毕业设计（论文）-基于卫星遥感影像的城市拓展研究.doc

英文摘要提供全套毕业论文，各专业都有毕业设计题目名称： 基于卫星遥感影像的城市拓展研究 学生姓名： 院 (系)： 地球科学学院 专业班级： 地信10901班 指导教师： 时 间：2013年2月25日 至2013年6月17 日vii目 录任务书. 开题报告指导教师审查意见评阅教师评语答辩会议记录中文摘要英文摘要前言1 绪论11.1选题背景及意义11.2国内外研究方向11.3论文的主要工作、技术路线和方法52 研究区域概况和数据预处理72.1 研究区域概况72.2 相关数据处理软件介绍92.3 数据准备112.4 数据预处理123 研究区域遥感影像分类和城区拓展图处理143.1遥感影像分类基本理论143.2 研究区域影像分类研究153.3 城区拓展图处理174 武汉市城区拓展分析194.1武汉市城市拓展面积和速率194.2 武汉市城区扩展空间格局的动态分析204.3 武汉市城区拓展过程的土地利用类型转化分析204.4 武汉市城市拓展的驱动力分析224.5 武汉市城市拓展模式分析275 总结295.1 研究结论295.2 启示29参考文献30致谢32基于遥感卫星图像的城市拓展研究 学 生：闾妍宇 地球科学学院地信10901班指导老师：陈华军 地球科学学院【摘要】：城市是人口、资源、环境和经济等要素高度聚合的统一体。随着经济的高速发展，城市化水平不断提高，城市规模日益扩大，其发展和变化也日新月异。过去城市边缘的土地类型伴随城市的扩张逐渐演变为城市用地，城市扩展类型也根据地区具有的不同特点由单一性朝着多样化的方向发展。相对传统方式分析土地类型的变化存在效率低，耗费高的缺点。通过遥卫星感图像分析城市扩展的变化趋势，可以及时、全面筛选出城市拓展的变化趋势，并且通过相关数据预测城市在未来一段时间内的发展方向。武汉市是中国内陆地区最繁华都市及国家区域中心城市，是中国内陆最大的水陆空交通枢纽。改革开放以来，武汉市依靠传统优势，城市发展日新月异。作为区域性国家级都市，武汉市经过30多年的发展，正在进行城市发展转型，交通枢纽、工业基地、科教中心、经济都市和生态宜居城市。利用遥感技术指导城市建设发展，同时遥感卫星实时获取功能，直观的反映城市发展变化。结合相关环境、社会经济统计数据和武汉市城市规范发展纲要，为武汉市城市拓展提供数据支持和指导。本文通过landsat7 tm/etm+卫星遥感影像，erdas遥感处理软件，arc view软件，在已校正的遥感图像的基础上，进行图像裁剪、增强、融合处理，通过监督分类法对武汉城区土地利用分类结果图像进行矢量叠加处理，得出武汉城区动态变化趋势和规律。最后结合武汉市城区的人口、经济、城市规划等数据，分析出武汉城区过去的城市扩展规律和未来的发展趋势。【关键词】：卫星遥感 tm影像 erdas 监督分类 城市演变 based on remote sensing satellite image of the city to expand researchstudent: lv yanyu school of geoscience, yangtze universitysupervisor: chen huajun school of geoscience, yangtze universityabstract：urban population, resources, environment, and economic factors such as highly polymerized unity. with the rapid economic development, urbanization has improved continuously, the increasing size of the city, its development and changes with each passing day. types of land past the edge of the city accompanied by the expansion of the city evolved into urban land use, urban expansion type is also based on the different characteristics of the region has diversified direction towards unity. compared with the traditional way of analyzing changes in the type of land there is low efficiency, high cost disadvantage. satellite remote sense image analysis through urban expansion trends, in time, a comprehensive screening of urban development trends and related data to predict the city through a period of time in the future direction of development.wuhan is chinas inland areas of most prosperous cities and national and regional central city, is chinas largest inland surface and air transportation hub. since reform and opening, wuhan city, relying on traditional strengths, the rapid development of the city. as a regional state-level city of wuhan city after 30 years of development, the ongoing transformation of urban development, transportation hubs, industrial base, science centers, economic urban and livable city. using remote sensing techniques guide urban construction and development, real-time access to remote sensing satellites simultaneously function directly reflect changes in urban development. combined with relevant environmental, social and economic statistics and wuhan urban development outline specification for wuhan urban development to provide data support and guidance.this paper landsat7 tm / etm + satellite imagery, erdas remote sensing processing software, arc view software, corrected remote sensing image based on image cropping, enhancement, integration process, through supervised classification method wuhan city land use classification resulting image vector-stacking process, come to the city of wuhan changing trends and patterns. finally, wuhan citys population, economy, urban planning and other data, analysis of wuhan city in the past urban expansion law and trend of development in the future.key words：satellite remote sensing tm image erdas supervised classification urban development前言前 言我国的城市化进程不断加快，城市所在的区域土地利用/土地覆盖发生了巨大变化。城市人口急剧增多，城市化水平迅速提高，城市的“面貌”不断发生变化，“内部结构重组”和“外围地域扩展”成为当今城市空间复杂结构变化的主要方式。面对这样一个迅速变化的复杂的城市系统，如何及时、准确的掌握其土地利用变化情况成为一个急需解决的问题。传统的土地利用调查多数仅限于对土地利用现状的调查，且周期长、费用高、费时、费力，一次调查资料供多年使用，显然应用这种过时的、利用价值较低的信息很难对城市建设进行跟踪监测，也不利于对城市发展进行科学、有效的动态管理。遥感，作为一门先进的科学技术，可为城市土地利用动态变化研究提供多时相、大范围的实时信息，成为研究城市扩展的有力手段之一。同时，遥感数据的广域性、周期性等特点，结合计算机的图像处理、分析和模式识别技术，使其在土地利用监测中得到广泛应用。通过不同时相的遥感图像，可以方便快捷地获得土地利用变化的类型、数量和位置，利用这些变化信息，既可以对前期开发治理效果进行正确评价，也可以指导今后的开发治理规划，促进城市的可持续发展和协调发展。因此，随着科学技术的发展，城市土地利用的遥感动态监测技术成为研究城市结构变化及向外扩张的重要手段之一。本文以武汉主城区为研究对象，分别选取了1990年、2000年和2006年不同时相的卫星遥感影像为主要数据源，以遥感分类为主要的获取信息手段，定量分析了武汉市19902006年城市建设拓展情况，并结合相关数据，分析该地区在19902006年间城市拓展特点。本文主要研究内容包括：1.城市拓展用地信息提取。通过对三期遥感影像的几何纠正、研究区域裁剪、图像增强等预处理，使用基于最大似然法的监督分类进行城市建设用地的信息提取。2.城市拓展过程中城市用地的时空变化和机制研究。分析了武汉市城市拓展面积与速度，同时研究了城市拓展的空间分布和变化规律。结合本区域的社会经济资料研究分析该区域城市拓展的驱动力机制。本文的主要结论是：武汉市城市拓展方向、速度、模式受到武汉本身自然条件、社会经济条件、交通、人口等因素的制约。首先，自然地理条件决定了武汉市的沿长江向两岸纵深式发展，而具体的社会经济状况对城市建设起到进一步推进作用。作为华中地区及长江中游地区的核心辐射城市，武汉市在城市发展的过程中既要发挥传统的优势又要协调城市建设与生态之间的关系以及城市建设特色化，充分发挥城市土地利用率，走可持续发展道路。1.绪论基于遥感卫星图像的城市拓展研究1 绪论遥感是应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。1.1选题背景及意义18世纪中叶以来，随着工业革命的推进，城市化进程逐步加快，极大的推动了社会进步，促进了社会经济发展，城市也成为社会政治、经济、文化和社会活动交流的中心，是人类文明进程的重要体现。但城市化水平的提高，城市规模的急剧膨胀，城市化过程中的负面因素开始逐渐显现“城市病”出现和城乡发展失衡。城市化的发展必然造成城市空间扩展，城市用地紧张和城市人口爆发式上升。城市的协调发展也是现今学者们研究的重要方向。对于城市这样一个规模庞大、结构复杂、动态变化的开放系统，必须根据其变化情况调整城市的规划和管理方案。这就需要利用先进的信息获取技术及决策支持系统对城市的发展进行有效的检测，以便及时地掌握城市发展进程中的各种新信息、新资料、新变化，促进城市的可持续发展和提高城市的管理水平。遥感技术具有对城市的现状与发展进行快速地调查和监测的优势,而数据处理分析系统具有多种数据综合分析的能力。因此，遥感技术已经成为现代城市的合理规划建设与管理和解决城市发展中所出现的各类问题的重要手段。与传统的技术手段相比，具有实时性、可靠性。1.2国内外研究方向1.2.1 国内外发展现状城市拓展研究一直都是城市研究的主要领域，也是衡量城市化水平的主要测度指标。人们视图藉此分析、揭示城市用地形成和演化的内在和外在驱动机制，比较不同类型城市拓展的特征差异。从国内外有关文献检索来看，有关城市用地规模拓展，以及gis和rs技术在城市研究中的应用均有一定的成果。目前，国内外对城市拓展研究主要集中在以下三个方面：一是研究城市拓展的规律和形式；二是城市拓展的驱动力机制的分析研究，即分析推动城市地域拓展的原因是什么；三是针对城市拓展所应采取的措施。1城市拓展模式研究对城市土地利用现状模式进行较早研究的以伯吉斯、霍伊特、哈里斯、乌尔曼为代表的芝加哥人类生态学派主要是采取历史形态学的特征描述和归纳的方法来概述城市用地空间分布特征，提出了学术界誉为三大经典城市土地利用理论：同心圆模式、扇形模式和多核心模式。它们与轴向增长模式以及后来的三地带理论等都成为人们直观认识城市用地模式的经典理论。我国的城市土地利用拓展模式研究的开展时间不是很长，主要是从总结我国城市发展的空间过程进行的描述性的总结，还没有向解释性的模型化方向延伸。主要是从80年代后期开始有大量的研究进行，其中保持城市形态分类、演变阶段、城市扩展方式和速度、城市扩展的主要影响因素，城市扩展预测和模拟等。最早对此进行比较系统研究的武进指出，我国城市形态演变方式主要有四种，即由内向外的同心圆式连续扩展、沿主要对外交通成放射式扩展、跳跃式组成团扩展和低密度蔓延。他将城市外部空间演化分为点状形式、轴向扩展、伸展轴稳定、内向填充和再次轴向伸展五个阶段。姚士谋等研究了城市空间扩展过程与模式，提出城市空间扩展的两个模式：1、集中型密集发展模式，又称为城市连片集中“摊烧饼”的发展模式，2、城市沿交通轴线选择有利方向呈带状发展的模式；薛东前厌倦了城市土地扩展规律，以西安为例，在城市土地扩展基本理论模式基础上，提出西安以圈层式和飞地式扩展并重的基本理念；指出西安市土地扩展的要素特征和阶段划分；刘纪远等研究了凸壳原理对城市空间扩展类别的识别方法，提出了利用该方法可以区分城市扩展的两种类型，即填充型和延伸型；并对城市形态的紧凑性进行了研究。2城市扩展机制研究导致城市土地利用扩展变化的因素有自然和社会经济两大类，各学派都有较多研究。自然因素影响相对稳定，发挥累积效应。社会经济因素受到大多数学者关注。在人类驱动力方面，哪些是主要驱动力，并未取得一致意见。国内对城市扩展的动力机制众说纷纭，刘盛和则全面总结了西方学者在这方面的成果，认为总体上可以分为5大类机制：动力因素、“自然”机制、市场机制、社会价值机制、政治权力机制。顾朝林等则从系统动力学入手，认为城市土地利用是城市内部与外部社会、政治、经济、技术等多种因素作用的结果，是这些要素在城市土地上的反映，在自由市场体制下，这一动态过程归因于土地级差收益。它包含四方面的动力，即社会经济动力、国家意识形态的影响、生产方式和技术创新、生态环境意识的提高。姚士谋等研究了城市空间扩展过程与模式，提出影响城市发展的三个因素和影响城市发展的因素有：1.自然地理条件对城市用地发展的适合程度；2.城市公用设施和运输系统扩展的可能；3.现代城市土地用地的影响。薛东前研究了城市土地扩展规律和约束机制，认为产业结构升级和人口扩散为核心的经济发展是城市扩展的内在动力，外部推力是交通联系，中间力量是管理规划。3城市扩展动态的gis和rs研究遥感技术作为一种快速获取城市现状基础资料的重要手段，己经在城市调查、监测、城市规划与管理中占有重要的位置。遥感应用于城市环境研究最早是从1958年法国开始的。到上世纪80年代，随着传感技术和航天技术的发展，应用航空像片和卫星影像进行城市专题研究也日趋成熟。大量的彩色、热红外遥感技术被应用于城市扩展分析、城市环境监测与评价以及城市化进程评估等众多方面。1985-1995年，我国先后在太原、大连、广州等90多个大中城市陆续进行彩红外摄影的航空遥感。对城市化与生态、环境问题进行了比较深入的调查研究。进入90年代以后，中国城市遥感开始向纵深发展。其趋势:一是追溯城市化的过程和演变的历史，探索城市发展的动向，为制订城市发展规划提供科学依据:二是从遥感监测推进到建立城市地理信息系统，遥感不仅作为城市信息系统的主要信息源，而且作为定期动态监测，不断更新数据库的经常业务系统。1999年国土资源部对全国66个城市的土地利用/覆盖进行了动态监测，摸清了各城市的土地利用/覆盖状况以及由才城市扩展而被侵占的耕地数量为今后我国城市的发展提供了有力的参考。地理信息系统是采集、存储、分析和显示地理信息的计算机系统，地理信息系统与遥感、全球定位系统、计算机相结合，具有对时空信息的综合处理能力、对现实世界的模拟能力，并能产生和发现新的信息，为区域开发和宏观决策服务。目前，它在城市扩展中主要用于对基础资料的分析处理，输出成果图等。因此gis必须和rs，gps技术有机结合起来，才能发挥其各自最大的潜力。刘盛和、吴传军等用gis空间分析技术，利用图像叠加分析，揭示城市土地利用扩展的空间分异规律，阐明城市土地利用扩展中心和扩展轴的时空迁移模式。关于从遥感影像提取城市扩展数据，吴宏安提出了监督分类法和归一化裸露指数法(nobi)提取城市边界信息。戴昌达等利用tm遥感数据采用遥感影像分类与目视判读相结合的方法提取不同时期的城市边界，然后进行叠合嵌套得到城市扩展信息；潘卫华等也通过tm/etm+影像的遥感监测，利用仿归一化植被指数和计算机监督分类提取城区空间扩展信息；盛辉等人对不同时相的tm图像进行非监督的变化检测，得到二值化变化专题图，然后利用原始资料和调查数据对第二个时相的图像作监督分类，最后利用变化专题图与分类专题图叠加分析获取城市扩展情况；汪小钦采用遥感和地理信息系统一体化技术，对城市时空扩展进行动态监测和模拟，并结合区域社会经济统计数据，展开城市扩展特征分布和动力机制分析。现在对城市边缘区和城市扩展进行研究主要是采用遥感数据进行的，己有很多研究是应用遥感数据进行城市扩展和城市边缘带土地利用变化进行的。遥感、地理信息系统等新技术在城市空间扩展方面得到充分的应用，取得比较大的研究成果。利用遥感和地理信息系统等空间信息技术进行城市时空扩展监测和动态模拟分析是城市遥感的主要应用方向。1.2.2 存在问题虽然遥感技术发展非常迅速，但是在城市拓展方面的还是存在许多不足。1缺乏高分辨率的遥感资料。目前，中国城市地区尤其是旧城区中用地密集性交叉分布情况严重。由于缺乏严格而科学的规划，不同类型的城市用地紧紧相邻布局，甚至相互交叉混合。而且，中国城市地区不同类型的城市用地之间对比不强烈。2城市规划人员缺乏对遥感技术足够的认识和掌握。城市规划和遥感技术是两个独立发展的学科，跨学科的综合利用有待于进一步推广和完善。在城市规划领域，相关技术人员普遍缺乏对遥感技术的了解和掌握，以及对待遥感技术在城市规划中广阔应用空间的认识。目前，城市规划人员应用遥感资料主要是通过与遥感专业技术人员的合作来进行的，而遥感技术人员不一定具备相关的城市规划方面的专业知识和水平，遥感影像处理和分析过程中对信息的提取缺乏重点，影响遥感数据的充分利用。3遥感技术在城市拓展规划应用上不成熟。目前，国内已经建立许多不同规模的数据接收和处理系统，业务运行系统基本上都是基于rs和gis的集成应用系统，但是应用模型开发很不够。缺少面向城市规划评估和决策的专业应用模型。缺乏强有力的基础理论和运行性工具支撑，不能很好的满足城市规划方面的应用需求。在网络应用环境下各种软件、工具和数据库不能很好的集成。自主高精度数据资源缺乏，遥感业务系统的规范化和标准化不够。在不同业务领域和不同部门之间应用数据缺乏连续性和一致性。新的数据源和技术不能被原有的技术系统兼容。4遥感技术研究在城市拓展方面的不成熟。当前，目视解译仍是遥感图像解译的主要手段，必须大力发展专家系统基于多时相、多源遥感资料的变化检测、估计与分类是遥感应用出来中的共性关键技术。目前，存在变化信息提取方法单一、与人工目视水平有较大差异、自动化程度低等问题。确实数据平台和数据验证结果，影响遥感技术在城市拓展规划方面的研究个应用水平。在城市拓展规划方面，国产的遥感图像应用软件缺乏成熟和推广应用，缺乏网络应用环境下的各种软件、工具和数据库集成一体化研究。1.3论文的主要工作、技术路线和方法1.3.1 论文组织结构本研究以武汉市为研究对象,以遥感分类提取为主要的获取数据的手段。结合武汉市人口、经济等统计信息，定量地分析武汉市自上世纪90年代以来的城镇用地变化情况，分析该区域城镇扩展进程的规律。本研究着重介绍利用遥感分类提取的数据结合统计数据分析研究区城镇的用地扩展情况，并分析该区域城镇用地的扩展方向及其驱动机制。主要内容如下：第一部分：绪论。简述论文的选题背景及意义!研究综述!研究的技术路线与方法。第二部分：研究区域概况与数据预处理。对研究区的自然社会状况以及所获取的数据进行介绍，并就遥感数据进行预处理。第三部分：研究区域遥感影像分类和城镇信息的提取。对研究区域的遥感影像进行计算机分类处理并提取城镇用地信息。第四部分：研究区域城镇扩展分析。分析研究区域城镇用地现状，对比分析不同时期的城镇用地信息，获取研究区域的城镇用地扩展变化信息，并结合区域其他资料分析其变化原因和规律，进一步总结研究区城镇扩展的驱动机制。对研究区城镇用地扩展情况进一步分析出扩展模式。第五部分：结论与展望。1.3.2论文主要工作1专题信息的提取。包括城镇建设用地扩展信息的提取、城市水体信息的提取、植被覆盖信息、未利用土地信息的提取。2动态变化识别及分析。分析城镇建设用地变化，对城市边缘区进行动态研究，同时结合社会经济指标，寻求城市扩展的驱动因子。1.3.3 论文技术路线和方法研究以遥感为主要技术手段，并辅以地理信息系统技术对武汉市城市扩展及其环境变化进行综合研究的。其中遥感技术主要包括数字图像预处理技术、专题信息提取技术，地理信息系统技术主要包括空间分析、叠加嵌套。技术路线以遥感卫星影像为主要数据信息源，配合一定的社会经济统计数据，应用到的专业软件：erdas9.2和arc view3.3。图 1论文技术路线流程图第 31页（共32页）2 研究区域概况和数据预处理2 研究区域概况和数据预处理2.1 研究区域概况 2.1.1 自然地理情况概况地理位置：武汉位于江汉平原东部，地处东经11341-11505，北纬2958-3122。最东端位于新洲区徐古镇将军山村，最西端位于蔡甸区侏儒街国光村，最南端位于江夏区湖泗镇均堡村，最北端位于黄陂区蔡店乡李冲村。形似一只自西向东的彩蝶。在中国经济地理圈内，武汉处于优越的中心位置，被誉为中国经济地理的“心脏”。地貌：地貌属鄂东南丘陵经汉江平原东缘向大别山南麓低山丘过渡地区。地形属残丘性冲击平原，全市低山、丘陵、垄岗平原与平坦平原分别占土地总面积的5.8%、12.3%、42.6%和39.3%，海拔高度在19.2米至873.7米之间，大部份在50米以下。面积：2011年末，武汉全境面积8494.41平方公里，为湖北省面积的4.6%；市域周长977.28公里，7个中心城区面积863平方公里，建成区面积807.54平方公里。拥有公园70个，公园绿地面积6038.48公顷，人均公园绿地面积9.42平方米，建成区绿化覆盖率37.54%，湿地自然保护区面积2.8万公顷，森林面积16.8万公顷，森林覆盖率26.80%。水域：武汉全境水域面积2217.6平方公里，覆盖率为26.10%，人均占有地表水11.4万平方米，人均占有地表水量居世界大城市之首，是全世界水资源最丰富的特大城市及中国最大的淡水中心。武汉河网水系纵横交错，世界第三大河长江及其最长支流汉江在此交汇，境内5公里以上河流165条，水面面积471.31平方公里。武汉现有大小湖泊166个，被称为“百湖之市”，在正常水位时，湖泊水面面积803.17平方公里，居中国城市首位。东湖是中国最大最美的城中湖（水域面积达132.37平方公里），梁子湖是全国生态保护最好的两个内陆湖泊之一。湿地：武汉湿地资源居全球内陆城市前三位。截至2010年，武汉市湿地面积3358.35平方公里，占全市国土面积的39.54%，其中天然湿地面积1561.86平方公里，人工湿地面积1796.49平方公里，享有“湿地之城”的美誉。现拥有国家住建部批准设立的金银湖国家城市湿地公园和国家林业局设立的东湖国家湿地公园、藏龙岛国家湿地公园，以及沉湖、杜公湖、后官湖等湿地公园及湿地保护区。气候：武汉属北亚热带季风性湿润气候区，具有雨量充沛、日照充足、四季分明，夏高温、降水集中，冬季稍凉湿润等特点。一年中，1月平均气温最低，为3.0；7月平均气温最高，为29.3，夏季长达135天；春秋两季各约60天。初夏梅雨季节雨量较集中，年降水量为1205毫米。武汉活动积温在50005300之间，年无霜期达240天。2.1.2 社会经济概况武汉是中国内陆地区的经济中心、金融中心、商业中心，是内陆中部地区最大的工商业综合性城市。新中国成立后，武钢、武重、武锅、武船、肉联等一大批企业陆续建成，极大地提升了武汉的经济地位和城市实力。20世纪90年代，武汉建立了位于汉阳沌口的武汉经济技术开发区、位于武昌的武汉东湖高新技术开发区、位于汉口东西湖的武汉吴家山经济技术开发区等国家级开发区，省级及以上开发区18个。2012年，武汉gdp以达到8003.82亿元。 武汉是中国重要的工业基地，拥有钢铁、汽车、光电子、化工、冶金、纺织、造船、制造、医药等完整的工业体系。2012年，武汉规模以上工业总产值9018.88亿元，增长15.3%。其中，轻工业总产值1967.92亿元，增长24.2%；重工业总产值7050.96亿元，增长13.0%。年末规模以上工业企业1893家。产值过100亿元的企业12家，过10亿元的企业95家。在规模以上工业企业中，全年11大工业行业完成工业总产值8769.38亿元，占规模以上工业的97.2%。其中5个行业产值超千亿元，分别是汽车及零部件产值1669.76亿元，能源及环保产值1238.39亿元，装备制造产值1228.53亿元，电子信息产值1158.02亿元，食品烟草产值1050.08亿元。两大开发区工业总产值3691.80亿元，增长24.2%。其中，东湖新技术开发区1668.90亿元，增长28.2%；武汉经济技术开发区2022.90亿元，增长21.1%。2012年，全年社会消费品零售总额3432.43亿元，比上年增长16.0%。其中限额以上企业零售额2252.27亿元，增长19.0%。按行业分，批发零售业零售额3095.22亿元，增长16.2%；住宿餐饮业零售额337.21亿元，增长14.3%。按用途分，吃的商品零售额1018.14亿元，增长13.3%；穿的商品零售额397.56亿元，增长21.3%；用的商品零售额2016.73亿元，增长16.4%。武汉共有武商集团、中商集团、中百集团、汉商集团四家纯商业上市公司，同济堂药房、马应龙大药房2家药店入围中国药店销售30强。武汉有达标百货店11家，金鼎百货6家，仅次于广州，居全国第二。武汉广场曾创造了全国零售单体经济效益“十连冠”的中国零售业记录，至今也仍是中西部第一百货。武汉也是国际独立零售商联盟(iga)中国总部。2.1.3 行政区划及人口状况武汉市现有13个辖区，其中江岸区、江汉区、硚口区、汉阳区、武昌区、洪山区、青山区7个为中心城区，东西湖区、蔡甸区、江夏区、黄陂区、新洲区、汉南区6个为新城区。2011年5月第六次人口普查，统计得出武汉市常住人口978.539万；如果包括81所高校及暂居人口的话，武汉市总人口已突破1250万大关，雄踞全国第六。武汉市60周岁以上老龄人口132.05万，占总人口的15.96%；65岁及以上占总人口比重为9.09%，与2010年相比上升了2.78个百分点，人口死亡率为7.42 。2.1.4 交通状况武汉是中国高铁客运专线网主枢纽，中国四大铁路枢纽、六大铁路客运中心、四大机车检修基地之一。武汉是华中地区航空中心， 武汉天河国际机场是中部地区首个4f级机场，中国民航总局指定的华中地区唯一的综合枢纽机场，华中地区最大最先进的航空港和飞机检修基地，华中地区唯一一个有独立国际航站楼的机场及唯一可办理落地签证的出入境口岸。武汉是中国内河的重要港口，是长江中游航运中心，交通部定点的水铁联运主枢纽港。武汉还是我国内河通往沿海、近洋最大的启运港和到达港，武汉至上海洋山港“江海直达”航线是长江中上游地区首条通江达海的优质航线，阳逻港是国内首个也是唯一一个试行启运港退税政策的长江沿线港口。2011年年末，武汉公路通车里程13103.29公里，其中，等级公路12775.49公里，高速公路617.40公里。公路路网密度163.20公里/百平方公里。2.2 相关数据处理软件介绍2.2.1 erdas 9.2erdas imagine是一款遥感图像处理系统软件。 erdas imagine是美国erdas 公司开发的遥感图像处理系统。它以其先进的图像处理技术，友好、灵活的用户界面和操作方式，面向广阔应用领域的产品模块，服务于不同层次用户的模型开发工具以及高度的rs/gis（遥感图像处理和地理信息系统）集成功能，为遥感及相关应用领域的用户提供了内容丰富而功能强大的图像处理工具，代表了遥感图像处理系统未来的发展趋势。该软件功能强大，在该行业中是最好的一款软件。目前erdas imagine软件已经成为世界上占最大市场份额的专业遥感图像处理软件！。erdas imagine产品套件：它是一个用于影象制图、影象可视化、影象处理和高级遥感技术的完整的产品套件。erdas imagine扩展模块：erdas imagine是以模块化的方式提供给用户的，可使用户根据自已的应用要求、资金情况合理地选择不同功能模块及其不同组合，对系统进行剪裁，充分利用软硬件资源，并最大限度地满足用户的专业应用要求。2.2.2 arc view 3.3arcgis 是一款可提供地理数据显示、制图、管理、分析、创建和编辑的 gis 桌面软件。用它可以创建许多不同来源数据的智能化的、动态的地图，用户可利用 arcview 带有的工具和数据立即进行 gis 分析和地图创建，它也是 arcgis 的入门软件， arcgis 是一个综合的、可扩展的 gis 软件产品系列。其产品特点：1数据可视化以行列表格显示的数据与以地图形式表示的数据存在巨大的差别，arcview提供了完整的可用来创建产品标准级别地图的功能选项，包括直观的地图组合工具和向导、一系列诸如调色板、图标、字体、版面模板的地图功能、高级的标注和文本放置工具及全面的报告创建选项；而且在arcview中用户也可以用图标、报告、3d及时间来显示数据。2数据管理数据管理是所有gis工程的一个关键方面。arcview包括许多可用于地理数据、表格数据、元数据管理、创建和组织的工具，它也支持很多数据类型诸如人口统计数据、cad数据、影像数据、网络数据及多媒体数据。arcview能够直接读取或输入70多种不同格式的数据，用户也可以通过数据库和网络来查找其他地方的数据。3空间分析地理处理功能是任何gis软件的基本功能之一，arcview带有数百种可进行空间分析和地理处理任务的工具，地理处理任务包括诸如图层叠加、缓冲区分析和数据转换等常规的gis操作。通过运用向导或modelbuilder连接数据集与数据处理过程的交互式建模方式，用户可以在arcview地理处理模式下很容易地进行地理处理。2.3 数据准备2.3.1 遥感数据准备根据武汉市区域类型特点，同时为了满足城市拓展和城市用地动态变化的研究对数据源的实时、准确的要求，又考虑到本文研究对影像分辨率等方面因素的要求，本次研究采用的遥感数据源是不同时相的langsat tm/etm影像。影像的时间和类型分别为：1990年的tm影像、2000年的etm影像和2006年的tm影像。三个不同时相的遥感影像，有一定的时间间隔，从研究城市拓展的角度来看，基本能够满足本文城市拓展研究的需求。landsat系列卫星是美国nasa(美国国家航天和宇宙航行局)于1972年发射的地球观测卫星，地面分辨率为30m。其基本参数如下表1所示。表1：landsat5 tm数据参数传感器：主题成像传感器（tm）轨道：近圆形近极轨太远同步卫星运行高度：705km倾角：98.22运行周期：98.9min穿越赤道时间：10:00am扫描带宽度：2185km重复周期:16days表2：landsat系列卫星tm传感器波段参数波段号波段类型 波谱范围（m）地面分辨率(m)tm1blue-green0.45-0.51530tm2green0.525-0.60530tm3red0.63-0.6930tm4near ir0.775-0.9030tm5swir1.550-1.7530tm6lwir10.40-12.5120tm7swir2.09-2.3530需要特别指出的是，landsat系列卫星中最新发射的landsat7，其基本参数与landsat5相同，但是增加了一台增强型专题绘图仪etm+。etm是landsat7携带的传感器，是tm的增强型，具有八个波段的扫描式光学成像仪。其最大变化是：该设备增加了一个分辨率为15m的全色波段，波段6的空间分辨率提高到60m。2.3.2相关统计数据本文对武汉市城区用地进行拓展分析，在研究分析过程中不仅用到了不同时相的tm/etm+遥感影像数据，而且还结合了武汉市自然环境、人口状况、社会经济等方面统计数据作为参考，这些数据主要来源武汉市统计年鉴、相关政府的统计信息以及相关政府部门公开的互联网信息。2.4 数据预处理2.4.1 几何校正和图像增强本文采用的tm/etm+遥感影像数据，在进行处理之前已经完成了几何校正和图像增强，故不需要继续进行校正和图像增强。2.4.2 图像兴趣区裁剪为了保证不同时相的遥感结果具有可比性，同时为了增加在erdas软件中的处理速度，对比武汉市主城区地图，在遥感影像上切出相同的研究区域。运用图像分幅裁剪技术对图像进行切割(切割坐标分别为：左上角30.66,114.11，左下角30.53,114.11，右上角30.66,114.27，右下角30.53,114.27)。针对所研究的区域，在遥感图像中选择研究的兴趣区进行边界范围是规则的矩形裁剪。裁剪结果如下图1：(a).1990年(b).2000年(c).2006年图 2 裁剪后不同时相遥感图像假彩色合成图像3 研究区域遥感影像分类和城区图处理3 研究区域遥感影像分类和城区拓展图处理3.1遥感影像分类基本理论计算机遥感图像分类是统计模式识别在遥感领域中的具体应用。遥感图像分类的主要依据是地物的光谱特征，即地物电磁波辐射的多波段测量值，这些测量值可以用遥感图像的原始特征变量。分类过程中采用的统计特征变量包括：全局统计特征变量和局部统计特征变量。全局统计特征变量是将整个数字图像作为研究对象，从整个图像中获取或进行变换处理获取特征变量，前者如地物的光谱特征，后者如对tm的6个波段数据进行k-t变换(缨帽变换)获取亮度特征，利用这两个变量就可以对遥感图像进行植被分类。局部统计特征变量是将数字图像分割成不同识别单元，在各个单元内分别抽取的统计特征变量。在很多情况下，利用少量特征就可以进行遥感图像的地学专题分类。遥感图像的计算机分类方法包括监督分类和非监督分类。监督分类法：首先需要从研究区域选取有代表性的训练场地作为样本，根据已知训练区提供样本，通过选择特征参数，建立判别函数，据此对样本像元进行分类，一句样本类别的特征来识别非样本像元的归属类别。分类后的结果可以对训练区的代表性反复进行检验，找出问题后进一步修正以提高分类精度。非监督分类法：是在没有先验类别作为样本的条件下，即事先不知道类别特征，主要依据像元间相似度的大小进行归类合并的方法。它的目的是使得属于同一类别的像素之间的距离尽可能小,而不同类别像素间距离尽可能大。非监督分类法人为干预较少，自动化程度高，一般要经过初始分类、专题判别、分类合并、色彩确定、分类后处理、色彩重定义和统计分析等几个步骤。非监督分类法通常和监督分类结合来完成地物类型的分类，弥补监督分类训练数据太昂贵甚至无法获取的不足。本文采用的是监督分类法进行研究区域遥感影像分类。常用的监督分类的方法包括：1最小距离分类法，以特征空间中的距离作为像素分类的依据，包括最小距离判别法和最近邻域分类法。该方法原理简单，分类精度不高，但是计算速度快，它可以在快速浏览分类概况中使用。2多级分割分类法，通过设定在各轴上的一系列分割点，将多维特征空间划分成分别对应不同分类类别的互不重叠的特征子空间的分类方法。这种方法要求通过选取训练区，详细了解分类类别的特征，并以较高精度设定每个分类类别的光谱特征的上限值和下限值，以便构成特征子空间。该方法便于直观理解如何分割特征空间，以及待分类像素如何与分类类别对应。但多级分割法要求分割面总是与各特征轴正交，如果各类别在特征空间中呈倾斜分布，就会产生误差。3特征曲线窗口法，特征曲线是地物光谱特征参数构成的曲线。该方法的分类依据是：相同的地物在相同的地域环境及城乡条件下，起特征曲线是相同或相近的，而不同地物的特征曲线差别明显。特征曲线窗口法分类效果取决于特征参数的选择和窗口大小。各特征参数窗口大小的选择可以不同，它要根据地物在各特征参数空间里的分布情况而定。4最大似然比分类法，通过求出每个像素对于各类别的归属概率，把该像素分到归属概率最大的类别中去的方法。最大似然比分类法假定训练区地物的光谱特征和自然界大部分随机现象一样，近似服从正太分布，利用训练区可求出均值、方差以及协方差等特征参数，从而课求出总体的先验概率密度函数。最大似然比分类法在多类别分类时，常采用统计学方法建立起一个判别函数集，然后根据这个判别函数集计算各待分像元的归属概率。3.2 研究区域影像分类研究在本次研究中，根据研究目的的需要，采用监督分类中的最大似然比分类法。将研究区域分为城市建设用地、植被、湖泊(包括两个子类型)、未利用土地，自然水系(包括两个子类型)等五个类型。在erdas遥感处理软件中，利用classification模块下的signature editor子模块中定义五种类型。按照提示分别输入原始图像和分类模板，选择最大似然比分类法(maximum likehood)进行遥感分类。计算机分类后的结果需要进行分类后处理，才能得到理想的分类效果。这部分的操作是：利用interpreter模板下的gis analyis子模块进行clump和eliminate分析，完成小图标的去除。最后结果如下图3，4所示，如下图2，表 3：分类特征图3: 研究区域分类结果图4: 经过clump和eliminate处理后图像经过上述处理后，还需要进行建模处理，将城市用地类型的属性值改为1，其他类型设为0，这样得到的栅格数据才能在接下来的处理中转为矢量图像。模型设计如下图5所示，图5: 转换模型经过建模处理后得到的图像如下图6所示，图6: 经过建模处理后图像（白色区域为城区）3.3 城区拓展图处理经过处理后得到的图像可以清晰的显示出城区范围。要研究城市拓展，则需要对图像进行下一步矢量叠加处理。在erdas软件的vector模块下的raster to vector子模块中，将建模分析后的栅格数据转换为矢量数据。(选择map和多边形polygon，点击ok )接下来利用arc view软件生成矢量图与遥感图像叠加的建设用地拓展图。将在erdas中生成的矢量数据转换为.shp文件，使用table模块删除属性值为0的用地信息，这样分别得到了1990年、2000年和2006年的城区图像。图7: 1990年城区数据和遥感图像叠加最后进行三个不同时相的遥感数据叠加可以得出武汉市城区拓展图像。如图8所示，图8: 不同时相遥感数据叠加4武汉市城区拓展分析