基于GEE平台的广州市主城区不透水面时间序列提取

不透水面作为城市化水平以及城市环境的重要评价指标,其提取已经是当下的研究热点。与单时相影像相比,时间序列制图能够获取其准确的变化趋势,对于监测城市的快速发展具有重要意义。本文以广州市主城区为研究区,以Google Earth Engine平台为基础,利用2000-2017年的Landsat TOA影像计算BCI和NDVI,并通过自适应迭代法确定它们的阈值,从而提取初始的不透水面,然后进行时间一致性检验,使不透水面时间序列更加合理。研究结果表明:①BCI与NDVI的结合以及时间一致性检验能够提高不透水面的提取质量;②本文中不透水面提取的平均总体精度为90.4%,平均Kappa系数为0.812;③在2000-2017年广州市主城区不透水面面积增加近一倍,但增速有所放缓。④新增的不透水面主要集中在原本相对落后的主城区外围;⑤高程、道路密度和购物场所密度等是影响广州市主城区不透水面扩张的主要因素。     

耦合蚁群算法和SCS-CN水文模型的城市不透水面空间格局优化

近年来,中国城市暴雨内涝频繁发生,已经发展成为一类严重的“城市病”。城市不透水面密度及其空间格局是形成暴雨内涝的一个重要影响因素。本文提出一种耦合蚁群算法和SCS-CN水文模型优化不透水面空间格局的方法,从而实现通过增加地面雨水渗透量达到减缓城市内涝发生的目的。首先应用Williams公式计算基于坡度修正的CN值,在此基础上计算地表径流量;然后设定径流系数最小化目标,耦合水文模型和蚁群算法对径流小区尺度的不透水面空间格局进行优化配置;最后应用景观格局指数对不透水面空间格局进行分析。研究结果表明：面对1年、5年、10年、20年、50年以及100年一遇重现期的1 h持续降雨事件,研究区优化后的不透水面空间格局可以分别减少径流系数21.19%、19.58%、19.38%、18.93%、18.41%和17.25%,在一定程度上缓解城市暴雨内涝的发生。在此基础上,提出面向暴雨内涝防治的城市更新优化措施建议：① 通过增加草地、花园、树木等植被绿化减少高不透水面类型的面积,并划分成更多中高不透水面类型的斑块;② 集聚低、中低等不透水面类型,从而加大连通性,形成更多的中高不透水面类型;③ 增加每个径流小区内斑块数量,增大斑块密度,减少其蔓延度和聚集度。     

城乡不透水面增长格局及地表温度的响应特征研究

为探究中国北方中温带,特别是东北寒区快速城市化地区城乡不透水增长格局及地表温度的响应特征,本文以哈尔滨市为例,基于国家资源环境遥感时空信息平台土地利用/覆盖变化（LUCC）数据集解译的2001年与2015年城乡建设用地和Landsat 7/8数字遥感影像,结合植被-不透水面-土壤（V-I-S）端元选取和完全约束最小二乘混合像元线性分解模型进行了不透水面提取（分辨率15 m×15 m）,并运用单窗算法进行了夏季地表温度遥感反演。结果表明：2001-2015年建设用地扩张259.05 km²,不透水面上升163.96 km²,城市与乡村不透水面占各自建设用地的比例由2001年的43.92%、21.35%变化为2015年的49.14%、34.27%,城乡比例差由22.57%缩减至14.87%,单位建设用地内乡村不透水面增量较高;2001-2015年城区以低温区、中温区、高温区为主,对不透水面扩张的响应剧烈,而乡村以低温区和中温区为主,低温区和高温区响应剧烈;地表温度与不透水面具有显著正相关,在低、中、高不透水密度区分别升温1.16o、1.45和1.79 ℃,相同不透水面盖度下城市升温高于乡村。总体而言,研究区不透水面大幅扩张,温度分区变化剧烈,地表温度随不透水面增加升温效果明显。     

秦淮河流域近30年不透水面景观格局时空演变研究

不透水面作为表征城市化的重要指标,具有极其重要的生态学意义。本文选取多时相Landsat影像,以秦淮河流域为研究区,通过旋转森林算法得到9年土地利用覆盖图,并综合不透水率动态变化分析、土地利用变化轨迹分析、景观格局指数分析探究大流域尺度在近30年间不透水面景观格局的演变过程,旨在揭示其在城市化背景下的时空演变规律。研究结果表明：近30年来,秦淮河流域城市化进程推动下的景观格局变化显著,不透水面积增长近4倍,景观优势度大幅提升;城市化格局演变在2001-2003年前后具有明显差异,前期城市扩张以南京城区与江宁区为主,后期南京城区不透水面扩张大大减缓,而溧水区与句容市扩张速度大幅提升;城市化建设后期,流域内不透水面斑块形状复杂度降低、散布与并列情况减少、斑块的连通性、聚集度逐步增加,其中连通性水平较高的地区主要集中在南京城区和江宁区。     

2005-2014年北京市主要城建区热岛强度时空格局分析

本文利用LANDSAT-8数据计算距离加权不透水面聚集密度,以城市聚类算法提取北京市主要城建区范围。并用2005-2014年MODIS 8天合成地表温度产品,以主要城建区面积150%的周边区域作为边缘区,计算城建区与边缘区平均温度差值为热岛强度;分析北京市主要城建区热岛强度年内时序变化;依据地表温度与当月平均热岛强度对热岛强度进行等级划分,统计不同热岛强度等级出现频率,分析其空间分布特征及与不透水面聚集密度的相关性。结果表明：（1）年内1-12月热岛强度随边缘区平均温度变化显示较好的规律性,白天为逆时针分布,夜间为顺时针分布;（2）白天热岛强度等级以2、3级为主,春、夏季中南部为三级热岛强度高发区;夜间呈现由外围向中心的“环状递增”特征,高等级热岛强度出现的频率由外围向中心不断递增;（3）不透水面聚集密度对白天不同等级热岛强度出现频率影响显著,1-4级热岛强度出现频率,随不透水面聚集密度增加而增加,不透水面聚集密度达到50%后的影响趋于减弱。     

基于POI数据及四叉树思想的“三生空间”识别方法

城市区域内部建筑物较密集,外围建筑物逐渐稀疏,因此大多存在内部区域POI数据密度大,外围区域POI数据密度逐渐减小的现象,在使用均等网格作为识别单元进行城市“三生空间”的识别的过程中,就会出现网格尺度较大导致识别准确率较低或网格尺度较小导致无数据区较多两种情况。针对以上问题,本研究提出一种基于POI数据及四叉树思想的”三生空间”识别方法：综合利用互联网地图POI、行政区划、遥感影像等数据,引入四叉树思想对网格识别单元进行分级;将POI数据与城市建设用地分类和土地利用现状分类进行衔接,对POI进行重分类;综合各类POI的功能和面积,构建POI分类“三生功能”赋分体系,定量识别“三生空间”。以西安市中心城区为实验区进行实例验证,结果显示正确率在95%左右。通过与均等格网识别结果的对比,进一步证明引入四叉树思想对网格进行分级一方面能有效减少无数据区的存在,另一方面能使识别结果准确率大幅提高,为基于POI数据的城市三生空间的识别提供了一种新思路。     

近20年京津唐地区不透水面变化的遥感监测

不透水面是衡量城市化程度的重要指标之一,对京津唐城市群的不透水面进行深入研究,可以量化城市群扩张过程及其影响,对该区域多城市协调发展及规划布局具有重要意义。本文结合高分辨遥感影像、生长季及落叶季的Landsat TM遥感影像和夜间灯光数据等,采用分类和回归树（Classification and rRegression Tree, CART）算法,构建了适于京津唐地区不透水面盖度提取的技术方案,获取了京津唐地区1995-2016年共5期地表不透水面盖度专题信息,并分析了地表不透水面的时空演变规律,结论为：① 适于京津唐地区不透水面盖度提取的CART算法的最佳输入变量组合为：生长季和落叶季的Landsat TM图像以及对应的夜间灯光数据;其次为生长季Landsat TM遥感图像和夜间灯光数据组合方案。利用该组合方案,ISP估算输出结果的交叉验证精度R值可以达到约0.85,可以满足地表不透水面纵向对比分析的需要。② 从地表不透水面总面积数量值来看,1995-2016年京津唐主体城市区域整体上呈增长趋势,其中2011-2016年地表不透水面积增加愈加明显;③ 从地表不透水面盖度值的高低来看,1995-2016年京津唐中、高盖度不透水面的占比都是在不断增长的,低盖度不透水面占比存在少量下降现象,且京、津、唐3城市的主体城区各阶段变化差异较大,反映出了各城市扩张具有各自不同的时空演变特征。     

向心扩张指数构建及其在郑州都市圈城镇空间扩张中的应用

探究城镇空间扩张的方向性及其时间变化特征,能够反映都市圈发展过程中核心城市与边缘地区空间关联的动态过程,为制定都市圈发展的相关政策提供科学依据。本文从都市圈的核心城市与边缘地区相互关联的视角,借鉴物理学中力的分解原理,构建了同时兼顾扩张强度和方向性的向心扩张指数CEI,并以郑州都市圈为对象,采用2000—2018年30 m分辨率的全球人造不透水面数据产品GAIA,分析了建设用地扩张的总体数量和占比变化、动态度及强度变化、以及空间方向性变化等特征,进一步应用多元逻辑回归模型,揭示了影响城镇空间扩张向心性的关键因素。结果表明：① 向心扩张指数CEI为揭示都市圈核心城市对边缘地区的辐射带动作用提供方法支撑,能够定量刻画边缘地区朝向核心城市的发展趋势;② 在郑州都市圈近20年的快速扩张过程中,尽管各区县市的DEI指数和CEI指数随时间而增减波动,但郑州都市圈总体呈现“核心—边缘”发展模式,除个别地级市中心城区及其下辖县以外,多数区县市的向心性显著且随时间增强,郑州市中心城区对于边缘地区具有显著的辐射带动作用;③ 核心城市与边缘地区的人均GDP差异及城镇化率差异是影响边缘地区向心扩张的重要因素,与核心城市是否相邻、行政隶属关系及行政等级也对向心扩张具有一定影响。     

武汉市主城区用地结构遥感监测及动态变化

城市内部用地结构及其时空演变特征不仅能一定程度上反映出城市社会经济发展水平、预示城市未来发展空间和发展潜力,而且还会直接影响城市人居环境的适宜性,不同地区和不同发展阶段城市内部用地结构存在明显差异。本文基于武汉市1990、2000、2010和2018年4期Landsat TM/OLI遥感影像,采用面向对象多尺度分割算法对武汉市主城区内部用地结构进行了长时间序列遥感监测研究,并在此基础上分析了城市用地结构的时空演变特征。研究表明:1990-2018年武汉市主城区用地结构类型以不透水层、植被和水体为主,用地结构演变模式主要表现为植被和水体向不透水层的转化。主城区内部不透水层面积由1990年的329.73 km~2增加至2018年466.69 km~2,增加了136.96 km~2;植被和水体面积则由1990年的332.74 km~2、318.26 km~2减少到2018年的320.46 km~2、196.39 km~2,分别减少了12.28 km~2、121.87 km~2;裸土地面积较小,整体变化不如前3种用地类型显著。本研究可为城市功能用地制图、城市用地效率分析以及城市生态环境质量综合评价提供参考。     

近20年东莞市城市扩张的时空特征分析

深入分析建设用地演变过程,掌握城市扩张不同阶段的时空特征,对科学推进国土空间规划编制实施具有重要意义.基于多时相卫星遥感影像来解译东莞市建设用地,使用重心空间轨迹模型及空间扩张象限分析法,实现对东莞市近20年来城市扩张的时空特征分析.结果表明:2000—2020年,东莞市建设用地面积增加显著,城市扩张明显,部分区域的建设用地经历了点集聚—线集聚—面集聚的分布格局变化,最终形成城乡无差别的建设用地连片区.东莞市建设用地虽然依旧在不断地扩张,但是幅度持续减缓,同时建设用地的分布具有显著的空间异质性.研究结果能够更好地了解东莞市的城市结构,为城市规划和管理决策提供支撑参考.     

近三十年来昆明市建成区扩展遥感监测与分析

以遥感影像为数据源,借助GIS技术提取了6个时期的昆明市建成区扩展及对周边土地占用的信息.在此基础上,利用扩展弹性系数、分形维数等方法分析了昆明市1974～2004年建成区扩展的时空特征、土地利用类型演变过程,以及与人口增长之间的协调关系,并应用相关分析和主成分分析方法,对影响昆明市建成区扩展的社会经济因素进行分析.结果表明:30年来昆明市建成区扩展了3.07倍,1974～1988年的14年间,仅增加了13.36km²,而1988～2004年的16年,增加了144.07km².其增长速度与市区人口增长速度相比,有时超前有时滞后.建成区是以老城区为核心沿东北、西南、东南三个方向呈“星形”扩展.其扩展占用的土地主要是耕地.自然因素对建成区的扩展形态起着限制作用,社会经济因素是建成区扩展的内在推动力,政策和规划对建成区扩展起着引导和促进作用.     

基于分形维度法的都市区城市蔓延分析——以广佛为例

根据1957与1982年两个时期的地形图并结合1995与2008年的遥感卫星影像提取城镇建设用地专题信息,利用ArcGIS建立广佛都市区城镇建设用地数据库,采用分形维度的计算方法,对广佛都市区城市蔓延的情况进行测度和分析。结果表明广佛都市区三个发展阶段城镇建设用地面积增长速度并不均匀,具有加速发展的特点。四个测度年份的分形维数分别为1.645 4,1.628 5,1.558 6和1.527 0,均在1～2之间,分形维数呈递降趋势,总体下降了0.118 4,城市发展模式由紧凑型逐渐向松散型演变,存在城市蔓延情况,而且城市发展模式以年均0.14%的速度从紧凑型向松散型演变。广佛都市区城市蔓延的地域分异较为明显,具有较强的空间集聚性和中心向心性,广州和佛山毗邻地区以及中心城区是城市蔓延的活跃区和集中区,1982-1995年间研究区内蔓延速度比1995-2008年间要快。通过深入分析发现,经济快速发展、城市人口的持续增长、交通道路网络的建设是广佛都市区快速扩张和城市蔓延的基本动力因素之一,开发区土地扩张,进一步加剧了无序扩张和城市蔓延。     

城市内涝灾害模拟与灾情风险评估研究进展

随着我国城市化建设进程的加快,城市水系和绿地面积不断缩减,地表硬质化现象持续加重,城市扩张所带来的问题正日益凸显,尤其是汛期强降雨导致的内涝灾害日渐成为亟需解决的城市顽疾。城市内涝灾害模拟及风险评估是推进城市内涝灾害管理,减少内涝灾害损失的有效途径。本文在综合近年来国内外相关研究的基础上,从城市内涝产生机理、模型及风险评估的角度对城市内涝的研究进行了详细阐述。在模型方面重点介绍了两种应用广泛的雨洪模拟模型:SCS和SWMM模型,对两者的优缺点进行了分析,同时简单归纳了其他雨洪模型。在灾情风险评估方法方面,重点介绍了基于历史灾情数理统计、遥感图像和GIS技术耦合分析和基于指标体系评估等的风险评估方法,并对比分析了各自的优缺点及适用范围。最后对城市内涝模型及风险评估的未来发展方向进行了展望,提出集成多模型耦合的城市雨洪模拟模型以及多学科联合的灾害风险评估研究将成为今后的发展趋势。     

不同城市规划的生态质量差异对比研究

为定量分析不同城市规划理念带来的生态质量差异,本文以福州市在不同时期规划建设的2座体育场馆为例,基于Sentinel-2A遥感影像,应用新型遥感生态指数RSEI分析对比了这2座体育场馆的生态效应。在全面分析其主要地表覆盖信息的基础上,探讨了二者之间生态质量差异的原因。研究发现,采用传统理念规划的福建省奥林匹克体育中心的生态指数RSEI均值为0.39,而实行绿色生态规划的海峡奥林匹克体育中心的RSEI均值为0.42,优于福建省奥林匹克体育中心。总的看来,海峡奥体中心在规划中采用透水铺装和不勾缝的铺装形式,加大绿地斑块面积以及预留风道等绿色措施有效地提高了地表湿度、降低了地表温度和干度,从而对该体育中心的生态质量起到积极的作用。     

顾及地表汇水分析的城市DEM构建

城市暴雨内涝是城市最普遍的自然灾害之一。受城市复杂下垫面环境的影响,城市暴雨积水具有响应时间短、淹没速度快的特点。数字高程模型（Digital Elevation Model, DEM）是城市地表汇水分析的关键,是暴雨积水分析的基础,而传统方法构建的DEM不能满足复杂下垫面环境下城市暴雨积水淹没分析的需求。本文以构建顾及地表汇水分析的城市DEM为目的,提出基于多源数据融合思想和地形修正思想的DEM构建方法,即将数字摄影测量技术构建的大范围DEM与车载激光扫描技术构建的城市道路高精度DEM相融合,再利用影响雨水汇流路径的建筑物、水系等要素对DEM进行修正的构建方法。本文以北京市海淀区公主坟地区为例进行研究,结果表明该方法构建的DEM在道路区域高程精度可达厘米级,实现了对城市道路易积水区域的重点表达,基于该DEM的汇水分析结果基本符合城市下垫面汇水特点,因此,本文构建的DEM适用于城市道路、桥区汇水路径分析和积水淹没分析。     

广佛都市区道路网络与城镇建设用地间的影响分析

采用1957与1982年的地形图和1995与2008年两时相的卫星影像提取城镇建设用地信息,运用ArcGIS建立广佛都市区路网与建设用地数据库.采用相关性分析方法,定量地分析广佛都市区道路密度与建设用地之间的影响.结果表明,道路密度和城镇建设用地比重两个变量系数之间呈高度的线性正相关关系,不同年份区镇的道路密度与城镇建...     

Remote Sensing Data and SLEUTH Urban Growth Model: As Decision Support Tools for Urban Planning

Sri Lanka is experiencing speedy urbanization by converting the agriculture land and other natural land cover into built-up land. The urban population of Sri Lanka is expected to reach to 60% by 2030 from 14% in 2010. The rapid growth in urban population and urban areas in Sri Lanka may cause serious socioeconomic disparities, if they are not handled properly. Thus, planners in Sri Lanka are in need of information about past and future urban growth patterns to plan a better and sustainable urban future for Sri Lanka. In this paper, we analyzed the characteristics of past land use and land cover trends in Matara City of Sri Lanka from 1980 to 2010 to assess the historic urban dynamics. The land use change detection analysis based on remote sensing datasets reveal that the conversion of homestead/ garden and paddy into urban land is evident in Matara City. The historic urban trends are projected into the near future by using SLEUTH urban growth model to identify the hot spots of future urbanization and as well as the urban growth patterns in Matara City up to the basic administrative level, i.e., Grama Niladari Divisions (GND). The urban growth simulations for the year 2030 reveal that 29 GNDs out of 66 GNDs in Matara City will be totally converted into urban land. Whereas, 28 GNDs will have urban land cover from 75% to 99% by 2030. The urban growth simulations are further analyzed with respect to the proposed Matara city development plan by the Urban Development Authority (UDA) of Sri Lanka. The results show that the UDA’s city development plan of Matara will soon be outpaced by rapid urbanization. Based on the calibration and validation results, the SLEUTH model proved to be a useful planning tool to understand the near future urbanization of Sri Lankan cities.     

近32年来南京城市扩展与土地利用演变研究

基于1980-2012年6个时相的遥感影像分类成果,运用扩展强度的等扇分析和土地利用转移矩阵对南京市城市扩展区由城市扩展引起的土地利用布局、结构演化进行了长周期、多时段的研究。结果表明：32年间5个阶段城市扩展的方向极不均匀,城市经历了东北-东南-西南的扩展演化过程,2000年之后的扩展强度显著扩大;在总变化量的构成中,耕地净变化量和交换变化量所占的比重较为接近,在面积净减少的同时,空间位置的转移也较为突出;城市建设用地、城市绿地、采矿用地与裸地以净变化为主,水面、村镇建设用地以交换变化为主;2000年后,各时段耕地和城市建设用地年均总变化量远高于2000年之前,以2004-2008年的值最高,2008-2012年有所回落;32年间各单项类型动态度均较高,城市绿地、村镇建设用地和城市建设用地均达90%以上;综合动态度的结果揭示32年来南京城市的扩展历经了加速演变-变化趋缓-剧烈演变-整合重构4个主要阶段。     

青藏高原城镇体系的时空演变

城镇体系的形成和发育对区域城镇化进程及社会经济发展起着至关重要的作用,并对生态环境产生重要影响。青藏高原特殊的地理环境与相对落后的社会经济基础,导致城镇体系不甚健全。目前国内外相关研究薄弱,不利于国家生态安全屏障建设及青藏高原可持续发展。为此,本文以建制镇以上的镇区和城市市区为研究对象,结合统计数据与遥感数据,借助GIS空间分析方法对青藏高原1990-2015年城镇体系的空间结构和规模结构进行时空演变格局分析,并采用重心移动模型揭示了青藏高原城镇人口规模和用地规模重心的迁移规律。结果表明：青藏高原城镇空间分布总体呈现出“东南密集、西北稀疏”、“大分散、小集聚”的格局;城镇分布在时间上具有阶段性增长特征且总体趋于集聚,在空间上不均衡程度呈上升趋势但2005年后明显减缓;虽然建制镇数量大幅增长,但96.88%的城镇规模在5万人以下,大中小城市发育不足;城镇人口规模重心呈现“先向西南,再向东北,又向西南”的移动轨迹;城镇用地规模重心呈现“先向东南,再向西北,再向东北”的迁移趋势。本文研究了青藏高原城镇体系的规模结构及其时空演变特征,为青藏高原新型城镇化及城镇空间格局优化提供基础依据;提出了资料缺乏和统计口径不一致的条件下城镇规模的合理估算方法,对我国城镇化相关研究具有一定的参考价值。