基于Landsat遥感影像的东昌府区建成区扩展监测

1 31.1研究区概况 31.2数据来源 4 6 72.1辐射定标 72.2大气校正 72.3裁剪 82.4几何校正 8 93.1训练样本的建立及评价 93.2分类器 3.3分类结果及精度评价 3.3.1分类结果 3.3.2分类精度评价 4.1扩展监测 4.2监测分析 2这些城市问题的关键。本文以聊城市东昌府区2003,2018年2期Landsat遥感结果表明：2003年到2018年东昌府区建成区面积增加了387.96km²,年增长率为25.86km²/a,为东昌府区城市扩展监测和发展规划提供了数据支持。Withtheeconomicdevelopmentandaprocess,aseriesofproblemskeepemerging.Therangeofurbanbuilt-upinformationandanalysisofurbanbuilt-upinformationisthekeytothestudyofsolvingthosecityproblems.TheresearchbasedonDongChangFudistrictofLiaoChengLandsatoverlayanalysistechurbandevelopmentplanninginDsupervisedclassification;Expans3在行政意义上，城市建成区是指市政区范围内经过征用的土地并实际建设发展起来的非农业的生产建设地段，包括市区集中连片的部分以及分散在近郊区与城市有着密切联系、具有基本完善的市政公用设施的城市建设用地(如水泥道路、机场、污水处理厂、通信电台)1。在此概念的基础上，随着我国经济改革发展，城市化进程带来的城市人口暴增、城市用地迅速扩张、交通拥堵、垃圾成山等城市病也随之而来。而城市建成区的信息，可以体现一个城市发展的情况，这就需要对城市建成区进行扩展监测，来提取建成区信息以了解城市扩张概况并分析原因，从而为未来城市经济发展、城市规划、土地资源管理等提供数据支持。在有数据支持的基础上对城市建设规模进行正确调控将优化城市化格局和提高城市因为航天技术的精进，传感器本身的误差减小、分辨率提高，高分辨率卫星遥感影像在城市扩展研究中发挥着举足轻重的作用。对于城市扩展的监测，目前多选用高分辨率的卫星遥感影像作为研究的数据基础，如LandsatTM、Landsat等；地理信息系统具有强大的数据处理和空间分析功能，二者结合并通过GIS不同时期遥感图像的叠加分析，可以反映城市空间结构的变化，并且具有高精度、高效、低费用等特点。因此，利用监督分类和叠加分析等空间信息技术进行城市建成区扩展监测和动态模拟分析是研究城市扩展的重要技术手段。1.1研究区概况东昌府区位于山东省西部、聊城市中部，居鲁西平原，黄河在境内蜿蜒百余其地理位置在东经115°14“—116°06”、北纬36°16—36°42”之间，总面积1443Km²;东昌府区傍水而生，依水而兴，水域足足占去城区面积的三分之一，主要河流有徒骇河、马颊河、京杭大运河，同时拥有我国江北最大的人工城市淡水湖泊——东昌湖；东昌府区属于暖温带季风气候区，气候适宜，光照充足，夏4季雨热同期，全年光照时数在2463--2741小时之间，平均气温13.3℃,年平均降水量约610mm,无霜期201天以上回；截止到2018年，全区常住人口132.05万，现辖11个镇、10个街道、11个乡，即：古楼街道、柳园街道、新区街道、道、侯营镇、沙镇、堂邑镇、梁水镇、郑家镇、斗虎屯镇、张炉集镇、于集镇、图1东昌府区2018年假彩色合成遥感影像1.2数据来源本文采用的影像数据为美国陆地卫星(Landsat)系列卫星图像，由美国航系列卫星陆续发射，至今已发射8颗卫星，轨道高度705Km,随着航天技术的进高可达15m,其前6个波段范围从蓝、绿、红、到红外，回归周期为16天，由于5资源，监测资源使用情况，观察并预测植物生长状况、评估农作物产量，考察和预报自然灾害和环境污染，对全球变化情况进行相关研究口。它在我国国民经济中发挥了强有力的作用。本次研究利用的数据分别为东昌府区2003年Landsat7波段(微米)波段性质1蓝色2绿色3红色4近红外5短波红外6热红外表20LI传感器各波段波段(微米)波段性质1蓝色2蓝色3绿色4红色5近红外6中红外61.3技术路线2018年遥感影像2018年遥感影像辐射定标图像裁剪几何校正图像分类F03年建成区分布导入ArcGIS结果分析得出结论☑18年建成区分布2003年遥感影像72.1辐射定标辐射定标的原理是将记录的原始DN(DigitalNumber)值转换为大气外层表面反射率(或称为辐射亮度值),从而来消除传感器本身产生的误差，确定传感简便性，因此将两期影像的多光谱波段均利用ENV15.3中的设置为0.1,即可得到辐射定标后的图像。2.2大气校正校正中最常用的模型为FLAASH(FastLine-of-sightAtmosphericAnalysisof感器处接受的像元光谱辐射亮度为]:条件的两个系数；La为大气后向散射辐射率(大气程辐射)。第一个括号整体代8表太阳辐射经大气入射到地表后，直接反射进入传感器的辐射亮度；第二个括号整体为经大气散射后进入传感器的辐射亮度；第三个括号整体为大气程辐射率。为确保分类的精确，本次研究对辐射定标后的影像数据进行大气校正，运用到的遥感技术为ENVI5.3中的FLAASH工具，将辐射亮度或者地面反射率转换为地表实际反射率。为使各个时期遥感影像的信息具有可比性，需要进行遥感影像的裁剪。其目的是除去研究区之外的区域，常用的是以行政区划边界或自然区划边界为矢量特征数据进行遥感影像的掩膜提取。由于原始数据范围较大，而本文研究区域仅为东昌府区，不能保证数据的准确性。因此，以东昌府区行政矢量图为基础，对大气校正后的影像采用Arcmap10.5中的不规则掩膜提取技术进行裁剪，从而得到东昌府区遥感影像数据。2.4几何校正图像的几何变形一般分为两大类：系统性和非系统性。所以相应的几何校正分为几何粗校正和几何精校正。系统性有规律可循，相对应的几何粗校正工作由卫星接收站完成。非系统性几何变形是不规律的，可以是传感器本身的高度、姿态等不稳定，也可以是地球曲率及空气折射的变化以及地形的变化等，从数学上说，消除非系统性几何变形的几何精校正就是通过选取一组地面控制点，建立原始的畸变图像空间与校正图像空间的坐标变换关系[12]。几何精校正工作由影像数据应用者进行，其变换模型包括仿射变换(RST)、多项式变换、局部三角网等。常用的变换模型为多项式变换，利用多项式变换进行卫星影像校正时，地面控制点要尽可能均匀分布在遥感影像中，并要求边缘和四角均必须有地面控制点分布，对n次多项式来说，满足要求的最基本的地面控制点数量为((n+1)(n+2)/2时间不一致，因此需要对其进行几何精校正，使同一区域的影像能够较准确的叠加到一起。东昌府区的典型的平原地区，地势平坦，由地形起伏造成的图像几何9畸变较小，因此采用4次多项式校正的方法进行图像配准(几何精校正),每幅影像选取36个控制点确保校正的精确度。3建成区信息提取建成区信息的提取可采用分类的方法。传统的分类方法包括监督分类和非监督分类，二者的区别在于是否有大量的人工训练样本点。监督分类常用于对研究区域比较了解的情况，需要进行人工选取大量训练样本点。监督分类这个方法主要包括以下步骤：人工选取大量样本点、对训练样本进行精度检验、按照训练样本选择合适的分类器进行分类、分类结果评价、处理分类后的结果、统计分类特征，将分类结果可视化[。本文对两期影像数据利用训练样本选取感兴趣区(RegionofInterest,ROI),根据影像波谱特性，把影像分为建成水体、植被、建成区，并通过感兴趣区的可分离性矩阵来判断波谱可分离性。当ENVI中用于衡量可分离性的Jeffries-Matusita和TransformedDivergence两个参数值大于1.90时，说明所选的ROI之间分离性较好，如果参数值偏低，应该编辑ROI或选择新的ROI来提高它们之间的可分离性。训练区类表32003年训练区类别可分离性矩阵植被水体建成区植被水体建成区表42018年训练区类别可分离性矩阵植被水体建成区植被水体建成区六面体、最大似然，最小距离、马氏距离、波谱角(SAM)[15]。其中最大似然D=In(a₁)-[0.5ln(ICovi|)]-[0.5(XM、Covi、a;分别表示类别i的样本均值、协方差矩阵和待分像元属于类别i的图4最大似然法基本原理本次研究利用最大似然分类器进行分类。3.3分类结果及精度评价由上述方法得到的2期分类结果如下：图52003年遥感影像分类结果图东昌府区2018年遥感影像分类图N水休图62018年遥感影像分类结果图3.3.2分类精度评价对遥感图像进行分类后，需要对分类结果的精度进行检验，若分类结果与实际地物分类相差较多，需进行实地考察来提高分类精度。分类精度的检验常选用建立混淆矩阵的方法，可检测不同地物互相混分的情况，比如建成区和水体的混分。其中，Kappa系数的大小可以说明不同地物的分类结果与真实地物空间分布的一致性。当Kappa系数小于0.4时，说明一致性程度不够理想；当Kappa系数在0.4-0.7之间时，说明两者一致性良好；当Kappa系数大0.75时，说明两者表5各时期遥感影像分类精度检验表年份表62003年GroundTruth(Pixels)水体植被建成区0000水体[Red]植被[Yellow]10建成区[Blue]00知，2期遥分类结果物空间分区扩展监坚实的基表72018年GroundTruth(Pixels)体被成区006067感影像的与真实地布的一致本文建成测打下了4建成区扩展监测与分析成区扩展遥感监测的主要内容[20]。为将监测结果更好的可视化，将监督分类结果加载到ArcMap中，分别将其根据东昌府区行政矢量图进行掩膜提取；利用重分类(reclass)工具将满足建成区的类别设置为1,其他类别均为0。4.1扩展监测本文利用叠加分析的方法进行建成区扩展监测可视化。叠加分析是地理信息系统(GIS)中常用的提取空间隐含信息的方法之一，叠加结果综合了原来两个或多个层面要素所具有的属性，同时叠加分析新的空间关系和新的属性关系；GIS中普通将叠加分析分为矢量数据叠加分析和栅格数据叠加分析[21]。矢量数据的叠加分析功能强大，包括相交、联合、更新等，是GIS分析应用的主要技术手段。以2003年和2018年分类结果图为栅格数据基础，利用ArcGIS的转换工具将分类后的栅格图像转换为矢量图像，然后对矢量数据进行融合，而后采用叠加分析下的union(联合)模块进行叠加分析，以此将两期图像的属性并列在同一图层下，最终在新生成的属性表中新建一个字段，通过字段计算器对两个字段建成区变化在属性表中有很好的表现，且处理过程在数据库属性表的环境下完成，所以利用ArcGIS的制图工具，可将建成区空间变化情况以图形方式输出，保证结果的更好可视化，如图7。通过叠加分析成功的将建成区变化从数字变化延伸到具体的可视化空间变化。其轴其轴个要试贼减少这暖地加区暖根据2003年和2018年不同传感器的两期卫星影像对研究区的遥感监测分析，东昌府区建成区面积增加了387.96km²,其扩展速度是呈现倍数增长；根据图7叠加分析的结果可知：15年来，东昌府区其主要扩张趋势表现星状向四周辐射并完成内部填充和沿道路河流条带状分布。随着我国改革开放发展，聊城市经济建设也进入了快速发展期，东昌府区新建设了一批开发区和工业区，新建的开发区和工业区主要分布在城区新扩展的面积上；同时由于交通对贸易的影响，也使建成区沿河流和道路分布；由于济南都市圈的兴起，也促进位于都市圈上的东昌府区向东北方向扩展。城市的空间扩展是衡量城市化水平的一个重要指标，通过监督分类和叠加分析技术的结合，我们对研究区15年来的建成区扩展速度和趋势有了深刻的掌握，为研究区的发展规划提供了一定的参考依据。5结论本文利用监督分类的方法对东昌府区2期Landsat多光谱遥感影像进行分类，其分类精度分别为99.36%、99.18%,达到了分类精度标准，足以满足扩展监测(2)东昌府区建成区以星状、沿河流和道路以条状扩展。其中，东昌府区(3)由对东昌府区15年来的监测结果可知：在经济改革发展的需求下，东捷键与一些电脑小技巧这是高手最常用的第一快捷组合键。这个快捷键组合可以将桌面上的所有窗口瞬间最小化，无论是聊天的窗口还是游戏的窗口……只要再次按下这个组合键，刚才的所有窗口都回来了，而且激活的也正是你最小化之前在使用的窗口!-这个就是winkey其实，还有一个更简单的办法，就是按winkey+r!如果打开的窗口太多，这个组合键就非常有用了，它可以在一个窗口中显示当前打开的所有窗口的名称和图标●,选中自己希望要打开的窗口，松开这个组合键就可以了。而alt+tab+shift键则去摸鼠标了!winkey指的是键盘上刻有windows徽标的键●。winkey主要出现在104键和107键的键盘中。104显示当前程序或者windows的帮助内容。放入回收站激活当前程序的菜单栏删除被选择的选择项目，如果是文件，将被放入回收站删除被选择的选择项目，如果是文件，将被直接删除而不是新建一个新的文件剪切被选择的项目到剪贴板CTRL+INSERT或CTRL+C复制被选择的项目到剪贴板SHIFT+INSERT或CTRL+V粘贴剪贴板中的内容到当前位置ALT+BACKSPACE或CTRL+Z撤销上一步的操作ALT+SHIFT+BACKSPACE重做上一步被撤销的操作Windows键+D:最小化或恢复windows窗口Windows键+U:打开“辅助工具管理器”Windows键+CTRL+MWindows键+FWindows键+RWindows键+BREAKSHIFT+F10或鼠标右击重新将恢复上一项操作前窗口的大小和位置打开资源管理器打开当前活动项目的快捷菜单在放入CD的时候按下不放，可以跳过自动播放CD。在打开word的时候按下不放，可以跳过自启动的宏一个窗口)在IE中：关闭当前应用程序打开程序最左上角的菜单切换当前程序将windows下运行的MSDOS窗口在窗口和全屏幕状态间切换将当前屏幕以图象方式拷贝到剪贴板将当前活动程序窗口以图象方式拷贝到剪贴板关闭当前应用程序中的当前文本(如word中)切换到当前应用程序中的下一个文本(加shift可以跳到前显示前一页(前进键)显示后一页(后退键)在页面上的各框架中切换(加shift反向)刷新2.删除以下文件夹中的内容：x:\DocumentsandSettings户临时文件)下的所有文件(页面文件)史纪录)快捷方式)x:WINDOWS\DriverCacheli386下的压缩文件(驱动程序的备份文件)x:\WINDOWS\SoftwareDistribution\download下的所有文件下以$u…开头的隐藏文件4.然后对磁盘进行碎片整理，整理过程中请退出一切正在运行的程序个还原点“(最好以当时的口期作为还原点的名字)7、在各种软硬件安装妥当之后，其实XP需要更新文件的时候就很少了。删除系统备份文件吧：开始→运行→sfc.exe/purgecache近3xxM。(该命令的作用是立即清除"Windows文件保护"文件高速缓存，释放出其所占据的空间)8、删掉windows'system32\dllcache下dll档(减去200——300mb),这是备用的dI档，只要你已拷贝了安装文件，完全可以这样做。9、XP会自动备份硬件的驱动程序，但在硬件的驱动安装正确后，一般变动硬件的可能性不大，所以也可以考虑将这个备份删除，文件位丁windowsdrivercacheli386日录下，名称为driver.cab,你直接将它删除就可以了，通常这个文件是74M。10、删除不用的输入法：对很多网友来说，WindowsXPt系统白带的输入法并不全部都合适白己的使用，比如IMJP8_1日文输入法、IMKR6_1韩文输入法这些输入法，如果用不着，我们可以将其删除。输入法位于windowslime'文件夹中，全部占用了88M的空间。11、升级完成发现windows\多了许多类似SNtUninstallQ311889$这些目录，部干掉吧，1x-3xM12、另外，保留着{windowslhelp目录下的东西对我来说是一种伤害，呵呵。。。都丁掉!13、关闭系统还原：系统还原功能使用的时间一长，就会占用大量的硬盐空间。因此有必要对其进行于工设置，以减少硬盘占用量。打开"系统属性"对话框，选择"系统还原"选项，选择"在所有驱动器上关闭系统还原"复选框以关闭系统还原。也可仅对系统所在的磁盘或分区设置还原。先选择系统所在的分区，单击"配置"按钮，在弹出的对话框中取消"关闭这个驱动器的系统还原"选项，并可设置用于系统还原的磁盘空间大小。14、休眠功能会占用不少的硬盘空问，如果使用得少不妨将共关闭，关闭的方法是的：打开"控制面板",双山"电源选项",在弹出的"电源选项属性"组件有很大一部分是你根本不可能用到的，可以在"添加/删除Windows组件"这个文件，用查找/替换功能把文件中的"hide"字符全部替换为空。这样，就把所有组件的隐藏属性都去掉了，存盘退出后再运行"添加-删除程序",就会看见多出不少你原来看不见的选项，把其中那些你用不到的组件删掉(记住存盘的时候要保存为sysoc.inf,而不是默认的sysoc.txt),如[nternat信使服务、传真服务、Windowsmessenger,码表等，大约可腾出近50MB的空间。户名"\LocalScttings\Temp文件夹(Y:是系统所在的分区)。这两个位置的文件均可以直接删除。件，将节省大量的硬盘空间。打开IE浏览器，从”工具"菜单中选择"Internet选项",在弹出的对话框中选择"常规"选项卡，在"Internet临时文件"栏中单击是使用一段时间后，预读文件夹里的文件数量会变得相当庞大，导致系统搜索花费的时间变长。而且有些应用程序会产生死链接文件，更加重了系统搜索的负担。所以，应该定期删除这些预读文件。预计文件存放在WindowsXP系统文件夹的Prefetch文件夹中，该文件夹下的所有文件均可删除。19、压缩NTFS驱动器、文件或文件夹：如果你的硬盘采用的是NTFS文件系统，空间实在紧张，还可以考虑启用NTFS的压缩功能。右击要压缩的驱动器—"属性"一"常规"-"压缩磁盘以节省磁盘空间",然后单出"确定",在"确认属性更改"中选择需要的选项。这样可以节省约20%的硬盘空间。在压缩C盘的时候，最好在安全模式下压缩，这样效果要好一些。到工具">"DrWatson",调出系统里的华医生Dr.Watson,只保留"转储全部线程上下文"选项，否则一且程序出错，硬盘会读很久，并古用大量空间。如以前有此情况，请查找user.dmp文件，删除后可节省儿十MB空间。21、关闭远程桌面："我的电脑"->"屈性"->"远程","远程桌面"里的"允许用户远程连接到这台计算机"勾去掉。支持，这要占用一定的系统资源，可选择"开始→运行",在"运行"对话框中键入"regsvr32/uzipfldr.dll",回车确认即可取消XP对ZIP解压缩的支持，从而23、关闭错误报告：当应用程序出错时，会弹出发送错误报告的窗口，其实这样的错误报告对普通用户而言几乎没有任何意义，关闭它是明智的选择。在"系统属性"对话框中选择"高级"选项卡，单击"错误报告"按钮，在弹出的"错误汇报"对话框中，选择"禁用错误汇报"单选项，最后单山"确定"即可。另外我们也可以从组策略中关闭错误报告：从"运行"中键入"gpedit.msc",运