江西省城镇建成区时空变化遥感监测及驱动因素研究

摘要

城市化是当今时代重要的社会经济现象。现代城市凭借区位优势聚集了人口、经济及自然资源，其扩张代表着区域政治、经济、科技、文化等重心转移。近年来，城市化进程的快步推进成为各个国家和地区建设发展的重要成果。然而，伴随着城市用地的迅速外扩，区域发展不平衡、城乡差距拉大、城市资源承载力饱和等问题日益突出，引发了越来越多的关注和思考。其中，建成区作为城市土地覆盖的主要类型之一，直接反映了人类活动的活跃程度及城市的建设水平，其变化对城市经济发展、资源利用及生态环境保护有着不容忽略的影响。因此，区域尺度的城市建成区动态监测工作对于了解城市发展进程、评估城市用地水平、制定更合理的城市建设策略具有重要价值。 遥感是研究大范围土地利用变化的主要技术手段之一。在城市研究领域，应用遥感数据能有效提取区域尺度的城市建成区范围，研究其变化对于监测城市时空格局演变具有重大意义。本文以地形复杂、城市发展基础薄弱的江西省为研究区，基于Landsat影像进行支持向量机(Support Vector Machine，SVM)分类，并引入DMSP/OLS夜间灯光数据对结果进行了优化，从而实现对研究区1995～2015年的建成区时空动态监测。在此基础上，对江西省城市建成区的空间扩张特征进行定量描述与动态提取，并结合经济、人口、交通等多源信息对城市用地扩张的驱动因素进行分析。研究对省级尺度上城市建成区提取方法和空间扩张分析做了一定的探索，对于区域及更高尺度的城市研究具有一定借鉴和参考意义。 论文的主要研究内容与结论如下: 1)夜间灯光数据对于区域尺度的城市信息获取具有独特优势。本文采用形态学运算识别夜间灯光影像上的城市边界，能有效过滤掉城区范围以外的无关噪声。联合Landsat与DMSP/OLS数据提取建成区的总体空间精度达到92％，比单独利用Landsat监督分类精度提升13％;另外，提取结果与统计数据存在显著的正相关关系(R2=0.795)，说明了该方法在江西省具有良好的适用性，提取结果可以用于省域建成区时空动态定量分析; 2)在遥感提取的基础上对江西省近20年建成区的扩张时空特征进行分析，发现江西省在2005年后城市扩张明显提速，然而整体的扩张强度较低，存在明显的“南低北高”的区域差异。另外，江西省的建成区扩张方向主要集中在正北、正东和西南方向，正西和西北方向的建成区则在2010年后呈现了加剧扩张的趋势。统计江西省各城市的建成区空间格局指数，发现江西省城区总体结构松散，以主城区向外扩张的建设方式为主，同时城市内建成区之间的空间联系在逐渐加强; 3)分析江西省的城市扩张的驱动因素发现:江西省城市建成区扩张受政府的发展规划与战略引导，其中城市群及相应经济区的设立可以有效促进当地城市的发展建设。另外，江西省的新增建成区主要集中在地势较低的平原地带，且与人口数量、经济发展呈现显著的正相关关系。城市外部的铁路、公路等交通干线可以带动城市用地的扩张，而城市内部的路网密度也与建成区扩张强度趋势吻合。另外，多中心结构的城市能更好地促进城市的综合发展。

目录

声明

摘要

1．1研究背景和意义

1．2国内外研究现状

1．2．1 基于夜间灯光数据的城镇提取

1．2．2 多源遥感数据结合的城镇提取

1．2．3 城市扩张动态分析

1．3研究内容及技术路线

1．4论文结构安排

第2章研究区域和数据预处理

2．1研究区域概况

2．2遥感影像采集与预处理

2．2．1 Landsat遥感影像数据

2．2．2 DMSP／OLS夜间灯光数据

2．2．3 NPP／VIIRS夜间灯光数据

2．3 统计数据

2．4 OSM数据

2．5 DEM数据

2．6其它辅助数据

2．7 本章小结

第3章联合Landsat与DMSP／OLS数据的城市建成区提取

3．1基于Landsat数据的城市信息提取

3．1．1 支持向量机算法原理

3．1．2 Landsat影像的城市建成区提取

3．2 基于DMSP／OLS数据的城市信息提取

3．2．1 检测城市用地范围的形态学方法

3．2．2 夜间灯光影像的城市建成区提取

3．3 结合两种遥感数据的城市建成区提取结果优化

3．3．1 多传感器数据联合方法的优势分析

3．3．2江西省建成区提取结果优化

3．3．3时序提取结果修正

3．4提取结果精度验证

3．4．1数值验证

3．4．2空间及优化效果验证

3．5 本章小结

第4章江西省长时序城市用地变化分析

4．1 江西省城市发展总体特征

4．2城市扩张空间特征分析

4．2．1 江西省建成区重心迁移

4．2．2 江西省建成区扩张空间分异特征

4．3 城市扩张形态特征分析

4．4 本章小结

第5章江西省城市扩张驱动因素分析

5．1 自然条件

5．2政府行为因素

5．3社会经济因素

5．3．1 人口增长

5．3．2 经济发展

5．4 交通因素

5．5城市结构因素

5．6 本章小结

6．1 总结

6．2不足与展望

参考文献

攻读硕士期间科研与论文情况

致谢