基于地理國情監測框架下長沙市望城區地理空間分析

唐根 陳鑄

摘 要：利用望城區2013年LANDSAT8衛星遙感數據，反演了望城區地表溫度；并結合望城區地理國情普查成果數據進行動態分析，結果表明望城區地理國情普查地表覆蓋數據與利用LANDSAT8反演的地表溫度之間有很好的相關性。該研究成果對于動態監測城鎮土地利用變化，優化土地資源配置具有一定的參考意義。

關鍵詞：LANDSAT8；地表溫度；地理國情監測

0 引言

地理國情監測是準確掌握國情國力的有效途徑，綜合利用全球導航衛星系統（GNSS）、航空航天遙感技術（RS）、地理信息系統技術（GIS）等現代測繪技術，綜合各時期測繪成果檔案，對地形、水系、濕地、冰川、沙漠、地表形態、地表覆蓋、道路、城鎮等要素進行動態和定量化、空間化的監測，并統計分析其變化量、變化頻率、分布特征、地域差異、變化趨勢等。 根據國普辦[2014]7號文件要求：做好地理國情普查工作的同時，把加快應用、強化監測貫穿于普查的全過程，切實做到“邊普查、邊監測、邊應用”，加快成果提供和轉化，有效發揮輔助與決策、監督監管作用，全面推動測繪地理信息事業的產業升級。

本研究采用 Landsat8 數據，采用單窗算法，反演望城區的地表溫度，并對望城區的地表溫度與地理國情普查覆蓋分類數據進行空間疊加統計分析，以期監測望城區土地覆蓋分類變化。

1 研究區及數據

1.1 研究區簡介

望城區位于湖南省長沙市境內，是長沙市市轄區。望城是雷鋒的故鄉，被江澤民同志譽為“希望之城”。截至2012年，望城區轄10個街道、10個鎮、1個鄉，共計126個村民委員會，30個社區居民委員會，總面積969平方公里，總人口52.43萬人。望城區屬中亞熱帶季風濕潤氣候，氣候溫和，熱量豐富，年平均氣溫17℃，降水量1370毫米，日照1610小時，無霜期274天。1月為一年中氣溫最低的一個月，平均氣溫為4.4℃；7月為氣溫最高，平均30℃。

望城區在長株潭“兩型社會”綜合配套改革試驗區中，近年來伴隨長株潭城市一體化進程的加快和城市空間的擴展，促使望城區土地利用、土地覆蓋急劇變化。

1.2 基礎數據源

使用的數據源為2013 年9月17日的LANSAT8（軌道號123/41）多光譜波段數據與熱紅外波段數據，多光譜空間分辨率為30m，熱紅外波段空間分辨率為15米，詳見表1；2014年5月調查的望城區地理國情普查地表覆蓋數據；望城區地形圖和行政區劃圖。所有的數據統一轉換到2000國家坐標系。

2 研究方法

首先對遙感影像進行預處理，主要包括大氣校正、輻射定標、研究區域裁剪、影像幾何糾正等。處理與分析的具體技術路線如圖1所示：

2.1 地表溫度反演方法

2.2溫度分區

為進一步研究分析，將反演得到的望城區地表溫度圖劃分為高溫區、常溫區和低溫區。劃分指標依據：地表亮溫平均值±1倍標準差范圍內的數據作為常溫區范圍；高于平均值1倍標準差的數據劃為高溫區范圍；低于平均值1倍標準差的數據劃為低溫區范圍[3]。分類后圖像如圖2：

2. 3地理國情地表覆蓋數據與高溫區疊加統計

根據地理國情分類指標定義，硬化地表（0710）是使用水泥、瀝青、磚石、夯土等材料連片露天鋪設的地表，或由于人類社會經濟活動經常性碾壓、 踩踏形成的裸露地表；人工堆掘地（0800）是被人類活動形成的棄置物長期覆蓋或經人工開掘、正在進行大規模土木工程而出露的地表。可見硬化地表與人工堆掘地兩類數據與人類活動緊密相關，可以有效反映出土地利用過程中所存在的不平衡、不協調問題。因此選取望城區地理國情普查數據中的硬化地表與人工堆掘地作為研究的感興趣區域， 疊加統計結果如表2所示：

3 數據特征分析

3.1地表溫度空間分析

地表溫度反演結果統計如表2所示。數據顯示，望城區的高溫區集中分布在高塘嶺街道、星城街道、黃金街道、丁字街道、銅官鎮；靖港古鎮一帶也有高溫區分布。這與地理國情普查的外調數據是一致的：望城區主城區分布于高塘嶺街道、星城街道；而黃金街道、丁字街道靠近長沙城區，其范圍內分布有大量工業園區；銅官鎮范圍內分布有長沙華能電廠以及石油化工企業是高溫的主要“貢獻者”，經統計全區最高地表溫度為40.4℃，其位置位于銅官鎮長沙華能電廠處；靖港古鎮由于旅游產業發展，促使人口、建筑密集，使其處于高溫區域。由此可見，高溫區域分布與人類活動密切相關，溫度成為監測地表土地利用變化研究一項重要指標。

3.2疊加統計數據分析

由表2數據所示，處于高溫區的硬化地表面積占到了硬化地表總面積的78.2%，可知硬化地表與高溫區有較好的相關性；人工堆掘地中，其處于高溫區的面積只占到其總面積的53.5%，可能是由于部分人工堆掘地處于農村地區，其周圍有較好的植被覆蓋，因此其熱感效應特征不明顯。

4 結論

通過以上分析可以看出望城區地表溫度空間分布特征規律與其城鎮發展空間布局相一致，對地表溫度信息的統計分析可以得到客觀真實的數據。這些統計數據成果將為促進望城區產業在地理空間上合理布局，優化配置各類資源，促進區域優勢互補、主體功能科學定位、國土空間高效利用以及人與自然和諧相處，改善與加快長株潭城市群生態文明建設，提高宏觀調控的科學性和準確性， 提供科學有效的保障。

硬化地表與人工堆掘地這兩種覆蓋地類是土地利用動態監測過程中重點監測對象。通過對地理國情普查數據與地表溫度數據的疊加分析，可以發現硬化地表與人工堆掘地覆蓋數據與地表溫度空間分布數據在總體上具有一致性，因此陸續開展的地理國情監測項目可以選取地表溫度作為技術參數。

由于此次研究只是對地理國情普查數據做的初探性分析，文章中所選取的技術參數、研究方法還有待完善。后續的研究將考慮選取多種參數、使用多樣的方法，形成更加科學合理的地理國情監測成果，為促進政府科學管理決策，促進重大事項決策、重要項目安排的科學決策、科學評價、科學管理，提供科學合理的數據依據。

參考文獻

[1]覃志豪，Zhang Minghua1，Arnon Karnieli等.用陸地衛星TM6數據演算地表溫度的單窗算法[J].地理學報，2001，56（4）：456-466.

[2]丁鳳，徐涵秋.TM熱波段圖像的地表溫度反演算法與實驗分析[J].地球信息科學，2006，8（3）：125-130.

[3]歷華，曾永年，柳欽火等.基于遙感的長沙市城市熱島與土地利用/覆蓋變化研究[J].國土資源遙感，2008，78（4）：47-51.