遥感影像用于城市扩展监测的研究.doc

遥感影像用于城市扩展监测的研究2008年4月第6卷第2期:t-tit,理空GE0SPATIAL间信电INF0RMAT10NApr.,2008Vo1.6.No.2遥感影像用于城市扩展监测的研究潘洁晨,胡友健,王冬梅,杨明东(中国地质大学信息工程学院,湖北武汉430074)摘要:通过焦作市城市扩展监测的实践,对以多时相遥感影像监测城市扩展进行了研究,阐述了以地形图及TM遥感影像为数据源,利用RS和GIS软件进行图像处理,提取城区扩展的变化信息,并对其扩张变化的主要方向,速度及规律进行监测和分析;论述了交通建设,政策法规,经济投资区的建设和当地的自然地理环境对城市的扩展速度和方向的影响.关键词:卫星遥感;TM影像;城市扩展;动态监测;多时相中图分类号:P237.9文献标志码:B文章编号:16724623(2008)0201II一03ApplicationofRemoteSensingImagetotheMonitoringofUrbanExpansionPANJiechen,HUYoujian,WANGDongmei,tANGMingdong(FacultyofInformationEngineering,ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan430074,china)Abstract:Theessenceoftheurbanexpansionisthedynamicchangeoftheusageofland.TakingJiaozuoasanexample,thispaperusesthesoft-wareofRSandGIStoprocessthemultitimephaseTMremotesensingimages(1988,1992,2001)andextracttheinformationofcityexpansionchangetomonitorandtheanalyzethemaindirectionoftheexpansionchangeofthecityanditsspeed.Thevaluableinformationisofferedforthefutureplanninganddevelopmentofthecity.Theresultindicatesthatsince1992,Jiaozuohasenteredthestageoffastdevelopment,andexpandstowardtheHitechDevelopmentalZoneinthesoutherncityonlargescaleduringwhichthetrafficconstrnction,policylawsandregulations,theconstructionineconomicinvestmentdistrictsaswellasthenaturalgeographicenvironmentallgreatlycontributestothespeedanddirectionofurbanexpansion.Keywords:satelliteremotesensing;TMimage;urbanextension;dynamicmonitoring;multitemporal遥感影像具有多时相,高分辨率和信息丰富的特点,用多时相遥感图像研究城市扩展是当今遥感技术应用的热点之一.遥感技术为研究城市扩展动态变化提供巨大,丰富而精确的信息;地理信息系统具有强大的数据处理,空间分析功能,二者结合并通过GIS收稿日期:2008.012I对不同时相遥感图像的叠置分析,可以清晰地反映城市空间结构的动态变化,且具有精度高,效率高,费用低等特点.为此,利用遥感(RS)和地理信息系统(GIS)等空间信息技术进行城市时空扩展监测和动态模拟分析,是研究城市扩展的重要技术手段.一一一套一蔓一蔓一lJ,一套L一一势.本文基于AreIMS技术开发的校园WebGIS系统,是实现校园空间信息发布与服务的基础平台,对于数字化城市建设也具有一定的借鉴意义.参考文献1刘南,刘仁义.WebGIS原理及其应用M.北京:科学出版社,20022李宏伟,李中原,黄建都,等.网络地理信息系统与空间元数据M,郑州:黄河水利出版社,20043马林兵,张新长,伍少坤,WebGIS原理与方法教程M,北京:科学出版社,2006,4江利明,杨武年,韩玲玲,基于ArcIMS的校园WebGIS系统设计与实现J.国土资源科技管理,2005(2):1061095李勤爽,张永生,张云彬,WebGIS的设计构想与实现J.测绘学院,2001(18):42446唐凌奇.WebOtS在地价信息发布中的应用研究D.武汉:武汉大学,2004第一作者简介:张长锁,硕士研究生,研究方向为GIS应用技术,市政工程.?ll2?地理空间信息第6卷第2期1技术路线本次研究以焦作市作为实验区,包含所辖两市四县四区和一个高新技术产业开发区,总面积4071km.城市扩展是土地利用的动态变化,城市扩展监测研究采用RS与GIS结合的方法,先从各个时相的遥感图像中分别提取出信息,再将其集成到ArcGIS软件中进行空间分析,以此来研究城市在各个时期动态变化及驱动因素.运用ERDAS对TM图像进行处理,并采用ArcGIS进行叠置分析.其技术路线如图1所示.图l遥感影像用于城市扩张监测流程图2遥感影像预处理及特征提取2.1影像的获取与波段组合TM图像彩色合成是指从TM的七个波段中任选三个波段,分别赋予红,绿,蓝三色进行合成而获得一幅假彩色图像的技术.合成图像的波段选择原则为:从TM七个波段中,选取信息量大,相关性小的三个波段进行假彩色合成,合成图像力求清晰,色调协调,反差对比度最佳,易于判读,视觉效果好,又能充分反映信息.假彩色合成像片上的颜色表示了各波段亮度值在合成图像上所占的比率,这样可以直接在一张假彩色相片上进行判读.研究确定1M1,TM2,TM3波段为最佳组合,分别提取1988年,1992年,2001年的TM1,TM2,TM3红绿蓝单波段影像,用这三个波段组合成彩色图像.利用ERDAs软件进行处理,得到不同时期的各波段合成影像图.2.2遥感图像几何校正及配准当遥感图像在几何位置上发生了变化,产生诸如行列不均匀,像元大小与地面大小对应不准确,地物形状不规则变化时,说明遥感影像发生了几何畸变.遥感影像的总体变形是平移,缩放,旋转,偏扭,弯曲及其他变形综合作用的结果.几何畸变有多种校正方法,但常用的是一种通用的精校正方法,利用ERDAS软件对不同时相的遥感影像进行几何校正.配准是在几何校正的基础上进行的,选择处理后的彩色图像进行配准是因为彩色图像的控制点容易寻找.在TM影像和地形图中选择同名地物点作为图像校正的控制点,地面控制点要求分布在图像的四个角和中央位置,为保证几何校正的精度,需对不符合精度要求的控制点进行删除,重选,直至符合要求.2.3焦作市各年份城市边界提取边界按下述步骤获取:将三个时期合成的多波段TM影像导入ArcGIS中分析,在ArcGIS中可以清晰看到1988年5月焦作主城区合成的TM影像边界范围,并建立与1988年TM影相对应的层;在TM影像图中找到建成区,提取焦作建成区边界图,更改建立相应层的颜色模式,以便更好地显示叠加效果;用同样的方法,在ArcGIS中导入1992年10月,2001年5月焦作城区多波段合成TM影像图,得到焦作不同时相的城区边界图;利用ArcGIS软件直接勾画出城市建成区边界,从遥感图像中提取出焦作市1988年,1992年,2001年三个年份的城市轮廓专题信息.在进行城市边界提取时,遵循以下的原则:城市实体保持空间上的连续性,城市内部较小的以及城市内部的水体都划到城市实体内.各年份建成区的边界扩展如图2所示.:l_,一一一,r!i一,(a)1988年5月建成(b)1992年l0月建成(c)2001年5月建成区边界扩展图区边界扩展图区边界扩展图图2焦作建成区边界扩展图(19882001)3焦作市城市扩展分析及城市化进程评估3,1城市边界叠置分析叠置分析是研究城镇土地利用变化的一个重要手段,包括栅格数据.矢量数据的叠加分析,栅格数据.栅格数据的叠加分析.叠加分析应用于城市扩展研究中可以定性,定量地分析城市扩展情况.在ArcGIS中通过三个时期的图层叠加,可以看到2001年相对于1992年和1988年城区的扩展变化,如第6卷第2期潘洁晨等:遥感影像用于城市扩展监测的研究?113?图3所示.通过对各图层的叠置分析,可以清楚地看出城市扩展的速度,方向,变化大小和整体发展趋势.mmI.IIj19885月建成区边界1992年l0月建成区边界20015月建成区边界图3焦作市城市空间结构扩展变化图3.2城市扩展的数据分析城市扩展信息还可以通过对各图层的面积统计列表显示,更为具体地分析城市扩展的面积,速度和方向.以本次实验为例,从表1,表2中可以看出,焦作市城区的扩展面积和平均扩展速率,在不同的阶段(19881992和19922001)均表现出很大的差异,即使在同一阶段内,市区的扩展方向和扩展速率也相差很大,如在19922001阶段内,城市主要向南部扩展,西南部扩展较少,北部和东部扩展较慢.并且1988年至1992年焦作城市扩展较慢,1992年至2001年焦作市走可持续发展道路,城市化进程进入了快速发展阶段,综合考察焦作的城市化进程2001年相对于1988年面积扩展了近2.5倍.从以上的数据对比中,可以分析出焦作市城市发展的主要动力因素:1)煤矿矿区分布及太行山的位置;2)城市的经济发展;3)城市的自然资源和旅游业的发展;4)焦作市南部的自然地理环境和基础设施建设;5)政策法规的推动作用.表1焦作市1988,1992年和2001年城市扩展变化表2焦作市1988,1992年和2001年城市扩展方向速度变化4结语本文采用多时相的TM卫星遥感影像对焦作市的城市扩张进行动态监测和分析,得到以下结论:1)利用不同时相的TM影像,在ERDAS和ArcGIS软件下对城市扩展状况进行分析,可取得较好的效果,RS和GIS是城市的动态扩展变化研究的有效手段.2)选取图像周期合理,时间积累较长的图像数据,科学地监测城市扩展情况,并对城市扩展的驱动力进行合理的分析评估,可以为城市的合理规划与管理提供科学依据.3)本文研究结果与焦作市发展情况吻合较好,对该城市制定城区建设与发展计划有一定的参考价值.参考文献【1】党安荣,王晓栋.ERDASIMAGEINE遥感图像处理【M】.北京:清华大学出版社,2002【2】徐涵秋.福清城镇空间扩展规律及其驱动机制分析【J_遥感技术与应用,2002,l7(2):8692【3】昊键平,张立.卫星遥感技术在城市规划中的应用【J遥感技术与应用,2003.10:7882【4】江涛,张传