基于高分影像的長春市下墊面時空變化特征

文/趙瑩

1 引言

改革開放以來，我國城市化發展迅速，城市建設導致城市內部土地覆被狀況發生巨大變化。人工不透水面是城市地區的典型特征，城市化的一個重要表現就是不透水面分布比率的上升。本研究以2009、2013和2016年亞米級高分辨率遙感影像為數據源，選取包括建筑物、道路、植被、裸土、水體、人工硬質地面以及耕地七種典型地類對長春市中心城區進行面向對象法遙感解譯。以eCognition軟件為平臺，基于不同地物類型的特點，構建出適合識別不同類型地物的多尺度網絡層及分類規則集。從而完成遙感信息的有效分類和提取，獲得各種城市下墊面用地信息。

2 研究成果

2.1 時序變化

圖1：2009地物分布

圖2：2013地物分布

圖3：2016地物分布

圖4：建成區方位

2009、2013、2016 三個年份的長春市中心城區下墊面結果如表1所示。植被、硬質地面、道路和房屋在近十年中整體持續增長，但從年均增長率看，植被和硬質地面在2013到2016年間年均增長率分別為3.9%和6.1%，均高于其各自在2009到2013年間年均增長率2.0%和4.2%。雖然房屋在近十年中整體呈增長趨勢，但明顯前四年中年均增長率很高為5.7%，而后三年基本保持平穩，增長率僅為0.42%。市政道路在2009年到2016年中呈現出小幅穩步的上升趨勢，同樣是先快速增長，后有所下降，年均增長率前后分別為4.2%和2.6%。水體、裸土和耕地整體表現出不同程度的下降趨勢。水體略有緩慢的下降，在中心城區中整體占比基本保持不變，在3%左右。裸土在2009年到2013年期間降幅很小，而2013年到2016年降幅較明顯，減少率分別為0.4%和8.3%。降幅最為明顯的則是耕地面積，從2009到2013再到2016年，基本都保持年均10%左右的下降趨勢。整體上看，不透水層從2009年的34%增長至2016年的46%，城市擴張現象很明顯。

表1：中心城區下墊面解譯統計結果

2.2 空間變化

三個年份各類地物的整體空間分布如圖1、2、3所示。其呈現出中心建設用地不斷向外擴張，外圍耕地不斷縮減的趨勢，其中南部耕地減少的現象更加明顯。為了進一步分析長春市建成區的布局及擴張特點，構建覆蓋中心城區范圍，邊長為100m的正六邊形格網，分別求取2009、2013以及2016年各年中道路、房屋、硬質地面這三種不透水地物在每個格網中的面積，進而求出各格網的不透水比率。根據以往研究成果取不透水比率超過30%的格網覆蓋范圍作為建成區。2009、2013以及2016年的建成區面積分別為278.25km2、327.59km2以及 374.69km2。

選取不透水比率高于30%的正六邊形地塊劃分建成區范圍后，利用等扇分析法研究三個年份城市用地的分布特征、擴展主導方向和幅度。從建成區方位圖4中可以看到，2009年長春市中心建成區各方位建設差異還較小。2013年時，面積較小的方位基本沒有變化，在西南方向和東北偏北方向建設面積增加的較多，各方位差異加大。2016年時建成區整體范圍越來越接近東北西南方向延伸的橢圓形。2009-2013年間建成區主要擴展方向為東北和西南方向，建成區面積年增長率在5%以上。南部和西北方向擴展強度很低，在2%以下。2013-2016年間建成區主要擴展方向變為南部方向，且增長率高達10%以上。西北方向同樣是建設發展最緩慢的方位。

3 總結

本次研究通過對不同時間序列的遙感影像進行城市下墊面分類提取，利用成果把握了城市發展變化特征，為城市規劃、分析等工作提供了較好的數據基礎。同時為城市建成區劃定提供了新的提取方法與思路。但成果更加適合宏觀尺度的趨勢性特征分析，精細分類及提取研究需要進一步開展相關工作。