不透水面与地表径流时空相关性研究——以杭州市主城区为例

城市化进程中不透水面的扩展对城市地表水文循环产生了显著影响。研究不透水面与地表径流时空相关性能缓解城市内涝灾害,可为"海绵城市"提供建设意见。本文以杭州市主城区为例,提出结合BCI指数(Biophysical Composition Index)的线性光谱分解方法提取不透水面、植被和土壤盖度,提高了传统的线性光谱分解方法的精度。进一步结合SCS-CN模型(Soil Conservation Service Curve Number Method)模拟1990年—2017年杭州市主城区地表径流,在此基础上计算景观格局指数,研究杭州市主城区不透水面与模拟地表径流的时空特征,探究不透水面与模拟地表径流的关系。结果表明:(1)研究区近30年不透水面聚集度较高且呈增长趋势,增长速率趋于平稳,上城区和下城区不透水面面积占比最高,江干区、西湖区和拱墅区增长速率和增长强度相对较大。(2)研究区近30年模拟地表径流不断增长,220—240 mm的径流由中心城区向四周辐射,上城区和下城区模拟地表径流最高,与不透水面的演变趋势总体一致。(3)不透水面的空间格局与模拟地表径流高度相关,不透水面的斑块数量和破碎度与地表径流呈负相关,斑块所占景观比例、斑块密度、斑块聚集等与模拟地表径流正相关,可通过合理控制相关景观指标、优化不透水面空间格局控制地表径流。在此基础上提出了防止城市内涝的建议:增加绿地、花园等用地类型;减少大面积不透水面斑块,划分成更多的小斑块等。     

基于特征指数合成影像的不透水面提取和分析

不透水面作为表征一个地区城市化水平的关键性指标,其时空变化特征与城市建设密切相关.以济南市重要的泉水补给区南部山区为研究对象,根据植被-不透水面-土壤(V-I-S)城市地表组分模型选取了NDVI、BCI、SBAI、MNDWI和NDUI 5种遥感特征指数构成合成影像,利用最大似然法对特征指数合成影像进行分类获取不透水面信...     

基于多时相遥感的鄂尔多斯市不透水面变化分析

不透水面作为城市发展和生态环境的重要评估因子,在保障生态环境健康和城市可持续发展中具有重大意义。本文以鄂尔多斯为研究区,通过融合多时相Landsat和夜间灯光数据,提取1990—2019年的不透水面信息,并利用重心分析法、标准差椭圆理论和景观指数理论分析时空演变规律。研究结果表明:①1990—2019年鄂尔多斯市不透水面经历了快速扩张;东北部不透水面覆盖度高于西南部;不透水面的扩张模式总体上表现为“向外扩张-向内加密”。②东北部扩张速度减缓,西南部扩张速度增快。③不透水面扩张的方向性减弱;不透水面扩张的方向有由“东北-西南”向“东-西”转变的趋势。④斑块数量及边缘斑块破碎度增加,城市与郊区的连通性增强,城市有向周边郊区扩张的趋势。本文研究对于进一步了解城市生态环境健康与城市可持续发展的相关关系具有一定的参考价值。     

典型绿洲城市不透水面提取及时空变化分析

选取库尔勒市城区为研究区,以2009、2012、2014年Rapid Eye影像为数据源,利用混合像元分解方法提取了库尔勒市的不透水面信息,分析了不透水面的时空变化特征。选取高程、坡度、坡向、距水系距离、距道路距离、距2009年城区距离、距规划区距离7个因子,利用Logistic回归进一步分析了2009—2014年库尔市不透水面扩张的主要影响因素。结果表明:2009年库尔勒市不透水面所占比例为27.04%,2012年为32.89%,2014年为35.69%;各因素的贡献率依次为坡度、坡向、距规划区距离、距道路距离、距2009年城区距离、距水系距离、高程;整体来看,在交通线密集的地方,城市不透水面分布较多,相对而言交通线稀疏的地方不透水面分布较少,并且具有沿道路轴线发展的趋势。     

徐州市城市不透水面变化及其影响因素分析

基于多年遥感数据,分析徐州市1997-2017年间城市不透水面的时空变化特征及其影响因素.研究表明:①随着城市经济社会的持续发展,城市不透水面增长是一种普遍现象和必然趋势.但研究区内,城市不透水面时空变化特征既复杂多样,也存在一些共性特征.②自然条件和经济社会发展状况对城市不透水面变化都有影响,但自然条件主要影响不透水面空间结构特征,而经济社会因素主要影响不透水面变化的规模和速率.③研究区内经济发展因素对城市不透水面变化的作用要大于人口因素,但不同等级城市影响其不透水面变化的经济动力不同,大城市受多种经济因素综合作用,不透水面变化速率较稳定,而小城市影响不透水面变化的经济因素较为单一,不透水面扩张速度起伏不定.     

一种新的增强型不透水面指数

针对已有不透水面指数用于提取西北干旱地区城市不透水面存在一定的局限性以及阈值确定的繁琐性等问题,该文提出了一种新的增强型不透水面指数(ENDISI)。基于Landsat8_OLI影像利用ENDISI以兰州市建成区为例进行不透水面信息提取,总体精度达到88.5%,结果较为理想。相比于已有的不透水面指数,ENDISI可以有效避免西北干旱区沙土、裸露山体的影响,适用性更强;采用“0”作为提取不透水面的阈值,简单客观并且提取精度高。综上表明ENDISI可用于西北干旱地区城市不透水面信息的简单、快速、客观、高效提取,进而能够为城市发展研究及规划提供基础支持。     

Landsat8不透水面遥感信息提取方法对比

不透水面是重要的地表覆盖类型,利用卫星遥感影像准确提取不透水面信息对于掌握地表覆盖变化具有重要意义。现有研究已提出了多种不透水面遥感信息提取指数,但目前尚缺乏对这些不透水面指数的系统对比分析。利用Landsat8卫星遥感影像,测试了目前8种主要不透水面指数的提取精度。结果表明,在现有不透水面指数中,垂直不透水层指数能够有效增强不透水面信息,不透水面提取精度最高(89. 6%),其次是比值居民地指数和生物物理组分指数(87. 5%和87. 4%),城市指数与新建筑指数提取精度再次之(82. 9%和80. 0%),归一化差值不透水面指数、归一化建筑指数和基于指数的建筑指数未能有效增强不透水面信息,提取精度较低(75. 0%)。此外,这8种不透水面指数都未能有效解决不透水面与大片裸地光谱混淆的问题,在裸地广泛分布的区域难以准确提取不透水面,平均提取精度仅为71. 0%,影响了不透水面指数的大区域应用。     

一种新的增强型不透水面指数

针对已有不透水面指数用于提取西北干旱地区城市不透水面存在一定的局限性以及阈值确定的繁琐性等问题,该文提出了一种新的增强型不透水面指数(ENDISI)。基于Landsat8_OLI影像利用ENDISI以兰州市建成区为例进行不透水面信息提取,总体精度达到88.5%,结果较为理想。相比于已有的不透水面指数,ENDISI可以有效避免西北干旱区沙土、裸露山体的影响,适用性更强;采用“0”作为提取不透水面的阈值,简单客观并且提取精度高。综上表明ENDISI可用于西北干旱地区城市不透水面信息的简单、快速、客观、高效提取,进而能够为城市发展研究及规划提供基础支持。     

一种新的增强型不透水面指数

针对已有不透水面指数用于提取西北干旱地区城市不透水面存在一定的局限性以及阈值确定的繁琐性等问题,该文提出了一种新的增强型不透水面指数(ENDISI)。基于Landsat8_OLI影像利用ENDISI以兰州市建成区为例进行不透水面信息提取,总体精度达到88.5%,结果较为理想。相比于已有的不透水面指数,ENDISI可以有效避免西北干旱区沙土、裸露山体的影响,适用性更强;采用“0”作为提取不透水面的阈值,简单客观并且提取精度高。综上表明ENDISI可用于西北干旱地区城市不透水面信息的简单、快速、客观、高效提取,进而能够为城市发展研究及规划提供基础支持。     

无锡市城市不透水面扩张特征及其水环境效应

以无锡市为研究区,分析了1988-2016年无锡市不透水面扩张特征,并利用重力学模型分析了不透水面扩张对太湖水环境的影响。结果表明,无锡市不透水面呈显著上升趋势。不透水面比率由1988年的4.1%上升至2016年的32.3%。不透水表面空间影响力与太湖水质呈显著的相关性,水体总氮、硅含量与不透水面的空间影响力G相关性最好,相关系数分别为0.929和0.857。叶绿素a浓度、高锰酸钾指数、水温以及2004年前的总磷与无机磷含量与G的相关系数均大于0.6。可见,城市不透水面扩张对周边水体有较大的影响。     

一种新的增强型不透水面指数

针对西北干旱地区城市不透水面提取存在的局限性以及阈值确定的繁琐性等问题,该文提出了一种新的增强型不透水面指数(ENDISI)。基于Landsat8_OLI影像,以兰州市建成区为例进行不透水面信息提取,总体精度达到88.5%,结果较为理想。相比于已有的不透水面指数,ENDISI可以有效避免西北干旱区沙土、裸露山体的影响,适用性更强;采用"0"作为提取不透水面的阈值,简单、客观并且提取精度高。综上表明,ENDISI可用于西北干旱地区城市不透水面信息的高效提取。     

基于Sentinel-2A/B的新疆典型城市不透水面提取及空间差异分析

随着城市化进程加快,自然地表物理结构及属性的变化使得城市不透水面不断增加,进而造成城市土地覆盖类型剧烈变化,极大地影响着其环境质量和生态循环。因此,探讨不透水面的空间变化规律,对建设生态、和谐、宜居城市变得极为重要。本文选取新疆维吾尔自治区（简称新疆）典型城市（乌鲁木齐、喀什、哈密及克拉玛依）主城区为研究区,通过对Sentinel-2A/B影像L2范数归一化处理,结合增强型归一化差值不透水面指数ENDISI（Enhanced Normalized Difference Impervious Surface Index）,采用最大类间方差法（OTSU）自适应确定阈值,提取2017年和2019年新疆典型城市不透水面。结果表明：L2范数归一化处理与ENDISI结合能较好的突显不透水面与非不透水面的差异;OTSU自适应确定的阈值能够很好的区分不透水面,经示例验证（2019年乌鲁木齐主城区）,不透水面提取结果总体精度为86.60%,Kappa系数为0.73。通过对不透水面空间差异分析可知：从剖面线角度分析得出乌鲁木齐北部、喀什中部和北部及哈密中东部和北部ENDISI指数值均显著增加,而克拉玛依北部和中西部区域ENDISI指数值增加较少;从不透水面盒维数分析中得出,新疆典型城市的盒维数值均呈增加趋势,城市结构复杂度不断增强,其中哈密盒维数值最大,乌鲁木齐盒维数值最低,且哈密的盒维数值变化幅度最大,克拉玛依的盒维数值变化最小。本文可为新疆典型城市内涵式发展提供科学指导,为干旱区城市生态环境保护提供理论依据。     

基于多光谱遥感影像的城市建设用地提取及扩张分析

随着经济的快速发展和城市化水平的提高,城市空间扩展已然成为国内外城市发展研究中的热门问题,城市建成区变化监测是对城市扩展最为直观的分析方式。本文选用了2001、2009年Landsat 4-5/TM以及2016年Landsat 8/OLI 3个时相的多光谱遥感影像,采用OSTU算法结合修正归一化水体指数(MNDWI)、归一化裸露指数(NDBI)和归一化不透水面指数(NDISI),自适应地确定最佳阈值提取地物信息,以分层分类的方法对福州市市辖区建设用地进行提取。根据建成区提取结果,定量研究了城市建成区的扩展速率以及城市重心的移动等,并从人口、经济与规划等方面对福州市的城市扩张进行了分析。     

基于地理国情普查数据的泸州市空间扩展监测

基于2014年地理国情普查数据和历史遥感影像,对2010~2014年泸州城市空间扩展进行监测与分析。结果表明,泸州市中心城区由2010年的68.86 km2扩展到2014年的88.51 km2,年均扩展速度为7.31%;中心城区几何重心整体约向北偏西移动0.24 km,扩展模式总体上属于填充型,土地来源以人工堆掘地为主;中心城区紧凑度相对提高约20%,城市几何形状越来越规整;城市用地增长弹性系数为1.16、人口-城市扩展指数为1.31,表明中心城区土地城镇化快于人口城镇化。泸州市在今后的城镇化过程中,应加强空间管制、促进土地集约利用。     

融合多特征的城市不透水面覆盖率估算方法

高分辨率遥感技术的发展为准确估算城市区域精确不透水面信息提供了有效可靠的数据源。为了利用高分遥感影像精确估算不透水面信息,提出了一种基于多特征的城市不透水面覆盖率(Impervious Surface Percentage,ISP)遥感估算模型。该方法利用Sentinel-2光学遥感数据和珞珈一号夜间灯光遥感数据,从多个角度提取了反映不透水面信息的指数特征,基于多元回归分析方法构建了多因子不透水面覆盖率估算模型。以南京市为研究区对该方法进行了验证。结果表明,多因子不透水面覆盖率估算模型可以有效融合多种遥感信息,明显提高了城市ISP估算精度。     

1987-2015年宁波市不透水面时空变化分析

全面掌握城市不透水面变化规律和现状,对于城市化进程研究、城市规划发展和生态文明建设等具有重要的意义。以宁波市为研究区,基于1987-2015年的Landsat影像,利用完全约束最小二乘混合像元分解法实现宁波市不透水面信息提取,结果表明:完全约束最小二乘混合像元分解法避免了不透水面丰度出现负值的情况,提取精度较好;近30年宁波市不透水面扩张显著,不透水面面积增长近5倍,扩张速率和强度在2007-2010年达到最大,并逐渐趋于平稳,2007年以前宁波市城市扩张以三江口片和各区县(市)主城区为主,2007年后则以新区经济发展带扩张为主。     

东南亚地区城市扩张及驱动力分析

针对东南亚地区城市化发展现状及城市扩张关联驱动要素的问题,该文通过提取研究地区城市主体建成区和不透水面,分析其城市扩张特征,然后从城市不透水面、城市人口和国内生产总值(GDP)3个方面,探讨2010—2015年6年中东南亚地区城市扩张状况,并对其城市扩张驱动力进行分析。研究结果表明:城市扩展强度与城市不透水面变化强度、城市人口增长率和人均GDP年增长率均具有显著相关性,相关系数分别为0.902、0.747和0.700,表明城市不透水面的增加、城市人口增长和经济水平提升均不同程度地影响东南亚地区城市扩张及其强度。通过对模型精度进行验证和分析得出多因子定量回归模型精度相对较高,说明结合多个城市扩张驱动因子共同衡量城市扩张变化效果更好。     

基于GIS的环渤海湾海岸带环境压力分析

本文从景观格局、海洋资源、植被资源三个角度,探讨了2000年至2013环渤海湾海岸带不透水面空间格局变化对环境压力的影响。研究结果发现:(1)2000年至2013年,不透水面斑块面积增加,斑块密度减少,呈现团聚状分布格局;(2)2000年至2013年,滩涂、0-5m海域和5-10m海域空间资源的损失量分别为464.32km2、151.76km2和12.81km2;(3)研究区内城市建成区的植被减少和不透水面扩张之间呈现明显的此消彼长趋势。     

融合多源遥感数据的长株潭城市群碳排放时空差异分析

碳排放时空分布监测与评估是城市可持续发展的重点研究课题之一。面向长株潭城市群碳排放的时空分布和差异分析,本文基于NPP-VIIRS夜间灯光影像和不透水面数据,结合县级碳排放数据,构建长株潭城市群碳排放估算模型,并定量分析了长株潭城市群碳排放时空分布特征及变化趋势。结果表明:①不透水面、夜间灯光均值和总值数据能够反映长株潭城市群区域碳排放水平;②2013—2017年长株潭城市群碳排放具有聚集性,主要分布在长株潭城市群北部的中间区域,碳排放区域逐年扩大但强度减弱;③2013—2017年长株潭城市群碳排放变化趋势为中心区域呈现负增长,城市扩张的边缘区域承接了部分碳排放量。本文融合多源遥感数据对2013—2017年长株潭城市群县级碳排放进行估算与监测分析,揭示了长株潭城市群碳排放时空分布变化规律,可为该区域碳减排和区域可持续发展提供科学参考。     

LSMA结合NDBI提取广州市部分城区不透水面的方法

以广州部分城区为研究区,选取2015年10月18日Landsat 8 OLI遥感影像,基于线性光谱混合分析(LSMA),结合归一化建筑指数(NDBI)优化不透水面盖度提取精度;并分别采用传统LSMA和优化LSMA提取了不透水面。在传统方法的基础上,优化LSMA利用纯净像元指数与手动端元相结合的方法提高了端元选取精度;解混后再利用NDBI阈值掩膜。经验证,传统LSMA提取不透水面盖度的均方根误差(RMSE)为0.306,与样本区的相关系数(R~2)为0.898,系统误差(SE)为0.21;优化LSMA的RMSE为0.125,与样本区的R~2为0.943,SE为-0.035,精度明显高于传统LSMA的提取精度,可为广州市不透水面环境效应研究提供更可信的数据支持。