基于RS与GIS的武汉市城区扩展动态变化研究

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中文摘要：社会经济的高速发展带动了城市的空间扩展，而城市扩展必然引发土地利用结构的变化。为了对城市建设用地和城市发展规模进行合理的调控，应该对城市的扩展进行动态监测。随着遥感和地理信息系统的发展，相对于传统的土地利用动态监测方法，利用遥感技术进行城区扩展的研究在技术上具有不可比拟的优势。同时，遥感数据的广域性、周期性等特点，结合计算机的图像处理、分析和模式识别技术，使其在土地利用动态监测中得到广泛应用。通过不同时相的遥感图像，可以方便快捷地获得土地利用变化的类型、数量和位置，利用这些变化信息，既可以对前期开发治理效果进行正确的评价，也可以指导今后的开发治理规划，促进城市的可持续发展。本研究在收集、总结国内外同类研究成果的基础上，以湖北省武汉市为研究对象，利用1991年5月19日、1995年10月11日和2002年7月9日三个时相的陆地卫星TM/ETM+数据，在遥感和地理信息系统技术支持下，进行武汉市城区扩展动态变化以及城区扩展数量、方向、驱动力及发展趋势研究，并对城区扩展的卫星遥感动态监测技术方法进行了有益的探索。在对遥感图像进行几何精校正、增强处理和融合处理的基础上，采用三种方法对武汉市城区扩展进行动态监测：分类后对比法、NDVI植被指数阈值法和主成分分析法。 (1)分类后对比法。分类后对比法对遥感数据类型的要求不是很严格，可以是相同传感器，也可以是不同传感器；而且由于是对各个时相的遥感影像进行单独分类，因此，对各时相影像间的时相差异要求较低，允许遥感数据具有一定的季节差异。在分类后对比法中，对建成区分类结果进行比较，确定城区扩展部分，使得建成区的动态变化结果一目了然，是城区监测的一种有效方法。在获得的遥感影像类型较多、数据量较大、各时相遥感影像的季相差异较大的情况下，宜采用分类后对比法，但前提是保证不同时相之间数据的高精度配准和建成区信息的准确提取。 (2)NDVI植被指数阂值法。利用NDVI指数确定区分植被区与非植被区的阈值，仅对非植被区部分进行分类，得到1991年和2002年武汉市城区范围，通过比较确定变化区域。作为一种尝试，将运用于植被研究的NDVI指数应用于城区的扩展，其效果还是较为理想的，可以获得较高的监测精度。在影像间相同地物光谱特征差异较小，且植被长势好的情况下，利用NDVI植被指数阈值法可以较好的对城区扩展进行动态监测。同时，应根据不同土地利用类型的NDVI直方图确定植被区与非植被区的阈值，这是应用该方法的关键技术。 (3)主成分分析法。利用主成分变换综合多时相的遥感信息，从而提取出城区扩展信息。研究中采用了两种方法：多波段主成分变换法和主成分变换差异法。通过该方法的应用，可以快速获得城市用地动态变化信息，从而实现对城区扩展的动态监测。在实际应用此类方法时，需要土地覆盖俐用变化程度超过一定的范围，因此对时相相差较大的遥感影像的变化信息提取效果较好。而其关键技术则是对主成分变化后的各主分量的意义进行分析，确定不同主分量所反映的土地利用状况，因此，利用这种方法进行城区扩展动态监测，需要根据研究区域的情况，确定使用哪几个主成分进行分析。在利用遥感信息获取了武汉市1991—2002年城区扩展信息之后，结合1978年武汉市城区图，采用地理信息系统手段，对1991—2002年间武汉市城市发展方向与驱动力进行了研究。结果表明： (1)1978—1991年、1991—1995年、1995—2002年三个时间段内，城区面积都有不同程度的增加，但年均增长的面积和速度不同。1995—2002年间城区年均增长面积最大，高于其他两个时间段。而就年均增长率而言，同样呈现递增趋势1978—1991年年均增长率最少，1991—1995年和1995—2002年这两个时间段的增长速度相差不多，均大大高于第一个时间段，城区扩展速率有所增加。空间扩展方面，受三镇地理空间的影响，武汉市主要沿西北、东南、西南方向发展。 (2)武汉市城市扩展的主要驱动力是经济的发展、工业的发展和道路交通建设的增加，其中，经济的发展对城区扩展起到决定性作用。工业的发展在一定程度上加速了城市的向外扩张，而道路交通建设对城市扩展方向起到了指向作用。在对武汉城市近30年来的城市扩展的数量、空间分析以及对城市扩展的动力机制研究的基础上，对未来武汉城市的发展提出了展望，并给出了一些具体设想和合理化建议。主要包括武汉区域发展与城市定位、构建全新的城市交通格局、弘扬武汉城市个性凸显武汉风貌三个方面。最后，对本文所做的工作和已经取得的成果进行了总结，并指出了论文的不足和尚需进一步解决的问题。

作者：

李建

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关键词：

遥感技术城区空间扩展动态监测地理信息系统遥感图像

授予学位：

硕士

学科专业：

自然地理学

导师：

薛重生

学位年度：

2006

学位授予单位：

中国地质大学(武汉)

语种：

中文

中图分类号：