间形态表规则化，进而有利于空间管控与科学发展。

2.3 滁州市紧凑度指数测度

首先，对滁州市1969年、1983年、1993年、2000年、2004年、2008年和2014年的地形图进行处理，计算得出各年的面积，进而通过上述公式（2），计算出各年对应的城市紧凑度指数指标。（见表2、图3）

紧凑度指数变化是度量城市空间形态变化特征的主要指标之一[12]，包括城市内部空间实体的相互组合填充关系及其扩展特征变化。是反映一个城市空间发展形态的重要概念[13]。进一步分析，由图3可知，在2004年之前滁州市中心城区紧凑度指数一直呈下降态势，说明该时期内建成区外围轮廓紧凑程度低，用地分布与发展不尽合理，影响城市内部组成部分的联系和有效管理。而从2004年开始到2014年间滁州市中心城区紧凑度指数有所上升，由于“大滁城”等各类发展规划目标的实施与出台，增强了建成区内组团的紧凑度，加强了城内各部分的联系，同时，有利于资源的统筹分配和合理利用，进而提高城市空间土地利利用率。总体上，通过城市空间紧凑度的调整，一方面实现滁州市中心城区集约高效发展，另一方面从管理角度，实现科学管控滁州市中心城区城市空间形态建设。

3 结论与讨论

针对当前城市空间形态研究现状，本文以定量分析的视角，构建了基于分维指数和城市紧凑度指数的城市空间形态测度模型。进而以滁州市多年的城市空间形态为研究数据基础，分别测度了不同时期的城市空间形态分维指数和城市紧凑度指数，实现了对城市空间形态的综合测度。实证研究表明，从1969年到2004年，城市紧凑度指数呈下降态势，城市分形维数呈上升态势，反映了城市形态越来越复杂，城市紧凑程度较低；2008-2014年紧凑度指数略有上升，城市分形维数略有下降，反映了城市变得相对紧凑，城市形态变得相对规则。研究仍需进一步探讨，如可能在测度指标的遴选上存在不足，此外，空间形态的研究仅仅涉及到物质形态，也需要进一步探索。相信随着研究的深入，城市空间形态理论与技术方法体系将会逐步完善起来，从而能为城市实现集约高效发展提供科学决策依据。

参考文献

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