基于高分影像的长春市下垫面时空变化特征

文/赵莹

1 引言

改革开放以来，我国城市化发展迅速，城市建设导致城市内部土地覆被状况发生巨大变化。人工不透水面是城市地区的典型特征，城市化的一个重要表现就是不透水面分布比率的上升。本研究以2009、2013和2016年亚米级高分辨率遥感影像为数据源，选取包括建筑物、道路、植被、裸土、水体、人工硬质地面以及耕地七种典型地类对长春市中心城区进行面向对象法遥感解译。以eCognition软件为平台，基于不同地物类型的特点，构建出适合识别不同类型地物的多尺度网络层及分类规则集。从而完成遥感信息的有效分类和提取，获得各种城市下垫面用地信息。

2 研究成果

2.1 时序变化

图1：2009地物分布

图2：2013地物分布

图3：2016地物分布

图4：建成区方位

2009、2013、2016 三个年份的长春市中心城区下垫面结果如表1所示。植被、硬质地面、道路和房屋在近十年中整体持续增长，但从年均增长率看，植被和硬质地面在2013到2016年间年均增长率分别为3.9%和6.1%，均高于其各自在2009到2013年间年均增长率2.0%和4.2%。虽然房屋在近十年中整体呈增长趋势，但明显前四年中年均增长率很高为5.7%，而后三年基本保持平稳，增长率仅为0.42%。市政道路在2009年到2016年中呈现出小幅稳步的上升趋势，同样是先快速增长，后有所下降，年均增长率前后分别为4.2%和2.6%。水体、裸土和耕地整体表现出不同程度的下降趋势。水体略有缓慢的下降，在中心城区中整体占比基本保持不变，在3%左右。裸土在2009年到2013年期间降幅很小，而2013年到2016年降幅较明显，减少率分别为0.4%和8.3%。降幅最为明显的则是耕地面积，从2009到2013再到2016年，基本都保持年均10%左右的下降趋势。整体上看，不透水层从2009年的34%增长至2016年的46%，城市扩张现象很明显。

表1：中心城区下垫面解译统计结果

2.2 空间变化

三个年份各类地物的整体空间分布如图1、2、3所示。其呈现出中心建设用地不断向外扩张，外围耕地不断缩减的趋势，其中南部耕地减少的现象更加明显。为了进一步分析长春市建成区的布局及扩张特点，构建覆盖中心城区范围，边长为100m的正六边形格网，分别求取2009、2013以及2016年各年中道路、房屋、硬质地面这三种不透水地物在每个格网中的面积，进而求出各格网的不透水比率。根据以往研究成果取不透水比率超过30%的格网覆盖范围作为建成区。2009、2013以及2016年的建成区面积分别为278.25km2、327.59km2以及 374.69km2。

选取不透水比率高于30%的正六边形地块划分建成区范围后，利用等扇分析法研究三个年份城市用地的分布特征、扩展主导方向和幅度。从建成区方位图4中可以看到，2009年长春市中心建成区各方位建设差异还较小。2013年时，面积较小的方位基本没有变化，在西南方向和东北偏北方向建设面积增加的较多，各方位差异加大。2016年时建成区整体范围越来越接近东北西南方向延伸的椭圆形。2009-2013年间建成区主要扩展方向为东北和西南方向，建成区面积年增长率在5%以上。南部和西北方向扩展强度很低，在2%以下。2013-2016年间建成区主要扩展方向变为南部方向，且增长率高达10%以上。西北方向同样是建设发展最缓慢的方位。

3 总结

本次研究通过对不同时间序列的遥感影像进行城市下垫面分类提取，利用成果把握了城市发展变化特征，为城市规划、分析等工作提供了较好的数据基础。同时为城市建成区划定提供了新的提取方法与思路。但成果更加适合宏观尺度的趋势性特征分析，精细分类及提取研究需要进一步开展相关工作。