基于GIS的城市小区三维仿真模型的设计

数字化、信息化是当今世界高科技发展的潮流和趋势。随着虚拟现实技术、3S技术和通信技术的发展,城市化水平的不断提高,对城市的规划管理提出了更高的要求,数字城市正是在这种背景下提出的。结合AutoCAD软件和IMAGIS软件,利用DWG格式的电子地图作为基础数据进行城市小区及其周边环境的三维仿真模型的设计与实现,并以泉州市某小区为例进行了实践。     

泉州市城市化进程中的热岛效应遥感研究

利用Landsat TM/ETM+ 热红外图像研究了泉州市1989~2000年间城市热岛的分布与变化情况。研究表明，泉州市热岛面积随城市扩展而增大，并与城市扩展方向和发展趋势相同。对不同时相的热力场进行正规化处理以克服不同季节间的温度差异，便于进行比较，并采用景观分析方法对泉州市热力场的形态、特征进行了分析，发现其主要由热团、热环和碎片体组成，最后，提出了治理和改善泉州市热岛效应的有效措施。     

珞珈一号夜间灯光数据的福建省人为热通量估算

夜间灯光数据是估算人为热通量（AHF）的重要数据,但当前应用最广的DMSP/OLS和Suomi-NPP/VIIRS夜间灯光数据由于受限于粗糙的空间分辨率,而无法刻画城市内部的AHF分布细节。中国2018年6月发射的Luojia 1-01卫星所获取的130 m高空间分辨率夜间灯光数据,则有望解决这一问题。因此本文利用Luojia 1-01夜间灯光数据,通过将统计年鉴中的能源统计数据细化至福建省84个县（市、区）,然后与3个夜间灯光指数（NTL_nor、HSI、VANUI）进行回归分析,分别构建了基于这3个指数的福建省AHF空间估算模型,并采用交叉验证法对其进行筛选。结果显示：（1）在3个指数中,基于VANUI的乘幂估算模型的R²最高,且RMSE最小,因此精度最高;（2）利用VANUI乘幂估算模型反演得到的2018年福建省年均AHF为0.88 W/m²,其中厦门市的年均AHF最高,达10.98 W/m²,泉州、莆田、福州、漳州等沿海城市次之,年均值在0.98—1.95 W/m²,而宁德、龙岩、三明、南平等城市的AHF则较低,均值在0.38—0.46 W/m²;（3）Luojia 1-01夜间灯光数据可以揭示城市内部的AHF分异细节。根据用地属性和功能的不同,AHF数值表现为：城市集中商业区>大型市政公共设施区>城市主干道>城市住宅区>近郊住宅区。研究表明,基于Luojia 1-01夜间灯光数据建立的AHF估算模型可以较好地揭示城市尺度AHF的空间分异情况。     

基于WebGIS的城市地下管网信息系统的应用研究

地下管网建设是城市地下设施管理的重要组成部分。建立基于WebGIS的城市地下管网信息系统可以利用互联网处理以管网为核心内容的空间信息和各种相关信息,加快“数字城市”建设进程。本文以泉州市为例,对城市地下管网信息系统进行设计,并给出了设计成果,可为同类系统的建设提供参考。     

应用图像卷积运算提取城市范围

通过一种卷积算法,从遥感分类数据中计算城市用地比例,并以该比例作为划分城市和非城市区的阈值,进而提取城市范围。方法构建了评价提取结果的指标体系,以确定卷积模板大小和阈值的选取。以北京为研究区,利用2007年SPOT 5多光谱影像分类数据,对方法的可行性进行了验证。结合统计数据中的建成区面积,采用504种模板和阈值组合进行提取试验,讨论了模板和阈值对提取结果的影响。最终选择(205, 51)的模板和阈值组合,对城市范围进行提取。研究结果表明：(1)该方法解决了遥感监测的城市用地分布区与城市范围存在差异的问题,为城市研究基础数据的准备提供了新的方法;(2)阈值过高或过低会造成城市范围的明显缩小或扩大;较小的模板不利于消除随机误差,较大的模板则会导致结果过于平滑;(3)对于SPOT 5多光谱影像分类数据,模板大小在193—205像元(约4 km²)、阈值接近50时,提取结果最好。     

成都市城市扩展时空变化研究

为了揭示成都市在城市发展过程中产生的变化,该文以成都市多时相、多源空间数据为基础,采用RS与GIS技术提取城市扩展信息,基于空间叠置和缓冲分析技术、运用城市扩展模型对1978年—2010年成都市城市扩展的时空分异特征与城市扩展的驱动力进行分析。结果表明:1978年—2010年,成都市城市扩展呈快速增长的态势,呈"紧凑型圈层式"扩展模式,中心城区扩展主要方向是西北、西和西南;1978年—2002年和2002年—2010年两时段城市扩展时空差异显著;经济发展和城市化发展是成都市城市扩张的主要驱动力。     

城市化研究的GIS方法

城市化作为现代化进程中的一个普遍现象,历来为研究者所重视。城市化的研究方法处于不断丰富和发展的过程中。本文结合地理信息系统的可视化技术、空间分析功能、地理信息系统建模方法,根据中国城市化特点提出了城镇人口比与城镇人口绝对规模相结合的城市化水平测度模型,在人口地理信息系统集成该模型,将中国城市进行了城市化测度分级;在总结现有研究成果的基础上提出以距离为选择要素,多指标综合的城市群分析模型,在人口地理信息系统中为分析城市化进程中的城市群现象提供了一种灵活工具。     

中国中、东部典型城市城市化过程中的土地利用变化对比研究

选取河南省、江苏省两省省会城市郑州市和南京市,以及典型县域原阳县和如皋市为例,对上述不同级别行政区不同时期的(1986-1988年、2000-2001年、2004-2006年)遥感数据进行土地利用分类,并对各类型土地的面积进行了汇总、分析。研究结果表明,20世纪80年代末至本世纪初,中国东部地区的城市化发展水平明显高于中部地区。进入21世纪,东部地区行政区划等级较高城市的城市化进程趋于稳定,而较低等级的县域城市,其城市化水平在原来的基础上,有所加快。随着国家对中部地区支持力度的增大,该地区的经济发展已经开始加速,其城市化水平也大幅度提高,其中,郑州市的城市土地利用综合动态度从之前的19.38%增加到现在的37.35%,但中、东部的城市化水平还是存在一定差异的。     

地球静止卫星和网格化站点支持下的PM2.5精细制图

许多城市建立的相对稠密的网格化监测站点,为精细化监管城市空气质量奠定了基础。本文选用徐州市网格化监测数据、地球静止卫星Himawari-8/AHI及COMS/GOCI的表观反射率和气溶胶光学厚度数据、气象和其他辅助数据,开展了徐州地区0.005°空间分辨率网格的PM_2.5浓度精细化制图研究。本文使用了极端梯度提升（XGBoost）、随机森林（RF）及时空加权回归（GTWR）等3种方法,并选用多种特征参数组合进行对比分析。综合分析模型精度和过拟合程度,结果表明XGBoost模型表现最好,其R²为0.90,RMSE为11.65 μg/m³。进一步将本文结果与国控站点、清华大学的TAP数据集和马里兰大学的CHAP数据集的对比分析,结果表明基于网格化站点的PM_2.5制图结果能更好地反映城市内部不同区域的PM_2.5浓度分布差异性,弥补因国控站点稀疏带来的缺陷,更好地服务于城市空气质量精准管控。     

基于多时相夜间灯光数据的城市建成区提取研究——以西南地区为例

城市化对地区经济的发展具有重要的战略意义,而地理信息系统(GIS)和遥感技术的应用,为城市化发展信息的获取提供新的研究途径。文中以2003年、2005年和2007年3期的DMSP/OLS夜间灯光数据为例,借助地理信息系统(GIS)平台,提取出西南地区城市空间信息。考虑区域差异性,将西南地区分为川渝、云贵和广西3个区域,分别进行城市化发展过程和趋势的分析。将夜间灯光数据应用到经济不发达的地区,在数据提取精度上还需进一步结合中尺度遥感影像进行分析。     

成都平原中等城市的热岛效应动态特征对比研究

城市热岛效应是当前城市气候与城市生态环境的研究热点。研究使用Landsat TM/ETM+遥感影像获取城市建成区信息和反演亮度温度,进而评价成都平原6个中等城市的热岛强度、热岛发育程度以及空间动态演变特征。研究发现,在"评价初期→评价中期→评价末期"过程中,成都平原6个中等城市的热岛强度前期增强、后期减弱;城市旧城区的热岛规模普遍减小,这说明,旧城区热环境有所改善,而城市扩展区的热岛规模普遍增大,是因城市扩展明显改变了地表自然环境,导致热岛效应出现,这与城市化进程的内在规律基本一致。绵阳等城市的研究成果表明,即使城市规模扩大,只要城市规划科学合理,并注重城市生态环境的保护,城市热岛效应也能得到有效缓解。     

无锡城市扩展的遥感监测及其模拟研究

我国已经进入快速城市化阶段,及时掌握城市空间动态扩展信息对于城市规划、城市建设、管理及决策具有重要的现实意义。本文以无锡市1991年和2001年Landsat TM遥感影像为数据源,提取建成区信息,并引入位序-规模分布理论进行城市扩展的模拟研究。结果表明无锡市东部、东南部和西部大幅度地向外扩展,建成区面积增加了52.4km2。位序规模分布模拟表明主城区城市用地斑块不断膨胀,平均斑块面积增大,大量碎小斑块被吸收和合并,模拟结果与建成区斑块的实际扩展变化比较吻合。     

地理模拟优化系统(GeoSOS)及其在地理国情分析中的应用

第一次全国地理国情普查工作已基本完成,需要对所获取的地理国情监测数据进行空间统计分析,以得到地理国情的时空分布模式、演变规律及发展趋势,形成地理国情信息和知识。地理国情监测生成的基础数据源,可用于土地资源集约利用、城乡及城市群协调发展、生态环境保护等问题的空间智能决策分析,但目前有效的模拟分析工具还比较缺乏。笔者提出的地理模拟优化系统(GeoSOS)理论框架,耦合了地理过程模拟预测和空间优化,为上述研究提供了有利的理论支持和实用工具。为进一步方便与GIS进行无缝的链接,本文提出了基于ArcGIS插件的GeoSOS以方便进行高效的地理模拟分析。并以快速城市化地区的城市扩张与生态保护研究为例,通过在地理国情信息分析中的应用,得到了一些重要的发现。模拟结果显示,按照现在的发展趋势,广东省优化开发区域在2020年其土地开发强度将超出规定的约束指标,并发现各区域均存在大量城乡建设用地占用生态保护压力等级高和较高地块的现象,而基于土地开发强度和生态保护双重约束的城镇化扩张能够在满足约束指标的同时获得更紧凑的景观格局。表明GeoSOS及其ArcGIS插件可以成为地理国情信息分析的有利工具,并给出了今后需解决的问题和发展方向。     

2000-2016年中国地级以上城市高精度城区边界遥感提取及时空扩展分析

城区边界和城区面积是城镇化的重要表征和扩展分析的基础。然而城区边界存在概念和提取标准不统一、精度较低、可比性较差等问题。为此,提出了基于高分辨率影像和地理信息资料辅助的城区半自动化提取方法,充分利用高分辨率影像上的城市景观特征、先验地理信息知识和一系列标准规则,以得到精度高、一致性强的数据。以中国337个地级以上城市为研究区,采用该方法得到了2000年、2005年、2010年、2016年4期城区边界成果,并开展了城区时空扩展及用地效率等相关分析。结果表明:①16年间城区扩展迅速,城区主要集中分布在东部和中部,东西部地区差异大;②城市用地效率与城镇化发展水平显著相关,城区扩展以外延型为主;③大多城市城区扩展超前于人口增长,少量城市城区扩展滞后于人口增长;④城区扩展以占用耕地为主。     

基于RS和GIS的甬台地区城市建设用地扩展特征研究

以多时相Landsat MSS,TM和ETM卫星影像为数据源,利用遥感和GIS手段,提取宁波、台州2市5个时相（1979,1990,1995,2000和2005年）城市建设用地信息,分析了城市建设用地扩展的时间特征、形态特征、空间特征并通过其与人口、GDP因素的相关分析研究其扩展的动力机制。结果表明：①1979年以来,甬台地区城市建设用地总体扩展速度表现为先升后降,而城市建设用地总体扩展强度则表现为不断提高的趋势。②甬台地区城市建设用地的空间结构存在明显的分形特征,城市建设用地空间结构分维逐渐增大,城市建设用地空间复杂性增加,城市建设用地趋向不稳定。③甬台地区城市扩展与社会经济发展具有明显的相关性。     

Area Delineation and Spatial-Temporal Dynamics of Urban Heat Island in Lanzhou City,China Using Remote Sensing Imagery

One of the key impacts of rapid urbanization on the environment is the effect of urban heat island (UHI). By using the Landsat TM/ETM+ thermal infrared remote sensing data of 1993, 2001 and 2011 to retrieve the land surface temperature (LST) of Lanzhou City, and by adopting object-oriented fractal net evolution approach (FNEA) to make image segmentation of the LST, the UHI elements were extracted. The G* index spatial aggregation analysis was made to calculate the urban heat island ratio index (URI), and the landscape metrics were used to quantify the changes of the spatial pattern of the UHI from the aspects of quantity, shape and structure. The impervious surface distribution and vegetation coverage were extracted by a constrained linear spectral mixture model to explore the relationships of the impervious surface distribution and vegetation coverage with the UHI. The information of urban built-up area was extracted by using UBI (NDBI-NDVI) index, and the effects of urban expansion on city thermal environment were quantitatively analyzed, with the URI and the LST grade maps built. In recent 20 years, the UHI effect in Lanzhou City was strengthened, with the URI increased by 1.4 times. The urban expansion had a spatiotemporal consistency with the UHI expansion. The patch number and density of the UHI landscape were increased, the patch shape and the whole landscape tended to be complex, the landscape became more fragmented, and the landscape connectivity was decreased. The heat island strength had a negative linear correlation with the urban vegetation coverage, and a positive logarithmic correlation with the urban impervious surface coverage.     

基于地理国情数据的城市扩张和生态格局分析——以武汉市为例

城市扩张是城镇化的主要特征，研究城市扩张规律对城市空间规划、高质量发展提供决策依据。本文以武汉市为研究区，以2015—2018年地理国情监测成果为主要数据源，通过数据整理与提取、计算城市扩张特征指数、提取城市格局变化、计算生态景观指数等处理，对研究区城市扩张和生态格局变化特征进行分析。研究结果表明：2015—2018年间，武汉市从快速扩张阶段逐渐减缓，紧凑度逐渐下降；中心城市扩张主要以种植土地破坏为代价；远城区快速扩张主要以林草面积减少为代价；在生态指数上，各生态景观类型破碎度均有下降，但水域面积保持良好。     

基于空间信息技术的珠海城市建设用地扩展研究

城市建设用地扩展是城市化的显著特点之一,通过对城市建设用地扩展的研究,为城市有效控制城市扩展规模、合理分配土地、优化土地利用布局、调整土地政策指明正确的方向。随着科技的发展,空间信息技术有效地加强了城市建设用地扩展的动态监测,为研究城市建设用地扩展情况提供了有力的支持。论文基于2003年、2005年和2013年三期珠海市遥感影像数据,借助ENVI,ArcGIS软件,对影像进行预处理,使用剔除法提取珠海市建设用地信息,探究珠海市建设用地扩展特点和扩展因素。     

结合云计算与大数据的出租房消防安全监管GIS

我国城镇化进程和经济发展效果卓著，但消防建设规划与城市扩张发展之间并不协调。虽然现有研究已经运用GIS技术到消防安全监管当中，但依然存在信息联动性不强，可视化程度低的问题。为此，本文基于地理信息系统技术对城市开发区内地理信息数据、多源多时态遥感及航空影像、巡查数据、出租房数据等进行有效整合完善，以建立时空地理信息大数据。笔者利用虚拟化、云计算等技术建立出租房消防安全动态监管平台。此平台为管理部门提供了基于地理信息的决策支持，提升了出租房管理的高效性和科学性。系统的建成和应用对我国的出租房管理信息化工作的开展具有重要意义。