煙臺市城區(qū)不透水面遙感估算與驅(qū)動力分析

■胡錦鳳 張啟東

（山東正元數(shù)字城市建設有限公司山東煙臺264003）

煙臺市城區(qū)不透水面遙感估算與驅(qū)動力分析

■胡錦鳳 張啟東

（山東正元數(shù)字城市建設有限公司山東煙臺264003）

本文以美國陸地衛(wèi)星TM 1990和2000年獲取的煙臺地區(qū)遙感數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，利用最小噪音分量變換法提取煙臺地區(qū)1990年和2000年的不透水面。通過最小噪音分量變換后的前三個分量和線性光譜混合模型，測算得到高反射率、低反射率、土壤和植被四個不同土地覆蓋類型的終端地類。通過綜合高反射率和低反射率兩個終端地類，最終提取不透水面。

不透水面TM最小噪音分量變換光譜混合分析遙感

[1]煙臺地理位置.[Z].http://www.baidu.com.

[2]徐涵秋.利用改進的歸一化差異水體指數(shù)提取水體信息的研究 [J].遙感學報,2005 9（5）：585-595.

P237[文獻碼]B

1000-405X（2016）-6-310-1

煙臺市是我國東部重要的沿海開放城市，城市化發(fā)展迅速，其中城市化的一個重要表現(xiàn)就是不透水面分布面積的上升。本論文利用TM影像,在線性光譜分解技術基礎上,提取了的不透水面的分布并對其空間特征進行了分析。結(jié)果表明對于城市地域來說,利用植被、高反照度、低反照度和裸露的土壤四種最終光譜端元的線性組合,可以較好地模擬TM波譜特征,而除了水面以外的高反照度、低反照度兩種光譜端元,可以較好地表達城市不透水表面信息。總體而言,煙臺市不透水面分布比率較高,不透水面分布的空間差異揭示了城市土地覆蓋空間結(jié)構(gòu)以及城市空間擴展的差異性，具有很強的現(xiàn)實意義。

煙臺地處山東半島東部是黃渤海咽喉地帶的海陸交通樞紐，與日韓交流的前沿門戶。近幾年來，煙臺市借助區(qū)位和資源優(yōu)勢，獲得了較快的發(fā)展[1]。研究煙臺不透水面具有重要意義。為了減少誤差，采用了2000年5月6號的TM影像和1990年5月2號TM遙感影像為數(shù)據(jù)源。主要以Ridd的V-I-S模型理論基礎，選擇了光譜混合分析法,來對煙臺市的2000年和1990年TM影像進行不透水面的提取研究。將1990年和2000年影像中的第1，2，3，4，5，7六個波段合成一個多波段影像，然后將亮度值轉(zhuǎn)化為輻射值,然后將光譜輻射值轉(zhuǎn)化為反射率，轉(zhuǎn)化為反射率后地物的光譜特性具有典型性，能很好的識別地物。研究區(qū)中如果含有低反射率的水域,或者高反射率的云和沙地,會對不透水面信息的提取產(chǎn)生干擾。為了使后續(xù)的光譜混合分析更為準確,需要對城市內(nèi)的其他河流、湖泊等水體進行掩膜剔除,以確保研究區(qū)內(nèi)的像元都是植被、不透水面和土壤這3類地物的組合。水體的掩膜主要采用修正歸一化水體指數(shù)(MNDW I)[2]法。利用改進的歸一化差異水體指數(shù)(MNDWI)提取水體信息的研究在對歸一化差異水體指數(shù)(NDWI)分析的基礎上,對構(gòu)成該指數(shù)的波長組合進行了修改（應用第2和第5波段）,提出了改進的歸一化差異水體指數(shù)MNDWI(Modified NDWI),MNDWI可以很容易地區(qū)分陰影和水體,解決了消除水體提取中陰影的問題。為了確保研究的地類是不透水面，土壤和植被需要將提取的水體進行掩膜，然后利用線性光譜混合模型提取不透水面，最常用的方法是最小噪音分量變換（MNF）和純凈指數(shù)計算（PPI），然后進行終端地類收集，線性光譜分解。這樣就實現(xiàn)了不透水面的提取。由于遙感圖像在幾何位置上發(fā)生了變化，產(chǎn)生諸如行列不均勻，像元大小與地面大小對應不準確，地物形狀不規(guī)則變化等畸變時，即說明遙感影像發(fā)生了幾何畸變。為了使影像與煙臺政區(qū)圖一致，需要對影像進行幾何校正。通常幾何校正通過選取地面控制點和利用多項式糾正模型來實現(xiàn)的。為了保證1990年和2000年的感興趣區(qū)完全一致，在計算不透水面時減少人為的誤差，需要現(xiàn)將這兩副影像進行幾何校正，然后使校正后的圖像與煙臺政區(qū)圖在進行幾何校正。按照煙臺政區(qū)圖對圖像進行切割，選取煙臺的芝罘區(qū)、萊山區(qū)和福山區(qū)為感興趣區(qū)。通過對2000年和1990年煙臺市區(qū)不透水面的研究發(fā)現(xiàn)：1990年到2000年期間,煙臺市建成區(qū)不透水面面積有了顯著增加,十年間不透水面增加了近三百平方千米，增加的區(qū)域主要集中在萊山區(qū)的北部、福山區(qū)的北部和芝罘區(qū)的黃務。導致發(fā)生這個結(jié)果的原因有兩個：一是城市規(guī)劃，二是城市空間上的擴展。所有這些變化與城市經(jīng)濟的發(fā)展是分不開的。萊山區(qū)不透水面面積的擴大與城市規(guī)劃有直接關系，作為市政府的所在地，萊山區(qū)必然會加強基礎設施如道路的建設，使其成長為真正的政治中心。城市建設突飛猛進，所以不透水面的面積顯著增加。以千畝海水浴場為主的旅游事業(yè)的發(fā)展使得與旅游相配套的道路、旅館、酒店、療養(yǎng)度假休閑中心等的大量興建，而所有的這些均使得萊山區(qū)不透水面的面積增大。萊山區(qū)是煙臺市智力最密集的區(qū)域，有5所高校坐落于此，隨著高校招生的擴張，高校教學樓、實驗樓及運動場所的興建都使的該地區(qū)不透水面的增加。作為煙臺的老城區(qū)，芝罘區(qū)也發(fā)展迅速，人口的增加使芝罘區(qū)的建筑面積向黃務擴展。黃務地區(qū)工廠迅速興建，廠房與住宅的建設使得該地區(qū)的不透水面上升。福山區(qū)位于山東半島東北部、黃海之濱，北部靠海地區(qū)，旅游業(yè)發(fā)展迅速，一些旅游設施的興建以及與旅游配套的道路、旅館、酒店等的建設都使得城區(qū)不透水面的上升。綜合萊山區(qū)、芝罘區(qū)和福山區(qū)不透水面的變化，我們會發(fā)現(xiàn)城市不透水面面積的擴大主要是由城市規(guī)劃、管轄范圍內(nèi)高校的擴張、旅游業(yè)的發(fā)展引起的。

本論文以TM影像為數(shù)據(jù)源，經(jīng)過最小噪音分量變換、純凈像元指數(shù)計算、終端地類收集，在線性光譜模型的基礎上對煙臺市主城區(qū)不透水面進行了提取并進行了空間分析，得出了以下結(jié)論：首先，針對煙臺城區(qū)地物光譜特征，四種端元模型可以很好的表達。就煙臺城區(qū)而言，有高反射率、低反射率、土壤和植被四種端元。城市不透水面是高、低反照率的蓋度之和。其次，通過對1990年和2000年煙臺城區(qū)不透水面的比較發(fā)現(xiàn)，城市不透水面的面積在擴大，說明城市在擴張，生態(tài)環(huán)境的質(zhì)量在下降。再次，利用線性光譜模型分解計算城市不透水面時，還存在一些因素限制精度，例如高低反射率的確定以及與不透水面的關系等需要進一步研究。最后，由于影像與政區(qū)圖不是一個時期的，進行幾何校正以及按照行政界限選取感興趣區(qū)時會有誤差的存在，所以對兩個時期的不透水面面積沒有進行精確計算，只是進行差值計算來看城市不透水面的變化。總之通過不透水面分布的空間差異揭示了城市土地覆蓋空間結(jié)構(gòu)以及城市空間擴展的變化，具有很強的現(xiàn)實意義。