遙感與GIS技術(shù)監(jiān)測城市建成區(qū)變化的方法研究

蘇達(dá)，王樹文

（1.天津市國土資源測繪和房屋測量中心，天津 300051；2.天津市測繪院，天津 300381）

1 前言

我國從50年代中后期開始就有大量的關(guān)于城市擴(kuò)展研究，其中包括城市形態(tài)分類、演變階段、城市擴(kuò)展方式及速度、城市擴(kuò)展的主要影響因素，城市擴(kuò)展預(yù)測和模擬等。最重要的是建成區(qū)的擴(kuò)張研究，近年來，隨著衛(wèi)星遙感、地理信息以及空間定位技術(shù)等一系列空間數(shù)據(jù)信息采集、量測、處理、分析技術(shù)的不斷發(fā)展，所獲得的數(shù)據(jù)的分辨率、精確度和可靠性不斷增強(qiáng)，處理和管理手段日益先進(jìn).目前城市擴(kuò)張主要是以遙感數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，以地理信息技術(shù)為技術(shù)手段，配合衛(wèi)星定位技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)等來進(jìn)行研究.近期已有很多研究是應(yīng)用遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行城市擴(kuò)展研究的。

2 建成區(qū)的定義和監(jiān)測范圍

建成區(qū)的定義：建成區(qū)概念是指城市行政范圍內(nèi)，實(shí)際建成或正在建成的、相對集中分布的地區(qū)。包括市區(qū)集中連片的部分，以及分散到近郊區(qū)內(nèi)、但與城市有著密切聯(lián)系的其他城市建設(shè)用地，城市近郊的一些建成地段，盡管未同市區(qū)聯(lián)成一片，但同市區(qū)的聯(lián)系十分密切，已成為城市不可分割的一部分，也可視作城市建成區(qū)。

城市建成區(qū)在單核心城市和一城多鎮(zhèn)有不同的反映。在單核心城市，建成區(qū)是一個實(shí)際開發(fā)建設(shè)起來的集中連片的、市政公用設(shè)施和公共設(shè)施基本具備的地區(qū)，以及分散的若干個已經(jīng)成片開發(fā)建設(shè)起來，市政公用設(shè)施和公共設(shè)施基本具備的地區(qū)。對一城多鎮(zhèn)來說，建成區(qū)就由幾個連片開發(fā)建設(shè)起來的，市政公用設(shè)施和公共設(shè)施基本具備的地區(qū)所組成。

建成區(qū)監(jiān)測具體范圍：針對城市建成區(qū)的定義，確保調(diào)查結(jié)果的真實(shí)可靠，特利用遙感影像對天津市的中心城區(qū)以及濱海新區(qū)（塘沽區(qū)、漢沽區(qū)、大港區(qū)）、各類開發(fā)區(qū)、保稅區(qū)等區(qū)域的范圍和面積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)核定。監(jiān)測2002年、2004年一共2個年度的變化，范圍及地理位置如下圖1：

圖1 監(jiān)測區(qū)域的范圍

3 建成區(qū)監(jiān)測所用資料數(shù)據(jù)及監(jiān)測方法

3.1 研究區(qū)域的數(shù)據(jù)

依據(jù)城市規(guī)劃基本術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50280、天津市1：2000系統(tǒng)數(shù)據(jù)規(guī)范和全國遙感監(jiān)測土地利用/覆蓋分類體系，在2個年度的正射影像上利用遙感技術(shù)在室內(nèi)對遙感影像進(jìn)行目視判別與分類結(jié)合天津市各區(qū)縣的行政界線和天津市區(qū)縣和鄉(xiāng)鎮(zhèn)政府所在地的范圍初步確定建成區(qū)范圍和對于在室內(nèi)不能確定的范圍到野外實(shí)地核實(shí)的方法確定建成區(qū)最外圍的邊界線。監(jiān)測采用的遙感影像具體情況如表1所示。

表1 建成區(qū)變化監(jiān)測采用的遙感影像列表

3.2 研究方法和技術(shù)路線

基于多時相SPOT數(shù)據(jù)，結(jié)合天津市地形圖系統(tǒng)數(shù)據(jù)，輔助以GIS等相關(guān)技術(shù)，對遙感圖像進(jìn)行包括遙感影像的預(yù)處理、遙感影像解譯等方面的處理.其中遙感影像的預(yù)處理包括輻射校正、幾何校正、波段選擇、光譜增強(qiáng)、影像融合、影像裁剪等內(nèi)容。

研究所采用的影像不需要進(jìn)行輻射校正，只需要進(jìn)行其他幾步操作.在進(jìn)行幾何校正時采用二次多項(xiàng)式模型對控制點(diǎn)進(jìn)行平差計(jì)算，采用雙線性內(nèi)插法進(jìn)行像元重采樣，得到具有地理參考的影像數(shù)據(jù).進(jìn)行彩色合成時，將影像的B4、B1、B2波段分別賦予紅、綠、藍(lán)，并對影像進(jìn)行線性增強(qiáng)處理，以利于目視解譯。

在進(jìn)行影像分類時，首先建立遙感解譯標(biāo)志，再進(jìn)行監(jiān)督分類，結(jié)合人工解譯的方法最終確定土地利用分類圖.在此基礎(chǔ)上，引入城市質(zhì)心概念。

圖2 建成區(qū)監(jiān)測總體技術(shù)路線

4 遙感監(jiān)測建成區(qū)擴(kuò)展空間分布分析

4.1 建成區(qū)擴(kuò)張分布圖、面積、擴(kuò)張速度、人口與年收入表

年代（年） 建成區(qū)面積 建成區(qū)面積擴(kuò)張速度2002 636.320 6132587 9338 ---2004 738.093 612 11467 15.99%（平方公里） 人口總（人） 人均年收（元）

2002年-2004年建成去擴(kuò)張遙感監(jiān)測圖

2002年-2004年城市擴(kuò)張GIS分析圖

本次遙感和地理信息系統(tǒng)技術(shù)的綜合應(yīng)用監(jiān)測天津市建成區(qū)的城市擴(kuò)展問題，表明了天津市的城鎮(zhèn)用地在所研究的2年期間發(fā)生了很大的變化，建成區(qū)的總面積從2002年的636.320km2增加到2004年的738.093km2，在短短的4年間，面積增加了52.20%，凈增332.181km2，年增長率達(dá)5.8%；從擴(kuò)展的方向性和集中性可以看出天津市呈現(xiàn)天津市中心城區(qū)及天津市濱海新區(qū)兩部分各自發(fā)展的模式，城市發(fā)展存在兩個中心的現(xiàn)象。

4.2 建成區(qū)擴(kuò)張成因分析

天津市城市用地增長受到經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口增長、城鎮(zhèn)化、自然條件、區(qū)位條件、國家宏觀政策等各方面的影響，天津市建成區(qū)的擴(kuò)展的動力因素雖然有很多，但是建成區(qū)的擴(kuò)展揭示了工業(yè)經(jīng)濟(jì)的增長和非農(nóng)業(yè)人口的減少是天津市城鎮(zhèn)擴(kuò)展的最主要驅(qū)動因。通過對天津市建成區(qū)空間分布的疊加分析可以看出，天津市的建成區(qū)空間擴(kuò)展模式以帶狀擴(kuò)展和低密度連續(xù)蔓延兩種特征為主。

天津市城市擴(kuò)展的空間分布分析及核心轉(zhuǎn)移分析都可以得出2002～2004年，天津市中心城區(qū)擴(kuò)展進(jìn)入高速增長階段，并呈現(xiàn)向西北及東南軸向擴(kuò)展的特征，但由于天津市濱海新區(qū)的拉動作用，城市建成區(qū)核心向東南方向轉(zhuǎn)移。這又一次驗(yàn)證了城市發(fā)展一直存在由于沿海和內(nèi)陸的共同發(fā)展從而帶動城市腹地發(fā)展的趨勢。通過城市建成區(qū)核心位置的變化可以直觀地看出城市發(fā)展的軌跡以及預(yù)測城市發(fā)展的方向，對于城市規(guī)劃及決策具有重要意義。

5 結(jié)論與討論

［1］牟風(fēng)云，張?jiān)鱿?，遲耀斌等.基于多源遙感數(shù)據(jù)的北京市1973-2005年間城市建成區(qū)的動態(tài)監(jiān)測與驅(qū)動力分析［J］.遙感學(xué)報(bào)，2007，11(2)

［2］彭順喜，林劍，鮑光淑等.基于遙感的長沙、株洲與湘潭城市擴(kuò)展研究［J］.國土資源遙感，2005(4)：

［3］潘衛(wèi)華.遙感監(jiān)測下的城市擴(kuò)展分析-以泉州市為例［J］.福建地理，2005，20(1)

［4］潘賢章，趙其周.50年來太湖水網(wǎng)地區(qū)城市化空間過程的監(jiān)測與模擬-宜興城區(qū)城市用地?cái)U(kuò)展的遙感監(jiān)測［J］.土壤學(xué)報(bào)，2005，42(2)

［5］王晉良.大連城市化進(jìn)程與土地利用的關(guān)系［J］.中國人口資源與環(huán)境，2009(1)

［6］王茜，張?jiān)鱿?南京城市擴(kuò)展的遙感研究［J］.長江流域資源與環(huán)境，2007(5)

［7］陳本清，徐涵秋.城市擴(kuò)展及其驅(qū)動力遙感分析-以廈門市為例［J］.經(jīng)濟(jì)地理，2005，25(1)

［8］陳本清.利用多時相衛(wèi)星遙感影像對廈門市城市化進(jìn)程及環(huán)境變化進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測與分析［D］.福州大學(xué)，2002