鄭汴一體化區域城市擴展監測數據制作

河南省測繪發展研究中心 張 莉

鄭汴一體化區域城市擴展監測數據制作

河南省測繪發展研究中心 張 莉

監測地理國情是黨中央國務院賦予測繪部門的戰略使命。城市擴張與歷史變遷是地理省情的一個重要組成部分。監測城市擴張與歷史變遷的目的就是利用歷史地理空間數據，結合相應時期的社會經濟數據，從地理空間的角度反映城市綜合實力和城市發展變化的情況，分析中心城區監測要素的變化趨勢，并形成城市擴張與歷史變遷監測報告，通過對城市擴張與歷史變遷的實時監測，可為城市的科學發展提供歷史史料，也可為城市可持續發展提供動態監測數據。鄭汴一體化區域城市擴展監測數據對最近8個年份的數據進行了重新制作，提出了城市擴張和歷史變遷地理信息數據應以最新的數據返演歷史數據，同時保留最新數據的關鍵地物特征點、線或面的方法。

一、資料的分析與利用

地理空間數據主要利用現有的1∶10 000數據庫，采集要求與相應行業標準相一致。全省大部分重點城市已完成了第1輪1∶10 000基礎數據庫的更新，所以1∶10 000數據庫能夠滿足監測數據的需求。本項目用到的矢量數據包括第1輪和第2輪的1∶10 000數據庫，在影像數據方面，歷史年代的數據更新比較慢，2000年以前的影像大多是黑白影像。對一些沒有更新數據但有影像的年份，監測要素的獲取采取用后來年份的矢量數據套合影像對一些新增的地物進行刪減和編輯，并用前推的辦法得到。以前年份數據的處理，也可用相同的方法完成，用后推的方法得到比較靠后的年份的矢量數據。綠化要素主要利用2004年以后多波段、高分辨率影像資料，可以進行多光譜的提取和利用。建成區要素、路網要素、土地覆蓋要素可利用1∶10 000數據庫中的數據和影像獲得。

二、技術路線

利用最新的RS和GIS等高新技術對現勢性強、分辨率高得多光譜衛星影像信息和庫存資料進行解譯和信息提取，從而快速地獲取地理信息要素監測數據，同時結合城市社會經濟與人文要素數據進行綜合分析，進而研究城市的擴張速度與歷史變化情況，并揭示其發展趨勢，為各級領導提供決策服務。

三、監測數據采集工藝流程及技術方法

1.工藝流程。監測數據采集工藝流程如圖1所示。

圖 1 監測數據采集工藝流程

2.城市擴張與歷史變遷的監測要素內容。

（1）地理空間要素。目前已有資料顯示，本次城市擴張與歷史變遷監測地理空間要素主要包括建成區范圍、路網（如快速路、主干道、次干道、支路、鐵路等交通網絡）、綠化（如公共綠地、城市綠地、綠化覆蓋等）和建筑物用地。

（2）社會經濟和人文要素。社會經濟和人文要素主要包括不同監測年度的城市城鎮人口、國民經濟生產總值（GDP）和土地數據（如建設用地、未利用地、農用地等）。

3.城市擴張與歷史變遷監測要素的采集原則。

（1）城市擴張與歷史變遷監測的數學基礎。平面坐標系統采用1980年西安坐標系。投影方式為高斯克呂格投影。高程系統為1985年國家高程基準。成圖比例尺為1∶10 000。

（2）本次城市擴張與歷史變遷監測數據制作的范圍。鄭州市中心城區主要包括指金水區、惠濟區、中原區和二七區。開封市中心城區主要包括鼓樓區、金明區、龍亭區、禹王臺區和順河回族自治區。

（3）城市擴張與歷史變遷監測的間隔時間。已有資料分析情況表明，在2000年以前，監測年份為1962年，1971年，1984年和1996年；在2000年以后，監測年份為2001年，2005年，2008年和2011年。對于建成區范圍、路網、建筑物用地要素，監測時間間隔為全部時間段，對于綠化要素，監測時間采用2004年以后的監測時間。

（4）城市擴張與歷史變遷地理信息數據應以最新數據來反演歷史數據，同時保留最新數據的關鍵地物特征點、線或面（如二七塔、二環、三環、四環、中州大道、京珠高速、開封市龍亭、開封府衙、鄭開大道、開封府衙、濱河路、洛陽市龍門石窟、關林廟、開元大道、王城大道、龍門大道、洛河等）以便于對比統計。

（5）在采集城市擴張與歷史變遷地理信息數據時，其采集范圍應與相應的行業規定范圍保持一致。

4.地理空間要素采集技術要求。

（1）道路、建筑物用地監測要素的獲取方法。年度監測要素采用已有的1∶10 000地形圖數據庫數據資料，可直接從1∶10 000地形圖數據庫中提取監測要素，結構與屬性與1∶10 000比例尺地形圖數據庫保持一致。如果年度監測要素沒有1∶10 000地形圖數據庫數據但有高分辨率遙感影像和該年度以后的1∶10 000地形圖，可利用反演法獲取年度監測要素并制作遙感影像正射影像圖。從DLG中分層提取監測要素與年度DOM套合。通過對比分析，刪除影像上沒有的監測要素數據，從而獲取所需的年度監測要素。利用糾正過的多波段遙感影像在ENVI中進行監督分類來獲取年度監測要素。年度監測要素只有1∶10 000比例尺的DRG數據。利用DRG數據采集1∶10 000矢量數據，在圖像拼合糾正后使用ArcMap采集監測要素。

（2）綠化監測要素獲取技術方法。根據高分辨率影像的紅色波段、近紅外波段，采用ENVI遙感影像處理軟件，實現對建成區內綠化范圍界線的自動提取。選擇帶RPC文件的數據，包括多光譜和全色波段的數據。輔助數據包括DEM數據、控制點數據和控制點選擇源。根據現在高分辨率衛星影像的特點，先做全色和多光譜圖像的融合，再利用全色圖像的RPC文件對融合圖像進行正射糾正，得到的融合圖像正射糾正結果與全色圖像正射糾正結果在相同條件下的精度是一致的。這樣能夠減少流程并提高效率，并且在進行全色和多光譜的圖像融合時，能保證他們之間的精確空間配準。這里使用ENVI中的Pansharpening融合方法，它是專門為高分辨率影像而設計的。

（3）基于控制點完成正射糾正過程。控制點可從參考影像中選擇，也可以使用野外測量獲取的控制點，每個影像的控制點數量不宜太多（8～12個即可），且要均勻分布。使用快速大氣校正工具（QUAC）去除部分大氣的影響，在進行面向對象綠地信息提取環節中，提高計算對象的NDVI值和光譜屬性值的精度，以保證綠地自動提取結果的準確度。

（4）面向對象綠地信息的提取。利用ENVI的面相對象工具（Feature Extraction）完成此工作，這個工具采用向導式操作，簡單易用，并且具有實時預覽功能。由于高分辨率影像的數據量普遍較大，為了能快速地獲取規則，首先，要選擇一部分區域作為研究區來進行對象分割與合并閾值。其次，在基于規則的信息中提取對象閾值。最后，將實驗區獲取的閾值以及規則應用到整個圖像文件中。

（5）綠地矢量結果處理。整個過程是在ArcGIS Desktop中完成的，包括矢量結果檢查、編輯、數據拼接、裁剪和屬性賦值。Feature Extraction工具可以選擇將矢量結果輸出為Shapefile格式或者ArcGIS Geodatabase格式，它們都是ArcGIS矢量格式文件。這一步驟中的重要環節是屬性賦值，綠地矢量結果包括了面積屬性字段，但還需要增加綠地類型字段。如將獲取的綠地矢量結果分為公共綠地、城市綠地和綠化覆蓋。

（6）地名數據獲取技術方法。已有年度監測要素地名數據庫的可以從1∶10 000比例尺地名數據庫中直接提取要素。沒有年度監測要素地名數據庫的數據可以按照1∶10 000比例尺地名數據庫的建庫要求建立當年度地名庫。

（7）社會經濟和人文要素采集技術要求。根據城市人口年鑒，對不同監測年代的人口進行查詢統計，建立各年度人口統計表。根據河南省土地利用現狀數據冊，對城市中心城區不同監測年代的土地數據按行政區劃進行整理，主要整理行政區內建設用地、未利用地和農用地的面積數據。根據鄭州市經濟發展年鑒，對不同監測年代的經濟指標進行查詢統計，形成監測年度經濟指標統計表。