基于多源遙感數(shù)據(jù)的城市建設(shè)用地空間擴(kuò)展動態(tài)監(jiān)測及其動力學(xué)模擬研究.pdf

1、當(dāng)前中國正經(jīng)歷著快速的城市化，特別是在沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，城市擴(kuò)展速度已經(jīng)遠(yuǎn)超過發(fā)展中國家的平均擴(kuò)展速度。城市化過程雖然能加速社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，提供更多的就業(yè)機(jī)會等。然而與此同時也引發(fā)了一系列問題，農(nóng)用地的大量減少、水資源水環(huán)境的破壞、城市熱島效應(yīng)的加劇等等。因此，城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)展的問題受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。開展城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)展的動力學(xué)研究，了解城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)展的時空特征和演變規(guī)律，系統(tǒng)分析城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)展的驅(qū)動機(jī)制，建立有效實(shí)用的城市

2、模擬模型對城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)展進(jìn)行描述、模擬和預(yù)測，為沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)類似城市的規(guī)劃管理和發(fā)展戰(zhàn)略決策提供一定的參考價值與理論依據(jù)。
　　 本文選擇沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的典型代表-杭州作為研究區(qū)，運(yùn)用衛(wèi)星遙感技術(shù)和GIS空間分析方法，以遙感空間信息提取、城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)展的景觀格局分析及其時空演化、驅(qū)動機(jī)制和模型模擬預(yù)測為主軸線，開展了從1985年到2010年杭州市城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)展的遙感監(jiān)測及其動力學(xué)模擬研究。通過建立較為完整的城市建設(shè)用

3、地空間信息提取技術(shù)體系，在此基礎(chǔ)上分析和理解研究區(qū)城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)展的基本特征、時空演化規(guī)律及驅(qū)動機(jī)制、模擬預(yù)測城市未來變化方向和空間布局。
　　 本文的主要研究工作成果如下：
　　 (1)面向長時間跨度(1985-2010年)的城市建設(shè)用地空間信息提取的問題，提出了基于多源遙感數(shù)據(jù)的城市建設(shè)用地空間信息提取方法。本文以杭州市為例，選擇了六個時期(1985、1991、1995、2000、2005和2010年)，由于時間跨度

4、較長，選取了多種傳感器(Landsat TM/ETM+、CBERS-02 CCD和HJ-1-A CCD)的遙感影像作為數(shù)據(jù)源。根據(jù)研究對象和所采用的數(shù)據(jù)特點(diǎn)，提出了光譜混合分解技術(shù)與熱紅外波段反演生成的地表溫度相結(jié)合的方法完成城市建設(shè)用地空間信息的提取。采用1999年的SPOT-4的全色影像和2000年Google earth上的高空間分辨率影像來驗(yàn)證2000年提取結(jié)果，結(jié)果顯示絕大多數(shù)驗(yàn)證樣本的誤差落在±0.15區(qū)間之內(nèi)，提取精度較為

5、滿意，隨后結(jié)合閾值的設(shè)定獲取了杭州市六個時期的城市建設(shè)用地空間分布圖。同時與通過監(jiān)督分類法對不同時期非城市建設(shè)用地區(qū)域內(nèi)的各類土地信息提取結(jié)果疊置分析，最終得到杭州市六個時期的城市土地利用分類圖。
　　 (2)利用景觀格局指數(shù)進(jìn)行定量分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)杭州在城市化進(jìn)程的影響下，研究區(qū)逐漸從1985年以農(nóng)業(yè)自然景觀為主向2010年以城市人工景觀為主的景觀格局轉(zhuǎn)換，整個研究期間，耕地景觀的區(qū)域優(yōu)勢度喪失，破碎度增加，而城市建設(shè)用地優(yōu)勢的

6、作用突出，而景觀破碎度呈下降趨勢，空間上呈現(xiàn)聚集連片發(fā)展趨勢；通過城市擴(kuò)展測度指數(shù)對城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)展演化過程的分析，發(fā)現(xiàn)杭州市在1985-2010年25年間城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)展主要呈現(xiàn)以下基本特征：第一，城市建設(shè)用地面積急劇增加，空間布局發(fā)生巨大變化。城市建設(shè)用地面積從1985年發(fā)展初期的8142.55公頃激增到2010年的59066.24公頃，城市建設(shè)用地比例也從最初不到10％增加超過了50％；第二，耕地面積劇烈減少，破碎化程度明顯，耕地

7、從1985年的73973.26公頃急劇下降到2010年的24103.62公頃，耕地的最大斑塊指數(shù)(LPI)從1985年為33.800下降到2010年的3.220，耕地的優(yōu)勢地位已被城市建設(shè)用地所取代；第三，城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)展方式主要以外延蔓延式增長為主。
　　 (3)基于遙感和GIS技術(shù)平臺，從時間和空間上分析和闡述了杭州市城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)展的驅(qū)動機(jī)制，同時結(jié)合杭州市的特點(diǎn)，構(gòu)建了杭州市城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)展的DSR研究模型。根據(jù)杭州市自

8、身發(fā)展特征和驅(qū)動力作用方式的不同，從自然地理、社會經(jīng)濟(jì)、政府政策等角度，將驅(qū)動力分為三大類，在此基礎(chǔ)上又將驅(qū)動力分為七小類。其中，地形是城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)展的制約力，杭州市城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)展方向和現(xiàn)在的城市空間形態(tài)與其自然地形地貌結(jié)構(gòu)是密不可分的；優(yōu)越的地理區(qū)位賦予杭州強(qiáng)大的資源要素聚集和經(jīng)濟(jì)輻射能力，促進(jìn)城市建設(shè)用地的進(jìn)一步擴(kuò)展；交通條件對于城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)展的推動作用非常顯著，空間分析結(jié)果顯示貢獻(xiàn)率最大的是城區(qū)主干道和高速公路；通過回歸分析

9、發(fā)現(xiàn)國內(nèi)生產(chǎn)總值、財(cái)政收入和交通客運(yùn)量與城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)展過程的關(guān)系尤為密切；政府的作用在城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)展過程中始終是居于領(lǐng)導(dǎo)和支配地位，杭州市政府通過行政區(qū)劃調(diào)整政策對于杭州市范圍的土地資源和行政資源進(jìn)行重組，對于城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)展具有很強(qiáng)的推動作用；市政府通過編制城市總體規(guī)劃，積極推動和引導(dǎo)城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)展的進(jìn)程，并主導(dǎo)著城市發(fā)展的規(guī)模和節(jié)奏，現(xiàn)實(shí)的城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)展趨勢證實(shí)了規(guī)劃中設(shè)定的杭州市城市空間發(fā)展格局。在驅(qū)動機(jī)制分析的基礎(chǔ)上，結(jié)

10、合城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)展的時空演化特征和隨后針對規(guī)劃失效提出的對策，構(gòu)建出杭州市城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)展的DSR研究模型。
　　 (4)比較分析了現(xiàn)有城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)展模擬預(yù)測模型的缺陷和不足的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了基于案例推理技術(shù)和元胞自動機(jī)的城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)展模擬預(yù)測模型。引入案例推理技術(shù)來解決元胞自動機(jī)規(guī)則獲取的瓶頸問題，通過案例來隱含表達(dá)轉(zhuǎn)換規(guī)則，提升模型的應(yīng)用效率，同時為了提高模型的運(yùn)算效率和盡可能全面地考慮相關(guān)的空間關(guān)系指標(biāo)，引入改進(jìn)型土地生

11、態(tài)適宜性評價模型對于案例庫屬性指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化。該模型被應(yīng)用于杭州市城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)展的模擬中，模擬了杭州在2005-2010年城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)展情況，且采用逐點(diǎn)對比和空間形態(tài)對比兩種方法進(jìn)行精度驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果顯2005年和2010年模擬結(jié)果的總精度分別為0.81和0.80，其Kappa系數(shù)分別為0.59和0.58，研究表明該模型模擬的結(jié)果具有較高的精度，與實(shí)際情況的吻合程度也較高?；诖?，利用該模型對2015年杭州市城市建設(shè)用地空間擴(kuò)展進(jìn)行預(yù)