烟台市城区不透水面遥感估算与驱动力分析

■胡锦凤 张启东

（山东正元数字城市建设有限公司山东烟台264003）

烟台市城区不透水面遥感估算与驱动力分析

■胡锦凤 张启东

（山东正元数字城市建设有限公司山东烟台264003）

本文以美国陆地卫星TM 1990和2000年获取的烟台地区遥感数据为数据源，利用最小噪音分量变换法提取烟台地区1990年和2000年的不透水面。通过最小噪音分量变换后的前三个分量和线性光谱混合模型，测算得到高反射率、低反射率、土壤和植被四个不同土地覆盖类型的终端地类。通过综合高反射率和低反射率两个终端地类，最终提取不透水面。

不透水面TM最小噪音分量变换光谱混合分析遥感

[1]烟台地理位置.[Z].http://www.baidu.com.

[2]徐涵秋.利用改进的归一化差异水体指数提取水体信息的研究 [J].遥感学报,2005 9（5）：585-595.

P237[文献码]B

1000-405X（2016）-6-310-1

烟台市是我国东部重要的沿海开放城市，城市化发展迅速，其中城市化的一个重要表现就是不透水面分布面积的上升。本论文利用TM影像,在线性光谱分解技术基础上,提取了的不透水面的分布并对其空间特征进行了分析。结果表明对于城市地域来说,利用植被、高反照度、低反照度和裸露的土壤四种最终光谱端元的线性组合,可以较好地模拟TM波谱特征,而除了水面以外的高反照度、低反照度两种光谱端元,可以较好地表达城市不透水表面信息。总体而言,烟台市不透水面分布比率较高,不透水面分布的空间差异揭示了城市土地覆盖空间结构以及城市空间扩展的差异性，具有很强的现实意义。

烟台地处山东半岛东部是黄渤海咽喉地带的海陆交通枢纽，与日韩交流的前沿门户。近几年来，烟台市借助区位和资源优势，获得了较快的发展[1]。研究烟台不透水面具有重要意义。为了减少误差，采用了2000年5月6号的TM影像和1990年5月2号TM遥感影像为数据源。主要以Ridd的V-I-S模型理论基础，选择了光谱混合分析法,来对烟台市的2000年和1990年TM影像进行不透水面的提取研究。将1990年和2000年影像中的第1，2，3，4，5，7六个波段合成一个多波段影像，然后将亮度值转化为辐射值,然后将光谱辐射值转化为反射率，转化为反射率后地物的光谱特性具有典型性，能很好的识别地物。研究区中如果含有低反射率的水域,或者高反射率的云和沙地,会对不透水面信息的提取产生干扰。为了使后续的光谱混合分析更为准确,需要对城市内的其他河流、湖泊等水体进行掩膜剔除,以确保研究区内的像元都是植被、不透水面和土壤这3类地物的组合。水体的掩膜主要采用修正归一化水体指数(MNDW I)[2]法。利用改进的归一化差异水体指数(MNDWI)提取水体信息的研究在对归一化差异水体指数(NDWI)分析的基础上,对构成该指数的波长组合进行了修改（应用第2和第5波段）,提出了改进的归一化差异水体指数MNDWI(Modified NDWI),MNDWI可以很容易地区分阴影和水体,解决了消除水体提取中阴影的问题。为了确保研究的地类是不透水面，土壤和植被需要将提取的水体进行掩膜，然后利用线性光谱混合模型提取不透水面，最常用的方法是最小噪音分量变换（MNF）和纯净指数计算（PPI），然后进行终端地类收集，线性光谱分解。这样就实现了不透水面的提取。由于遥感图像在几何位置上发生了变化，产生诸如行列不均匀，像元大小与地面大小对应不准确，地物形状不规则变化等畸变时，即说明遥感影像发生了几何畸变。为了使影像与烟台政区图一致，需要对影像进行几何校正。通常几何校正通过选取地面控制点和利用多项式纠正模型来实现的。为了保证1990年和2000年的感兴趣区完全一致，在计算不透水面时减少人为的误差，需要现将这两副影像进行几何校正，然后使校正后的图像与烟台政区图在进行几何校正。按照烟台政区图对图像进行切割，选取烟台的芝罘区、莱山区和福山区为感兴趣区。通过对2000年和1990年烟台市区不透水面的研究发现：1990年到2000年期间,烟台市建成区不透水面面积有了显著增加,十年间不透水面增加了近三百平方千米，增加的区域主要集中在莱山区的北部、福山区的北部和芝罘区的黄务。导致发生这个结果的原因有两个：一是城市规划，二是城市空间上的扩展。所有这些变化与城市经济的发展是分不开的。莱山区不透水面面积的扩大与城市规划有直接关系，作为市政府的所在地，莱山区必然会加强基础设施如道路的建设，使其成长为真正的政治中心。城市建设突飞猛进，所以不透水面的面积显著增加。以千亩海水浴场为主的旅游事业的发展使得与旅游相配套的道路、旅馆、酒店、疗养度假休闲中心等的大量兴建，而所有的这些均使得莱山区不透水面的面积增大。莱山区是烟台市智力最密集的区域，有5所高校坐落于此，随着高校招生的扩张，高校教学楼、实验楼及运动场所的兴建都使的该地区不透水面的增加。作为烟台的老城区，芝罘区也发展迅速，人口的增加使芝罘区的建筑面积向黄务扩展。黄务地区工厂迅速兴建，厂房与住宅的建设使得该地区的不透水面上升。福山区位于山东半岛东北部、黄海之滨，北部靠海地区，旅游业发展迅速，一些旅游设施的兴建以及与旅游配套的道路、旅馆、酒店等的建设都使得城区不透水面的上升。综合莱山区、芝罘区和福山区不透水面的变化，我们会发现城市不透水面面积的扩大主要是由城市规划、管辖范围内高校的扩张、旅游业的发展引起的。

本论文以TM影像为数据源，经过最小噪音分量变换、纯净像元指数计算、终端地类收集，在线性光谱模型的基础上对烟台市主城区不透水面进行了提取并进行了空间分析，得出了以下结论：首先，针对烟台城区地物光谱特征，四种端元模型可以很好的表达。就烟台城区而言，有高反射率、低反射率、土壤和植被四种端元。城市不透水面是高、低反照率的盖度之和。其次，通过对1990年和2000年烟台城区不透水面的比较发现，城市不透水面的面积在扩大，说明城市在扩张，生态环境的质量在下降。再次，利用线性光谱模型分解计算城市不透水面时，还存在一些因素限制精度，例如高低反射率的确定以及与不透水面的关系等需要进一步研究。最后，由于影像与政区图不是一个时期的，进行几何校正以及按照行政界限选取感兴趣区时会有误差的存在，所以对两个时期的不透水面面积没有进行精确计算，只是进行差值计算来看城市不透水面的变化。总之通过不透水面分布的空间差异揭示了城市土地覆盖空间结构以及城市空间扩展的变化，具有很强的现实意义。