遙感測繪在監(jiān)測城市發(fā)展領(lǐng)域的應(yīng)用研究

段建國　（山西工程技術(shù)學(xué)院，山西　陽泉　045000）

遙感測繪在監(jiān)測城市發(fā)展領(lǐng)域的應(yīng)用研究

段建國（山西工程技術(shù)學(xué)院，山西陽泉045000）

我國城鎮(zhèn)化腳步日漸加快，隨著大量人口流入，城市的發(fā)展規(guī)模日新月異，利用遙感技術(shù)更高效的監(jiān)測城市的形態(tài)與結(jié)構(gòu)，預(yù)測城市各要素未來發(fā)展趨勢，為城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及發(fā)展方向提供決策依據(jù)，是遙感領(lǐng)域研究的一個熱點。

遙感測繪；監(jiān)測；形態(tài)與結(jié)構(gòu)；城市規(guī)模

1　概述

城鎮(zhèn)化（都市化），是以農(nóng)業(yè)為主的傳統(tǒng)鄉(xiāng)村社會向以服務(wù)業(yè)和工業(yè)為主的現(xiàn)代社會轉(zhuǎn)變的過程。具體包括人口職業(yè)與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變、土地與地域空間的轉(zhuǎn)變。我國城鎮(zhèn)化的腳步日漸加快，據(jù)第六次全國人口普查，在6.66億的城鎮(zhèn)人口中，流動人口已達到1.9億，占據(jù)了城鎮(zhèn)人口數(shù)量的28%。大量人口的流入，勢必對流入城市的發(fā)展方向、發(fā)展規(guī)模帶來質(zhì)的影響。在監(jiān)測城市形態(tài)與結(jié)構(gòu)變化、預(yù)測城市各要素未來發(fā)展規(guī)模方面，遙感技術(shù)是一種高效、便捷并日趨完善的監(jiān)測、預(yù)測手段。

城鎮(zhèn)化的另一個反映指標是不斷擴張的城市面積。城市空間擴展是城鎮(zhèn)化作用于地理空間的直接結(jié)果，使土地空間格局與用地結(jié)構(gòu)逐步向建設(shè)用地轉(zhuǎn)化，也催生著城市形態(tài)及結(jié)構(gòu)的不斷演變。從城市面積擴展指標來看，應(yīng)用遙感技術(shù)手段開展城市擴展（面積）監(jiān)測是主流的方向。

經(jīng)過近20年的發(fā)展，遙感領(lǐng)域近年來的研究更加注重應(yīng)用高分辨率遙感影像、特別是國產(chǎn)高分辨率遙感影像作為主要數(shù)據(jù)源（包含中國高分專項中已投入使用的高分一號、高分二號，未來3年內(nèi)計劃發(fā)射的高分三號至七號，及資源系列、天繪系列、實踐系列、遙感系列衛(wèi)星等）開展對城市的監(jiān)測；更加注重技術(shù)手段、技術(shù)方法的先進性，強調(diào)自動化監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用；更加注重監(jiān)測成果的客觀性，提供準確、高精度的監(jiān)測成果；更加注重動態(tài)變化監(jiān)測、提供時效性強的監(jiān)測成果。

城市形態(tài)及結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)是監(jiān)測城鎮(zhèn)用地建設(shè)的重要基礎(chǔ)資料。該數(shù)據(jù)對于了解城市用地發(fā)展情況，有序發(fā)展城鎮(zhèn)用地，調(diào)控城鎮(zhèn)用地的發(fā)展速度，保證城鎮(zhèn)有節(jié)奏的穩(wěn)步發(fā)展具有舉足輕重的作用。

本文以北方城市鞍山市為例，探究應(yīng)用遙感技術(shù)進行城市形態(tài)及結(jié)構(gòu)變化監(jiān)測的技術(shù)路線，分析示范城市的形態(tài)及結(jié)構(gòu)變化趨勢，針對性提出相關(guān)對策建議。

2　技術(shù)路線

收集多時相遙感影像及輔助資料，建立基于多時相高分辨率遙感影像的計算機智能解譯和人工提取相結(jié)合的城區(qū)邊界半自動化提取方法。城區(qū)邊界提取過程中首先完成最新時相的城區(qū)提取，然后按時間倒序依次完成前時相的城區(qū)提取工作。在此基礎(chǔ)上，參照地理國情普查地表覆蓋分類體系，采用自動與人機交互影像處理、多源信息輔助判讀解譯等技術(shù)手段，完成城區(qū)范圍內(nèi)的高分辨率遙感影像地表覆蓋分類。構(gòu)建反映城市形態(tài)及結(jié)構(gòu)的指標體系，分析城市形態(tài)及結(jié)構(gòu)變化，預(yù)測城市發(fā)展趨勢，結(jié)合城市土地資源管理應(yīng)用需要和項目研究成果，提出政策建議，最終形成一套城市形態(tài)及結(jié)構(gòu)變化遙感監(jiān)測的工作機制。

3　建立準確的評價體系（城市結(jié)構(gòu)指標構(gòu)建）

城市結(jié)構(gòu)即城市要素的空間布置。從空間和用地角度出發(fā)，構(gòu)建了城市用地結(jié)構(gòu)、用地空間布局、景觀格局、土地利用集約度4個維度的指標。

用地結(jié)構(gòu)是從功能出發(fā)，計算建設(shè)用地、生態(tài)用地、交通用地和其他類型用地的比例，評價用地結(jié)構(gòu)配置是否合理。

用地空間布局分析各類功能用地的方位分布、圈層分布、行政區(qū)的分布差異。

景觀格局是從景觀角度，分析評價城市各功能類型區(qū)在景觀水平上呈現(xiàn)的破碎化程度、受人類干擾的程度和多樣性程度。

土地利用集約度是分析評價土地利用的集約程度的指數(shù)，采用地均人口和地均GDP兩個指數(shù)衡量。如圖1所示。

4　數(shù)據(jù)提取

4.1宏觀城區(qū)邊界提取

以計算機自動解譯環(huán)節(jié)為例，具體流程是：①對直角點密度特征圖像采用大津算法進行聚類處理，把直角點密度特征圖像的每一像素按像素值分成兩類，即城區(qū)類和非城區(qū)類；②對城區(qū)類的像素進行4連通的連通成分分析，對獲取的連通成分進行柵格矢量化處理生成城區(qū)矢量圖斑。

4.2精細城區(qū)邊界提取

宏觀城區(qū)邊界提取的初始輪廓線一般位于城鄉(xiāng)結(jié)合部，需要根據(jù)地物的形態(tài)和功能，通過目視解譯與矢量編輯，進行初始輪廓線的修正，開展精細城區(qū)邊界提取。

5　城市結(jié)構(gòu)與形態(tài)變化分析

縱觀各圈層用地結(jié)構(gòu)不同年份間的變化情況，比較突出的變化是建設(shè)用地、林灌草地、水體。2000～2003年間，建設(shè)用地在10～15km以及15km以外的外圍區(qū)域內(nèi)增加明顯，2003年的城市用地結(jié)構(gòu)中，15km以外區(qū)域的建設(shè)用地的比例高達100%。

2003～2007年間，城市擴張的同時，用地結(jié)構(gòu)也在不斷優(yōu)化，表現(xiàn)在建設(shè)用地在各圈層內(nèi)所占比例下降的同時，林灌草地和水體用地的比例不斷提升。在2007年的城市用地結(jié)構(gòu)中，15km以外的區(qū)域建設(shè)用地的已經(jīng)下降到40%，同時5～10km、10～15km區(qū)域內(nèi)的建設(shè)用地比例也下降到49.4%和49.6%，比2003年的分別下降了10%和15%；而同時，林灌草地在各圈層內(nèi)的比例均有提高，2007年的城市用地結(jié)構(gòu)中，0～5km、5～10km、10～15km、15km以外區(qū)域的林灌草用地比例分別為16.4%、26.4%、32.4%、42.3%，比2003年分別提高了約5%、7%、20%和40%；水體變化最明顯的是5～10km、10～15km、15km以外的圈層，水體的用地比例分別達到14.9%、7.0%和5.7%，比2003年相應(yīng)提高8.6%、4.7%和5.7%。

圖2　鞍山市不同監(jiān)測時期城區(qū)地類統(tǒng)計圖

通過分析，鞍山市的城區(qū)面積擴張態(tài)勢十分穩(wěn)定，2000年到2013年，面積擴張31.24km2，城區(qū)面積年均增長2.9%，每年擴張面積平均為2.4km2。其中，擴張速度最明顯的是在2010～2013年間，城區(qū)面積從100.83km2增長到114.11km2，增長了13.28km2，稍高于其他年份的增長速度，年均擴張面積為4.43km2，年均擴張速率為1.47%。2000～2003年、2007～2010年、2010～2013年間城市擴張進程較緩，年均擴張面積在4～8km2之間。

鞍山市城市發(fā)展趨勢預(yù)測。根據(jù)2000、2003、2007、2010、2013年鞍山市各轄區(qū)的建設(shè)用地、林灌草地、水體、交通用地、其他用地的面積，建立各上述各轄區(qū)5種地表覆蓋的預(yù)測模型。假定各地表覆蓋按照線性模型發(fā)展，擬合得到各轄區(qū)各地表覆蓋類型的線性增長預(yù)測模型，根據(jù)預(yù)測模型得到各轄區(qū)2020年相應(yīng)的各類地表覆蓋面積，并將各地表覆蓋面積累積得到各轄區(qū)相應(yīng)的城區(qū)面積，以及鞍山市轄區(qū)的城區(qū)面積。

圖3　城區(qū)地表覆蓋面積（km2）年際變化趨勢圖

上述圖中，建設(shè)用地為次要坐標軸顯示。

6　政策建議

鞍山市需將城區(qū)內(nèi)的部分人口進行轉(zhuǎn)移或者增加城區(qū)的面積。鞍山市地均人口由2.13萬人/km2增加至2.76萬人/km2，人口密度過高。城市發(fā)展過程中要注意不同區(qū)域內(nèi)土地結(jié)構(gòu)的均衡配置。同時，鞍山部分轄區(qū)建設(shè)用地比例偏高，林灌草地比例和水體比例偏低，生活舒適性較差，要增加該區(qū)域的生態(tài)用地比例建設(shè)。部分轄區(qū)交通用地比例偏低，要增加該區(qū)域的路網(wǎng)規(guī)劃和建設(shè)。最終使城市發(fā)展達到建設(shè)用地比例適度，生態(tài)用地比例合理，交通用地比例較高的狀態(tài)。

綜上，開展遙感技術(shù)在監(jiān)測城市形態(tài)及結(jié)構(gòu)變化領(lǐng)域應(yīng)用研究具有重要的實踐價值。

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A

1007-7359（2016）04-0269-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.04.107

段建國（1982-），男，山西稷山人，畢業(yè)于遼寧工程技術(shù)大學(xué)，碩士；助教，主要從事測繪方面的教學(xué)工作。