基于遙感技術的城市建設用地空間擴展研究

摘 要：近幾年來，南通市進入了快速城市化階段，城市建設用地的空間擴展日益成為土地利用變化的主要特征。城市建設用地與農業用地之間的矛盾日益凸顯，因而準確的獲取和了解城市建設用地動態變化信息顯得極為重要。本文基于南通市 2004、2010、2014三個時相的 Landsat影像，分別使用NDBI法和非監督分類復合提取法進行建設用地信息提取。結合統計分析和疊加分析，從南通市城市建設用地面積增長量、擴展強度等方面分析了南通城區的擴展變化。

關鍵詞：遙感技術；城市擴展；南通市

1 引言

城市作為區域的一部分，是人類生存與發展的高密度區。不僅有人口、資源、環境等要素的集聚，而且還能與外界進行物質、能量、信息的交換。在此過程中，不可避免的會造成新增城市用地與耕地之間的矛盾。因此，需要在滿足土地資源自然供給的前提下，加強城市規劃的規范管理，嚴格控制城市用地規模，提高城市建設用地利用效率。

國內外學者提出諸多方法對城市建設用地進行研究。國外如：Karathanassi V等人利用 Landsat 影像數據，基于紋理分類法，提出了根據密度對建筑物進行分類的構思[1]以及Sarvestani等運用MSS/TM對伊朗Shiraz城區近30年的城市建設信息進行研究，結果表明運用專家系統分類器得出的結論精度更好[2]。國內學者們例如：牟鳳云等以MSS/TM/ETM+為主要信息源，對濟南市區近25年的空擴展進行了監測[3]；張心怡等利用多時相遙感影像數據，借助GIS的分析平臺研究上海市城鎮建設用地的時空擴展過程、特征、規律，評估并分析城鎮建設用地擴展及驅動力[4]。

動態模擬城市擴展變化，對城市未來空間的擴展進行預測，建立城市空間動態模型。研究結論能為政府更加有效的做出區域發展決策、城市宏觀規劃、土地資源合理利用等提供依據。

2 研究區域和數據

南通市地處江蘇省東部，是沿海、長江經濟帶T型結構的交匯點。全市總面積8544km2，下轄3市3區2縣。融匯黃金海岸、黃金水道優勢于一身。本研究分別選取2004、2010、2014年Landsat遙感影像數據，研究區范圍內無云層覆蓋，成像精度高。有利于遙感影像的目視解譯。

3 研究方法

3.1 歸一化建筑指數法

根據不同地物的光譜特征，本研究中采用NDBI指數提取城市中的城市建設用地信息，計算公式如下（1）所示；在ArcGIS軟件中進行二值化處理。分類結果如下圖1：

（1）

3.2 非監督分類法

在非監督分類中，系統采用ISODATE算法執行分類，依靠影像本身的特征進行提取。南通市主城區城市建設用地分類結果如下圖2所示：

3.3 城市建設用地分類精度評價

非監督分類處理的數據，只能把地物樣本區分為數個不同類別，而類別的屬性依靠影像上不同類地物光譜信息特征進行提取。所以，需要對分類結果進行精度評估。精度評價如下表1。

4 結果分析

4.1 城市建設用地擴展面積分析

將經過非監督分類后的南通市主城區城市建設用地信息導入ArcMap中，分別計算并統計南通市各區用地面積以及用地面積的增長情況。根據公式2可以計算出城市建設用地擴展的面積量。

（2）

統計結果如下表2，從表中可以看出城市建設用地面積增長趨勢明顯，近10年來累計增加了12381.58公頃。

4.2 城市建設用地擴展動態分析

對城市建設擴展動態值指數的分析，可以及時、準確地反應城市在某一段時間內土地利用的變化情況。該指標的研究對動態監測城市發展的合理性、科學性有重要意義。可根據公式（3）計算：

（3）

根據公式計算出南通市2004年～2014年的建設用地K值見下表3：

分析計算南通市城市建設用地的擴展動態指數，相比于全國城市建設用地擴展動態指數7.72%，2010年以前南通市發展較快，擴展動態指數為12.42%。在這一時期國家提出“江海聯動”的發展戰略，城市多方位發展，增速較快。2010年后，擴展動態指數為4.16%，雖然略低于全國平均水平，但是在社會經濟發展、交通建設等多個方面仍取得了顯著成效。

4.3 城市建設用地擴展強度分析

擴展強度指數表示城市在不同方向上擴張的差異程度，城市擴展強度指數是有可比性的指標。由公式（4）計算可以得出：

（4）

對研究區城市用地各類地物的擴展強度的計算，可以得到得到以下圖4的結果。

分析南通市主城區城市建設用地擴展變化，可以看出2004年～2014年間崇川區、港閘區、開發區的城市建設擴展強度指數持續增大，而植被擴展強度減小，水體的變化幅度小有波動，其他用地在一定范圍內略有變化。在此期間，南通市經濟技術開發區內，世界各國的經濟投資商相繼進駐，在投資、生產方面影響城市用地；港閘區內農業產業結構優化、工業產業結構整形等都加快了南通市主城區的城市建設用地增加。

5 結論

在本研究中，分別應用NDBI指數法、非監督分類法提取城市建設用地信息。結果表明，應用非監督分類法提取信息的效果比NDBI指數法更優。

通過對南通市城市擴展面積、擴展強度、動態度等方面進行分析的結果表明：

1、城市建設用地面積持續增加，城市建設用地面積從2004年發展初期的11165.63公頃激增到2014年的23547.21公頃；

2、南通市2004年到2010年城區擴展動態度為12.42%，2010年到2014年城區擴展動態度為4.16%，由此可見，以上一時期的面積作為基準，南通市城區的年平均擴展速率有所減慢；

3、從擴展強度上分析，以南通市區的土地總面積作為基準，分析得出2004年到2014年南通市城區擴展強度緩慢減小。

參考文獻

[1] Karathanassi V，Iossifidis C H，Rokos D.A texture-based classification method for classifying built areas according to their density[J].International Journal of Remote Sensing，2000，21（9）：1807-1823.

[2] Sarvestani，M.S.，Tbrahim，A.L.，Kanaroglou，P.Three decades of urban growth in the city of Shiraz，Iran：a remote sensing and geographic information systems application [J].Cities，2011（28）：320-329.

[3] 牟鳳云，張增祥，劉斌，等.濟南市近二十五年城市建成區的空間擴展遙感監測[J].山東農業大學學報（自然科學版），2008，39（1）：73-79.

[4] 張心怡，劉敏，孟飛.基于RS和GIS的上海城建用地擴展研究[J].長江流域資源與環境.2006，01：130-134.

作者簡介：

劉婭婧（1994-），女，漢，青海，碩士研究生，單位：成都理工大學，研究方向：城鄉規劃與人居環境。