基于遙感技術的城市建成區擴展探究范文

本站小編為你精心準備了基于遙感技術的城市建成區擴展探究參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

摘要：城市化是當今社會向前推進最顯著的特征之一，研究一個地區城市化程度的一個重要方法就是分析該地區的地域空間過程.采用Landsat遙感數據和GIS技術對樂山市建成區進行研究，從1992年、2003年以及2013年三期遙感影像中對樂山市城市建成區輪廓進行提取，并在此基礎上對樂山市建成區空間擴張特征及其驅動因子進行分析.結果表明，二十年間樂山市建成區面積逐年增長，城市擴展強度均在10%以上；就空間擴展形態來說，樂山市城市空間緊湊度低于0.3，趨于離散，所以說樂山市的城市用地擴張屬于外延類型；樂山市的城市擴張是從東南西北四個方向向外有差異的擴張，總體表現為“東優、西連、南躍、北拓”.

關鍵詞：城市擴張；GIS；樂山市；驅動力機制

當代社會，城市化已經成為一個重要的社會經濟現象，城市快速發展的特征之一是城市建成區向外延展［1］.但是對于提取不同時期城市建成區的相關信息以及城市擴張過程中可能帶來的一系列的問題等方面的研究不夠深入.而有效地對城市擴張進行動態分析將有利于城市用地的有效規劃、生態環境的和諧發展并且能為城市的發展提供科學的空間決策支持.隨著遙感及地理信息技術的迅速發展，為提取多時相城市建成區信息以及對城市擴張進行動態分析提供了有效的技術支撐，這相對于傳統的政府部門提供的統計數據更加可靠和準確.國內外學者在該方面研究進行了諸多探索，如Gao等學者研究了建成區面積增加對城郊的土地利用的影響［2］.D.Stathaki基于夜間燈光信息對城市擴展進行了預測［3］.LienPoelmans等對城市擴展模型的復雜性和性能進行了分析［4］.國內關于城市擴張的研究也取得了相當大的成果，如龐國錦利用GIS與RS技術對蘭州城市建設用地擴展進行了研究［5］.馮健對杭州城市形態和土地利用結構的時空演化進行了分析［6］.但是我國對城市擴張動態分析的研究主要集中于部分大城市，而對西部地區的小城市相關研究較少，這就需要我們對其進行相應的探討.本文以樂山市為例，通過目視解譯并且與GoogleEarth等進行對比來對樂山市建成區范圍進行界定，在獲取1992年、2003年和2013年三個時間段遙感影像的基礎上，開展樂山市城市建設用地信息的提取.進一步通過分析城市擴展強度等，查明了城市擴張驅動因子.這對樂山市城市總體規劃和可持續發展具有參考性意義.

1研究區域概況

樂山位于北緯28°28′52″~29°56′06″，東經102°15′30″~104°15′02″之間，地處岷江、青衣江、大渡河中下游［7］.總體趨勢西南高，東北低，高差懸殊大.市境內江河眾多，屬豐水地區［8］.本文研究區涉及樂山市部分區域，總面積約27.03km2.

2數據來源與研究方法

2.1數據來源

本文選用了不同時期的三幅美國陸地衛星影像，成像時間分別為1992年8月12日的landsat5的TM數據和2003年4月17日的landsat7的ETM數據以及2013年4月20日的landsat8的OLI數據，這三期數據相隔均為十年，以便對數據進行客觀分析，且云量均低于10%，保證了圖像質量.輔助數據有GoogleEarth、樂山市城市總體規劃（2010—2030）以及關于樂山市的歷年統計資料.

2.2研究方法

本文采用ArcGIS10.1對樂山市城市多時相Landsat影像數據進行處理并且進行空間分析.將從地理空間數據云中下載得到的Landsat影像數據導入到ArcGIS中，采用目視解譯的方法將這三幅衛星影像中的樂山市城市建成區信息提取出來，并且利用公式計算出諸如城市擴張強度等參數，得到樂山市各個時期的建成區動態變化并且與相關統計資料相結合分析城市擴張的驅動因素.

3城市擴張的動態分析

3.1城市建成區范圍的確定

隨著遙感和地理信息技術的發展，利用所獲取的遙感影像在地理信息系統軟件中進行處理和解譯從而得到研究區的相關信息，已經成為城市建成區界定的主要方法.首先，城市建成區邊界是不固定的，許多地段建成區與非建成區之間的部分區域呈過渡狀態.例如脫離連片建設的城市集中區而單獨發展的飛地［14］；距離主城較遠的城市新建開發區與農田以及一些居民地呈現交錯分布的情況；一些城鄉接合部的情況比較特殊，一方面具有城市的特征擁有較為完善的基礎設施，一方面又保存有農田等鄉村所具有的特征.這使得我們在提取城市邊界輪廓線時必須制定相應的閾值，以更好地確定城市建成區的范圍.其次，為了更方便地突出城市建成區邊界信息，一定要選取合適的影像波段及其組合.一般會采用標準假彩色合成影像來提取城市邊界輪廓線［15］.

3.2城市擴張空間特征分析

將下載的Landsat數據導入到ArcGIS中，首先對影像進行標準假彩色合成，在建成區邊界界定標準確定的基礎上，對照GoogleEarth的高清影像，完成建成區范圍的繪制.通過多期影像疊加分析，得出不同年份建成區面積、周長等信息以備計算各種參數.由圖2可知，1992—2013年間樂山城市建成區范圍持續擴張.1992年樂山市建成區范圍的面積為5.99km2，2003年建成區范圍的面積為12.52km2，2013年建成區范圍的面積為27.03km2，通過對面積變化的分析可得出：20年來樂山市建成區的擴張速度較快，建成區面積擴展了21.04km2.

3.2.1城市空間擴展速率城市空間擴展速率是表示城市的年平均擴展速率.由公式（1）可知，樂山市20年來整體城市空間擴展速率較快，特別是在2003—2013年擴展速度十分迅猛，1992—2003年間城市以每年0.594km2的速度擴張；2003—2013年間更是以平均每年1.451km2的速度擴張.總的來說其擴展速度非常快.

3.2.2城市擴張強度計算并比較樂山市不同時期的城市擴張強度，有助于樂山市城市擴展規模特征等方面的研究，由公式（2）可知，樂山市城市擴張的強度總體來說較大，1992—2003年樂山城市擴張強度指數為10.9%，并且2003—2013年的城市擴張強度指數為11.6%，1992—2013年整體城市擴張強度指數為17.6%，所以其城市擴張速率位于中等層次，并且在逐年增加.

3.2.3城市緊湊度為了進一步說明樂山市城市擴張空間形態演變的特征，用城市緊湊度來分析.樂山市1992年城市邊界周長為30.77km；2003年城市邊界周長為35.44km；2013年城市邊界周長為71.28km.由公式（3）可知，樂山市1992年城市緊湊度為0.20，2003年城市緊湊度0.25，2013年城市緊湊度0.18.所以比較樂山市1992—2013年的緊湊度可以發現1992—2013年樂山市的城市緊湊度變化不大，并且都在0.3以下，城市緊湊度偏于離散，城市用地擴張趨于外延類型.

3.2.4城市空間分維數城市空間分維數在一定程度上可以反映城市邊界的形狀的變化［9］.由公式（4）可知，1992年樂山市的城市空間分維數為2.28，2003年則為1.73，2013年為1.75.由此可知，樂山市1992—2013年的城市空間分維數均大于1.5，所以城市邊界形狀均趨于復雜，相比起來1992年最大甚至已經超過2，所以可以說那時的樂山市城市邊界十分復雜，在之后的時間段內其空間分維數在減少，并且近十年來變化也不大，這說明樂山市城市邊界正在趨于簡單化，城市邊界整齊，用地也趨于緊湊節約.

4城市擴張驅動因子分析對樂山市城市擴張的驅動因子的分析

可以通過上述過程中提取出樂山市城市擴張的空間演變特征，再根據實際的調查以及查閱資料等方面來分析，比如可以從國家或市政府的政策，經濟發展情況等方面來分析其擴張的原因.

4.1政府政策方面

根據《樂山市土地利用總體規劃（1997—2010）》、《樂山市城市總體規劃（2011—2030）》，樂山市城區的建設用地發展可以概括為“東優、西連、北拓、南躍”［16］.其中北部、西北部和南部是規劃期內主要的發展方向［17］.1992年以來，政府政策是推動樂山市城市擴張的一個重要因素，而樂山市這20年來的發展也符合政府所制定的規劃.首先在東優方面，現在建成區的擴展范圍都控制在岷江二橋以北地區，并且打造的是諸如嘉樂坊之類的旅游休閑之地，十分注重對大佛景區的保護，從而達到優化岷江東部地區的建設用地布局的目的；在西連方面由于受到地形的限制，主城區以西分為南北兩支向西擴展，中間的綠心則保留了下來，開發其旅游資源以供人們休閑旅游；在北拓方面，岷江三橋、岷江特大橋等提高了岷江兩岸交通的通達性，北部地形較為低平，為建成區的北拓提供了有利條件.并且在推進的過程中也十分注重新建城區與老城區之間的溝通；在南躍方面由于該區域公路、鐵路、水運、航空等都很便利，有利于高新區產業的發展，但是高新區的建設需要一定的時間，所以進展較為緩慢.

4.2經濟發展的影響

經濟發展對城市擴張的影響也是十分巨大的［18］，從圖4可以看出，樂山市全年GDP增長十分迅猛［19］，2003年之后增長尤為迅速，且第二產業發展較快，從1995年的41.25億元增長到2013年的698.81億元，年均增長率為19.35%，這也是樂山市城市用地增加的主要驅動因素之一.在全市GDP中第一產業比重逐年降低，第二產業比重正持續增加，而第三產業在2008年由于汶川地震的影響產業占比有所下降，現在正在逐步回升（圖4）.由此可以看出，樂山市正致力于產業結構的調整和優化，以促進樂山市經濟的快速發展，從而推動樂山市建成區的有序擴展.

4.3交通基礎設施建設的影響

樂山市市區三面臨水，東有岷江、西有青衣江、南有大渡河，建設有樂山港等港口，航運便利.且諸多河流上建有岷江一橋、岷江二橋、大渡河大橋等橋梁，加強了樂山市主城區與周邊地區的聯系.樂山市機場將建設于樂山市南部，這將有利于樂山市城南高新區的發展，從而促進樂山市建成區向南部擴展.北部及西北部則有成樂高速以及成綿樂客運專線經過，且樂山市高鐵站修建于此，陸路交通十分便利（圖2）.除此之外，樂山繞城高速也推動了樂山市郊區的發展.所以，交通基礎設施的完善以及水陸交通的便利對樂山市建成區的擴張也起到了相當大的作用［20］.

5結語

本文運用Landsat遙感數據和GIS技術進行研究，在城市建成區輪廓提取的基礎上對1992—2013年樂山市建成區空間擴張特征及其驅動因子進行了分析.在二十年的時間內樂山市建成區面積幾乎成倍增長，總體擴張了21.04km2，說明樂山市建成區擴展的速度非常快.這個從城市擴展強度指數當中也可以看出，1992—2003年樂山城市擴張強度指數為10.9%，2003—2013年的城市擴張強度指數為11.6%，所以城市擴張速率都十分高，并且在逐年增加.從空間擴展形態來說，比較樂山市三個時間段的城市空間緊湊度可以發現其變化都不大，且都在0.3以下，趨向于離散.可以說樂山市的城市用地擴張類型屬于外延型，城區邊界形態非緊湊.從空間差異分析來說，樂山市建成區主要沿東南西北四個方向有差異的擴展，而根據上文分析的驅動城市擴張的政治、經濟及交通因素，可以預計未來樂山市城市的發展方向也應該是延續“東優、西連、南進、北拓”的擴展方向.

作者：張露露；劉艷艷；劉漢湖 單位：成都理工大學國土資源部地學空間信息技術重點實驗室