基于RS的城鎮(zhèn)用地信息提取及格局發(fā)展研究

曾 闊，李繼紅，董學(xué)綱，王有助，魏 洋，李昊龍

(東北林業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，哈爾濱 150040)

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基于RS的城鎮(zhèn)用地信息提取及格局發(fā)展研究

曾 闊，李繼紅*，董學(xué)綱，王有助，魏 洋，李昊龍

(東北林業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，哈爾濱 150040)

選取2000年與2015年Landsat ETM+/OLI遙感影像為數(shù)據(jù)源，以齊齊哈爾市為例，利用波段構(gòu)建增強(qiáng)的指數(shù)型建筑用地指數(shù)(Enhanced Index-based Built-up Index，EIBI)，提取該市2000年及2015年城鎮(zhèn)建設(shè)用地?cái)?shù)據(jù)，提取精度達(dá)到90%以上。選取年均擴(kuò)展率、擴(kuò)展強(qiáng)度指數(shù)、間隙度指數(shù)、平均分形維數(shù)和空間關(guān)聯(lián)指數(shù)作為研究指標(biāo)，剖析齊齊哈爾市城鎮(zhèn)格局的時(shí)空演變特征，耦合自然與人為因素，揭示該市城鎮(zhèn)化進(jìn)程和特點(diǎn)，并對(duì)進(jìn)一步加快城鎮(zhèn)建設(shè)進(jìn)行思考。結(jié)果表明：利用EIBI提取城鎮(zhèn)用地信息過(guò)程客觀、效率較高，人工修正后精度達(dá)到95%以上。齊齊哈爾市2000年城鎮(zhèn)建設(shè)用地面積為147 186.69 hm2，2015年為201 015.38 hm2，年均擴(kuò)展率為2.10%，擴(kuò)展強(qiáng)度為9.10%。城鎮(zhèn)外形結(jié)構(gòu)變得相對(duì)復(fù)雜，城鎮(zhèn)化發(fā)展具有較低水平的多元化分散分布特征，城鎮(zhèn)擴(kuò)張冷熱點(diǎn)分布不均，空間聯(lián)系程度低，未出現(xiàn)城區(qū)與鄉(xiāng)鎮(zhèn)的區(qū)域協(xié)調(diào)快速發(fā)展。齊齊哈爾市城鎮(zhèn)化發(fā)展空間潛力較大，亟需合理解決阻礙城鎮(zhèn)建設(shè)的障礙。

遙感(RS)；增強(qiáng)的指數(shù)型建筑用地指數(shù)(EIBI)；信息提取；城鎮(zhèn)擴(kuò)展；指數(shù)分析

0 引 言

社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然結(jié)果是城鎮(zhèn)化，城鎮(zhèn)建設(shè)用地不斷擴(kuò)大是城鎮(zhèn)化最顯著的特點(diǎn)。許多學(xué)者在城鎮(zhèn)擴(kuò)展方面做了大量研究，而遙感手段進(jìn)行城鎮(zhèn)信息的提取其方法也不盡相同。中等空間分辨率衛(wèi)星圖像(如Landsat TM圖像)提取城鎮(zhèn)建筑用地信息多采用自動(dòng)分類(lèi)技術(shù)，城鎮(zhèn)擴(kuò)展研究中全國(guó)大范圍尺度監(jiān)測(cè)常選取東、中、西部對(duì)比分析[1]，區(qū)域尺度上監(jiān)測(cè)多選擇經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)城市群[2-3]，而單一城市擴(kuò)展監(jiān)測(cè)通常選取天津、廣州和深圳等較為典型的城市[4-5]。

構(gòu)建遙感指數(shù)模型實(shí)現(xiàn)建筑用地信息的自動(dòng)提取，該方法過(guò)程簡(jiǎn)單且精度較高，可在較少的人為干預(yù)情況下完成。楊存建等[6]利用TM7與TM4的光譜分離性構(gòu)建差值建筑用地指數(shù)(Difference Built-up Index，DBI)；徐涵秋[7-8]建立指數(shù)型建筑用地指數(shù)(Index-based Built-up Index，IBI)利用壓縮數(shù)據(jù)維取得了較高效率和精度；吳志杰等[9]利用TM影像構(gòu)建增強(qiáng)的指數(shù)型建筑指數(shù)(Enhanced Index-based Built-up Index，EIBI)，可以去除裸地提高提取精度。在利用城鎮(zhèn)信息進(jìn)行空間擴(kuò)展演變研究方面，荀斌等[10]利用Landsat影像，通過(guò)自動(dòng)分類(lèi)對(duì)1980-2010年深圳建成區(qū)擴(kuò)展進(jìn)行監(jiān)測(cè)；吝濤等[11]綜合分析遙感影像與歷史數(shù)據(jù)，對(duì)廈門(mén)島1908-2007年城市擴(kuò)展特征及決定因素進(jìn)行研究。目前在遙感提取城鎮(zhèn)信息的研究中缺少針對(duì)我國(guó)東北部地區(qū)優(yōu)選方法的論證，自動(dòng)分類(lèi)技術(shù)在面對(duì)城市用地?cái)U(kuò)展過(guò)程中的紋理及景觀復(fù)雜性時(shí)存在不足，且在城鎮(zhèn)擴(kuò)展有關(guān)研究中，關(guān)注城鎮(zhèn)擴(kuò)展模式居多，應(yīng)用多維度統(tǒng)計(jì)視角定性與定量相結(jié)合分析顯得不足。

本研究以2000和2015年兩期Landsat ETM+/OLI遙感影像為數(shù)據(jù)源，鑒于研究區(qū)存在大量休耕地和裸露山地，構(gòu)建增強(qiáng)的指數(shù)型建筑用地指數(shù)，針對(duì)中國(guó)東北地區(qū)城鎮(zhèn)分布零散、景觀規(guī)模大且較為規(guī)整的特點(diǎn)，利用人機(jī)交互法提取齊齊哈爾市城市和農(nóng)村城鎮(zhèn)建設(shè)用地信息。進(jìn)一步選取年均擴(kuò)展率、擴(kuò)展強(qiáng)度、間隙度指數(shù)、相關(guān)分形維數(shù)以及空間關(guān)聯(lián)指數(shù)等具體指標(biāo)重建該市總體的擴(kuò)展過(guò)程，耦合地形地貌、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)等要素，挖掘城鎮(zhèn)空間擴(kuò)展特征的協(xié)同性與異質(zhì)性，為“新型城鎮(zhèn)化”背景下城鎮(zhèn)擴(kuò)展提供導(dǎo)向。

1 城鎮(zhèn)建設(shè)用地序列數(shù)據(jù)獲取

1.1 數(shù)據(jù)基礎(chǔ)

1.1.1 數(shù)據(jù)源

選取齊齊哈爾市2000年Landsat7 ETM+和2015年Landsat8 OLI各5景遙感影像(條帶號(hào)分別為119026、119027、120026、120027、120028)作為數(shù)據(jù)源。同時(shí)收集齊齊哈爾市行政區(qū)劃數(shù)據(jù)。

1.1.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

本研究采用Map to Map多項(xiàng)式校正方法進(jìn)行遙感影像的幾何校正，校正后圖像精度誤差小于0.5個(gè)像元。對(duì)影像進(jìn)行輻射校正，首先進(jìn)行輻射定標(biāo)，將原始DN值轉(zhuǎn)換為大氣外層表觀反射率，采用日照差異糾正模型(Illumination Correction Model，ICM)[12]。其次進(jìn)行大氣校正，大氣校正對(duì)保證波段運(yùn)算的準(zhǔn)確度是很必要的，例如NDVI值受大氣的影響十分顯著，最高可達(dá)50%，而對(duì)于稀疏植被覆蓋區(qū)或破碎化的植被區(qū)，影響甚至可以更高[13-14]。本研究使用基于線性回歸的大氣校正。

1.2 城鎮(zhèn)建設(shè)用地邊界提取

1.2.1 城鎮(zhèn)用地自動(dòng)提取

本研究統(tǒng)一采用ρblue、ρgreen、ρred、ρnir、ρmir1、ρmir2分別表示藍(lán)光波段、綠光波段、紅光波段、近紅外波段、短波紅外波段1和短波紅外波段2的反射率。構(gòu)建歸一化差值裸地與建筑用地指數(shù)[15](Normalized Difference Bareness and Built-up Index，NDBBI)，其模型表達(dá)式為：

(1)

構(gòu)建土壤調(diào)節(jié)植被指數(shù)[16](SoilAdjustmentVegetationIndex，SAVI)，其對(duì)低植被覆蓋區(qū)的感應(yīng)極限程度高[17]，適合于農(nóng)村地區(qū)。其模型表達(dá)式為：

(2)

公式(2)中L為土壤調(diào)節(jié)因子，為將土壤亮度差異減到最小可取其值為0.5[18]。

構(gòu)建改進(jìn)型歸一化差值水體指數(shù)[19](ModifiedNormalizedDifferenceWaterIndex，MNDWI)，其模型表達(dá)式為：

(3)

裸土指數(shù)(BareSoilIndex，BSI)的表達(dá)式為：

(4)

為了最大程度地增強(qiáng)裸土信息，構(gòu)建增強(qiáng)型裸土指數(shù)(EnhancedBareSoilIndex，EBSI)，其模型表達(dá)式為：

(5)

公式(5)中，BSI 為裸土指數(shù)圖像的灰度值；MNDWI為修正歸一化水體指數(shù)圖像的灰度值。

最后用NDBBI、EBSI、MNDWI和SAVI組合來(lái)構(gòu)建增強(qiáng)的指數(shù)型建筑用地指數(shù)(Enhanced Index-based Built-up Index，EIBI)，其模型表達(dá)式為：

(6)

在計(jì)算EIBI指數(shù)時(shí)需對(duì)各歸一化指數(shù)進(jìn)行0～255的灰度值拉伸，選取閾值0.18自動(dòng)提取建筑用地并進(jìn)行二值化處理(建筑用地和非建筑用地分別用1、0表示)。

1.2.2 人機(jī)交互提取修正

采用人機(jī)交互全數(shù)字分析方法將自動(dòng)提取的城鎮(zhèn)信息導(dǎo)入至ArcMap 10.2進(jìn)行修正，通過(guò)目視解譯合并破碎圖斑并去除多余邊界，完成城鎮(zhèn)建設(shè)用地序列提取。

1.2.3 城鎮(zhèn)建設(shè)用地提取檢驗(yàn)

利用隨機(jī)抽樣的方法選取2000年和2015年城鎮(zhèn)用地?cái)?shù)據(jù)中各350個(gè)驗(yàn)證點(diǎn)，結(jié)合遙感影像和Google Earth進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，將驗(yàn)證數(shù)據(jù)分別建立誤差矩陣并計(jì)算Kappa系數(shù)。2000年提取驗(yàn)證數(shù)據(jù)見(jiàn)表1，2015年提取驗(yàn)證數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。提取結(jié)果總體精度達(dá)90%以上。提取結(jié)果得到齊齊哈爾市2000年和2015年城鎮(zhèn)建設(shè)用地?cái)?shù)據(jù)(如圖1所示)。

表1 2000年齊齊哈爾市城鎮(zhèn)建設(shè)用地檢驗(yàn)精度數(shù)據(jù)Tab.1 Test precision data of urban construction land of Qiqihar in 2000

表2 2015年齊齊哈爾市城鎮(zhèn)建設(shè)用地檢驗(yàn)精度數(shù)據(jù)Tab.2 Test precision data of urban construction land of Qiqihar in 2015

(a)齊齊哈爾市2000年城鎮(zhèn)建設(shè)用地

(b)齊齊哈爾市2015年城鎮(zhèn)建設(shè)用地圖1 齊齊哈爾市2000-2015年城鎮(zhèn)建設(shè)用地分布圖Fig.1 Distribution map of urban construction land of Qiqihar in 2000 and 2015

2 城鎮(zhèn)化擴(kuò)展格局演變分析

2.1 分析方法及指標(biāo)選擇

2.1.1 年均擴(kuò)展率和擴(kuò)展強(qiáng)度

選用城鎮(zhèn)用地年均擴(kuò)展率U和擴(kuò)展強(qiáng)度指數(shù)Ie來(lái)分析和描述各類(lèi)城鎮(zhèn)用地的擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)。其表達(dá)式為：

(7)

式中：A(t2)為研究末期的總城鎮(zhèn)用地面積；Δt為研究期；A(t1)為研究初期的總城鎮(zhèn)用地面積。

2.1.2 間隙度指數(shù)

間隙度指數(shù)能夠?qū)Τ擎?zhèn)空間擴(kuò)張異質(zhì)性進(jìn)行定量計(jì)算，幫助了解城鎮(zhèn)格局空間擴(kuò)展的過(guò)程，全局間隙度指數(shù)表達(dá)式為：

(8)

式中：M為以r為邊長(zhǎng)的計(jì)數(shù)窗口所包含的城鎮(zhèn)用地的數(shù)量；Q(M，r)為計(jì)數(shù)窗口中城鎮(zhèn)用地的比例。

局部間隙度指數(shù)表達(dá)式為：

(9)

式中：MW為局部區(qū)域(w×w)內(nèi)邊長(zhǎng)為r滑動(dòng)窗口中城鎮(zhèn)用地的數(shù)量[20]。

2.1.3 面積加權(quán)平均分形維數(shù)

面積加權(quán)平均分形維數(shù)(AWMPFD)運(yùn)用了分維理論來(lái)測(cè)量拼塊和景觀的空間形狀復(fù)雜性。其值接近于1代表城鎮(zhèn)為最簡(jiǎn)單的正方形或圓形，其值接近于2則代表城鎮(zhèn)為邊緣最復(fù)雜的拼塊類(lèi)型，通常其值的可能上限為1.5[21]。

2.1.4 空間關(guān)聯(lián)指數(shù)

(1)空間全局關(guān)聯(lián)指標(biāo)Getis-Ord General G表達(dá)式為：

(10)

式中：d為研究對(duì)象中心點(diǎn)的距離；wmn(d)為空間權(quán)重；xm和xn是城鎮(zhèn)用地m和城鎮(zhèn)用地n的擴(kuò)展強(qiáng)度指數(shù)。

G(d)的期望值為：

(11)

其統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)值為：

(12)

在返回的顯著性水平p值很小的前提下，Z值顯著性為正，則研究區(qū)為高擴(kuò)展強(qiáng)度聚簇；若Z值顯著性為負(fù)，則研究區(qū)為低擴(kuò)展強(qiáng)度聚簇；若Z趨近于0，則研究區(qū)變量隨機(jī)分布。

(13)

(14)

2.2 城鎮(zhèn)擴(kuò)展特征分析

2.2.1 年均擴(kuò)展率和擴(kuò)展強(qiáng)度

對(duì)2000年、2015年齊齊哈爾市城鎮(zhèn)建設(shè)用地信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分縣計(jì)算城鎮(zhèn)建設(shè)用地年均擴(kuò)展率U和擴(kuò)展強(qiáng)度指數(shù)Ie(如圖2所示)。

齊齊哈爾市2000年城鎮(zhèn)建設(shè)用地面積為147 186.69hm2，到2015年增長(zhǎng)為201 015.38hm2，年均擴(kuò)展率為2.10%，擴(kuò)展強(qiáng)度為9.10%。其中泰來(lái)縣年均擴(kuò)展率和擴(kuò)展強(qiáng)度位居首位，其中心縣城15a間建成區(qū)面積擴(kuò)大了5.8倍，周邊有15個(gè)村落發(fā)展為城鎮(zhèn)，泰來(lái)縣地處黑吉蒙交界處，商品糧及農(nóng)副產(chǎn)品大規(guī)模生產(chǎn)加工運(yùn)輸極大推動(dòng)了其城鎮(zhèn)擴(kuò)展。齊齊哈爾市轄區(qū)以嫩江為界，具有東部城鎮(zhèn)擴(kuò)展劇烈而西部緩慢的現(xiàn)象，因此雖然建華區(qū)、龍沙區(qū)、鐵鋒區(qū)和昂昂溪區(qū)中心面積擴(kuò)展了1.5倍，但整個(gè)市轄區(qū)年均擴(kuò)展率與擴(kuò)展強(qiáng)度均處于中等水平。訥河市城鎮(zhèn)擴(kuò)展率與擴(kuò)展強(qiáng)度均最低。

2.2.2 間隙度指數(shù)

(1)全局間隙度

運(yùn)用移動(dòng)窗口法分別測(cè)算2000年及2015年的全局間隙度指數(shù)，生成間隙度指數(shù)隨窗口大小變化的雙對(duì)數(shù)自然曲線(如圖3所示)。隨著窗口尺度擴(kuò)大，兩個(gè)時(shí)期曲線均呈遞減趨勢(shì)，且2015年間隙度指數(shù)較2000年略有減小，反映出城鎮(zhèn)建設(shè)用地具有較低水平的分散分布趨勢(shì)，城鎮(zhèn)擴(kuò)展主要以原有地區(qū)為依托，以中心城區(qū)為中心，未出現(xiàn)多級(jí)化崛起擴(kuò)張并相互融合的現(xiàn)象。

(a)城鎮(zhèn)年均擴(kuò)展率U

(b)城鎮(zhèn)擴(kuò)展強(qiáng)度Ie圖2 2000-2015年齊齊哈爾市城鎮(zhèn)年均 擴(kuò)展率及擴(kuò)展強(qiáng)度圖Fig.2 The map of average annual expansion rate and expansion strength of Qiqihar in 2000 and 2015

圖3 齊齊哈爾市2000年及2015年城鎮(zhèn)全局間隙度指數(shù)Fig.3 Global lacunarity index of urban land of Qiqihar in 2000 and 2015

(2)局部間隙度

局部間隙度可以反映城鎮(zhèn)空間分布的聚集和分散程度，體現(xiàn)了城鎮(zhèn)空間擴(kuò)展的異質(zhì)性。分別計(jì)算齊齊哈爾市2000年、2015年城鎮(zhèn)用地的局部間隙度指數(shù)并拉伸至0～255(如圖4所示)。可以看出，15 a間齊齊哈爾市局部間隙度在全市范圍有不同程度提高，城鎮(zhèn)由高值區(qū)向外擴(kuò)散，但總體上分布態(tài)勢(shì)沒(méi)有明顯變化，反映出研究區(qū)城鎮(zhèn)化發(fā)展較為緩慢。白色邊框標(biāo)出的是該市東部地區(qū)依安縣、拜泉縣、克山縣和克東縣，在兩個(gè)時(shí)期局部間隙度較高。由于歷史發(fā)展和地勢(shì)水系分布等原因造成鄉(xiāng)鎮(zhèn)和村落聚集程度較大，而中部地區(qū)局部間隙度較低。

(a)2000年齊齊哈爾市局部間隙度指數(shù)

(b)2015年齊齊哈爾市局部間隙度指數(shù)圖4 2000年-2015年齊齊哈爾城鎮(zhèn)用地局部間隙指數(shù)圖Fig.4 Local lacunarity index of urban land in Qiqihar in 2000 and 2015

2.2.3 面積加權(quán)平均分形維數(shù)

計(jì)算齊齊哈爾市2000年和2015年的城鎮(zhèn)用地面積加權(quán)分形維數(shù)，結(jié)果為1.146和1.197。分形維數(shù)略有增大，表明城鎮(zhèn)擴(kuò)展過(guò)程中用地復(fù)雜性增加，但總體呈現(xiàn)出較規(guī)則的擴(kuò)展。齊齊哈爾地處松嫩平原腹地，地勢(shì)平坦，城鎮(zhèn)擴(kuò)張主要受河流湖泊等水系限制，表現(xiàn)為向各方向均勻占用建成區(qū)邊緣土地的形式，大量農(nóng)田和裸地開(kāi)發(fā)成建設(shè)用地，使城鎮(zhèn)空間結(jié)構(gòu)趨向不規(guī)則狀態(tài)。

2.2.4 空間關(guān)聯(lián)指數(shù)

(1)全局特征

利用ArcMap軟件計(jì)算關(guān)聯(lián)指數(shù)Getis-Ord General G。齊齊哈爾市城鎮(zhèn)擴(kuò)展強(qiáng)度指數(shù)的全局統(tǒng)計(jì)指標(biāo)G(d)大于E(d)，p值為0且Z值為正，說(shuō)明研究區(qū)域范圍內(nèi)城鎮(zhèn)化強(qiáng)度存在高值集聚現(xiàn)象(表3)。

表3 齊齊哈爾市2000年至2015年城鎮(zhèn)擴(kuò)展空間 關(guān)聯(lián)指數(shù)Getis-Ord General GTab.3 Getis-Ord General G of urban land expansion of Qiqihar in 2000 and 2015

(2)“熱點(diǎn)區(qū)”和“冷點(diǎn)區(qū)”格局

圖5 2000-2015年齊齊哈爾市城鎮(zhèn)化“冷熱點(diǎn)”分布圖Fig.5 Distribution map of hot and cold spots of Qiqihar’s urbanization in 2000 and2015

總體上，齊齊哈爾市2000年至2015年城鎮(zhèn)擴(kuò)展冷熱點(diǎn)區(qū)分布差異明顯，熱點(diǎn)區(qū)較集中的泰來(lái)縣、富裕縣、依安縣及拜泉縣同時(shí)均為城鎮(zhèn)擴(kuò)展率和擴(kuò)展強(qiáng)度的高值地區(qū)，而冷點(diǎn)區(qū)較集中的訥河市、龍江縣和克山縣則對(duì)應(yīng)擴(kuò)展率和擴(kuò)展強(qiáng)度的低值區(qū)。研究區(qū)中城鎮(zhèn)擴(kuò)張最集中的熱點(diǎn)地區(qū)為齊齊哈爾市轄區(qū)和富裕縣，以嫩江為界，東西兩側(cè)呈現(xiàn)出截然相反的擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)。嫩江以東的建華區(qū)、鐵鋒區(qū)、龍沙區(qū)向東南擴(kuò)展了1.52倍，以中心城區(qū)為依托，沿主要交通線軸向拓展并聚合成面；富裕縣城所在地富裕鎮(zhèn)面積擴(kuò)展了1.47倍且其周邊村鎮(zhèn)有向中心蔓延的趨勢(shì)。依靠齊平線、齊北線鐵路及國(guó)道111線的交通優(yōu)勢(shì)，齊齊哈爾市逐漸形成富裕縣——中心市轄區(qū)——泰來(lái)縣的嫩江東岸區(qū)域發(fā)展軸，縣域小型鄉(xiāng)鎮(zhèn)呈現(xiàn)出圍繞中心城鎮(zhèn)分散分布的特點(diǎn)。

3 結(jié)論與討論

本研究以Landsat ETM+/OLI遙感影像為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，構(gòu)建增強(qiáng)的指數(shù)型建筑用地指數(shù)(EIBI)，能夠同時(shí)滿足城市建設(shè)用地和農(nóng)村建設(shè)用地的提取，且過(guò)程客觀、精度較高，通過(guò)人機(jī)交互修正可使城鎮(zhèn)用地提取精度在95%以上。選用年均擴(kuò)展率和擴(kuò)展強(qiáng)度、間隙度、分形維數(shù)和關(guān)聯(lián)指數(shù)作為具體指標(biāo)定性與定量相結(jié)合，重構(gòu)齊齊哈爾市15 a間的城市化進(jìn)程及其演變格局，分析其城鎮(zhèn)擴(kuò)展的特點(diǎn)以及成因，探究城市化的空間關(guān)聯(lián)性和異質(zhì)性。本研究以黑龍江省齊齊哈爾市為例，為通過(guò)遙感手段提取東北地區(qū)城鎮(zhèn)信息和中等發(fā)達(dá)地區(qū)的城市擴(kuò)展研究提供了借鑒。

作為中國(guó)十三個(gè)較大的市之一的齊齊哈爾，具有255 a的黑龍江省會(huì)史。齊齊哈爾是中國(guó)重要的老工業(yè)基地、商品糧基地、畜牧業(yè)基地和綠色食品基地，也是我國(guó)城鎮(zhèn)化起步發(fā)展較早的地區(qū)之一。齊齊哈爾市2015年城鎮(zhèn)建設(shè)用地面積較2000年擴(kuò)展了1.37倍，擴(kuò)展規(guī)模較低。究其原因，東北地區(qū)工業(yè)化較早，其基礎(chǔ)城鎮(zhèn)化率相較于我國(guó)中東部其他地區(qū)較高，改革開(kāi)放以后其區(qū)位優(yōu)勢(shì)隨政策的調(diào)整而削弱，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)固化以及行政對(duì)資源的過(guò)度干預(yù)使當(dāng)年“共和國(guó)的長(zhǎng)子”失去了活力，加之國(guó)有企業(yè)改制和資源逐漸消耗，東北地區(qū)人口持續(xù)流失導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)發(fā)展放緩，缺乏城鎮(zhèn)化擴(kuò)張的驅(qū)動(dòng)力。齊齊哈爾市2000年至2015年城鎮(zhèn)化格局如下：在城鎮(zhèn)空間形態(tài)上，15 a間城鎮(zhèn)地域幾何復(fù)雜程度增加，其中大中型城鎮(zhèn)向周邊區(qū)域不規(guī)則擴(kuò)展是主要因素。在城鎮(zhèn)空間分布狀態(tài)上，15 a間表現(xiàn)出低水平的分散分布現(xiàn)象，不同地區(qū)城鎮(zhèn)化以面狀擴(kuò)散的程度差異極大但總體上分布態(tài)勢(shì)并沒(méi)有明顯改變。具體上看泰來(lái)縣的城鎮(zhèn)擴(kuò)展程度最大也是研究區(qū)城鎮(zhèn)化的熱點(diǎn)地區(qū)，富裕縣、依安縣、拜泉縣，尤其是三縣南部地區(qū)城鎮(zhèn)化的熱點(diǎn)分布較多且擴(kuò)展程度也較大；齊齊哈爾市區(qū)以嫩江為界，以東的市轄區(qū)是全市城鎮(zhèn)化的熱點(diǎn)最集中地區(qū)，而以西的梅里斯達(dá)斡爾族區(qū)等則是全市城鎮(zhèn)化的冷點(diǎn)地區(qū)，整個(gè)齊齊哈爾市轄區(qū)擴(kuò)展率及擴(kuò)展強(qiáng)度均處于中等水平；訥河市城鎮(zhèn)擴(kuò)展程度最小，也是城鎮(zhèn)化的冷點(diǎn)聚集分布區(qū)。2000至2015年齊齊哈爾中心市區(qū)及中心縣城總面積擴(kuò)展了1.41倍，而廣闊的農(nóng)村鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)其城鎮(zhèn)面積擴(kuò)展了1.36倍，兩者較為接近，說(shuō)明15 a間中心城市的輻射帶動(dòng)作用未對(duì)總體區(qū)域城鎮(zhèn)化格局產(chǎn)生主導(dǎo)影響，同時(shí)鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)因人口增長(zhǎng)和產(chǎn)業(yè)擴(kuò)展激發(fā)出一定程度的內(nèi)源擴(kuò)張動(dòng)力。

參照人口統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，齊齊哈爾市區(qū)及各縣的城鎮(zhèn)化特征可歸納為兩點(diǎn)：其一，城鎮(zhèn)規(guī)模大但縣域城鎮(zhèn)化水平普遍偏低。2010年市區(qū)城鎮(zhèn)化率為84.6%，但縣域平均城鎮(zhèn)化率僅為29.4%。該市擁有5個(gè)總?cè)丝?0萬(wàn)以上的大城鎮(zhèn)，市區(qū)人口150萬(wàn)以上，其余4個(gè)城鎮(zhèn)的人口規(guī)模達(dá)20萬(wàn)以上，農(nóng)村勞動(dòng)力較多但外流嚴(yán)重，人口經(jīng)濟(jì)活動(dòng)向城鎮(zhèn)集聚的空間很大，因而應(yīng)促進(jìn)土地向規(guī)模經(jīng)營(yíng)集中，產(chǎn)業(yè)向園區(qū)集聚。其二，齊齊哈爾市區(qū)及各縣產(chǎn)業(yè)發(fā)展定位明確，根據(jù)資源稟賦差異，各縣因地制宜發(fā)展特色產(chǎn)業(yè)，避免重復(fù)建設(shè)。齊齊哈爾市城鎮(zhèn)有分散分布趨勢(shì)但城鎮(zhèn)間聯(lián)系密切程度低，沒(méi)有出現(xiàn)區(qū)域融合的現(xiàn)象。

綜合自然地貌地勢(shì)、區(qū)位條件、經(jīng)濟(jì)和政治等因素，制約齊齊哈爾市城鎮(zhèn)化建設(shè)的主要因素有以下幾點(diǎn)：人口結(jié)構(gòu)二元化，小城鎮(zhèn)人口集聚能力持續(xù)下降；產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)二元化，現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)發(fā)展落后；工業(yè)結(jié)構(gòu)二元化，高端裝備制造業(yè)與地方優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)不匹配；財(cái)政資金短缺制約基本公共服務(wù)均等化發(fā)展。由此進(jìn)一步思考加快齊齊哈爾城鎮(zhèn)化建設(shè)的建議：拓寬就業(yè)渠道，加快小城鎮(zhèn)人口集聚；發(fā)揮老工業(yè)基地優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)發(fā)展；發(fā)揮生態(tài)農(nóng)業(yè)優(yōu)勢(shì)，推進(jìn)農(nóng)村產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

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RS-Based Information Extraction and DevelopmentPattern of Urban Land Utilization

Zeng Kuo1，Li Jihong*，Dong Xuegang，Wang Youzhu，Wei Yang，Li Haolong

(College of Forestry，Northeast Forestry University，Harbin 150040)

The remote-sensing images of Landsat ETM+/OLI of Qiqihar city in 2000 and 2015 were collected as the data sources in this study.An enhanced index-based built-up index (EIBI)was built using the wave band.Urban construction land data in 2000 and 2015 was extracted by means of EIBI，with extraction accuracy above 90%.The spatial and temporal evolution characteristics of Qiqihar cities and towns pattern were analyzed by taking the average annual expansion rate，expansion strength index，lacunarity index，the average fractal dimension and spatial correlation index as research indicators.The urbanization process and characteristics of Qiqihar city were revealed through coupling natural and human factors，and the speed of urban construction was further discussed.The results showed that it is objective and of relatively high efficiency that the process of using EIBI to extract the urban land information.The manually corrected accuracy was over 95%.The area of urban construction land of Qiqihar was 147 186.69 hm2in 2010 and was 20 115.38 hm2in 2015，with the annual extension rate of 2.10% and extension strength of 9.10%.The contour of urban town became relatively complicated.The urbanization development exhibited the diversification and decentralization as well as uneven distribution characteristics of hot and cold spots.The spatial connection of urban expansion was in a lower degree and the rapid development of the urban and rural regional coordination has not been appeared.Qiqihar city has potentials for the great urban development，and eagerly needs reasonable solutions to the barriers hindering the urban construction.

Remote sensing(RS)，enhanced index-based built-up index (EIBI) (EIBI)，information extraction，urban development，index analysis

2016-05-03

黑龍江省留學(xué)歸國(guó)人員科研基金(LC2013C13)；黑龍江省博士后科研基金(LBH-Z10279)；東北林業(yè)大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目(201510225179)

曾 闊，本科生。研究方向：遙感與地理信息系統(tǒng)。

*通信作者：李繼紅，副教授。研究方向：遙感與地理信息系統(tǒng)。E-mail：jhlee@nefu.edu.cn

曾 闊，李繼紅，董學(xué)綱，等.基于RS的城鎮(zhèn)用地信息提取及格局發(fā)展研究[J].森林工程，2016，32(6)：50-56.

P 237

A

1001-005X(2016)06-0050-07