遥感地学分析-第3章_城市遥感

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三种城镇用地提取方法比较 单击此处编辑母版标题样式
方法名称 作者 公式 优点 缺点 提取结果包含低 密度植被区、裸 地信息 需要人为设定阈 值，结果受主观 因素影响；提取 结果包含低密度 植被区、裸地信 息 归一化建筑 查勇，杨 （TM5-TM4）相对于传统方法快速有 建筑指数 山等 /（TM5＋ 效，提取精度较高，结 （NDBI） （2003） TM4） 果较为客观，可信
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单击此处编辑母版标题样式 3.2.1城市扩张遥感监测原理与方法
基于遥感影像上提取城镇用地通常是通过 识别城镇用地的特征而获得的。 提取城镇用地信息的方法主要有目视解译 手工数字化的方法，计算机监督分类和非 监督分类的方法和基于光谱特征知识的分 类方法。
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提取结果仍含有 裸地信息
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基于TM 影像的城市建筑用地信息提取 单击此处编辑母版标题样式 研究区：金华市，位于浙江省的中部，属 亚热带季风气候。 数据源： Landsat TM 影像,成像时间是2003 年12 月8 日,选用了1～ 5 波段和7 波段,其空间分辨率为30 m， 30 m 分辨率DEM， 2003年的土地利用现状图， 2001 年1 ∶1 万地形图,用于精度检 验。
3.1 城市遥感概述 单击此处编辑母版标题样式
城市是人口集中、集约经济活动及不同生 活方式并存的复杂社会。 城市又是人类活动的缩影，并且不断地经 历着迅速变化的过程，需要及时地进行监 测与分析。 城市规划和城市建设者面临的重大任务 之—，就是获取与分析那些能有效地用于 城市规划、建设和管理的资料。
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（2）改进的归一化建筑用地指数 单击此处编辑母版标题样式
考虑到归一化植被指数NDVI反映的是植被信息，那 么（1-NDVI）反映的就是非植被信息，即主要是居 民地、裸地以及河流。 由于NDBI主要反映的是城镇和裸露地信息，所以将 NDBI和（1-NDVI）相加就可以更加突出居民地信 息。 即，改进的归一化裸露指数（Modified Normalized Difference Barren Index, MNDBI），即MNDBI=NDBI+(1-NDVI)。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3.1 .1城市遥感内容 单击此处编辑母版标题样式
（4）地质灾害的遥感调查 （5）城市热环境的遥感调查 目前国内热遥感水平已达到3.75 m的几何分辨率 和0.2℃ 的温度分辨率， 能满足任何城市热环境 的宏观和微观研究。 城市热环境研究中的气温是指距地面一定高度的 气温。 遥感所获得的是城市下垫面的辐射温度(又称作 亮温)。 通过对亮温、地温和气温三者间对应关系的研究， 用回归分析建立一定模式， 将亮温转换成气温。
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3.2城市扩张遥感监测 单击此处编辑母版标题样式
3.2.1城市扩张遥感监测原理与 方法 3.2.2遥感监测城市扩张的实例
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单击此处编辑母版标题样式 3.2.1城市扩张遥感监测原理与方法
随着我国经济的快速发展和城市化进程日 益加快，城镇用地规模迅速扩张。它不仅 占用了大量的土地资源，而且也对城市周 边的生态环境产生巨大的影响。 及时有效地获得城镇用地信息，对于监测 城市扩张的动态变化，科学合理地指导城 市规划，控制城市用地规模，保护有限的 土地资源和生态环境具有十分重要的指导 意义。
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3.1 .1城市遥感内容 单击此处编辑母版标题样式
（1）城市土地利用 这是城市遥感工作一项最主要的任务。目前， 国内外大多数城市的土地利用是城市规划中最 关键的问题， 也是城市建设发展的基础。 城市土地利用调查是为了查明各种土地利用类 型的空间关系及其所占比例， 查明土地利用现 状及其变化，通过研究土地利用可了解城市布 局的基本形式和城市功能的地域差异。
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3.1 城市遥感概述 单击此处编辑母版标题样式
城市遥感的任务就是为城市规划、建设和 管理提供多方面的基础地理信息和其他与 城市发展有关的资料，诸如城市土地利用 现状、城市演变、城市及区域的自然状况、 城市人口及其分布情况、城市道路与交通 状况、城市热岛、通讯受地理限制的因素 等。 城市遥感与传统的城市相关资料调查相比， 既省时，又省钱，而且效率很高，因而具 有广阔的应用和发展前景。
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单击此处编辑母版标题样式 3.2.1城市扩张遥感监测原理与方法
城市扩张在遥感影像上体现为城市面积的 不断扩大，特别是城镇建筑用地的不断扩 张。 大量研究表明，利用卫星遥感影像数据通 过数字图像处理的方法获取城镇用地信 息，从而揭示城市扩张的动态变化是监测 城市扩张的有效方法，与统计数据分析方 法相比更具实时性和可靠性。
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NDBI和MNDBI中心位置的剖面线灰度值分布图 单击此处编辑母版标题样式
优点：
NDBI
改进的NDBI对图像有增强作 用，灰度值的变化范围较之 NDBI变化很大。 突出城市信息，增大使其与周 围地物反差，利于城市提取。
局限性：
需不断人为尝试选取 MNDBI MNDBI的阈值，最终获得 较好的提取效果。 结果仍不够客观。
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3.1 .1城市遥感内容 单击此处编辑母版标题样式
（2）环境污染监测
利用彩色片等资料， 可以对城市的大气 和水体污染进行大规模，直观， 快速调 查和动态监测。
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3.1 .1城市遥感内容 单击此处编辑母版标题样式
（3）城市道路交通遥感调查 利用大比例尺遥感和地面同步调查相结台的方式， 对城市的交通现状进行专题调查，可取得用常规方 法无法取得的信息，它可全面分析中心城区机动车 的密度、车速，流量的地面分布特点和规律，建立 交通信息库，找出城市交通所存在的词题、提出缓 解交通紧张状况的对策。 城市交通遥感调查在技术上要求影像有70% 的纵 向重叠，50 %的横向重叠， 影像摄取最好是冬 季，行道树无叶，交通又最紧张时，时间选择早、 晚和上、下午四个交通高峰期。同时， 在主要道 路断面和交叉路口组织人员进行机动车流量的地面 同步和准同步调查，安排遥感调查标志车。
（1）归一化建筑用地指数提取城市用地 单击此处编辑母版标题样式
见下图： 在TM4和TM5波段之间除了城镇用地DN值走高之 外，其他地物(农田、水体、林地)DN值都变小。 构建： NDBI =（TM5 - TM4）/（TM5 +TM4） 因此，图像上 NDBI值大于0的地物 则认为是城镇用地。
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基于TM 影像的城市建筑用地信息提取 单击此处编辑母版标题样式 数据流程：正射校正-大气校正-计算 NDBI-计算NDVI-确定阈值-提取城市 用地。 正射校正：根据1:1万地形图和 30mDEM 选取地面控制点对Landsat TM 影像进行正射校正，选取了40 个地 面控制点,均匀分布在道路的交叉点、河 流和道路的交汇点等，校正后的精度在 15 个像元之内，满足了研究要求。
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（6）城市绿化调查规划 数据源由TM、ETM、彩红外遥感影像，向高空间 分辨率遥感影像发展，IKONOS，QuickBird。 研究内容上，主要是侧重于绿地，即植被提取方法 的研究。
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（1）城市土地利用
通过应用比较，人们发现TM 和SPOT卫 星数据图像在城市I级土地利用分类中有 着很大的潜力， 而在区分城市用地、农 田用地、绿化用地及其界限时，SPOT卫 星影像的解译也能满足需要； 1 :5万以上比例尺的彩红外航空遥感资 料，在区分I级土地利用分类时效果很好。 对于国家所规定的I级十类， Ⅲ级四十五 类国土资源，遥感技术基本都能予以解译 调查。
遥感地学分析
授课人：卢晓宁 E-mail：lxn@cuit.edu.cn
成都信息工程学院
Chengdu University of Information Technology
主要内容 单击此处编辑母版标题样式
1 城市遥感概述
2 城市扩张遥感监测
3 城市热岛效应遥感
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A、NDBI提取城镇用地 单击此处编辑母版标题样式
将NDBI图二值化，将NDBI 值大于 0的赋值为1，以 白色显示，代表城镇用地；其它的赋值为0，以黑色显 示，代表非城镇用地（图 c）。 NDBI二值化图c 通过与大气校正后的 Landsat TM影像对比发 现低密度植被覆盖区也被 提取出来了。 因此，仅利用NDBI >0 提取城镇用地是不可靠的。
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单击此处编辑母版标题样式 大气校正后图像
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A、NDBI提取城镇用地 单击此处编辑母版标题样式
利用NDBI计算NDBI图，城镇用地在NDBI 图上得到了最大的亮度增强，其他地物则普遍 受到压抑，其NDBI值为-1～1（图b）。
NDBI图b
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（3）城镇用地指数 单击此处编辑母版标题样式 因此，低密度植被覆盖区不仅具有植被的光 谱特性而且具有城镇用地的光谱特性。 利用这一独特的光谱特性，构建城镇用地指 数：NDBI>0&NDVI<0，可将城镇用地 中的低密度植被覆盖区从中分离出来，但始 终含有部分裸地信息无法分离出来。
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3.1 .1城市遥感内容 单击此处编辑母版标题样式
（8）城市遥感调查的其它内容 人口密度调查 建筑垃圾排查
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城市遥感调查的主要技术流程图 单击此处编辑母版标题样式
目的、内容和要求由调查的 项目需要所决定； 遥感图像包括两类， 一是航天遥感图像：主要用于区域性和市域性 的宏观调查 二是航空遥感图像：主要用于建成区和城市局 部地区的较微观调查； 地形图主要用于划分调查的空间层次、地理单元 和影像解译时的参考以及作为遥感调查的基础底 图。
改进的归一 吴宏安， NDBI+(1化裸露指数 蒋建军等 NDVI) （MNDBI） （2005）
相对NDBI更加突出了 城镇用地信息，提取结 果得到改善
徐 军， 城镇用地指 蒋 数（ULI） 建军等 （2007）
相对NDBI去除了低密 度植被区的影响，提取 NDBI&NDV 精度得到提高，结果客 I 观、可信，是一种自动 提取城镇用地的方法
3.1 .1城市遥感内容 单击此处编辑母版标题样式
（7）城市规划、建设遥感调查 利用遥感资料来研究城市用地扩展情况，可以反映 各个时期城市建设的特点和演变规律，发现城市发 展与管理中一些政策或决策带来的环境影响及规划 宴施中存在的问题，从而为制定新的城市发展战略， 改善城市生态环境提供科学的依据。 另外，还可根据现时像片上城市郊区新出现的村镇， 城市中新出现的居民区和工业区， 与过去的城市 地图进行对比，从而确定城市各个功能区乃至整个 城市的发展规模、形状和方向， 最终建立城市发 展的预测模型。
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（3）城镇用地指数 单击此处编辑母版标题样式 由TM上地物光谱曲线， NDBI提取城镇用地必然 包含裸地及低密度植被覆盖区信息。 城镇用地和裸地具有极相似光谱特征，所以 城镇用地和裸地较难区分。 但低密度植被覆盖区在TM3和TM4上具有 植被的光谱特征即在TM3和TM4之间DN值 是变大的；而在TM4和TM5上具有城镇用 地光谱特征，即TM4和TM5波段之间DN值 是变大的。
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（1）归一化建筑用地指数提取城市用地 单击此处编辑母版标题样式 局限性：
在Landsat TM影像上DN值TM5高于TM4的除了 城镇用地还有裸地以及含土壤背景信息的低密度植被 覆盖区（图）。
因此，利用NDBI提 取城镇用地的精度必 然会受到一定程度的 影响。