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...     

多时相影像福州市不透水面对城市地表温度的空间分布研究

随着城市化进程的加快,城市热力场也随之发生变化,从而影响着城市区域环境、社会经济以及社会环境。由于NDVI具有季相变化的不稳定性,本研究采用两个时相TM/ETM+影像分析福州市及其周边地区不透水面对热力场的时空分布变化状况。为了获取精确的城市不透水面信息,本实验采用NDVI二元法结合2000年同区域的IKONOS影像提取不透水面信息。通过定量分析不透水面百分比、NDVI与地表温度的关系,得出不透水面百分比与城市地表温度呈线性相关,其相关系数在0.7左右;尤其30%以上的不透水面对地表热环境的空间分布影响最为突出,因此,相对于不稳定的NDVI而言,不透水面信息能更好地反映城市热环境的空间分布状况。     

基于LightGBM和多光谱—SAR多特征综合的中亚干旱区城市不透水面提取

不透水面是评价城市化水平和城市生态环境的重要指标,是近年来城市遥感研究中的热点方向之一。与湿润、半湿润区相比,干旱区城市植被覆盖度较低,不透水面与裸土、荒漠之间相似的光谱特征导致传统基于光学影像的亚像元分解法与光谱指数法在干旱区不透水面提取的适用性降低。针对该问题,提出一种多光谱与合成孔径雷达（SAR）影像多特征综合的方法以增大不透水面与其他地物覆盖类型之间的特征差异,从而提取干旱区城市不透水面。以阿斯塔纳、塔什干和杜尚别3个中亚城市为研究区,哨兵2号和哨兵1号影像为数据源,通过LightGBM算法对多光谱和SAR图像的空间特征、SAR的极化特征进行分类并提取不透水面。研究对比了不同特征组合以及不同分类方法的不透水面提取结果,实验结果表明：多光谱与SAR影像多特征综合的方法能有效提高干旱区不透水面提取精度,明显改善干旱区其他土地覆盖类型错分为不透水面的问题;LightGBM算法与XGBoost、HistGBT等基于梯度提升决策树的算法和随机森林等方法相比能获取更高的精度,更适用于干旱区不透水面提取。这表明基于LightGBM以及多光谱和SAR多特征联合的方法能够有效提取中亚干旱区城市不...     

成都市地表温度对不透水面的响应研究

根据成都三环路内的Landsat 7/ETM+影像,利用单窗算法和不透水面与植被覆盖度在城市建成区呈负相关关系两种反演方法,通过空间建模建立反演模型,获取地表温度与不透水面信息。通过随机样点分析、相关性分析以及等温线与等透水面线叠加分析等方法,研究了城市地表温度对不透水面的响应效果。结果表明:地表温度随距市中心区距离增大而降低,同时不透水能力也降低;成都市地表温度与不透水面之间存在着正相关关系,相关度为0.7253;等透水面线的空间分布对等温线具有显著的响应规律。研究成果对于改善城市生态环境、提升土地利用水平和加强科学规划等都具有参考价值。     

中国半干旱区呼包鄂城市群地表覆盖等级结构时空特征研究

以地处半干旱区的呼包鄂城市群为例,基于精确的建成区边界,采用决策树阈值分类模型与指数耦合模式,植被—不透水—土壤选取模型结合最小二乘像元混合分解模型等方法,构建半干旱区城市化过程中地表覆盖等级结构体系研究,从城市化—城市结构—城市组分揭示不同尺度21世纪以来的城市化过程。结果表明:①呼包鄂城市群2000～2015年的城市化过程较快,2005～2010年时段最为明显;总体空间格局呈现呼和浩特市外延式扩张,包头市填充式内展,鄂尔多斯市飞地式扩张为主;②不透水空间持续增加,在城区的占比由2000年的62.46%提升到2015年的75.40%;绿地空间呈现出波动变化的增加趋势,反映出半干旱区的城市化过程注重城市化与绿地协同建设;城市发展将裸土空间纳入,但城市化过程明显降低了裸土空间范围,有效提升了生态系统服务功能和人类福祉;③不透水组分密度变更顺序为低、中、高,增加明显的时段为2005～2010年;绿地组分呈现先降低后增加的变化特征,总体微幅增加,说明城区绿地得到提升;裸土组分密度呈现高、中、低的变化趋势,表明城市化扩张纳入了大量的裸土,随后裸土进一步转化为不透水面和植被,使城区内生态环境得到明显提升。总体而言,半干旱区的城市化过程可以有效降低周边裸土的面积,使其转化为可被利用的建筑和植被,有效改善区域水热环境和生态系统服务功能。     

广州市地表温度反演与土地利用覆盖变化关系研究

利用环境星1A/1B遥感影像,运用Jiménez-Munoz & Sobrino's普适性单通道算法定量反演广州市的地表温度(Land Surface Temperature,LST) ,结合MNF主成分分析和支持向量机获取的不透水面分布格局,利用面向对象分类方法获得了土地利用覆盖情况,重点研究广州市不透水面、土地覆盖和植被指数与城市热环境的定量关系。研究结果显示:基于大气水汽含量实测数据的JM&S普适性单通道算法反演结果更精确;广州市2009~2011年的不透水面面积和土地覆盖与平均地表温度相关性分析表明:广州市连续3 a呈现城市扩张的现象,城市热效应显著加剧;城市平均地表温度与不透水面面积呈现正相关,与城市的植被指数和裸土指数呈现负相关。     

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...     

协同Sentinel合成孔径雷达和光学影像多特征的不透水面随机森林提取方法

不透水面的精确提取对区域人口密度估计、环境评估、灾害预测、水文模型构建、城市热岛效应研究以及气候变化分析等具有重要意义。传统大尺度不透水面提取方法主要受限于遥感数据质量和提取特征的选择，提取的不透水面空间分辨率较低，难以满足现阶段不透水面的精细化需求。以Sentinel-1 SAR和Sentinel-2 MSI为遥感数据源，从光谱、纹理、时序等3个维度选取不透水面的多个提取特征，构建了基于随机森林的不透水面提取模型，并利用GEE平台开展了2020年长三角地区的10 m空间分辨率不透水面提取实验。结果表明：在不同类型实验区，与仅用光谱特征、光谱特征和时序特征相比，该方法的总体精度、Kappa系数分别提升5%、9%和2%、6%，且针对不透水面覆盖水平不同的各类城市，均具有较好的提取效果；长三角地区全域尺度不透水面提取的总体精度和Kappa系数分别达93.75%和0.88，不透水面面积为61 591.38 km²，占全域总面积的比例约为17%，主要分布在长三角的东部区域，西、北部不透水面占比较低且呈放射性分布。该方法针对10 m分辨率遥感影像提出的，适用于山区、乡村、城...     

基于高分辨率遥感影像的不透水面信息提取方法研究

不透水面是城市地区的典型特征,它与城市总用地面积的比值--不透水率作为一个重要的城市生态指数常出现于城市水文、水质、面源污染以及城市植被制图等研究中。利用高分辨率遥感影像提取不透水面不仅可获得较高精度的不透水面信息,而且可为中低分辨率遥感影像的不透水面提取提供样本训练区并检验其提取精度。本文利用南京IKONOS影像,采用面向对象分类方法提取不透水面信息,初步解决了阴影归类和遮盖不透水面的植被剔除等问题,提高了不透水面信息提取精度。     

超大城市地表特征参数估算及其对城市热环境的影响研究

近年来超大城市的下垫面环境发生了显著变化,并对区域生态系统造成了明显的影响。因此有必要定量化下垫面特征参数并研究它们之间的相互关系对城市热环境的影响。以北京市为例,采用2009年6月2日Landsat\|5 TM卫星影像提取城市不透水层百分比、地表温度、土地利用/土地覆盖和植被指数这些典型地表特征参数,并分析它们之间的定量关系。研究结果表明:随着城市化进程加快,北京市高不透水面扩展到六环,六环以内地表温度保持在40 ℃以上,特别是商业区等特高不透水面区域地表温度甚至高达45 ℃,处于城市高温区域,六环以内区域平均温度波动幅度不大。另外,森林和农业用地的降温作用明显,最高降温幅度达到6 ℃,而且夏季裸土地表温度接近高密度居民区地表温度。     

基于多源时空信息的西宁和拉萨近70年来城市扩展过程重现及地表覆盖变化分析

西宁和拉萨城市作为青藏高原人类活动的热点地区,其发展历程对青藏高原社会经济发展具有重要影响。研究基于遥感影像、城市规划图和历史地图等资料重建了西宁和拉萨城市1949基准年、1978基准年、1990年、2000年、2010年和2018年城市扩展及2000年以来城市不透水层和绿地空间组分数据,分析了1949基准年以来西宁和拉萨主城区城市扩展的时空特征,揭示了社会经济因素和政策因素对城市土地利用/覆盖变化的影响。研究结果表明：(1)新中国成立以来,西宁和拉萨主城区持续扩展,均呈现非线性的增长态势,城市土地面积分别从1949基准年的1.98 km²和1.10 km²增长到2018年的75.65 km²和76.04 km²;西宁主城区城市扩展呈现十字状的扩展态势,拉萨呈现出圈层外延式的扩展模式;(2)自2000年来,西宁和拉萨城市绿化水平显著提升。2000～2018年,西宁和拉萨城市不透水层面积分别从36.91 km²和21.56 km²增加到55.34 km     

哈尔滨城乡梯度建设用地结构变化及不透水面遥感监测分析

在快速城镇化背景下,客观掌握城市扩张进程中的城乡建设用地及内部不透水面变化特征,有利于优化大都市城乡用地结构及空间融合发展。基于城乡建设用地及不透水面遥感监测数据集,应用空间分析模型,对哈尔滨2000~2015年城乡建设用地规模、结构及内部不透水面时空演变特征进行分析,探究城市扩张格局、区位差异、建设用地利用强度及城乡之间的差异。结果表明：①2000年以来城乡建设用地快速扩张了158.32 km²,年变化率和动态度均呈先增大后减小趋势;从城市核心区至远郊区方向其扩张规模依次增大,建设重点不断向城市周边推移,呈现出较明显的空间异质性;②城镇建设用地和独立工矿用地面积及占比逐年增加,扩张来源均以耕地为主;农村居民点占比降低了13.14%,城乡建设用地结构特征发生了较明显变化;③2000~2015年城乡建设用地内部不透水面面积和比例分别增加了145.32 km²和10.04%,城镇建设用地利用强度已达到较高水平,农村居民点用地利用强度快速提高,城市和农村之间的差距不断缩小;自城市核心区至远郊区方向不透水面比例不断降低,可利用潜力越大,不透水面面积增量、比例增量、比例增长率及扩张强度大体呈增加趋势,不透水面与城乡建设用地规模变化趋势相近,可在一定程度上揭示城市扩张轨迹。     

一种不透水面精细制图新方法及其在城市SDGs指标评估上的应用

城市不透水面是城市化程度的重要指示器,也是城市环境的重要敏感因子.联合国提出的城市可持续发展SDG11.3.1指标——城市土地使用率与人口增长率之比(LCRPGR)需要有效监测土地城镇化与人口城镇化关系.针对其监测与评估中高分辨率和高精度城市用地产品缺失,以及低纬度地区城市可持续发展研究较少的问题.基于Google E...     

基于线性光谱混合分析的乌鲁木齐不透水层提取及其时空变化分析

利用Landsat TM、OLI多光谱卫星遥感数据,采用VIS（植被－不透水层－土壤）模型和线性光谱混合分析法对丝绸之路经济带核心区乌鲁木齐建城区及其周边进行丰度估算,并针对红色彩钢板屋顶在不透水层丰度图像上低亮度特点,进行改进处理,提高了不透水层丰度估算精度。研究结果表明：1994~2018年的24年间乌鲁木齐市不透水层呈现出显著扩展的特点,其面积从140.41 km²扩大到462.62 km²;扩展速率在1994~2005年间缓慢上升,2005年之后迅速上升;扩展强度先上升,2010~2015年达到最大,之后出现下降;同时,城市不透水层的空间扩展具有明显差异,向西和东北方向扩展最为显著。综合分析指出：乌鲁木齐城市不透水层的空间扩展受到周边山体地形和煤矿开采等因素的限制,而“乌昌一体化”政策是城市扩展的主要助力因素。     

Analyzing Temporal-spatial Change of Urumqi Impervious Surface using Linear Spectral Mixture Analysis

The method of linear spectral mixture analysis combined with V-I-S model(Vegetation-Imperious surface-Soil) is used to estimate the impervious surface abundance of Urumqi city, which is in the core area of the Silk Road Economic Belt, using Landsat OLI and TM multi-spectral data. Because the red color steel shed has low brightness on the impervious surface brightness image, an improvement was proposed, and then verify the accuracy through the interpretation of high-resolution satellite imagery. The results show that: the impervious surface area in Urumqi displayed a significant expansion from 140.41 km² to 462.62 km² during past 24 years (1994 to 2018). It expanded slowly during 1994 to 2005, and increased rapidly since 2005. The expansion intensity increased during 1994~2015 and decreased after 2015; and the spatial expansion of urban impervious surface is significantly different, with the largest expansion area in the west and northeast direction. The comprehensive analyses suggested that the expansion of the impervious surface of Urumqi city is limited by the surrounding mountain topography and coal mining, and the “Urumqi-Changji integration” policy is the major driving factor for urban expansion in the past 24 years.     

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。     

非渗透表面丰度提取方法运用——以广州市海珠区为例

非渗透表面丰度即非渗透表面含量百分比,是水文学中不透水层与遥感领域混合像元分解概念相结合的产物。在城市区域,非渗透表面多指房屋、道路、停车场等建设用地区。本文基于广州市海珠区2000年ETM＋数据,首次采用单窗算法反演的地表温度数据与植被-非渗透表面-土壤（V-I-S）模型、归一化线性混合光谱模型（NSMA）相结合的方法提取研究区非渗透表面丰度值,并对提取结果进行49个300m×300m有效样区的抽样检验。结果表明抽样值与真实值之间存在10.03%的均方根误差以及2.65%的系统误差,从而进一步验证了三模型结合使用提取非渗透表面丰度的可行性。