基于遥感与ArcGIS的渭南市临渭区城区扩展初探

杨晓玉,王树清,吴晓荣,薛 跃,南国卫,王 萍

(渭南师范学院化学与生命科学学院,陕西渭南 714099)

【蓓蕾园地】

基于遥感与ArcGIS的渭南市临渭区城区扩展初探

杨晓玉,王树清,吴晓荣,薛 跃,南国卫,王 萍

(渭南师范学院化学与生命科学学院,陕西渭南 714099)

以西部中小型发展中城市——渭南市临渭区为例,利用遥感和ArcGIS技术,对渭南市临渭区2002、2006和2010年的多源遥感影像数据进行分析处理,同时分析了渭南市临渭区8年的城区边界变化和城区面积扩展状况,并初步探讨了渭南市临渭区扩展的动力因素.结果表明,渭南市临渭区主要向西北方向扩展,土地利用效率有待提升,城区扩展速度需要控制.

城区扩展;遥感;ArcGIS

0 引言

城市扩展是城市发展的一个重要表现,在西部大开发的今天,西部地区人民的生活水平日益提高,城市化进程不断加快,城市向外扩展日益加速,已有部分地区表现出难以控制的局面.因此,加强对西部中小城市扩展的研究,有效地引导和调控城市的扩展,具有重要的战略意义.利用卫星影像可以及时、准确地获取城市扩展信息、城市时空变化、城市发展趋势等,进而预测城市发展方向和规模,已经成为当前研究的热点.[1-3]目前,我国利用ArcGIS技术对城市扩展的研究主要集中在一些大城市,而对于中小城市研究却很少.[4-6]本文借助ArcGIS技术来分析渭南市临渭区8年的动态变化,探讨城区扩展的特征和空间模式,并结合相关数据和资料初步剖析城区扩展的动因,以期为相关部门更好地发展中小城市提供依据.

1 研究区概况与城市扩展信息获取

1.1 研究区概况

渭南市临渭区地处物产富饶的陕西省关中平原东部,是渭南市委、市政府所在地,渭南市的政治、经济和文化中心.全区辖28个乡镇办,总人口89万,其中城市人口30万.区域幅员辽阔,国土总面积1 221平方公里,现有耕地800 km2,其中有效灌溉面积666.67 km2.宽阔的平原舒展北部,高峻的秦岭屹立南端,悠悠渭水中流东去,滔滔沋河北泻成川,河谷辉映,山川锦绣.由于临渭区地理位置独特,其城区扩展有自己的特征,本文拟初步研究渭南市临渭区城市扩展的内在动因.

1.2 城市扩展信息获取

本文采用的研究数据来自于国际科学数据影像网站,选择了2002年的Landsat7、2006年的Landsat5 和2010年的Landsat5获取所成的影像,地图投影全部为横轴墨卡托投影(见表1).

表1 卫星遥感资料

1.3 研究方法

1.3.1 融合处理

本文使用的2002年遥感图像为ETM+影像,包括8个波段,除1-5、7波段分辨率为30 m以外,还包括一个全色波段(分辨率为15 m)和一个6波段(分辨率为30 m,一般不采用).全色波段具有较高的空间分辨率和较强的纹理特征,而多光谱波段具有丰富的波谱信息.将这2种波段信息进行融合后,保留了多光谱信息与纹理信息,提高了遥感图像的清晰度和空间分辨率,增强了特征提取和目视判读能力,使分类更加精确.

1.3.2 增强处理

采用TM4、TM3、TM2进行波段组合,分别赋予红、绿、蓝色.假彩色合成后的图像,信息丰富,层次分明,城区呈现为灰蓝色调,农用地为红色调,两者差异明显,易于区分.本文中,对原始遥感图像进行2%的线性拉伸,增强图像的层次感,提高图像的对比度,拉大不同地物之间的差异(见图1).

1.3.3 非监督分类

非监督分类运用1SODATA(Iterative Self-Organizing Data Analysis Technique)算法,完全按照像元的光谱特性进行统计分类,分类过程中使用较多的方法是动态聚类法.动态聚类是按某些原则选择一些代表点作为聚类的核心,然后将其余待分点按某种方法(判据准则)分到各类中去,完成初始分类,之后再重新计算各聚类中心,把各点按初始分类判据重新分到各类,完成第一次迭代.然后修改聚类中心进行下一次迭代,对上次分类结果进行修改,如此反复直到满意为止.

1.3.4 城市扩展强度

其中:R为研究末期城市扩展强度,Ub为研究末期城市用地面积,Ua为研究初期城市用地面积, T为时间间隔.城市扩展强度表征在某一时间段内年际城市面积增长比率.[7]

2 结果与分析

2.1 遥感影像分类

对2002年和2006年遥感图像特征进行分析,然后再结合现场考察,将渭南市临渭区用地分为建城区、河流和耕地(如图2、图3).

图1 渭南市临渭区城区遥感影像合成图

图2 2002年渭南市临渭区建城区图

图3 2006年渭南市临渭区建城区图

对比图2和图3,渭南市临渭区城市扩展主要是在市中心与郊区卫星城区之间的过度地带发展,从老城区出发,向西与开发区连接,向北侧延伸到渭河边上,向西延伸具有连贯性,而向北具有跳跃性.

2.2 非监督分类法

使用非监督分类方法将渭南市临渭区用地分为6类(结果见表2),对应的2010年遥感图像见图1.

表2 各类用地遥感解译标志(2010 TM432影像)

图4 渭南市临渭区城区扩展图

结合表2和图1可以看出,渭南市中心和开发区连成一块,同时在渭河以北辛市镇、油櫆镇地区出现了一些小范围的成片建成区,城区发展开始向四方蔓延.

2.3 由连续性发展到向外蔓延,扩展强度稳步快速增长,城市扩展有序进行

根据从卫星影像提取的城市用地信息,通过计算面积得到图4,渭南市临渭区2002年、2006年与2010年城市建城区面积分别是2.447 km2、7.384 km2、39.055 km2,2002—2006年、2006—2010年渭南市临渭区的城区面积分别扩大了4.937 km2、31.671 km2,通过式(1)计算渭南市不同时期的城市扩展强度, 2002—2010年扩展强度为50.3%,2006—2010年扩展强度55.75%,表明渭南市城区稳步加速发展.

3 结论及其讨论

通过以上分析,初步了解8年渭南市临渭区城区稳步快速扩展,城市规划趋近于合理化.渭南市临渭区扩展的主要驱动力有三方面:首先是政府单位的搬迁;其次是交通路线及其汽车站和火车站的新建;第三是工业的发展.结合遥感影像图,可知2002—2006年,渭南市临渭区扩展的原因主要是交通因素,因与开发区的连接,使得开发区与临渭区之间地带迅速发展;2006—2010年,渭南市临渭区开始向外蔓延,扩展速度稳步提升.

结合渭南市临渭区扩展特征及其驱动因素,我们可以将8年来渭南市临渭区扩展分为两个阶段:第一个阶段是临渭区与开发区链接阶段,主要在它们之间的交通要道,将一些村庄就地转变为城区;第二个阶段是向外蔓延阶段,这一阶段城区向西部、北部发展,同时也向东蔓延.总的来说渭南市临渭区扩展迅速且稳步进行,城区建设合理.2010年的遥感影像图中,已经出现了一些小的卫星城区,经过实地考察,这些卫星城区主要是一些工业区.

通过遥感及ArcGIS技术对渭南市临渭区城市扩展进行分析,可以看出,利用遥感与ArcGIS结合分析城市扩展不失为一种好方法,遥感能准确提取城市扩展信息,而ArcGIS能够利用模型对信息进行分析对比,并且信息提取范围广、速度快、成本低,能够进行动态监测.本文在提取地理信息时,采取的是实际考察与遥感影像分析相结合,多少会出现一些误差,同时也比较费时间,那么如何实现遥感影像直接精确地读取城市用地信息,还有待进一步研究.

(指导教师 韩 晨)

[1]何春阳,史培军,陈晋,等.北京地区城市化进程与机制研究[J].地理学报,2002,57(3):363-371.

[2]张军岩,贾绍凤,高婷.石家庄城市化进程中的耕地变化[J].地理学报,2003,58(4):620-628.

[3]张文忠,王传胜,薛东前.珠江三角洲城镇用地扩展的城市化背景研究[J].自然资源学报,2003,18(5):575-582.

[4]钱紫华,陈晓键.西安城市边缘区空间扩展[J].人文地理,2005,3(7):54-59.

[5]冯仕超,高小红,亢健,等.西宁市30多年来土地利用/土地植被变化及城市扩展研究[J].干旱区研究,2012,29(1): 129-136.

[6]徐涵秋.近30年来福州盆地中心的城市扩展进程[J].地理科学,2011,31(3):97-103.

[7]李飞雪,李满春,刘永学,等.建国以来南京城市扩展研究[J].自然资源学报,2007,22(4):524-535.

【责任编辑 曹 静】

On Linwei District's Expansion in Weinan Based on Remote Sensing and ArcGIS Urban

YANG Xiao-yu,WANG Shu-qing,WU Xiao-rong,XUE Yue,NAN Guo-wei,WANG Ping
(School of Chemistry and Life science,Weinan Normal University,Weinan 714099,China)

Linwei district of Weinan city,which is a small developing area in the western of China,is taken to use the remote sensing and ArcGIS technology to analyze and process the multi-source remote sensing image data of Linwei district in 2002,2006 and 2010.At the same time,the nearly eight-year urban boundary changes and expansion characteristics of Linwei district are analyzed,and the reasons that caused this change are explored.The results show that,the main direction of extension in Linwei district of Weinan city is to the northwest,the land use needs to be improved and the urban expansion speed should be controlled.

urban expansion;remote sensing;ArcGIS

P208.2

A

1009-5128(2014)03-0089-04

2013-05-30

渭南师范学院大学生创新创业计划项目:渭南市城市扩展与植被覆盖研究(12XK069)

杨晓玉(1989—),女,陕西西安人,渭南师范学院化学与生命科学学院2009级地理科学专业本科生.