基于遙感影像的天津市建設(shè)用地動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)研究

陳香 李明 袁景

（1.天津市測(cè)繪院 天津 300381；2.國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心 北京 100830）

1 引言

土地資源因其稀缺性特點(diǎn)，成為國(guó)家最重要的資源之一，得到了重點(diǎn)關(guān)注，土地利用規(guī)劃也成為國(guó)家層面的重點(diǎn)規(guī)劃之一，土地利用監(jiān)測(cè)是土地利用規(guī)劃的重要項(xiàng)目之一。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與城鎮(zhèn)化速度的增加，全國(guó)各地建設(shè)用地面積開(kāi)始逐年遞增，且增長(zhǎng)速度越來(lái)越快，大量生態(tài)功能用地（林地、草地、水域等）、未利用地乃至耕地被大量占用，因此，對(duì)建設(shè)用地進(jìn)行監(jiān)測(cè)成為保護(hù)國(guó)土資源的重要任務(wù)。

近年來(lái)，隨著國(guó)土資源數(shù)據(jù)庫(kù)的建立，結(jié)合遙感技術(shù)的土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的成熟，3S技術(shù)被廣泛應(yīng)用在了國(guó)土監(jiān)測(cè)中。

2 研究方法

2.1 TM影像簡(jiǎn)介

衛(wèi)星遙感技術(shù)始于20世紀(jì)60年代，是一門發(fā)展迅速的探測(cè)技術(shù)。由于具有速度快、費(fèi)用低、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)效果好、不受外界條件影響等顯著優(yōu)點(diǎn)，在土地利用和土地覆蓋動(dòng)態(tài)變化研究之中已經(jīng)成為信息獲取的重要手段。[2]

由于Landsat系列衛(wèi)星具有中等的空間分辨率，而且覆蓋周期短，因此比較適合用于土地利用變化以及城市空間動(dòng)態(tài)變化方面的研究，同時(shí) TM/ETM遙感影像具有多光譜，信息量豐富，完全能夠滿足城市土地利用/覆蓋動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的要求[3]。

表1:TM/ETM 影像波段特征

本次研究基于2005與2010年遙感影像數(shù)據(jù)， 提取天津市土地利用數(shù)據(jù)。

圖1:2009年天津市ETM影像圖

2.2 NDBI模型

常用的遙感影像城鎮(zhèn)用地信息提取方法是監(jiān)督分類或非監(jiān)督分類，但精度較低;劉亞嵐等[4]提出對(duì)整幅遙感圖像 進(jìn)行分區(qū)自動(dòng)分類的方法，分區(qū)精度在80%以上；楊存建 等[5]用譜間結(jié)構(gòu)閾值法從TM影像上半自動(dòng)提取了福建省福清市的居民地信息，但需經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)選取合適的閾值，精度具有不確定性，提取結(jié)果不夠客觀；查勇等[6]利用歸一化建筑指數(shù)NDBI自動(dòng)提取了無(wú)錫市的城鎮(zhèn)用地信息，取得了較好的結(jié)果。

3 研究區(qū)概況

天津位于華北平原海河五大支流匯流處，東臨渤海，北依燕山，海河下游，地跨海河兩岸，是北京通往東北、華東地區(qū)鐵路的交通咽喉和遠(yuǎn)洋航運(yùn)的港口，有“河海要沖”和“畿輔門戶”之稱。

2009年，天津市在《天津市空間發(fā)展戰(zhàn)略》中提出“雙城雙港、相向拓展、一軸兩帶、南北生態(tài)”城市規(guī)劃理念。其中，“雙城”是指天津市中心城區(qū)和濱海新區(qū)核心區(qū)；“雙港”是指天津港和天津南港；“南北”指市域中北部及南部；“北端”是指薊縣北部山地丘陵地帶。

4 動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)研究

包括影像預(yù)處理，NDVI計(jì)算，建設(shè)用地提取，GIS分析。

4.1 影像預(yù)處理

ETM影像預(yù)處理是由于遙感平臺(tái)自身運(yùn)動(dòng)、地形起伏、氣象條件、太陽(yáng)輻射等原因形成的遙感影像偏移現(xiàn)象。在本次研究中主要是進(jìn)行幾何校正。

圖2:天津市行政區(qū)劃圖

在本文影像幾何校正中，主要采用阿爾伯斯投影，控制點(diǎn)取自全國(guó)行政區(qū)劃圖與交通圖，可以確保其數(shù)據(jù)精度。在選擇控制點(diǎn)時(shí)應(yīng)當(dāng)盡量保持控制點(diǎn)分布均勻、醒目，能夠在ETM影像中準(zhǔn)確標(biāo)注。

幾何校正的方法有多項(xiàng)式校正法和共線方程校正法，本次研究采用多項(xiàng)式法，校正后采用較為復(fù)雜且效果較好的立方卷積法進(jìn)行沖采樣，可以避免一些地物不連續(xù)、圖像不清晰等現(xiàn)象。

4.2 DNBI提取

使用遙感軟件計(jì)算NDBI指數(shù)，同樣可以提取城市實(shí)體[7]。NDBI指數(shù)表達(dá)式為:式中，TM4、TM5表示TM影像的第4與第5波段，因此NDBI指數(shù)取值范圍應(yīng)當(dāng)在-1與1之間。計(jì)算結(jié)果中NDBI>0的范圍便是城鎮(zhèn)，再通過(guò)手工勾繪得出城市實(shí)體[2]。

4.3 天津市建設(shè)用地分析

根據(jù)天津市NDBI提取，對(duì)天津市建設(shè)用地進(jìn)行面積統(tǒng)計(jì)，可以得出2005年與2010年建設(shè)用地面積數(shù)量變化。

圖3:天津市2005、2010年NDBI提取

表1:2005、2010年天津市建設(shè)用地面積圖單位:公頃

從面積統(tǒng)計(jì)來(lái)看，2005至2010年間，天津市建設(shè)用地總面積增加48586公頃，增長(zhǎng)率為14.03%。從空間分布來(lái)看，天津市主要新增建設(shè)用地位于濱海新區(qū)。

從圖斑破碎程度來(lái)看，2010年比2005年建設(shè)用地更為緊湊，中心城區(qū)更大，小面積破碎圖斑逐漸減少，說(shuō)明由于城鎮(zhèn)化進(jìn)程，農(nóng)村建設(shè)用地逐年減少，農(nóng)村人口開(kāi)始向城鎮(zhèn)聚集。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)本次研究可以看出，利用遙感影像能夠?qū)ㄔO(shè)用地進(jìn)行提取時(shí)可行的，但目前仍有較大的改進(jìn)空間。

本次研究利用的是2005與2010年影像，年份較少，無(wú)法精確的體現(xiàn)天津市土地利用變化特征。

遙感影像質(zhì)量與模型是信息提取的關(guān)鍵。因此，為了更為精確地提取建設(shè)用地信息，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)遙感影像預(yù)處理的精確度，根據(jù)地域特征選擇具有適宜空間分辨率與光譜分辨率的遙感影像，改良模型，更為精準(zhǔn)地提取有效信息。

[1]王立波.基于GIS和Geo-CA的營(yíng)口城市用地?cái)U(kuò)展模擬預(yù)測(cè)研究[D]東北師范大學(xué)，2009.

[2]崔垚.基于GIS的青島市城市空間擴(kuò)展與配置優(yōu)化研究[D]山東師范大學(xué)，2012.

[3]楊凱.城市土地利用覆蓋分類及其空間格局分析[D]中南大學(xué)，2008.

[4]劉亞嵐,閻守邕,王濤.遙感圖像人機(jī)交互判讀方法研究及其應(yīng)用[J]地理與地理信息科學(xué),2003,19(1):27-31.

[5]楊存建，周成虎.影像的居民地信息提取方法研究[J]遙感學(xué)報(bào),2000,4(2):146-150.

[6]查勇，倪紹祥，楊山.一種利用TM圖像自動(dòng)提取城鎮(zhèn)用地信息的有效方法[J]遙感學(xué)報(bào)，2003，7(1):37-40．