王晶，刘锦

(1.中国矿业大学(徐州)环境与测绘学院，江苏徐州 221008； 2.淮海工学院测绘工程学院，江苏连云港 222005)

基于多时相遥感数据的连云港城市扩展监测
——以新浦区为例

王晶1，2∗，刘锦2

(1.中国矿业大学(徐州)环境与测绘学院，江苏徐州 221008； 2.淮海工学院测绘工程学院，江苏连云港 222005)

利用多时相TM/ETM＋影像，提取不同时期连云港市新浦区城市边界，借助GIS技术对新浦区城市扩展动态特征进行分析。结果表明，1989年～2007年间，新浦区城市用地面积持续增加，扩展强度总体增强，2001年～2007年间的城市扩展规模最大；新浦区城市扩展具有明显的空间分异特征，城市中心总体向东北方向偏移；紧凑度逐渐减小，分形维数逐渐增大，城市空间形态日益复杂。

城市扩展；城市边界提取；遥感图像；连云港市

1 研究区概况和数据来源

1.1 研究区概况

连云港在东经118°24′～119°48′和北纬34°～35° 07′之间。东西长129 km，南北宽约132 km，水域面积1 759.4 km2。连云港东濒黄海，素有亚欧大陆桥东方桥头堡之称；辖东海、灌云、赣榆、灌南四县和新浦、海州、连云三区及国家级经济技术开发区。连云港市整个地势自西北向东南倾斜，境内平原、海洋、高山齐全，河湖、丘陵、滩涂俱备。连云港市新浦区是全市的政治、经济、文化中心。新浦区位于东经119°10′和北纬34°36′，处于蔷薇河下游，南与灌云县接壤，西与东海县交界，西南与海州区为邻。全区地形呈菱形，东南部为南云台山地区，西部为河流与海积共同作用形成的海积平原。地貌形态有山地、山前平原、平地、微倾斜平地、洼地、古海道、海漫淤和低平地等。土质除山区外，多为粉砂淤泥，盐渍化较严重，粘性大。

1.2 数据来源

卫星遥感对地观测技术的不断发展使得遥感影像成为研究城市在时间序列扩展变化的最佳数据。Landsat卫星影像可以较好地识别不同地物特征，特别是建筑物、构筑物等组成的城镇建成区，因此被广泛地用来研究城市空间的扩展[1]。研究中使用了4幅美国陆地卫星影像即TM(1989年3月10日、1995年4月20日和2007年5月7日)和ETM＋(2001年3月8日)。其他的数据源包括连云港市1∶5万地形图。

2 遥感图像预处理

2.1 影像几何精校正

在遥感影像上均匀的选取28个控制点，控制点一般选取在道路的交叉口、水坝、桥梁、河流拐弯处及河岸的角点、湖泊的中心等位置。本文采用二次多项式校正法进行精校正，采用双线性内插法进行灰度重采样，先对1995年的遥感影像进行几何精校正，总的RMS误差控制在0.5个像元内，然后再以校正好的1995年遥感影像为基准，分别对其他影像进行影像到影像的几何配准，控制点的总RMS控制在0.5个像元内。这样经过几何精校正和几何配准，4个时相的遥感影像不但消除了几何畸变，还具有相同的投影信息和地理空间坐标。

近年来，我国的建筑业得到了广阔的长期发展。现场施工管理问题得到了更多关注与重视，现场施工管理质量关乎到整体工程的稳定性与安全性。工程施工现场管理工作应该运用科学合理的信息化管理模式，确保工程质量的同时为施工企业节省经济资本，使施工企业获得社会效益与经济效益双丰收。所以，总结现阶段施工现场信息化管理过程中的优点，创新信息化管理意识与相关落实措施，为以后我国的建筑工程现场施工质量的提高奠定有力的基础保障。

2.2 遥感影像增强处理

图像空间增强—锐化增强处理和图像辐射增强—查找表拉伸处理，通过该处理突出感兴趣的图像信息，使图像更清晰。图1为遥感影像增强处理前后的对比。

图1 增强处理前后局部影像对比(左为处理前影像，右为处理后影像)

3 城市边界提取

城市边界空间变化情况对城市扩展研究非常重要。这里城市边界不是通常意义上的城市行政单元，而是指城市行政区内实际已成片开发建设、市政公用设施和公共设施基本具备的地区，而非通常概念上的城市行政边界。本文采取人工目视判读方法提取城市边界。在Erdas中提取出连云港市新浦区1989年、1995年、2001年和2007年的新浦区城市边界，并将边界导入ArcGIS中，查看属性获取边界区域面积。在进行城市边界提取时，遵循以下原则:城市实体保持空间上的连续性，将城市内部较小的、非城市用地的地块以及城市内部的水体都划到城市实体内，较大的其他地块(如林地)则予以排除。有争议边界则需要进行外野调绘。

为了研究城市扩展的变化情况，需要对不同时期的边界信息进行叠加分析。叠加分析是研究土地利用变化的一个重要手段，叠加分析应用于城市扩展研究中可以定性、定量地分析城市扩展情况和变化规律[2]。因此，应用叠加分析技术，将连云港市新浦区4个时期的城市边界在ArcGIS中制作城市扩展叠加分析专题地图，如图2。

图2 连云港市新浦区城市扩展叠加分析专题地图

4 城市扩展动态特征分析

4.1 城市扩展数量分析

根据1989年、1995年、2001年、2007年4个时相的遥感影像，对连云港新浦区的遥感监测分析发现，新浦区扩展速度较快如图3所示，1989年～2007年间城市面积扩展了52.664 km2，平均每年扩展2.926 km2，年均扩展速率为11.7%。

图3 连云港市新浦区1989年～2007城市面积变化情况

4.2 城市扩展空间变化分析

为全面反映连云港市新浦区城市扩展的空间变化特征，本文选择城市空间扩展研究中常用的指标，城市扩展强度、城市中心坐标、紧凑度指数和城市用地分形维数对新浦区城市扩展进行综合分析，进而揭示城市扩展的空间演变规律[3]。

(1)城市扩展强度指数

城市扩展强度指数是指单位时间内土地面积变化的幅度，是反映城市扩张空间变化的一个重要指标。通过分析城市扩展强度指数可定量地比较城市扩张的程度及速度，其表达式为:

式中:R为研究末期城市扩展强度；Ub为研究末期城市用地面积(km2)；Ua为研究初期城市用地面积(km2)；T为间隔时间(a)[4]。不同时期连云港市新浦区城市扩展强度指数如表1所示。

不同时期连云港市新浦区城市扩展强度指数 表1

(2)城市中心坐标

城市中心坐标是指通过研究不同时期城市中心的迁移情况，可分析城市空间变化规律。通过ArcGIS 9.3可以方便的获取城市区域中心坐标。不同时期连云港市新浦区城市中心坐标变化情况如表2所示。

不同时期连云港市新浦区城市中心坐标变化情况 表2

(3)城市紧凑度指数

紧凑度是反映地物形状的参数，紧凑度的变化可表征城市用地扩展的空间特征，其表达式为:

式中:C为紧凑度；At、Pt分别为第t年城市用地面积(km2)和周长(km)。C值在0～1，其值越大，表明地物形状的紧凑性越好，反之越差，圆是形态最紧凑的图形，其紧凑度为1[3]。不同时期连云港市新浦区城市紧凑度指数如表3所示。

不同时期连云港市新浦区城市紧凑度指数 表3

(4)城市用地分形维数

城市用地分形维数用来描述城市边界形状的曲折性和复杂性，它反映土地利用形状的变化及土地利用受干扰的程度，计算公式如下:

式中:St为第t年城市用地区域的分形度；At、Pt分别为第t年城市用地面积(km2)和周长(km)。分形维数值的理论范围在1～2，维数越大表示图形形状越复杂，当维数小于1.5时，说明图形趋于简单；当维数等于1.5时，表示图形处于布朗随机运动状态，越接近于该值，稳定性越差；当维数大于1.5时，则图形趋于复杂[3]。不同时期连云港市新浦区城市分形维度变化情况如表4所示。

不同时期连云港市新浦区城市分形维度变化情况 表4

5 结 论

通过上述指标的分析和统计，从表1可以看出，连云港市新浦区总体来说扩展强度是增大的，特别是2001年～2007年间，城市高速发展。而利用表2中的城市中心坐标，制作不同时期城市中心变化情况专题地图可以看出城市中心的变化情况，城市中心逐步向东北方向偏移。表3、表4表明，连云港市新浦区城市紧凑度随时间不断减小，分形维数随时间不断增大。这说明新浦区虽然城市空间形态日益复杂，但总体趋于简单，稳定性较差。今后，应发展补齐边界区域，减小分形维数、增加紧凑度，从而在一定程度上提高城市服务职能的效率。

由图2连云港市新浦区城市扩展叠加分析专题地图可知，新浦区在1989年～2007年这18年间，向各个空间方位均有所扩展，但扩展程度不同。向北扩展面积最多，速度最快。向南扩展其次，在其他空间方位上虽有扩展，但扩展面积都不多。有很少部分越过蔷薇河向西发展，也有一小部分向云台山系扩展。城市扩展主要沿着交通干道和河流的延伸方向推进，城市增长呈南北走向。

[1] 赵昕，胡召玲.感技术在城市扩展中的应用研究——以苏徐州市为例[J].徐州师范大学学报.2006(6):67～70

[2] 潘洁晨，胡友健，王冬梅.遥感影像用于城市扩展监测的研究[J].地理空间信息，2008，6(2):111～113

[3] 王厚军，李小玉，张祖陆.1979－2006年沈阳市城市空间扩展过程分析[J].应用生态学报，2008，19(12):2673～2679

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

[5] Wang Xinsheng，Liu Jiyuan，Zhuang Dafang.Spatial－temporal changes of urban spatial morphology in China[J].Acta Geographica Sinica，2005，60(3):392～400

[6] Cai Bofeng，Zhang Zengxiang，Liu Bin.Spatial－temporal changes of Tianjin urban spatial morphology from 1978 to 2004[J].Journal of Geographical Sciences，2008，26(2):500～510

Dynamic of Urban Expansion in Lianyungang City Based on the Multi－time－phase Remote Sensing Images:a Case Study of Xinpu District

Wang Jing1，2，Liu Jin2
(1.China University of Mining and Technology，School of Environment and Spatial Informatics，XuZhou 221008，China；2.Huaihai Institute of Technology，Lianyungang 222005，China)

Based on the Multi－time－phase TM/ETM＋remote sensing images，the urban border of Xinpu district of Lianyungang in different periods was extracted by RS method，and the urban expansion dynamic characteristics of Xinpu district was analyzed by the GIS technique.The result revealed the urban build－up area was on the increase.Meanwhile，the expansion rate in Xinpu district was increased during 1989 and 2007，The urban expansion obviously showed the spatial heterogeneity，with the city center moving to the northeast.At the same time，the compact index was decreasing，while the fractal index was increasing.This situation implied the urban spatial configuration has become more and more compliable.

urban expansion；extract of urban border；RS；GIS；the city of Lianyungang

1672－8262(2011)01－81－03

P237

A

2010—10—15

王晶(1978—)，女，教师，在读研究生，主要从事遥感及摄影测量应用研究。

国家自然科学基金(41004003)