基于遙感與ArcGIS的渭南市臨渭區(qū)城區(qū)擴(kuò)展初探

楊曉玉,王樹清,吳曉榮,薛 躍,南國衛(wèi),王 萍

(渭南師范學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院,陜西渭南 714099)

【蓓蕾園地】

基于遙感與ArcGIS的渭南市臨渭區(qū)城區(qū)擴(kuò)展初探

楊曉玉,王樹清,吳曉榮,薛 躍,南國衛(wèi),王 萍

(渭南師范學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院,陜西渭南 714099)

以西部中小型發(fā)展中城市——渭南市臨渭區(qū)為例,利用遙感和ArcGIS技術(shù),對渭南市臨渭區(qū)2002、2006和2010年的多源遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,同時(shí)分析了渭南市臨渭區(qū)8年的城區(qū)邊界變化和城區(qū)面積擴(kuò)展?fàn)顩r,并初步探討了渭南市臨渭區(qū)擴(kuò)展的動力因素.結(jié)果表明,渭南市臨渭區(qū)主要向西北方向擴(kuò)展,土地利用效率有待提升,城區(qū)擴(kuò)展速度需要控制.

城區(qū)擴(kuò)展;遙感;ArcGIS

0 引言

城市擴(kuò)展是城市發(fā)展的一個(gè)重要表現(xiàn),在西部大開發(fā)的今天,西部地區(qū)人民的生活水平日益提高,城市化進(jìn)程不斷加快,城市向外擴(kuò)展日益加速,已有部分地區(qū)表現(xiàn)出難以控制的局面.因此,加強(qiáng)對西部中小城市擴(kuò)展的研究,有效地引導(dǎo)和調(diào)控城市的擴(kuò)展,具有重要的戰(zhàn)略意義.利用衛(wèi)星影像可以及時(shí)、準(zhǔn)確地獲取城市擴(kuò)展信息、城市時(shí)空變化、城市發(fā)展趨勢等,進(jìn)而預(yù)測城市發(fā)展方向和規(guī)模,已經(jīng)成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn).[1-3]目前,我國利用ArcGIS技術(shù)對城市擴(kuò)展的研究主要集中在一些大城市,而對于中小城市研究卻很少.[4-6]本文借助ArcGIS技術(shù)來分析渭南市臨渭區(qū)8年的動態(tài)變化,探討城區(qū)擴(kuò)展的特征和空間模式,并結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)和資料初步剖析城區(qū)擴(kuò)展的動因,以期為相關(guān)部門更好地發(fā)展中小城市提供依據(jù).

1 研究區(qū)概況與城市擴(kuò)展信息獲取

1.1 研究區(qū)概況

渭南市臨渭區(qū)地處物產(chǎn)富饒的陜西省關(guān)中平原東部,是渭南市委、市政府所在地,渭南市的政治、經(jīng)濟(jì)和文化中心.全區(qū)轄28個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)辦,總?cè)丝?9萬,其中城市人口30萬.區(qū)域幅員遼闊,國土總面積1 221平方公里,現(xiàn)有耕地800 km2,其中有效灌溉面積666.67 km2.寬闊的平原舒展北部,高峻的秦嶺屹立南端,悠悠渭水中流東去,滔滔沋河北瀉成川,河谷輝映,山川錦繡.由于臨渭區(qū)地理位置獨(dú)特,其城區(qū)擴(kuò)展有自己的特征,本文擬初步研究渭南市臨渭區(qū)城市擴(kuò)展的內(nèi)在動因.

1.2 城市擴(kuò)展信息獲取

本文采用的研究數(shù)據(jù)來自于國際科學(xué)數(shù)據(jù)影像網(wǎng)站,選擇了2002年的Landsat7、2006年的Landsat5 和2010年的Landsat5獲取所成的影像,地圖投影全部為橫軸墨卡托投影(見表1).

表1 衛(wèi)星遙感資料

1.3 研究方法

1.3.1 融合處理

本文使用的2002年遙感圖像為ETM+影像,包括8個(gè)波段,除1-5、7波段分辨率為30 m以外,還包括一個(gè)全色波段(分辨率為15 m)和一個(gè)6波段(分辨率為30 m,一般不采用).全色波段具有較高的空間分辨率和較強(qiáng)的紋理特征,而多光譜波段具有豐富的波譜信息.將這2種波段信息進(jìn)行融合后,保留了多光譜信息與紋理信息,提高了遙感圖像的清晰度和空間分辨率,增強(qiáng)了特征提取和目視判讀能力,使分類更加精確.

1.3.2 增強(qiáng)處理

采用TM4、TM3、TM2進(jìn)行波段組合,分別賦予紅、綠、藍(lán)色.假彩色合成后的圖像,信息豐富,層次分明,城區(qū)呈現(xiàn)為灰藍(lán)色調(diào),農(nóng)用地為紅色調(diào),兩者差異明顯,易于區(qū)分.本文中,對原始遙感圖像進(jìn)行2%的線性拉伸,增強(qiáng)圖像的層次感,提高圖像的對比度,拉大不同地物之間的差異(見圖1).

1.3.3 非監(jiān)督分類

非監(jiān)督分類運(yùn)用1SODATA(Iterative Self-Organizing Data Analysis Technique)算法,完全按照像元的光譜特性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分類,分類過程中使用較多的方法是動態(tài)聚類法.動態(tài)聚類是按某些原則選擇一些代表點(diǎn)作為聚類的核心,然后將其余待分點(diǎn)按某種方法(判據(jù)準(zhǔn)則)分到各類中去,完成初始分類,之后再重新計(jì)算各聚類中心,把各點(diǎn)按初始分類判據(jù)重新分到各類,完成第一次迭代.然后修改聚類中心進(jìn)行下一次迭代,對上次分類結(jié)果進(jìn)行修改,如此反復(fù)直到滿意為止.

1.3.4 城市擴(kuò)展強(qiáng)度

其中:R為研究末期城市擴(kuò)展強(qiáng)度,Ub為研究末期城市用地面積,Ua為研究初期城市用地面積, T為時(shí)間間隔.城市擴(kuò)展強(qiáng)度表征在某一時(shí)間段內(nèi)年際城市面積增長比率.[7]

2 結(jié)果與分析

2.1 遙感影像分類

對2002年和2006年遙感圖像特征進(jìn)行分析,然后再結(jié)合現(xiàn)場考察,將渭南市臨渭區(qū)用地分為建城區(qū)、河流和耕地(如圖2、圖3).

圖1 渭南市臨渭區(qū)城區(qū)遙感影像合成圖

圖2 2002年渭南市臨渭區(qū)建城區(qū)圖

圖3 2006年渭南市臨渭區(qū)建城區(qū)圖

對比圖2和圖3,渭南市臨渭區(qū)城市擴(kuò)展主要是在市中心與郊區(qū)衛(wèi)星城區(qū)之間的過度地帶發(fā)展,從老城區(qū)出發(fā),向西與開發(fā)區(qū)連接,向北側(cè)延伸到渭河邊上,向西延伸具有連貫性,而向北具有跳躍性.

2.2 非監(jiān)督分類法

使用非監(jiān)督分類方法將渭南市臨渭區(qū)用地分為6類(結(jié)果見表2),對應(yīng)的2010年遙感圖像見圖1.

表2 各類用地遙感解譯標(biāo)志(2010 TM432影像)

圖4 渭南市臨渭區(qū)城區(qū)擴(kuò)展圖

結(jié)合表2和圖1可以看出,渭南市中心和開發(fā)區(qū)連成一塊,同時(shí)在渭河以北辛市鎮(zhèn)、油櫆鎮(zhèn)地區(qū)出現(xiàn)了一些小范圍的成片建成區(qū),城區(qū)發(fā)展開始向四方蔓延.

2.3 由連續(xù)性發(fā)展到向外蔓延,擴(kuò)展強(qiáng)度穩(wěn)步快速增長,城市擴(kuò)展有序進(jìn)行

根據(jù)從衛(wèi)星影像提取的城市用地信息,通過計(jì)算面積得到圖4,渭南市臨渭區(qū)2002年、2006年與2010年城市建城區(qū)面積分別是2.447 km2、7.384 km2、39.055 km2,2002—2006年、2006—2010年渭南市臨渭區(qū)的城區(qū)面積分別擴(kuò)大了4.937 km2、31.671 km2,通過式(1)計(jì)算渭南市不同時(shí)期的城市擴(kuò)展強(qiáng)度, 2002—2010年擴(kuò)展強(qiáng)度為50.3%,2006—2010年擴(kuò)展強(qiáng)度55.75%,表明渭南市城區(qū)穩(wěn)步加速發(fā)展.

3 結(jié)論及其討論

通過以上分析,初步了解8年渭南市臨渭區(qū)城區(qū)穩(wěn)步快速擴(kuò)展,城市規(guī)劃趨近于合理化.渭南市臨渭區(qū)擴(kuò)展的主要驅(qū)動力有三方面:首先是政府單位的搬遷;其次是交通路線及其汽車站和火車站的新建;第三是工業(yè)的發(fā)展.結(jié)合遙感影像圖,可知2002—2006年,渭南市臨渭區(qū)擴(kuò)展的原因主要是交通因素,因與開發(fā)區(qū)的連接,使得開發(fā)區(qū)與臨渭區(qū)之間地帶迅速發(fā)展;2006—2010年,渭南市臨渭區(qū)開始向外蔓延,擴(kuò)展速度穩(wěn)步提升.

結(jié)合渭南市臨渭區(qū)擴(kuò)展特征及其驅(qū)動因素,我們可以將8年來渭南市臨渭區(qū)擴(kuò)展分為兩個(gè)階段:第一個(gè)階段是臨渭區(qū)與開發(fā)區(qū)鏈接階段,主要在它們之間的交通要道,將一些村莊就地轉(zhuǎn)變?yōu)槌菂^(qū);第二個(gè)階段是向外蔓延階段,這一階段城區(qū)向西部、北部發(fā)展,同時(shí)也向東蔓延.總的來說渭南市臨渭區(qū)擴(kuò)展迅速且穩(wěn)步進(jìn)行,城區(qū)建設(shè)合理.2010年的遙感影像圖中,已經(jīng)出現(xiàn)了一些小的衛(wèi)星城區(qū),經(jīng)過實(shí)地考察,這些衛(wèi)星城區(qū)主要是一些工業(yè)區(qū).

通過遙感及ArcGIS技術(shù)對渭南市臨渭區(qū)城市擴(kuò)展進(jìn)行分析,可以看出,利用遙感與ArcGIS結(jié)合分析城市擴(kuò)展不失為一種好方法,遙感能準(zhǔn)確提取城市擴(kuò)展信息,而ArcGIS能夠利用模型對信息進(jìn)行分析對比,并且信息提取范圍廣、速度快、成本低,能夠進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測.本文在提取地理信息時(shí),采取的是實(shí)際考察與遙感影像分析相結(jié)合,多少會出現(xiàn)一些誤差,同時(shí)也比較費(fèi)時(shí)間,那么如何實(shí)現(xiàn)遙感影像直接精確地讀取城市用地信息,還有待進(jìn)一步研究.

(指導(dǎo)教師 韓 晨)

[1]何春陽,史培軍,陳晉,等.北京地區(qū)城市化進(jìn)程與機(jī)制研究[J].地理學(xué)報(bào),2002,57(3):363-371.

[2]張軍巖,賈紹鳳,高婷.石家莊城市化進(jìn)程中的耕地變化[J].地理學(xué)報(bào),2003,58(4):620-628.

[3]張文忠,王傳勝,薛東前.珠江三角洲城鎮(zhèn)用地?cái)U(kuò)展的城市化背景研究[J].自然資源學(xué)報(bào),2003,18(5):575-582.

[4]錢紫華,陳曉鍵.西安城市邊緣區(qū)空間擴(kuò)展[J].人文地理,2005,3(7):54-59.

[5]馮仕超,高小紅,亢健,等.西寧市30多年來土地利用/土地植被變化及城市擴(kuò)展研究[J].干旱區(qū)研究,2012,29(1): 129-136.

[6]徐涵秋.近30年來福州盆地中心的城市擴(kuò)展進(jìn)程[J].地理科學(xué),2011,31(3):97-103.

[7]李飛雪,李滿春,劉永學(xué),等.建國以來南京城市擴(kuò)展研究[J].自然資源學(xué)報(bào),2007,22(4):524-535.

【責(zé)任編輯 曹 靜】

On Linwei District's Expansion in Weinan Based on Remote Sensing and ArcGIS Urban

YANG Xiao-yu,WANG Shu-qing,WU Xiao-rong,XUE Yue,NAN Guo-wei,WANG Ping
(School of Chemistry and Life science,Weinan Normal University,Weinan 714099,China)

Linwei district of Weinan city,which is a small developing area in the western of China,is taken to use the remote sensing and ArcGIS technology to analyze and process the multi-source remote sensing image data of Linwei district in 2002,2006 and 2010.At the same time,the nearly eight-year urban boundary changes and expansion characteristics of Linwei district are analyzed,and the reasons that caused this change are explored.The results show that,the main direction of extension in Linwei district of Weinan city is to the northwest,the land use needs to be improved and the urban expansion speed should be controlled.

urban expansion;remote sensing;ArcGIS

P208.2

A

1009-5128(2014)03-0089-04

2013-05-30

渭南師范學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃項(xiàng)目:渭南市城市擴(kuò)展與植被覆蓋研究(12XK069)

楊曉玉(1989—),女,陜西西安人,渭南師范學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院2009級地理科學(xué)專業(yè)本科生.