城市群开发边界探究——以上海-杭州湾城市群为例

肖锐; 蒋旭晨; 张鹏林

doi:10.13203/j.whugis20220699

城市群开发边界探究——以上海-杭州湾城市群为例

肖锐^{1, 2,},
蒋旭晨¹,
张鹏林^1, ,

1.
武汉大学遥感信息工程学院,湖北武汉,430079
2.
自然资源部地理国情监测重点实验室,湖北武汉,430079

基金项目:

国家自然科学基金重大项目 42192580

国家自然科学基金重大项目 42192583

国家自然科学基金 42371299

国家自然科学基金 42361144861

详细信息

作者简介:
肖锐,博士,教授,主要从事城市发展和生态环境变化研究。rxiao@whu.edu.cn

通讯作者:
张鹏林,博士,教授。zpl@whu.edu.cn

计量
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出版历程
- 收稿日期: 2024-05-09
- 网络出版日期: 2023-07-11
- 刊出日期: 2025-03-04

Study on Urban Agglomeration Development Boundary： A Case Study of Shanghai-Hangzhou Bay Urban Agglomeration

1.
School of Remote Sensing and Information Engineering, Wuhan University, Wuhan430079, China
2.
Key Laboratory of Geography and State Monitoring, Ministry of Natural Resources, Wuhan430079, China

摘要

摘要:
城市群是城市发展到成熟阶段的空间组织形式,城市间的协调发展是城市群可持续发展的必要条件。基于双评价视角,结合PLUS(patch-generating land use simulation)模型和多目标规划,构建可持续协调发展情景,对上海-杭州湾城市群进行多种情景下的2035年土地利用模拟,并进行城镇开发边界的划定研究。结果表明,相较于自然发展情景,可持续协调发展情景下城镇建设用地扩张更符合城市群协同发展的需要,同时模拟的土地利用格局充分发挥了地区的自然资源优势；基于可持续协调发展情景划定的城镇开发边界,符合上海-杭州湾城市群以上海、杭州、宁波三市为发展中心的发展格局,且特别用途区保证了城市发展和对生态资源及人居环境的保护；通过双评价视角下建立多目标规划模型,将上海-杭州湾城市群未来土地利用经济和生态效益最大化,模拟的土地利用分布格局也更为合理。所提的城镇开发边界划定方法能够为中国城市和城市群城镇发展边界的划定提供技术方法上的帮助。
- 城镇开发边界 /
- 城市群 /
- 可持续协调发展 /
- 土地利用模拟
Abstract:
Objectives
The coordinated development between cities is a necessary condition for the sustainable development of urban agglomeration. The urban development boundary can balance urban development with ecological and agricultural protection.
Methods
Based on the perspective of double evaluation, this paper combines with patch-generating land use simulation model and multi-objective planning. It constructs a sustainable and coordinated development scenario, simulates the land use of Shanghai-Hangzhou Bay urban agglomeration in 2035 under various scenarios, and studies the demarcation of urban development boundary.
Results
Compared with the natural development scenario, the urban construction land expansion under the sustainable and coordinated development scenario is more in line with the needs of the coordinated development of urban agglomeration, and the simulated land use pattern gives full play to the advantages of natural resources in the region. The urban development boundary based on the scenario of sustainable and coordinated development is in line with the development pattern of Shanghai, Hangzhou and Ningbo as the development center of the Shanghai-Hangzhou Bay urban agglomeration. Additionally, the special purpose area ensures the urban development and the protection of ecological resources and living environment. A multi-objective planning model is established from the perspective of dual evaluation to maximize the positive and ecological benefits of future land use in the Shanghai-Hangzhou Bay urban agglomeration, and the simulated land use distribution pattern is more reasonable.
Conclusions
The proposed method of urban development boundary demarcation can provide technical help for the demarcation of urban development boundary in China and urban agglomerations.
- urban development boundary /
- urban agglomeration /
- sustainable and coordinated development /
- land use simulation
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图 1 研究区域土地利用图

Figure 1. Land Use of the Study Area

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图 2 研究方法技术路线图

Figure 2. Flowchart of the Proposed Method

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图 3 基于形态侵蚀和膨胀的划定方法

Figure 3. Delineation Method Based on Morphological Erosion and Swelling

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图 4 不同情景下土地利用模拟结果和城镇建设用地扩张强度

Figure 4. Land Use Simulation and Urban Construction Land Expansion Intensity Under Different Scenarios

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图 5 2020年与2035年模拟结果的区位熵变化

Figure 5. Variation of Location Entropy of Simulation Results in 2020 and 2035

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图 6 上海⁃杭州湾城市群城镇开发边界划定结果

Figure 6. Result of Urban Development Boundary in Shanghai-Hangzhou Bay Urban Agglomeration

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表 1 土地利用扩张驱动因子数据

Table 1 Driver Data of Land Use Expansion

土地利用类型	数据名称	数据来源
地形地貌	高程数据	ASTER-GDEM-V2
地形地貌	坡度	高程数据计算得到
生态环境	年平均气温	http://www.resdc.cn
	年降水量
	植被指数
经济社会	GDP	http://www.resdc.cn
经济社会	人口密度	WorldPop数据集
交通	距二级以上公路距离	高德地图
	距铁路距离
	距高速出入口距离
基础设施	距公园距离	高德地图
	距综合性医院距离
	距学校距离
区域特点	区位熵	http://data.cnki.net

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表 2 多目标规划及其约束条件

Table 2 Multi-objective Optimization Problem and Its Constraints

目标函数和约束条件	描述
$\{\begin{array}{l} f_{1} (x) = 6.16 x_{1} + 0.64 x_{2} + 12.72 x_{5} + 1 068.54 x_{7} \\ f_{2} (x) = 0.35 x_{1} + 1.26 x_{2} + 0.52 x_{3} + 2.04 x_{5} \end{array}$	$f_{1} (x)$ 为经济效益,参考中国经济社会大数据平台； $f_{2} (x)$ 来源于文献[31]提出的生态系统服务价值,其中 $x_{1}$ 表示耕地, $x_{2}$ 表示林地, $x_{4}$ 表示草地, $x_{5}$ 表示水域, $x_{7}$ 表示建设用地,单位为元/ha。
$m a x \{f_{1} (x), f_{2} (x)\}$	目标函数,使得区域内经济效益和生态系统服务价值最大化
$\sum_{i = 1}^{7} x_{i} = 54 374.04$	研究区域土地利用总面积为54 374.04 km²
$x_{1} \geq 17 222.58$	耕地保护面积,根据上海-杭州湾各地区耕地保护面积目标求和得到
$23 488.31 \leq x_{2} \leq 23 685.16$	林地面积,根据上海-杭州湾各地区森林覆盖率2035年远景规划目标得到
$8 163.36 \leq x_{7} \leq 9 337.81$	建设用地面积,通过各地区水资源通报和水资源约束法确定未来地区总建筑面积
$x_{3} \geq 0.55$ $2.178 \leq x_{4} \leq 2.445$ $3 511.45 \leq x_{5} \leq 3 919.33$ $1.418 \leq x_{6} \leq 1.494$	马尔可夫链预测的2030-2035年其他土地利用面积,作为预期年该类型土地利用面积的约束条件,其中 $x_{3}$ 表示灌木, $x_{6}$ 表示未利用地。

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表 3 不同情景下土地利用预测面积/km²

Table 3 Predicted Area of Land Use Under Different Scenarios/km²

年份	情景	耕地	林地	灌木	草地	水域	未利用地	城镇建设用地
2010		18 609.38	24 641.90	0.81	7.10	4 828.877	0.92	6 274.03
2020		18 277.75	23 683.54	0.56	2.48	4 244.35	1.45	8 162.91
2035	自然发展	17 970.39	22 940.66	0.42	2.18	3 511.45	1.45	9 504.30
2035	可持续协调发展	17 625.40	23 448.31	0.56	2.18	3 919.33	1.42	9 337.81

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参考文献(36)

[1]	魏后凯, 年猛, 李玏. “十四五” 时期中国区域发展战略与政策[J]. 中国工业经济, 2020（5）： 5-22. WEI Houkai, NIAN Meng, LI Le. China’s Regional Development Strategy and Policy During the 14th Five-Year Plan Period[J]. China Industrial Economics, 2020（5）： 5-22.
[2]	中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要[N]. 人民日报, 2021-03-13（001）. The Outline of the 14th Five-Year Plan for National Economic and Social Development of the People's Republic of China and the Long-term Goal for 2035 [N]. People's Daily, 2021-03-13（001）.
[3]	徐焕, 付碧宏, 郭强, 等. 西咸一体化过程与城市扩展研究[J]. 遥感学报, 2018, 22（2）： 347-359. XU Huan, FU Bihong, GUO Qiang, et al. Temporal-Spatial Growth Pattern and Driving Forces of Urban Expansion in Xi’an over Past 30 Years[J]. Journal of Remote Sensing, 2018, 22（2）： 347-359.
[4]	王雨枫, 王娟. 浙江城市群人口与用地规模的时空分异结构演变研究[J]. 武汉大学学报（信息科学版）, 2022, 47（2）： 280-286. WANG Yufeng, WANG Juan. Spatiotemporal Differentiation Structure Evolution of Population and Land in Zhejiang Urban Agglomeration[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2022, 47（2）： 280-286.
[5]	何建华, 施璇, 龚健, 等. 顾及空间交互作用的城市群联动空间增长模拟：以武汉都市区为例[J]. 武汉大学学报（信息科学版）, 2016, 41（4）： 462-467. HE Jianhua, SHI Xuan, GONG Jian, et al. Modeling the Spatial Expansion of Urban Agglomeration Considering Their Spatial Interaction：A Case Study of Wuhan Metropolitan Area[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2016, 41（4）： 462-467
[6]	黎鹏. 区域经济协同发展及其理论依据与实施途径[J]. 地理与地理信息科学, 2005, 21（4）： 51-55. LI Peng. Theoretical Basis and Practical Methods of Regional Economic Synergistic Development[J]. Geography and Geo⁃Information Science, 2005, 21（4）： 51-55.
[7]	冷梦思, 张利平, 邓瑶, 等. 长江上游城市群绿色发展水平时空演变特征及其影响因素辨识[J]. 武汉大学学报（工学版）, 2022, 55（1）： 1-12. LENG Mengsi, ZHANG Liping, DENG Yao, et al. The Spatial-Temporal Evolution and Influencing Factors Identification of Green Development Level of Urban Agglomeration in the Upper Reaches of the Yangtze River[J]. Engineering Journal of Wuhan University, 2022, 55（1）： 1-12.
[8]	杨文睿, 任周桥, 何建华. 顾及生活服务设施供需服务水平的空间差异性分析：以武汉市江汉区为例[J]. 武汉大学学报（信息科学版）, 2024, 49（3）： 473-481. YANG Wenrui, REN Zhouqiao, HE Jianhua. Analysis of Spatial Disparity Based on Supply and Demand Service Level of Life Service Facilities： A Case of Jianghan District in Wuhan City[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2024, 49（3）： 473-481.
[9]	李星华, 白学辰, 李正军, 等. 面向高分影像建筑物提取的多层次特征融合网络[J]. 武汉大学学报（信息科学版）, 2022, 47（8）： 1236-1244. LI Xinghua, BAI Xuechen, LI Zhengjun, et al. High-Resolution Image Building Extraction Based on Multi-Level Feature Fusion Network[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2022, 47（8）： 1236-1244.
[10]	自然资源部.市级国土空间总体规划编制指南[R]. 北京：自然资源部,2020.Ministry of Natural Resources. Guidelines for Compiling General Land and Space Planning at the Municipal Level[R]. Beijing：Ministry of Natural Resources,2020.
[11]	宁晓刚, 王浩, 张翰超, 等. 2000—2016年中国地级以上城市高精度城区边界遥感提取及时空扩展分析[J]. 武汉大学学报（信息科学版）, 2018, 43（12）： 1916-1926. NING Xiaogang, WANG Hao, ZHANG Hanchao, et al. High-Precision Urban Boundary Extraction and Urban Sprawl Spatial-Temporal Analysis in China’s Prefectural Cities from 2000 to 2016[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2018, 43（12）： 1916-1926.
[12]	黎夏, 李丹, 刘小平. 地理模拟优化系统（GeoSOS）及其在地理国情分析中的应用[J]. 测绘学报, 2017, 46（10）： 1598-1608. LI Xia, LI Dan, LIU Xiaoping. Geographical Simulation and Optimization System （GeoSOS） and Its Application in the Analysis of Geographic National Conditions[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2017, 46（10）： 1598-1608.
[13]	Jiang J, Wang W, Xu G, et al. Urban Development Boundary Simulation Based on “Double Evaluation” and FLUS Model[J]. Journal of Geodesy and Geoinformation Science, 2022, 5（2）： 7-18.
[14]	赵轩, 彭建东, 樊智宇, 等. “双评价” 视角下基于FLUS模型的武汉大都市区土地利用模拟和城镇开发边界划定研究[J]. 地球信息科学学报, 2020, 22（11）： 2212-2226. ZHAO Xuan, PENG Jiandong, FAN Zhiyu, et al. Land Use Simulation and Urban Growth Boundaries Delineation in Wuhan Metropolitan Area Based on FLUS Model and “Dual Environment Evaluation”[J]. Journal of Geo⁃Information Science, 2020, 22（11）： 2212-2226.
[15]	李德仁. 数字省、市在国土规划与城镇建设中的作用[J]. 测绘学报, 2002, 31（S1）： 16-21. LI Deren. On the Role of the Digital Province or/and City in the Territorial Planning and Construction of the City and Town[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2002, 31（S1）： 16-21.
[16]	LIANG X, GUAN Q F, CLARKE K C, et al. Understanding the Drivers of Sustainable Land Expansion Using a Patch-Generating Land Use Simulation （PLUS） Model： A Case Study in Wuhan, China[J]. Computers, Environment and Urban Systems, 2021, 85： 101569.
[17]	李琛, 高彬嫔, 吴映梅, 等. 基于PLUS模型的山区城镇景观生态风险动态模拟[J]. 浙江农林大学学报, 2022, 39（1）： 84-94. LI Chen, GAO Binpin, WU Yingmei, et al. Dynamic Simulation of Landscape Ecological Risk in Mountain Towns Based on PLUS Model[J]. Journal of Zhejiang A & F University, 2022, 39（1）： 84-94.
[18]	SUN J F, LI G D, ZHANG Y, et al. Identification of Priority Areas for Afforestation in the Loess Plateau Region of China[J]. Ecological Indicators, 2022, 140： 108998.
[19]	GUO R, WU T, WU X C, et al. Simulation of Urban Land Expansion Under Ecological Constraints in Harbin-Changchun Urban Agglomeration, China[J]. Chinese Geographical Science, 2022, 32（3）： 438-455.
[20]	ZHANG S H, ZHONG Q L, CHENG D L, et al. Landscape Ecological Risk Projection Based on the PLUS Model Under the Localized Shared Socioeconomic Pathways in the Fujian Delta Region[J]. Ecological Indicators, 2022, 136： 108642.
[21]	孙久文, 蒋治. 中国沿海地区高质量发展的路径[J]. 地理学报, 2021, 76（2）： 277-294. SUN Jiuwen, JIANG Zhi. Paths of High-Quality Development in China’s Coastal Areas[J]. Acta Geographica Sinica, 2021, 76（2）： 277-294.
[22]	焦利民, 刘耀林. 可持续城市化与国土空间优化[J]. 武汉大学学报（信息科学版）, 2021, 46（1）： 1-11. JIAO Limin, LIU Yaolin. Sustainable Urbanization and Territorial Spatial Optimization[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2021, 46（1）： 1-11.
[23]	YANG J, HUANG X. The 30 m Annual Land Cover Dataset and Its Dynamics in China from 1990 to 2019[J]. Earth System Science Data, 2021, 13（8）： 3907-3925.
[24]	黄昕, 李家艺, 杨杰, 等. Landsat卫星观测下的30m全球不透水面年度动态与城市扩张模式（1972—2019）[J]. 中国科学（地球科学）, 2021, 51（11）： 1894-1906. HUANG Xin, LI Jiayi, YANG Jie, et al. 30 m Global Impervious Surface Area Dynamics and Urban Expansion Pattern Observed by Landsat Satellites： From 1972 to 2019[J]. Science China Earth Sciences,, 2021, 51（11）： 1894-1906.
[25]	自然资源部. 城镇边界开发划定指南[R]. 北京：自然资源部,2019.Ministry of Natural Resources. Guidelines for Delimi-ting Urban Boundary Development[R]. Beijing：Ministry of Natural Resources,2019..
[26]	YAO Y, LIU X P, LI X, et al. Simulating Urban Land-Use Changes at a Large Scale by Integrating Dynamic Land Parcel Subdivision and Vector-Based Cellular Automata[J]. International Journal of Geographical Information Science, 2017, 31（12）： 2452-2479.
[27]	LIANG X, LIU X P, LI D, et al. Urban Growth Simulation by Incorporating Planning Policies into a CA-Based Future Land-Use Simulation Model[J]. International Journal of Geographical Information Science, 2018, 32（11）： 2294-2316.
[28]	LU C, QI X, ZHENG Z S, et al. PLUS-Model Based Multi-Scenario Land Space Simulation of the Lower Yellow River Region and Its Ecological Effects[J]. Sustainability, 2022, 14（11）： 6942.
[29]	COSTANZA R, D’ARGE R, DE GROOT R, et al. The Value of the World’s Ecosystem Services and Natural Capital[J]. Ecological Economics, 1998, 25（1）： 3-15.
[30]	陈云浩, 冯通, 史培军, 等. 基于面向对象和规则的遥感影像分类研究[J]. 武汉大学学报（信息科学版）, 2006, 31（4）： 316-320. CHEN Yunhao, FENG Tong, SHI Peijun, et al. Classification of Remot Sensing Image Based on Object Oriented and Class Rules[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2006, 31（4）： 316-320.
[31]	谢高地, 甄霖, 鲁春霞, 等. 一个基于专家知识的生态系统服务价值化方法[J]. 自然资源学报, 2008, 23（5）： 911-919. XIE Gaodi, ZHEN Lin, LU Chunxia, et al. Expert Knowledge Based Valuation Method of Ecosystem Services in China[J]. Journal of Natural Resources, 2008, 23（5）： 911-919.
[32]	顾朝林. 城市群研究进展与展望[J]. 地理研究, 2011, 30（5）： 771-784. GU Chaolin. Study on Urban Agglomeration： Progress and Prospects[J]. Geographical Research, 2011, 30（5）： 771-784.
[33]	桂德竹, 程鹏飞, 文汉江, 等. 在自然资源管理中发挥测绘地理信息科技创新作用研究[J]. 武汉大学学报（信息科学版）, 2019, 44（1）： 97-100. GUI Dezhu, CHENG Pengfei, WEN Hanjiang, et al. Technology Innovation of Surveying, Mapping and Geoinformation for Natural Resource Management[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2019, 44（1）： 97-100.
[34]	刘耀林, 仝照民, 刘岁, 等. 土地利用优化配置建模研究进展与展望[J]. 武汉大学学报（信息科学版）, 2022, 47（10）： 1598-1614. LIU Yaolin, TONG Zhaomin, LIU Sui, et al. Progress and Prospects of Research on Optimal Land-Use Allocation Modeling[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2022, 47（10）： 1598-1614.
[35]	樊杰. 地域功能-结构的空间组织途径：对国土空间规划实施主体功能区战略的讨论[J]. 地理研究, 2019, 38（10）： 2373-2387. FAN Jie. Spatial Organization Pathway for Territorial Function-Structure： Discussion on Implementation of Major Function Zoning Strategy in Territorial Spatial Planning[J]. Geographical Research, 2019, 38（10）： 2373-2387.
[36]	项广鑫, 符金豪, 曾丽婷, 等. 基于“双评价” 的城镇开发边界划定技术：以湘潭县中心城区为例[J]. 自然资源学报, 2020, 35（10）： 2401-2414. XIANG Guangxin, FU Jinhao, ZENG Liting, et al. Demarcation Technology of Urban Development Boundary Based on Evaluation of Carrying Capacity of Resources Environment and Suitability of Land Space Development： A Case Study of the Central City of Xiangtan County[J]. Journal of Natural Resources, 2020, 35（10）： 2401-2414.

施引文献(24)

期刊类型引用(14)

1.	刘学习，朱守庆，陈国，张克非，郑南山，刘婧璇. 基于全球统一坐标框架的GNSS精密轨道与钟差产品一致性分析. 测绘学报. 2025(03): 432-447 . 百度学术
2.	冯晓亮，陈欢，李厚芝. 不同观测环境中的多模GNSS数据质量自动化检测方法. 测绘工程. 2024(06): 56-61 . 百度学术
3.	刘嘉伟，孙保琪，韩蕊，张喆，王侃，袁海波，杨旭海. GNSS多系统RTK授时性能分析. 导航定位与授时. 2023(03): 49-58 . 百度学术
4.	王浩浩，郝明，庄文泉. GNSS实时卫星钟差估计在地震监测中的应用. 导航定位与授时. 2023(03): 108-116 . 百度学术
5.	周长江，余海锋，王林伟，雷云平，岳彩亚. 无频间钟偏差改正的BDS-2三频非组合PPP随机模型优化. 测绘通报. 2023(12): 164-168 . 百度学术
6.	潘丽静，刘翔，夏川茹，王雷雷. GNSS精密卫星钟差实时估计与分析. 城市勘测. 2021(06): 73-76 . 百度学术
7.	郭磊，王甫红，桑吉章，张万威. 一种新的利用历元间位置变化量约束的GNSS导航算法. 武汉大学学报(信息科学版). 2020(01): 21-27 . 百度学术
8.	陶钧，张柔. GPS/BeiDou/Galileo/GLONASS实时精密卫星钟差估计. 测绘地理信息. 2020(03): 102-106 . 百度学术
9.	黄观文，王浩浩，谢威，曹钰. GNSS实时卫星钟差估计技术进展. 导航定位与授时. 2020(05): 1-9 . 百度学术
10.	张浩，赵兴旺，陈佩文，谢毅. GPS/BDS卫星钟差融合解算模型及精度分析. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2020(09): 1192-1196 . 百度学术
11.	叶珍，李浩军. GNSS卫星钟差估计与结果分析. 导航定位与授时. 2019(03): 88-94 . 百度学术
12.	盛剑锋，张彩红，谭凯. 一种全球导航卫星系统钟差估计优化方案的量化研究. 科学技术与工程. 2019(14): 14-21 . 百度学术
13.	王尔申，赵珩，曲萍萍，庞涛，孙军. 基于拉格朗日插值法的卫星导航空间信号精度评估算法. 沈阳航空航天大学学报. 2019(04): 43-48 . 百度学术
14.	李云，崔文刚. 精密单点定位技术发展及应用. 科学技术与工程. 2019(27): 1-11 . 百度学术