一 引言

城市是地表上占据一定土地资源的地理实体，城市空间的扩张速度及形态结构对城市的正常运转有很重要的影响。城市空间的变化是一个持续性的动态过程，表现为总量和结构两个维度，前者是指城市空间边界的涨退和面积的增减，即城市空间增长，后者是指城市空间内各用地单元之间的相互关系及分布特征，即城市空间形态的演化。城市空间增长和形态演化既受城市地理环境、人口、交通、产业等多要素的发展和空间分布的影响，同时又对上述要素产生反作用。合理的城市空间增长态势和形态演化有助于优化城市功能布局、降低居民通勤成本、缓解域内交通压力、提高土地利用效率，反之，不合理的增长态势和形态演化则造成城市土地利用效率低下、交通拥堵、城市环境恶化等严重问题。《国家新型城镇化规划（2014～2020年）》归纳了我国城镇化过程中的6个突出矛盾和问题，其中有两项与城市用地和空间布局有关。实际上，空间蔓延和形态不合理不仅是城市病的重要外在表现^［1］，也是现代城市病的重要根源^［2］，空间视角下的城市治理研究也成为城市病治理的突破口之一。

前文提及，城市空间变化与城市地理环境、人口、交通、产业等要素相互影响，协同演进。从较长的时间尺度上看，作为因变量的城市空间能够适应上述要素的变化，从而实现与各要素的自动匹配，但是，在较短的时间尺度上，城市空间变化往往受到短期、局部利益的驱使，难以做到长久和全局的最优。这意味着，城镇化的快速推进、城市规模的快速膨胀加大了城市空间蔓延和结构失衡的风险。当前，我国正处于城镇化的快速推进时期，合理控制城市增长边界、科学规划城市空间结构、不断提升城市空间形态合理性，是实现新型城镇化的重要途径，因而开展城市空间增长与形态演化研究具有重要的理论与现实意义。

本文基于地理信息系统（Geographical Information System，GIS）和遥感（Remote Sensing，RS）技术，以北京市为例开展城市空间增长与形态演化分析。北京是中国的政治中心、文化中心、对外交流中心和科技创新中心，其在全国的经济地位亦举足轻重，近10年来80%的外来流动人口能够在北京实现有效就业，体现了北京超强的人口集聚能力和城市吸纳能力^［1］。然而，随着城市规模的扩张，作为超大型城市的北京在近年面临着城市空间蔓延、城市空间形态不合理等严重问题，导致农业用地及林地被快速挤占、土地利用效率低下、交通通达性下降、城市功能布局紊乱等问题十分严重，北京已成为国内“城市病”最为集中的城市之一。在此情形下，以北京为例开展城市空间增长与形态演化研究，对于从空间视角探索城市病尤其是“大城市病”的缓解途径具有重要的实践价值。

二 研究方法及数据

本文所用遥感数据来源于Landsat 5 TM遥感影像，共涉及5个时相（1991年、1996年、2001年、2007年、2011年）的资料，所有数据的成像时间均位于5～9月，一是确保云量较少；二是此时段植被生长旺盛，相比秋冬季节的分类结果有更高的准确性。遥感数据的具体属性见表1所示。

表1 遥感影像资料

研究采用GIS和RS相结合的方法。分析过程分为三个主要步骤，分别是遥感影像预处理、土地利用类型分类和分类结果分析，其中土地利用类型分类采用ENVI软件的监督分类法实现，将北京市土地利用类型分为建设用地、耕地、林地、水体和其他用地共5种，其中，其他用地包括裸露的山体及河道、矿坑等。分类结果采用ArcGIS软件和北京市行政区矢量图、北京市交通路线图等辅助数据进行空间分析，具体分析流程见图1所示。

图1 分析流程

三 用地类型变化及转变态势

分类结果显示，北京市土地利用类型中面积最大的是林地，其次是耕地和建成区，水体面积相对最小。1991～2011年，北京市各土地利用类型呈现明显的动态变化，其基本趋势为：建成区面积急剧扩张，耕地面积持续下降，林地面积有所上升，水体和其他用地面积下降，见图2所示。

图2 北京市各土地利用类型面积变化趋势

林地面积1991年为7551平方千米，1996年增长为7929平方千米，2001年林地面积有所下降，随后2007年上升，2011年林地面积为8167平方千米，1991～2011年林地面积共增长了8.2%。林地在北京市各土地利用类型面积中占比最大，几乎占了北京市土地总面积的一半，1991～2011年，北京市城区绿化和周边山区生态涵养水