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硕士学位毕业论文开题报告 哈尔滨市市区不透水面信息提取及城市扩张状况研究 姓名 葛壮导师 臧淑英教授专业 自然地理学研究方向 地表过程监测与模拟 汇报提纲 课题背景研究目的和意义研究区概况国内外研究现状技术路线研究方法与内容创新点 国家自然科学基金项目 松嫩平原LUCC对湖沼生态系统的影响及调控机理研究 课题背景 研究目的和意义 研究目的本论文利用跨度为十五年的不同时期Landsat遥感影像数据 针对城市不透水表面信息提取问题 从其动态特征分析角度出发 结合研究区域的自然状况 经济发展和人口发展情况 研究2000 2014年哈尔滨市市区城市化扩展变化趋势 并在此基础上分析驱动因素与城市扩张之间的动态关系 为未来城市规划 建设提供建议和参考 研究目的和意义 研究意义一 本论文均匀选取了2000 2014年这15年中的2000年 2005年 2010年和2014年四个时期 通过对不同时期影像中不透水表面提取结果的面积变化和不同土地利用类型间相互转换两方面进行研究 建立2000 2014年哈尔滨市市区城市不透水表面的时空变化过程 并得出城市扩展的准确数据 为分析阶段性城市扩张趋势及原因提供基础依据 研究目的和意义 研究意义二 本论文从自然因素 经济因素和人口因素三方面定量分析了哈尔滨市市区城市扩展变化趋势 进而深层次挖掘研究区域城市化加剧的具体原因和城市扩展变化的驱动力根源 分析其对城市化进程的影响 并总结其变化特点和规律 以期为城市发展规划 生态环境改善和可持续发展提供可靠的科学依据 并以其作为一个范例供其它城市借鉴 研究区概况 哈尔滨市市区位于哈尔滨市的中心位置 包括南岗区 道里区 道外区 平房区 香坊区 松北区在内的6个区 也是哈尔滨市的中心城区 面积为7068km2 国内外研究现状 1 不透水面信息提取方法的国内外研究现状 基于遥感技术的城市不透水面提取方法研究 国外的起步较早 在20世纪后期就已开始利用航片解译的方法提取不透水面 随着卫星影像分辨率的提高和遥感技术的发展 现如今已经应用于不透水面信息提取的数字遥感处理方法包括以下几种 1 影像分类2 多元回归3 人工神经网络4 分类与回归树 cart 算法5 亚象元分类 国内外研究现状 国内外研究现状 模型的建立1 利用不透水面与植被指数之间的关系建立回归模型 Matthia等 2 通过分类与回归树 CART 算法建立的不透水层百分比预测模型 3 混合像元分解 SMA SpectralMixtureanalysis 模型 国内外研究现状 近年来我国相关领域的专家学者也相继开始了对不透水面的研究 研究主要集中在城市热岛效应 径流量与城市热岛之间的关系 城市格局 土地利用分析 利用雷达数据 IKONOS高分辨卫星数据等进行不透水面的信息提取 国内外研究现状 目前基于遥感技术的不透水表面研究多集中在国外 并且己经取得相当的进展 而国内的研究刚刚起步 且主要集中在不同方法的优劣比较 以及针对某一特定特征 如阴影 的处理与分析方法研究 而对于长时间序列的不透水面提取的研究相对较少 因此利用LandsatTM ETM 影像数据进行长时间序列研究是很有必要的 国内外研究现状 2 城市扩张的理论研究1903年 经济学家RvM Hurd在 城市土地价值原理 中开始分析城市中各种用地选址行为 为城市土地利用的经济分析奠定了理论基础 而同时 美国崛起的人文区位学派从地域空间与人口之间的互动关系入手探讨城市发展的动态过程 Leorey等认为城市用地增长有紧凑 Compact 边缘或多节点 Edgeormulti nodal 和廊道 Cogidor 3种类型 而Roberto等在Leorey等人的基础上新增了蔓延及 卫星城 式两种类型 国内外研究状况 近年来国内专家也陆续开始了对城市用地扩张的研究 主要集中在以下几个方面 1 对城市土地利用扩张变化外部空间特征的研究 通过分析城市用地扩张的方向 规模等空间特征 总结城市扩张的模式 2 对城市用地扩张的内在动力本进行探索 分析其扩张的影响因素 进一步研究其扩张的驱动力 研究城市用地扩张的驱动机制 3 对城市用地扩张的结果进行分析 分析城市用地扩张己经引起的后果 和可能潜在的影响 探讨控制城市用地扩张和城市土地可持续利用的对策 技术路线 研究内容 线性光谱混合分解模型 Rb为处理像素第b波段的反射率 N为端元数目 fi为i端元的组成百分比 Rib为i端元第b波段的反射率 eb为该像素第b波段上的分解残差 RMSE为均方根误差 M为波段数目 研究内容 端元提取 本文采用ChangshanWu教授等提出的Lowalbedo Highalbedo Vegetation Soil LHVS 四端元模式 此模式将地物分为四类 分别是低反照率 高反照率 植被和土壤 将遥感影像进行分解并把前两个端元暨低反照率 高反照率地物合并 提取城市不透水面信息 研究内容 端元的选取方法主要有两种 1 基于几何顶点的端元选取将MNF变换后的前三个分量进行两两组合 形成的几何顶点则为四种端元的其中三种 研究内容 2 基于纯净像元的端元提取PPI pixelpurityindex 将MNF变换之后的结果进行PPI指数的计算 输出结果后 将输出的端元光谱进行n维可视化分析 并提取出纯度较高的端元 研究内容 研究内容 分类精度评价本文选取2002年6月的哈尔滨市市区的航片作为参考 评价分类精度 研究内容 基于不透水面的城市扩张研究1 不透水面面积变化2 各土地利用类型间的相互转化 研究内容 不透水面面积变化对不同时期影像不透水表面分类提取结果的总面积及各类变化特征数据进行统计 计算和分析 建立2000年 2014年的时空变化过程 利用面积的变化来表征城市的扩张速度 研究内容 各土地类型间的相互转化利用2000年 2014年间的土地利用变化图进行土地类型间的相互转化分析 建立各土地利用类型间的转移矩阵 进一步揭示不透水表面的空间变化特征 研究内容 城市扩张驱动力分析1 自然要素2 经济要素3 人口要素 研究内容 指标的选取本文从以下三个方面进行指标的选取 根据综合性原则及可操作性原则选取指标 1 自然指标人均绿地面积 建成区绿化覆盖率及相关自然地理要素 2 经济指标人均GDP 第二产业增加值占GDP的比重 3 人口指标城市人口比重 市区人口密度 研究内容 驱动力分析方法利用SPSS软件进行主成分分析 并得出相关分析结果 利用分析结果进行城市驱动力分析 创新点 本论文采用线性光谱混合分解模型配合ChangshanWu等提出的四端元模式进行哈尔滨市市区不透水面的提取 并利用提取结果对哈尔滨市市区的城市化进程进行评估 区别于以往利用土地覆被利用图的分析 在表征城市化的进程方面能提供更为准确的数据支撑 论文框架 摘要第一章绪论1 1选题背景及研究意义1 2国内外研究现状1 3研究目的1 4研究内容及技术1 4 1研究内容1 4 2研究技术路线第二章研究区概况2 1自然地理环境2 2自然资源2 3社会经济及人口发展 第三章混合像元分解方法3 1混合像元分解模型3 1 1常见的混合像元分解方法3 1 2线性光谱混合分解模型3 2线性光谱混合分解模型的应用3 2 1估算植被覆盖度3 2 2估算城市不透水面第四章研究区遥感图像预处理4 1数据来源4 1 1Landsat数据4 1 2航片数据 4 2遥感图像预处理4 2 1几何校正4 2 2图像裁剪4 2 3辐射定标4 2 4水体掩膜第五章不透水面信息提取5 1最小噪声分离 MNF 5 2端元选取5 2 1基于几何顶点的端元选取5 2 2基于纯净像元的端元选取 PPI 5 3线性光谱混合分解精度评价 第六章哈尔滨市市区城市扩