基于地理国情监测框架下长沙市望城区地理空间分析

唐根 陈铸

摘 要：利用望城区2013年LANDSAT8卫星遥感数据，反演了望城区地表温度；并结合望城区地理国情普查成果数据进行动态分析，结果表明望城区地理国情普查地表覆盖数据与利用LANDSAT8反演的地表温度之间有很好的相关性。该研究成果对于动态监测城镇土地利用变化，优化土地资源配置具有一定的参考意义。

关键词：LANDSAT8；地表温度；地理国情监测

0 引言

地理国情监测是准确掌握国情国力的有效途径，综合利用全球导航卫星系统（GNSS）、航空航天遥感技术（RS）、地理信息系统技术（GIS）等现代测绘技术，综合各时期测绘成果档案，对地形、水系、湿地、冰川、沙漠、地表形态、地表覆盖、道路、城镇等要素进行动态和定量化、空间化的监测，并统计分析其变化量、变化频率、分布特征、地域差异、变化趋势等。 根据国普办[2014]7号文件要求：做好地理国情普查工作的同时，把加快应用、强化监测贯穿于普查的全过程，切实做到“边普查、边监测、边应用”，加快成果提供和转化，有效发挥辅助与决策、监督监管作用，全面推动测绘地理信息事业的产业升级。

本研究采用 Landsat8 数据，采用单窗算法，反演望城区的地表温度，并对望城区的地表温度与地理国情普查覆盖分类数据进行空间叠加统计分析，以期监测望城区土地覆盖分类变化。

1 研究区及数据

1.1 研究区简介

望城区位于湖南省长沙市境内，是长沙市市辖区。望城是雷锋的故乡，被江泽民同志誉为“希望之城”。截至2012年，望城区辖10个街道、10个镇、1个乡，共计126个村民委员会，30个社区居民委员会，总面积969平方公里，总人口52.43万人。望城区属中亚热带季风湿润气候，气候温和，热量丰富，年平均气温17℃，降水量1370毫米，日照1610小时，无霜期274天。1月为一年中气温最低的一个月，平均气温为4.4℃；7月为气温最高，平均30℃。

望城区在长株潭“两型社会”综合配套改革试验区中，近年来伴随长株潭城市一体化进程的加快和城市空间的扩展，促使望城区土地利用、土地覆盖急剧变化。

1.2 基础数据源

使用的数据源为2013 年9月17日的LANSAT8（轨道号123/41）多光谱波段数据与热红外波段数据，多光谱空间分辨率为30m，热红外波段空间分辨率为15米，详见表1；2014年5月调查的望城区地理国情普查地表覆盖数据；望城区地形图和行政区划图。所有的数据统一转换到2000国家坐标系。

2 研究方法

首先对遥感影像进行预处理，主要包括大气校正、辐射定标、研究区域裁剪、影像几何纠正等。处理与分析的具体技术路线如图1所示：

2.1 地表温度反演方法

2.2温度分区

为进一步研究分析，将反演得到的望城区地表温度图划分为高温区、常温区和低温区。划分指标依据：地表亮温平均值±1倍标准差范围内的数据作为常温区范围；高于平均值1倍标准差的数据划为高温区范围；低于平均值1倍标准差的数据划为低温区范围[3]。分类后图像如图2：

2. 3地理国情地表覆盖数据与高温区叠加统计

根据地理国情分类指标定义，硬化地表（0710）是使用水泥、沥青、砖石、夯土等材料连片露天铺设的地表，或由于人类社会经济活动经常性碾压、 踩踏形成的裸露地表；人工堆掘地（0800）是被人类活动形成的弃置物长期覆盖或经人工开掘、正在进行大规模土木工程而出露的地表。可见硬化地表与人工堆掘地两类数据与人类活动紧密相关，可以有效反映出土地利用过程中所存在的不平衡、不协调问题。因此选取望城区地理国情普查数据中的硬化地表与人工堆掘地作为研究的感兴趣区域， 叠加统计结果如表2所示：

3 数据特征分析

3.1地表温度空间分析

地表温度反演结果统计如表2所示。数据显示，望城区的高温区集中分布在高塘岭街道、星城街道、黄金街道、丁字街道、铜官镇；靖港古镇一带也有高温区分布。这与地理国情普查的外调数据是一致的：望城区主城区分布于高塘岭街道、星城街道；而黄金街道、丁字街道靠近长沙城区，其范围内分布有大量工业园区；铜官镇范围内分布有长沙华能电厂以及石油化工企业是高温的主要“贡献者”，经统计全区最高地表温度为40.4℃，其位置位于铜官镇长沙华能电厂处；靖港古镇由于旅游产业发展，促使人口、建筑密集，使其处于高温区域。由此可见，高温区域分布与人类活动密切相关，温度成为监测地表土地利用变化研究一项重要指标。

3.2叠加统计数据分析

由表2数据所示，处于高温区的硬化地表面积占到了硬化地表总面积的78.2%，可知硬化地表与高温区有较好的相关性；人工堆掘地中，其处于高温区的面积只占到其总面积的53.5%，可能是由于部分人工堆掘地处于农村地区，其周围有较好的植被覆盖，因此其热感效应特征不明显。

4 结论

通過以上分析可以看出望城区地表温度空间分布特征规律与其城镇发展空间布局相一致，对地表温度信息的统计分析可以得到客观真实的数据。这些统计数据成果将为促进望城区产业在地理空间上合理布局，优化配置各类资源，促进区域优势互补、主体功能科学定位、国土空间高效利用以及人与自然和谐相处，改善与加快长株潭城市群生态文明建设，提高宏观调控的科学性和准确性， 提供科学有效的保障。

硬化地表与人工堆掘地这两种覆盖地类是土地利用动态监测过程中重点监测对象。通过对地理国情普查数据与地表温度数据的叠加分析，可以发现硬化地表与人工堆掘地覆盖数据与地表温度空间分布数据在总体上具有一致性，因此陆续开展的地理国情监测项目可以选取地表温度作为技术参数。

由于此次研究只是对地理国情普查数据做的初探性分析，文章中所选取的技术参数、研究方法还有待完善。后续的研究将考虑选取多种参数、使用多样的方法，形成更加科学合理的地理国情监测成果，为促进政府科学管理决策，促进重大事项决策、重要项目安排的科学决策、科学评价、科学管理，提供科学合理的数据依据。

参考文献

[1]覃志豪，Zhang Minghua1，Arnon Karnieli等.用陆地卫星TM6数据演算地表温度的单窗算法[J].地理学报，2001，56（4）：456-466.

[2]丁凤，徐涵秋.TM热波段图像的地表温度反演算法与实验分析[J].地球信息科学，2006，8（3）：125-130.

[3]历华，曾永年，柳钦火等.基于遥感的长沙市城市热岛与土地利用/覆盖变化研究[J].国土资源遥感，2008，78（4）：47-51.