遥感测绘在监测城市发展领域的应用研究

段建国　（山西工程技术学院，山西　阳泉　045000）

遥感测绘在监测城市发展领域的应用研究

段建国（山西工程技术学院，山西阳泉045000）

我国城镇化脚步日渐加快，随着大量人口流入，城市的发展规模日新月异，利用遥感技术更高效的监测城市的形态与结构，预测城市各要素未来发展趋势，为城市基础设施建设及发展方向提供决策依据，是遥感领域研究的一个热点。

遥感测绘；监测；形态与结构；城市规模

1　概述

城镇化（都市化），是以农业为主的传统乡村社会向以服务业和工业为主的现代社会转变的过程。具体包括人口职业与产业结构的转变、土地与地域空间的转变。我国城镇化的脚步日渐加快，据第六次全国人口普查，在6.66亿的城镇人口中，流动人口已达到1.9亿，占据了城镇人口数量的28%。大量人口的流入，势必对流入城市的发展方向、发展规模带来质的影响。在监测城市形态与结构变化、预测城市各要素未来发展规模方面，遥感技术是一种高效、便捷并日趋完善的监测、预测手段。

城镇化的另一个反映指标是不断扩张的城市面积。城市空间扩展是城镇化作用于地理空间的直接结果，使土地空间格局与用地结构逐步向建设用地转化，也催生着城市形态及结构的不断演变。从城市面积扩展指标来看，应用遥感技术手段开展城市扩展（面积）监测是主流的方向。

经过近20年的发展，遥感领域近年来的研究更加注重应用高分辨率遥感影像、特别是国产高分辨率遥感影像作为主要数据源（包含中国高分专项中已投入使用的高分一号、高分二号，未来3年内计划发射的高分三号至七号，及资源系列、天绘系列、实践系列、遥感系列卫星等）开展对城市的监测；更加注重技术手段、技术方法的先进性，强调自动化监测技术的应用；更加注重监测成果的客观性，提供准确、高精度的监测成果；更加注重动态变化监测、提供时效性强的监测成果。

城市形态及结构数据是监测城镇用地建设的重要基础资料。该数据对于了解城市用地发展情况，有序发展城镇用地，调控城镇用地的发展速度，保证城镇有节奏的稳步发展具有举足轻重的作用。

本文以北方城市鞍山市为例，探究应用遥感技术进行城市形态及结构变化监测的技术路线，分析示范城市的形态及结构变化趋势，针对性提出相关对策建议。

2　技术路线

收集多时相遥感影像及辅助资料，建立基于多时相高分辨率遥感影像的计算机智能解译和人工提取相结合的城区边界半自动化提取方法。城区边界提取过程中首先完成最新时相的城区提取，然后按时间倒序依次完成前时相的城区提取工作。在此基础上，参照地理国情普查地表覆盖分类体系，采用自动与人机交互影像处理、多源信息辅助判读解译等技术手段，完成城区范围内的高分辨率遥感影像地表覆盖分类。构建反映城市形态及结构的指标体系，分析城市形态及结构变化，预测城市发展趋势，结合城市土地资源管理应用需要和项目研究成果，提出政策建议，最终形成一套城市形态及结构变化遥感监测的工作机制。

3　建立准确的评价体系（城市结构指标构建）

城市结构即城市要素的空间布置。从空间和用地角度出发，构建了城市用地结构、用地空间布局、景观格局、土地利用集约度4个维度的指标。

用地结构是从功能出发，计算建设用地、生态用地、交通用地和其他类型用地的比例，评价用地结构配置是否合理。

用地空间布局分析各类功能用地的方位分布、圈层分布、行政区的分布差异。

景观格局是从景观角度，分析评价城市各功能类型区在景观水平上呈现的破碎化程度、受人类干扰的程度和多样性程度。

土地利用集约度是分析评价土地利用的集约程度的指数，采用地均人口和地均GDP两个指数衡量。如图1所示。

4　数据提取

4.1宏观城区边界提取

以计算机自动解译环节为例，具体流程是：①对直角点密度特征图像采用大津算法进行聚类处理，把直角点密度特征图像的每一像素按像素值分成两类，即城区类和非城区类；②对城区类的像素进行4连通的连通成分分析，对获取的连通成分进行栅格矢量化处理生成城区矢量图斑。

4.2精细城区边界提取

宏观城区边界提取的初始轮廓线一般位于城乡结合部，需要根据地物的形态和功能，通过目视解译与矢量编辑，进行初始轮廓线的修正，开展精细城区边界提取。

5　城市结构与形态变化分析

纵观各圈层用地结构不同年份间的变化情况，比较突出的变化是建设用地、林灌草地、水体。2000～2003年间，建设用地在10～15km以及15km以外的外围区域内增加明显，2003年的城市用地结构中，15km以外区域的建设用地的比例高达100%。

2003～2007年间，城市扩张的同时，用地结构也在不断优化，表现在建设用地在各圈层内所占比例下降的同时，林灌草地和水体用地的比例不断提升。在2007年的城市用地结构中，15km以外的区域建设用地的已经下降到40%，同时5～10km、10～15km区域内的建设用地比例也下降到49.4%和49.6%，比2003年的分别下降了10%和15%；而同时，林灌草地在各圈层内的比例均有提高，2007年的城市用地结构中，0～5km、5～10km、10～15km、15km以外区域的林灌草用地比例分别为16.4%、26.4%、32.4%、42.3%，比2003年分别提高了约5%、7%、20%和40%；水体变化最明显的是5～10km、10～15km、15km以外的圈层，水体的用地比例分别达到14.9%、7.0%和5.7%，比2003年相应提高8.6%、4.7%和5.7%。

图2　鞍山市不同监测时期城区地类统计图

通过分析，鞍山市的城区面积扩张态势十分稳定，2000年到2013年，面积扩张31.24km2，城区面积年均增长2.9%，每年扩张面积平均为2.4km2。其中，扩张速度最明显的是在2010～2013年间，城区面积从100.83km2增长到114.11km2，增长了13.28km2，稍高于其他年份的增长速度，年均扩张面积为4.43km2，年均扩张速率为1.47%。2000～2003年、2007～2010年、2010～2013年间城市扩张进程较缓，年均扩张面积在4～8km2之间。

鞍山市城市发展趋势预测。根据2000、2003、2007、2010、2013年鞍山市各辖区的建设用地、林灌草地、水体、交通用地、其他用地的面积，建立各上述各辖区5种地表覆盖的预测模型。假定各地表覆盖按照线性模型发展，拟合得到各辖区各地表覆盖类型的线性增长预测模型，根据预测模型得到各辖区2020年相应的各类地表覆盖面积，并将各地表覆盖面积累积得到各辖区相应的城区面积，以及鞍山市辖区的城区面积。

图3　城区地表覆盖面积（km2）年际变化趋势图

上述图中，建设用地为次要坐标轴显示。

6　政策建议

鞍山市需将城区内的部分人口进行转移或者增加城区的面积。鞍山市地均人口由2.13万人/km2增加至2.76万人/km2，人口密度过高。城市发展过程中要注意不同区域内土地结构的均衡配置。同时，鞍山部分辖区建设用地比例偏高，林灌草地比例和水体比例偏低，生活舒适性较差，要增加该区域的生态用地比例建设。部分辖区交通用地比例偏低，要增加该区域的路网规划和建设。最终使城市发展达到建设用地比例适度，生态用地比例合理，交通用地比例较高的状态。

综上，开展遥感技术在监测城市形态及结构变化领域应用研究具有重要的实践价值。

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［7］刘朝霞.航空遥感图像配准算法研究［D］.大连：大连海事大学，2011.

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1007-7359（2016）04-0269-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.04.107

段建国（1982-），男，山西稷山人，毕业于辽宁工程技术大学，硕士；助教，主要从事测绘方面的教学工作。