丽江市空间扩展与外部形态演变

由于我国缺乏中小城市的城市扩展研究以及需要对城市空间扩展与外部形态演变关系进行完善,选取长时间序列遥感影像,运用GIS空间分析方法,对丽江市建成区空间扩展和外部形态演变进行探讨。研究表明,丽江市建成区空间扩展具有明显的阶段性和各向异性;在所有研究时段,城市空间均以扇翼模式扩展,具体分为扇翼缓慢扩展型（扩展强度指数最大值<0.2）、扇翼快速扩展型（0.2<扩展强度指数最大值<2.4）和扇翼高速扩展型（扩展强度指数最大值>2.4）3种类型。丽江市建成区外部形态紧凑度指数变化范围为［0.232,0.349］,总体呈缓慢下降趋势,城市内部连通性和集约性下降。外部形态的边界维数变化范围为［1.265,1.299］,总体变化趋势为先震荡减小后缓慢增加,城市形态趋于复杂。城市空间扩展对城市外部形态演变的影响显著,城市空间加速扩展,则城市紧凑性水平降低,城市边界维数增大;反之,则城市紧凑性水平上升,城市边界维数减小。     

张掖市甘州区1959~2009年间城市扩展分析

利用锁眼、MSS、TM影像和地形图及其他辅助数据,提取张掖市1959、1968、1977、1986、1997、2009共6个年份的城市建成区范围和面积,利用空间重心转移模型、扩展强度指数、扩展速度指数、紧凑度指数、面积变化、城市用地扩展系数等指标,分析了近50 a来城市土地利用扩张的空间变化特征。结果表明,50 a间张掖市城市建成区扩展5.71倍,其中1986年之前属于缓慢扩展阶段,1986年之后属于快速扩展阶段。在1959~1986的27 a间,建成区面积仅扩展258.42 hm²。1986~2009年期间,随着改革开放和西部大开发战略的实施,建成区面积增加了1 995.11 hm²,是前27 a的7.73倍。1959~1977年期间,城市重心偏移量小,1977~1986年期间,虽然城市扩展面积较小,但城市主要向西和西北方向扩展,重心开始向西北偏移,偏移量较大;1977~2009年期间,由于城市向东和东北方向扩展,城市重心开始向东和东北方向偏移,偏移量都很大,最大达到629.79 m。城市紧凑度在1959~1968年间急剧下降;在1968~1997年间逐渐趋于稳定后又略有下降,1997~2009年开始慢慢上升,该市后期土地的集约化以及城市基础设施和公共资源的利用效率有所提高。城市用地扩展系数在1959~1986年期间小于1.12,城市用地规模扩展不足(1977年前后比较特殊),1986~2009年期间,城市用地扩展系数大于1.12,城市用地规模扩展过快。     

基于多源遥感数据的陕西2000～2015年城市扩展研究北大核心CSCD

夜间灯光数据已成为监测城市发展进程及空间格局演变的重要依据。利用覆盖陕西省的2000、2005、2010年3期DMSP/OLS数据及2015年无云复合NPP/VIIRS数据,结合MODIS等多源遥感数据构建VANUI、EANTLI两种指数模型,识别并提取陕西省城市建成区面积,经过对比分析后,选取较为精确的EANTLI指数重建陕西省2000～2015年城市扩展进程,并对西安市城市扩展的细节特征进行探究。结果表明:EANTLI指数在城市建成区识别与提取方面较VANUI指数稳定;2000～2015年陕西省城市扩展的不均衡性较为突出,关中各地市城市建成区面积增长速率最快,陕北次之,陕南地区较为缓慢。陕西省城市扩展的主要特征是以各地市中心城市为核心,呈同心圆或扇形模式向外蔓延;西安市城市扩展具有明显的外延性特征,城市重心逐渐向西移动,城市建成区向西北、西南方向持续扩展。     

夜间灯光影像探究北京市城市发展空间特征

北京市作为中国首都,城市化发展迅猛导致诸多"城市病"问题出现。为避免城市用地的盲目扩张,给北京市未来城市用地合理规划和区域可持续发展提供科学参考,利用1992—2013年DMSP-OLS夜间灯光数据提取北京市建成区,从城市扩展的时空尺度、城市重心识别及其转移规律、城市空间形态变化及城市内部发展差异等方面对城市发展的空间特征进行研究。结果表明,近20年来北京市建成区面积不断增大,且从中心城区向外环状圈层式扩展。1992—2013年,建成区面积扩大了878km~2,21年内扩大为原来的3倍,且向东北方向扩展面积最大。城市扩展主要集中在1996—2007年,扩展面积占总研究时段的92%。整个研究时段,北京市重心向东偏北28°方向移动,城市重心从东城区转移到朝阳区,转移距离为5 000.71m。各市辖区的发展水平逐年提高,发展水平差距逐年减小;北京市空间形态在外延式和内涵式扩展之间交替变化。     

通过不透水面聚集密度法提取城市建成区

针对已有基于不透水面提取城市建成区的方法无法保证建成区连续性的问题,提出了一种基于对象不透水面聚集密度的城市建成区提取方法。该方法计算了不透水面聚集密度并进行分级,提取聚集程度高的区域为输入对象,并将被建成区完全包围的绿地水体也包含在内;利用长时序遥感影像建成区提取结果,使用城市空间形态扩展指标对济南市1997—2017年城市时空演化特征进行分析。结果表明,该方法提取精度达到93.5%,能准确刻画出城市形态,保持建成区的完整性;1997—2017年间,济南市建成区面积不断扩张,扩张速度与强度分别达到10.48km~2/a、0.32%,呈现带状轴向扩展模式;1997—2013年,建成区扩展的不规则程度在逐年减少,2013年以后建成区形状变得复杂。     

基于GIS的西安市城镇建设用地扩展研究

基于1988年TM影像、2002年ETM影像和2007年TM影像提取了西安市主城区和远郊区城镇建设用地信息,利用GIS技术对三期城镇建设用地进行了叠加得到西安市城镇扩展数据。利用主要道路交通图和行政边界图对扩展数据进行裁切,得到了西安市绕城高速内和远郊区的城镇扩展信息。运用扩展强度指数、城镇建设用地相对变化率和分形维数等模型对西安市的城镇扩展进行了分析研究。研究结果表明,研究区内的城镇建设用地面积从1988年的151 796 493.8 m2增加到2007年的365 180 608.0 m2,总体扩展了2.4倍。其中主城区的扩展主要集中在二环与绕城高速之间,二环内的城镇建设用地面积扩展速度相对较慢;西安市的3个远郊区中长安区扩展倍数最大,在1988~2007年扩展了7.39倍,其次为临潼区和阎良区;1988~2002年西安市的主城区和远郊区的分形维数都呈增加的趋势,城市边缘形态趋于复杂,而2002~2007年分形维数呈减少的趋势。西安市远郊区的城镇建设用地相对变化率高于主城区,未来城市发展的格局逐渐呈现为主城区城镇扩展速度的相对放缓和远郊区的规模不断增大的趋势。     

基于GIS的西安市城镇建设用地扩展研究

基于1988年TM影像、2002年ETM影像和2007年TM影像提取了西安市主城区和远郊区城镇建设用地信息,利用GIS技术对三期城镇建设用地进行了叠加得到西安市城镇扩展数据.利用主要道路交通图和行政边界图对扩展数据进行裁切,得到了西安市绕城高速内和远郊区的城镇扩展信息.运用扩展强度指数、城镇建设用地相对变化率和分形维数等模型对西安市的城镇扩展进行了分析研究.研究结果表明,研究区内的城镇建设用地面积从1988年的151 796 493.8 m2增加到2007年的365180 608.0 m2,总体扩展了2.4倍.其中主城区的扩展主要集中在二环与绕城高速之间,二环内的城镇建设用地面积扩展速度相对较慢;西安市的3个远郊区中长安区扩展倍数最大,在1988～2007年扩展了7.39倍,其次为临潼区和阎良区;1988～2002年西安市的主城区和远郊区的分形维数都呈增加的趋势,城市边缘形态趋于复杂,而2002～2007年分形维数呈减少的趋势.西安市远郊区的城镇建设用地相对变化率高于主城区,未来城市发展的格局逐渐呈现为主城区城镇扩展速度的相对放缓和远郊区的规模不断增大的趋势.     

杭州市城市空间扩展及其热环境变化

通过Landsat卫星影像分别获取了杭州市1989、2000和2010年的城市空间扩张、地表温度及作为主要地表参数的建筑用地和植被的信息,用以研究杭州市城市扩展及其城市热环境变化。结果表明:在21 a间,杭州市建成区范围有了大幅扩展,且城市热岛区域的空间变化与建成区的空间扩展变化基本一致。研究还发现杭州市区的特高温区面积比例在逐渐减小,城市热岛比例指数(URI)从0.78降至0.71,表明城市热岛效应有一定缓解。建筑用地比例的减小与建筑用地密度的下降是城市热岛得以缓解的主要原因。定量分析表明建筑用地的升温效应要强于植被的降温效应。总的看来,杭州市的城市热岛效应现象在整个研究时段内虽有一定的改善,但仍一直处于较强烈的状态。     

夜间灯光融合多源数据的建成区提取方法

夜间灯光数据已被广泛应用于城市建成区提取研究。针对已有研究未过滤NPP/VIIRS数据火光、气体燃烧等背景噪声,且仅顾及单一要素进行建成区提取,导致建成区提取不准确的问题,提出一种夜间灯光融合多源数据的建成区提取方法。首先,构建顾及POI、道路、EVI多源要素的夜间灯光修正指数PREANI;然后,基于该指数,利用动态阈值二分法对建成区进行提取;最后,以东营市为实验区,对提出的方法进行对比验证和讨论。结果表明:该方法在城市边缘地物区分、城市空间结构辨识能力方面具有明显优势,对于整体空间形态、细节边界表现效果更优;基于该方法提取的建成区,查全率、查准率和F1值均有明显提高,其提取边界更为精准,表现出较好的适用性。本研究对于城市建成区提取与城市空间结构刻画具有重要的意义。     

珞珈一号融合多源数据的建成区提取北大核心CSCD

针对使用夜间灯光影像提取建成区存在灯光溢出、过饱和等所导致提取精度受限的问题,采用空间分辨率更高的珞珈一号影像,分别结合高精度的兴趣点、道路、归一化差异植被指数和地温数据,构建多个夜间灯光修正指数,引入最大类间方差算法优化动态阈值法来提取建成区,以武汉市为例对建成区提取精度进行研究。结果表明,综合多源数据的城市建成区提取效果普遍要优于单一数据源,但并非融合的数据类型越多建成区提取精度就越高。使用几何平均值法融合珞珈一号、兴趣点和地温数据构建的LPALUI指数提取建成区最精确,可保留丰富的边界和内部空间信息,其总体精度、Kappa系数和F1-score高达93.7%、0.608、0.957,是城市建成区提取的理想多源数据指数。     

基于夜间灯光数据的西安市城市扩张及驱动因素研究

城市扩张信息的动态监测对了解城市社会经济活动以及城市规划的实施与反馈有重要意义。以DMSP/OLS夜间灯光影像为数据源,采用有理函数模型和阈值二分法对城市扩张数据进行校正和提取,运用灯光指数、城市空间扩展速率和强度指数以及重心迁移相关指数对1993～2013年西安市城市扩张情况进行分析。结果表明:西安市城市建成区面积从1993年的148 km~2增长到2013年的473 km~2,扩张了2.2倍;城市扩张方向从西南发展为南北同步扩展,空间扩张方式也从早期的单核同心扩展模式逐渐转变为多级核生长扩展模式;使用灰色关联度模型分析了2008～2013年西安市近郊四区(未央区、雁塔区、灞桥区和长安区)社会经济指标与城市用地的关联度,发现各区关联度最大指标分别为工业产值(0.474 7)、人口密度(0.731 2)、第三产业产值(0.425 8)和全社会固定资产投资(0.404 5)。     

基于DMSP/OLS数据的长江经济带城市用地空间分异特征

针对基于DMSP/OLS数据对长江经济带城市用地空间分异特征研究不够深入,对城市范围提取不够精确的问题,采取支持向量机分类法定量提取经济带城市建成区,并引入扩张强度指数、标准差椭圆等模型对经济带上中下游,以及关键节点城市的扩张强度、方向、类型进行细致探讨。结果表明:(1)1992—2012年长江流域主要城市建成区呈现快速扩张趋势,建成区面积扩张了60 392km2,年均扩张速度为31.41%。流域空间梯度呈现以上海为龙头的"上游-下游-中游"递减的扩张格局。(2)扩张强度分析表明流域呈现下游持续上升,上中游不同幅度的波动。其中,上中游成都、武汉市等均与本区域扩张强度走势保持高度一致,下游以上海为核心的节点城市则始终保持较高的扩张强度。(3)流域城市总体灯光重心位于安庆市,且在1992—2012年期间呈现往复移动的现象。标准差椭圆分布范围由61.96km2增大到76.52km2,具有明显的东西轴向性。     

利用夜间灯光数据的武汉城市空间格局演化

鉴于夜间灯光数据在市级尺度精度不足等问题,提出了一种基于NDVI修正的阈值提取法。在此基础上,采用空间扩展模式分析、景观格局指数、重心迁移模型方法,系统性分析近16年武汉市城市扩张时空特征,以期为武汉未来城镇建设用地布局及相关政策制定提供决策依据。研究结果表明,基于NDVI修正的阈值提取法,可用于地级市建成区提取及城市扩展研究;武汉城市扩张模式表现为以主城区为中心的面状发展为主,点状城镇发展所占比例相对较小,主要受黄陂区、新洲区的牵引;城镇发展经历了高度破碎化时期之后不断趋于集约化发展,破碎度逐步减小;武汉建成区重心移动幅度越来越大,城市化过程总体处于较快发展状态。     

1985～2020年上海市不透水面时空特征演化分析

不透水地表的分布与变化是城市发展过程的直观标志和重要指示因子,在城市生态功能、城市规划和可持续发展研究等方面发挥着重要作用。利用中国科学院空天信息创新研究院研发的1985～2020年长时序30m不透水面动态数据集(GISD30),结合GIS空间统计方法,研究分析了过去35 a上海市不透水面时空特征演化。结果表明：(1)35 a来,上海市不透水面面积从878.07 km²增长至2 849.90 km²,面积扩张到原来的3.25倍,随着1990年浦东新区的开发开放,上海城市化进程明显加快,1990～2010年上海市不透水面扩张最为显著,2010年以后不透水面扩张速度和扩张强度开始显著下降。(2)从区位分异特征来看,不透水面迅速扩张的行政区主要位于城市郊区,其中,浦东新区在各个研究时段的扩张速度均大于其他区划。(3)基于紧凑度和分形维数发现,中心城区不透水面空间分布结构趋于疏散,上海市整体不透水面边界复杂程度降低,城市空间形态更加规则。(4)“南北两翼”的上海城市扩张特点较为明显,南部郊区的高强度扩张带动了不透水面空间重心的持续南移,发展至2010...     

基于RS和GIS的城市扩展及驱动力研究——以西安市为例

以RS和GIS技术为支撑,基于多时相Landsat遥感数据,采用监督分类、非监督分类和归一化裸露指数(NDBI)等方法提取陕西省西安市城市空间特征信息,结合地学统计方法,定量研究了城市扩张强度、紧凑度等指标。结果表明:西安市城区1988~2002年14 a间面积翻了1.6倍,年平均增长率为8.815%;城区扩展空间主要集中在南北方向;在此基础上,以影响城市扩张视角多元化为出发点,通过分析社会经济因子、人口因子、政策导向性因子和基本建设投资等因子对城区扩张的影响,政策导向性的前提下社会经济(GDP)和人口增长是其核心影响因子。     

吉林西部遥感水域空间格局演变研究

水是地球上最活跃的动力因子之一,并呈现出各种形态特征,形态特征是经过长期的演化形成的,通过其形态特征揭示时空变化模式,预测未来发展趋势。应用两个时相遥感数据为基本信息源,在ARCGIS和NEVI的支持下,建立空间信息库,选取嵌块大小、边界密度、分维数、形状指数、破碎度指数等指标,对吉林西部水域景观空间格局的动态演变进行了分析。通过对吉林西部水域1979、2001年遥感数据进行水域遥感信息格局变化研究分析,1979年吉林西部水体总面积为2 018.22 km²,2001年面积为1 488.12 km²,减少了530 km²,水域景观空间格局发生了显著变化,主要影响因素是土地沙化、草地退化以及过度的人为开发、围垦等原因造成的。并对水域要素的景观指数计算来反映水域的变化特点。     

直拉硅单晶非均匀相变温度场最优控制

针对直拉硅单晶固液界面相变温度场的非均匀性导致晶体直径不均匀问题,提出一种基于偏微分方程(PDE)模型的温度场最优控制策略.考虑生长速率波动的影响,建立了一种改进的提拉动力学模型,确定了域边界演化动力学关系.研究基于抛物型PDE的时变空间域对流扩散过程的温度模型,描述了域运动在对流扩散系统上的单向耦合.针对无限维分布参数系统建模控制难问题,采用谱方法进行系统近似,选取整个空间域的全局和正交的空间基函数,通过Galerkin方法对无限维系统进行降维,获得了该系统的近似模型.采用线性二次型方法控制晶体生长温度,通过仿真实验对相变温度场模型进行验证.结果表明,优化后的模型能够获得较为平稳的晶体生长速率,减小了生长直径的波动,使得固液界面径向温度分布更加均匀,验证了该方法的有效性.     

利用长时序流域不透水面数据集探索城市增长模式——以秦淮河流域为例

南京作为秦淮河下游的中心城市,在快速城镇化进程中面临着下垫面条件急剧变化带来的生态环境效应。不透水面作为衡量区域城镇化发展状况的关键指标,搭建了城市开发与环境质量的桥梁,可为当前空间治理与统筹城乡发展提供新的研究视角。在我国海绵城市建设背景下,以南京所在的秦淮河流域为研究区,通过半自动决策树分类模型从1988～2017年9景卫星影像提取流域基础不透水面数据集,利用多重滤波器构建连续变化的不透水地表,采用扩展强度指数和景观扩展指数定量分析30 a秦淮河流域不透水面时空扩展特征与城镇增长模式,揭示流域内城市发展轨迹及其成因。研究结果初步表明：(1)流域城镇化进程十分迅速。不透水面占比从1988年的3.09%增至2017年的26.49%,特别是2006年以来不透水面处于快速扩展期;(2)流域内不同城市的不透水面扩展进程差异明显。初期集中在南京城区和江宁城区,进入21世纪后则以江宁区、溧水区和句容市为主;(3)“多核扩展”和“点—轴扩展”是秦淮河流域城镇形态组建和增长的主要模式。初期以城区边缘式扩张为主,后期逐渐转向填充式增长,城镇一体化水平不断提升;(4)流域不透水面扩展是自然环境、经济发展...     

1992~2013我国干旱区城市不透水遥感制图与扩张过程分析

城市不透水地表作为城市建成区的重要环境指标和物理参数,在城市管理规划、环境评估、灾害预测、城市热岛以及气候变化等领域具有重要价值。及时准确地获取区域尺度城市不透水地表信息,对于城市发展综合规划、科学研究等具有重要意义。以DMSP（Defense Meteorological Satellite Program）和MODIS（Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer）为主要数据,通过构建植被调节型不透水指数（Vegetation-Adjusted Impervious Surface Index, VAISI）和非线性机器学习模型支持向量回归（Support Vector Regression, SVR）,完成了1992~2013年我国干旱区主要城市不透水面的22期遥感制图与变化过程聚类分析。研究结果表明：近20 a来我国干旱区城市不透水面总体上扩张幅度较大;时间变化过程上呈现显著扩张的趋势,且这一扩张在过程在2000年前后出现了提速;空间上,干旱区城市扩展的区域异质性显著,各城市不透水面扩张速度不均衡,不同等级规模城市扩张的速度差异明显。结合城市扩张动态度和城市面积聚类分析,我国干旱区主要城市的扩张过程可分为：高速扩张型、快速扩张型、中速扩张型和低速扩张型。     

夜间灯光数据下的中国贫困县发展状况

针对贫困县长时间跨度的社会经济数据统计时低效以及准确性得不到保障等问题,将DMSP/OLS夜间灯光数据引入贫困问题的研究。通过对2003—2012年全国的592个贫困县进行分析,构建基于夜间灯光数据的贫困县社会经济发展指数,使用二次多项式模型从时间和空间角度揭示贫困县夜间灯光强度的变化趋势。结果表明,贫困县的平均灯光强度呈现出增长速度持续加快的状态;缓慢增长型贫困县主要集中在我国的中部、东部和西南部地区,快速增长型主要位于东北部和西部;东北部和西部贫困县的平均灯光强度增长速度超过了中部和东部;西部贫困县的夜间灯光强度增长速度与其省会城市差距较小,而东部和东北部区域的差距在逐渐增大。