基于遙感技術(shù)的城市建設(shè)用地空間擴(kuò)展研究

摘 要：近幾年來，南通市進(jìn)入了快速城市化階段，城市建設(shè)用地的空間擴(kuò)展日益成為土地利用變化的主要特征。城市建設(shè)用地與農(nóng)業(yè)用地之間的矛盾日益凸顯，因而準(zhǔn)確的獲取和了解城市建設(shè)用地動態(tài)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(jiān)督分類復(fù)合提取法進(jìn)行建設(shè)用地信息提取。結(jié)合統(tǒng)計(jì)分析和疊加分析，從南通市城市建設(shè)用地面積增長量、擴(kuò)展強(qiáng)度等方面分析了南通城區(qū)的擴(kuò)展變化。

關(guān)鍵詞：遙感技術(shù)；城市擴(kuò)展；南通市

1 引言

城市作為區(qū)域的一部分，是人類生存與發(fā)展的高密度區(qū)。不僅有人口、資源、環(huán)境等要素的集聚，而且還能與外界進(jìn)行物質(zhì)、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(qiáng)城市規(guī)劃的規(guī)范管理，嚴(yán)格控制城市用地規(guī)模，提高城市建設(shè)用地利用效率。

國內(nèi)外學(xué)者提出諸多方法對城市建設(shè)用地進(jìn)行研究。國外如：Karathanassi V等人利用 Landsat 影像數(shù)據(jù)，基于紋理分類法，提出了根據(jù)密度對建筑物進(jìn)行分類的構(gòu)思[1]以及Sarvestani等運(yùn)用MSS/TM對伊朗Shiraz城區(qū)近30年的城市建設(shè)信息進(jìn)行研究，結(jié)果表明運(yùn)用專家系統(tǒng)分類器得出的結(jié)論精度更好[2]。國內(nèi)學(xué)者們例如：牟鳳云等以MSS/TM/ETM+為主要信息源，對濟(jì)南市區(qū)近25年的空擴(kuò)展進(jìn)行了監(jiān)測[3]；張心怡等利用多時相遙感影像數(shù)據(jù)，借助GIS的分析平臺研究上海市城鎮(zhèn)建設(shè)用地的時空擴(kuò)展過程、特征、規(guī)律，評估并分析城鎮(zhèn)建設(shè)用地?cái)U(kuò)展及驅(qū)動力[4]。

動態(tài)模擬城市擴(kuò)展變化，對城市未來空間的擴(kuò)展進(jìn)行預(yù)測，建立城市空間動態(tài)模型。研究結(jié)論能為政府更加有效的做出區(qū)域發(fā)展決策、城市宏觀規(guī)劃、土地資源合理利用等提供依據(jù)。

2 研究區(qū)域和數(shù)據(jù)

南通市地處江蘇省東部，是沿海、長江經(jīng)濟(jì)帶T型結(jié)構(gòu)的交匯點(diǎn)。全市總面積8544km2，下轄3市3區(qū)2縣。融匯黃金海岸、黃金水道優(yōu)勢于一身。本研究分別選取2004、2010、2014年Landsat遙感影像數(shù)據(jù)，研究區(qū)范圍內(nèi)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(shù)法

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

（1）

3.2 非監(jiān)督分類法

在非監(jiān)督分類中，系統(tǒng)采用ISODATE算法執(zhí)行分類，依靠影像本身的特征進(jìn)行提取。南通市主城區(qū)城市建設(shè)用地分類結(jié)果如下圖2所示：

3.3 城市建設(shè)用地分類精度評價

非監(jiān)督分類處理的數(shù)據(jù)，只能把地物樣本區(qū)分為數(shù)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(jìn)行提取。所以，需要對分類結(jié)果進(jìn)行精度評估。精度評價如下表1。

4 結(jié)果分析

4.1 城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)展面積分析

將經(jīng)過非監(jiān)督分類后的南通市主城區(qū)城市建設(shè)用地信息導(dǎo)入ArcMap中，分別計(jì)算并統(tǒng)計(jì)南通市各區(qū)用地面積以及用地面積的增長情況。根據(jù)公式2可以計(jì)算出城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)展的面積量。

（2）

統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下表2，從表中可以看出城市建設(shè)用地面積增長趨勢明顯，近10年來累計(jì)增加了12381.58公頃。

4.2 城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)展動態(tài)分析

對城市建設(shè)擴(kuò)展動態(tài)值指數(shù)的分析，可以及時、準(zhǔn)確地反應(yīng)城市在某一段時間內(nèi)土地利用的變化情況。該指標(biāo)的研究對動態(tài)監(jiān)測城市發(fā)展的合理性、科學(xué)性有重要意義。可根據(jù)公式（3）計(jì)算：

（3）

根據(jù)公式計(jì)算出南通市2004年～2014年的建設(shè)用地K值見下表3：

分析計(jì)算南通市城市建設(shè)用地的擴(kuò)展動態(tài)指數(shù)，相比于全國城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)展動態(tài)指數(shù)7.72%，2010年以前南通市發(fā)展較快，擴(kuò)展動態(tài)指數(shù)為12.42%。在這一時期國家提出“江海聯(lián)動”的發(fā)展戰(zhàn)略，城市多方位發(fā)展，增速較快。2010年后，擴(kuò)展動態(tài)指數(shù)為4.16%，雖然略低于全國平均水平，但是在社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、交通建設(shè)等多個方面仍取得了顯著成效。

4.3 城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)展強(qiáng)度分析

擴(kuò)展強(qiáng)度指數(shù)表示城市在不同方向上擴(kuò)張的差異程度，城市擴(kuò)展強(qiáng)度指數(shù)是有可比性的指標(biāo)。由公式（4）計(jì)算可以得出：

（4）

對研究區(qū)城市用地各類地物的擴(kuò)展強(qiáng)度的計(jì)算，可以得到得到以下圖4的結(jié)果。

分析南通市主城區(qū)城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)展變化，可以看出2004年～2014年間崇川區(qū)、港閘區(qū)、開發(fā)區(qū)的城市建設(shè)擴(kuò)展強(qiáng)度指數(shù)持續(xù)增大，而植被擴(kuò)展強(qiáng)度減小，水體的變化幅度小有波動，其他用地在一定范圍內(nèi)略有變化。在此期間，南通市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)內(nèi)，世界各國的經(jīng)濟(jì)投資商相繼進(jìn)駐，在投資、生產(chǎn)方面影響城市用地；港閘區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)整形等都加快了南通市主城區(qū)的城市建設(shè)用地增加。

5 結(jié)論

在本研究中，分別應(yīng)用NDBI指數(shù)法、非監(jiān)督分類法提取城市建設(shè)用地信息。結(jié)果表明，應(yīng)用非監(jiān)督分類法提取信息的效果比NDBI指數(shù)法更優(yōu)。

通過對南通市城市擴(kuò)展面積、擴(kuò)展強(qiáng)度、動態(tài)度等方面進(jìn)行分析的結(jié)果表明：

1、城市建設(shè)用地面積持續(xù)增加，城市建設(shè)用地面積從2004年發(fā)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(qū)擴(kuò)展動態(tài)度為12.42%，2010年到2014年城區(qū)擴(kuò)展動態(tài)度為4.16%，由此可見，以上一時期的面積作為基準(zhǔn)，南通市城區(qū)的年平均擴(kuò)展速率有所減慢；

3、從擴(kuò)展強(qiáng)度上分析，以南通市區(qū)的土地總面積作為基準(zhǔn)，分析得出2004年到2014年南通市城區(qū)擴(kuò)展強(qiáng)度緩慢減小。

參考文獻(xiàn)

[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?jiān)鱿椋瑒⒈螅?濟(jì)南市近二十五年城市建成區(qū)的空間擴(kuò)展遙感監(jiān)測[J].山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)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?cái)U(kuò)展研究[J].長江流域資源與環(huán)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(xué)，研究方向：城鄉(xiāng)規(guī)劃與人居環(huán)境。