第２５卷第１期干旱区地理Ｎｏｌ２００２年３月ＡＲＩＤＩ，ＡＮｒ）ＧＥＯ（；ＲＡＰＨＹ文章编号：１０００６０６０（２００２）０１—００６Ｌ一０４基于ＲＳ和ＧＩＳ技术下城镇空间变化分析及应用研究周可法吴世新（中国科学院生态与地理蚵ｆ究所．呜鲁术齐８３０（１１１）提要城镇空间变化分析，是城镇发艟祷势分析的基础，对城镇远景规划有十分重要的指导作用。它也是区域生态环境演变研究的重点内容和基础内容。本文将引用ＲＳ和ＧＩＳ技术方法埘城镇空间变化进行研究其基术思路是．利用ＲＳ的ＴＭ卫片数据进行宏观盟测，再利用ＧＩＳ的空间分析功能．打便地进行城镇分布状况椰迁移变化的空间分析与计价。该技术方法已被成功地啦用于城镇分布状况发动态变化研究项目中．收到较好效果。关建词ＲＳＧＩＳ城镇空问变化数据库中圈分类号ＴＰ７９文献标识码Ａ遥感技术具有“遥、快、真、广、高”的特点，已经区，相刈整体而言，它只是“点”，这些点却义是经济成为进行地球科学研究的主要数据来源及研究方建设活动最为活跃、资源供需交换频繁、环境变化周法…：地理信息系统作为一种空间数据管理、分析期短且程度高．具有牵一发动全局的“战略”地的有效技术，可为遥感技术的应用提供各种有用的位【４】。这些“点”的特殊地位，迫使城镇用地环境动辅助信息和分析手段，大大提高了遥感信息识别的态变化信息的更新周期要短，数据信息精度要求更精度和效率，使遥感应用的深度和广度达到一个新高。ＲＳ与ＧＩＳ技术实现ｒ这一愿望。本文利用这的水平。同时，以遥感技术手段提取出的信息。也只一技术方法．埘城镇空间变化进行＿广分析研究，有在ＧＩＳ技术的支持下，才能有效地发挥其分析、建立了城镇用地数据库。该数据库的建立为今后的预测和辅助决策的作用。因此，ＲＳ技术和ＧＩＳ技城镇用地环境的动态监测、趋势分析、预测与部术相结合，已成为地学信息提取与空间分析最有力门决策打下了基础。快速、准确、实时地开展城镇土的技术方法之一。地资源调查．利用遥感（ＲＳ）与地理信息系统（ＧＩＳ）城镇空间动态变化分析，现阶段主要是对局部技术及【＿ｌ趋发展的网络技术，向礼会及有关部城镇勘测数据的分析，具有局限性；另外，城镇用地门提供服务与决策．已成为今后的发展趋势一动态数据更新时间长、费用高、实时性差。满足不了目前国家资源环境可持续发展的要求，致使一些重大环境问题缺少定量研究基础而难以得出科学结１技术路线论１２ｊ。通过利用ＲＳ的ＴＭ卫片数据进行宏观监测．具有整体宏观性分析．动态数据更新Ｊ＋｛期短、费Ｉｌ数据准备｛用低、实时性高等优点；利用ＧＩＳ的空间分析功能．这是研究工作的第一步，也是关系获取数据可可以方便地进行城镇分布状况和迁移变化的空问分靠程度非常重要的一步。本次建立的数据库．依照析与评价。本文依据ＲＳ和ＧＩＳ技术的这一优点．项目制作规范标准与具体要求。利用土地资源数据对城镇分布状况和动态变化进行分析研究。库实施方案及分类系统．建立卫星影象解译标志，采城镇变化是资源环境动态变化最为剧烈的地取无纸化人机交互式判读。运用室内作业Ｉｊ野外实２００１—０９—１８；修订日期：２００２０１—１７周可ｇ，法ｍ，．Ｒ毋－＠（汉ｌ寰族（Ｋ），ｚ，ｃ９ｘ，！聿笛芏：崭磊Ｂ翥荔薯Ｉ盏荔翌蛊．‘凳掣挈鬻２｛篷热学院新射生态与地理研究所遥感与。㈦青年囊要善｛螽：鼍萼鉴翥毫要岳签囊甓｝鬟警ｌ数据库建设等研究＇曾获中国科学院、新船维苷尔８治仄科技进步奖两项・垃万 方数据干早Ｉ薹地埋１５告地验证相结合的方法，提高ｊ，数据的现实性与准确性．确保了成果数据的可靠性¨“】。另外，各作业区均由熟悉当地情况的地学科研工作者合作完成，确保数据的可靠性：Ｉ２数据库建立建立城镇用地数据库，是城镇空间变化分析研究的基础．也是关键技术工作。基本步骤包括：图形解译数字化、建立拓扑关系及数据库建立。针刈城镇用地数据库的建立，几个关键点说明如下：（１）生成分幅矢量图斑数据记录成果，经相邻图幅接边处理．检查修正错误，建立拓扑关系．并进行城镇面积的统计和平差汇总。（２）将包括县级以上行政界线、铁路和重要公路干线、重要河流等内容．在（；Ｉｓ系统内进行城镇和基本地理单元层面叠加，完成细小地物及重要线状地物扣除和分政区的面积汇总。１．３数据库的更新与城镇空间变化分析在城镇用地数据库上更新，包括城镇用地动态数据获取及其数据库更新两个主要内容。城镇用地数据库更新，实际上是对城镇用地数据进行全要素以下年（如，Ｉ，２年）为周期的更新。城镇用地动态监测与动态数据获取，是数姑周期性生产和埘比分析的要求，即实现同等制图环境尺度下的动态图斑获取，包括城镇用地类型、资源数量及其空问分布等基本内容，并在系统内实现分类结果或分区域结果的生成，以完成数据库的更新。城镇空间变化分析，就是针对城镇用地动态数据变化进行分析。其技术手段如下：利用几期城镇用地数据库，将其纳人到地理信息系统（ＧＩＳ）中，通过埘不同时期城镇用地数据和遥感信息深加工数据进行信息复合识别，进行动态图斑的圈定和属性界定（属性含动态变化的全部内容．包括原有属性和现有属性），构成完整的城镇用地动态层面［２ｊ。由不同时期矢量数据进行空问运算，建立动态变化图。从而得到城镇空间变化趋势和变化特点等结论。２城镇空问变化应用研究２ｌ城镇用地数据准备为了在宏观上掌握城镇的分布和动态变化情况，建立了１９８９～１９９９年城镇用地数据库，包括ＴＭ影象数据、空问矢量数据、时间数据、属性万 方数据数据。ＴＭ影象为１９８９～１９９０和１９９９—２０００年叫个时段的影象，通过划ＴＭ卫片的解译．建、Ｚ带有地理坐标的矢量数据，录入与时问ｔ｝ｒ｜关的数据系列。其中属性数据是包括城镇用地、农村居民点用地、工矿建设用地、水田、耕地、林地、草地、水域、未利用土地等各大类的面积、阍长、坐标的数据庠。此数据库的建立为以后城镇建设、规划、资源分配、环境影响等提供决策支持，通过（；ｌｓ的空间分析陵型，为的决策提供理论依据。２２城镇用地变化的幅度和速度本文从城镇用地的角度出发．埘城镇分布现状进行分析。利用１９８９年和１９９９年度地匹ＴＭ卫星影象数据，应用遥感与（；ＩＳ地理府息系统的技术手段，完成近期（１９８９年度和１９９９年成）城镇用地动态图及其数据库的构建，刈城镇用地动态，变化进行统计、计算分析；城镇用地动态变化率的计算，啦一城镇用地可表达区域一定时问范围内某种类型的数量变化，公式表达为：Ｗ＝曼皆×｛＝…，％式中Ｋ。、‰分别为研究期｝玎及＂ｆ究蝴末某一种类型的数量；，ｒ为研究时段长。当７’设定为ｊｒ时，Ｍ为研究时段内某一类型的年变化率…．得出表Ｉ的结果。Ｔａｂ－ＩＤｙｎａｍｉｃｃｈａｎｇｅｏｆｔｏｗｎｌａｌｌ（ｈｌｓｅｄａｌ：ｔｉｎｘｌｎｊｉａｎｇｆｒｏｍ１９８９ｔ¨１９９９从表ｌ统计结果，（１）１０年来城市、城乡居民点及工矿交通建设总用地面积增加６．５２×１０４ｈｍ２。城镇结构方面：城镇用地增加７９１２７ｙ１０４ｈｕ・２，农村居民点用地而积增加３．９４６７×１０４ｈｒｎ２，工矿其他建没用地面积增加６６００１Ⅲ１二；（２）城镇增加面积较大的是农村居民用地，主要是由于人口增长的压力以及城镇化的发展所致；主要城市用地增加也比较大；石油和矿床的开采加剧ｒ工矿用地的增加。（３）从表Ｉ计算的年变化率米看．＋表１１９８９～１９９９年城镇用地动态变化各类面积统计表期周可法等：基于ＲＳ和【；ｌｓ技衣下城镇空间变化分析硬应用研究地区Ｉｏ年来城镇变化速率很快，年变化速度达式中ｗ为某种城镇变化类型的重要度；０ｊ为某种Ｉ．７５％，其中城镇用地和工矿用地变化速度撮大．年城镇变化类型的个体数；Ｑ为城镇变化类型的变化率分别达２２８％和ｌ８３％。这表明，这些个体数；Ａ为某种城镇变化类型的面积比。由上式计年人口增长、大型工矿的增加、城市化的发展是算城镇变化重要度的结果（表２）。城镇用地类型之城镇变化的主要动因。问的转换可以用城镇用地转换矩阵米实现．城镇用２３城镇空间变化分析地转换矩阵中每一个元素的值根据不同时期的城镇应用ＧＩＳ地理信息系统对不同期信息数据进用地图叠合相减得到该时期内每一个元素转化的数行动态分析．主要是利用ＡＲＣＩＮＦＯ的ＯＶＥＲ【．ＡＹ量．其结果如表３。功能．把１９８９年和１９９９年矢量数据进行叠加分析，表２城镇用地变化类型面积百分比及重要度表再采用属性数据不同字段运用条件公式：１ＦＰｌ＜＞Ｔａｂ．２Ｃｈａｎｇｅａｎｍｓｏｆｔｏｗｎ｜ａｎｄ岫ｅｆｒｏｍｏｔｈｅｒｔｙｐｅｓＰ２ＴｈｅｎＰ＝Ｐｔ＊１０”十Ｐ２（Ｐ表示新字段，Ｐｔ表示ａｎｄｉｔｓｐｅｒｃｅｎｔａｎｄｉｍｐｏｒｔａｎｃｅｉｎＸｉｎｊｉａｎｇｆｈｍ２】１９８９年代码字段．Ｐ２表示１９９９年代码字段，ｎ为Ｐ２字段最大位数），得到Ｐ字段属性数据和空间数据建立拓扑关系得到动态数据（空问数据和属性数据）。空间数据最后输出成图形。借鉴土地空间结构的分析方法１７Ｊ，笔者提出城镇空问变化类型的重要度的计算方法．来说明城镇空间变化方向．重要度可定量地表示城镇变化类型埘区域的重要程度．是确定城镇变化方向的重要依据。重要度的计算方法如下：Ⅳ＝导×１００％十Ａ（２）表３１９８９～１９９９年城镇用地转换矩阵衰Ｔａｂ．３Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｍａｔｒｉｘ０ｆｔｏｗｎｌａｎｄｎｓｅｉｎＸｉ珈ｉａｎｇｆｒｏｍ１９８９ｔｏ１９９９（ｈ刑２表２是各大类城镇用地增减变化计算结境影响很大。从表３统计结果可以看出同样结论。果，说明城镇用地变化的消、长方向。在城镇用地扩２．４城镇空间变化总趋势与特点大面积中，占用耕地的比例在５２％以上，占用草地从城镇用地动态变化图和表２来看（为本的比例在２９％以上。另外．石油和矿床的开采加剧次城镇用地与前期城镇用地在同一地区的不同类型了工矿用地的增加。据统计。工矿用地增加了六千反映。如某～地区前期为耕地．本次为城镇，那么，多公顷，由于河道移动和修建水库掩没工矿用地也其城镇土地利用动态变化结果表示为城市扩大化），造成城镇增减变化。总之．这几年城镇变化很动态变化主要在绿洲地带．山区变化很小；从重要度快。所增加的８１％以上来自耕地和草地．剐生态环来看城镇变化方向为城镇不断扩大．大量侵占万 方数据ｉ千旱区地理：５卷耕地和草地．同时城镇和城市在不同的空间区位上发生转化．促使城市扩大化和城镇扩大化；城镇及农村居民点面积增大５４０００多公顷，与前期相比增加９．２％．其中城市增加１４％，城市化速度较项应用研究表明：利用ＲＳ技术和ＧＩｓ技术桐结合的技术方法，不仅具有整体宏观监测、动态数据更新周期短、费用低、实时性高等优点，可以方便地进行城镇分布状况和迁移变化的空间分析与评价，并对快。据统计，１９８９年全疆人口为１４５４．１６万人．城镇土地利用管理与城镇远景规划有ｔ分重要１９９９年为１７７５．００万人，年均增长率２２％。城镇的指导作用。扩展与人口增长基本相适应，人口增长速度略大；工矿用地略有增加，主要表现为油田、矿区开发建参考文献设扩大；动态变化主要在南疆、北疆绿洲地带．南疆［１］陈述彭，鲁学军，周成虎地理信息系统导论【ＭＪ北京：科学Ｈ；城镇增加幅度小、北疆城镇增加幅度大；的资源版社．２０００５３～８５环境相对比较恶劣，对城镇用地的合理开发更加重【２］ｉ，『：学强．周一星．宁越敏城市地理学【ＭＪ．北京：岛等教育｝｝ｊ皈要。社．１９９６２３～５６，［３］毋河海地图数据库系统［Ｍ］北京：测绘出版社，１９９１３５～３结束语７２【４】修文群，弛天河城市地理信息茅坑［Ｍ］北京：希望电千山颤牡．１９９９１５～２９本文介绍了利用ＲＳ与ＧＩＳ技术对城镇空间变［５］朱会义．李修彬环渤海地区土地利用的时空变化分析【Ｍ】地化进行研究的技术方法。并在首次建立ｒ基于理学报，２００１．５６（３）：２５３－－２６０影像、解译数据和地形数据相互验证的信息系统，完［６）史培军．官鹏．李晓兵等上地利ＨＩ／覆盖变化研究的方法与实成了图象数据、图形数据和属性数据的叠合．并在此践［Ｍ］北京：科学ｊＵ版社．２０００９５～１１８基础上，进行了城镇空间变化分析与评价。通过此【７ｊＣａｉＹｕｎｌｏｎｇＭｅｔｈ“ｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｕｏｎｓｏｆｈｎｄｍｃ…ｒｅａｎａｌｙｓｉｓ［Ｊ］ＡｃｔａＧｅｏｇｒａｐｈｙＳｉｎｉｃａ．１９９２．４７（２）：１４６～１５５（Ｉｎｃｈｉｎｅｓｅ）ＡＮＡＬＹＳＩＳＯＮＳＰＡＴＩＡＬＣＨＡＮＧＥｏＦＴＯＷＮＳＢＡＳＥＤＯＮＲＳＡＮＤＧＩＳＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳＡＮＤＲＥＳＥＡＲＣＨｏＦＩＴＳＡＰＰＬＩＣＡＴＩｏＮＺＨＯＵＫｅ－ｆａＷＵＳｈｉ—Ｘｉｎ（ＸｉｎｆｉａｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｃｏｌｏｇｙａｎｄＧｅｑｇｍｐｈｙ．ＣＡＳ．Ｕｒｕｍｑｉ８３００１１．Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｔｏｗｎｓｐａｔｉａｌｃｈａｎｇｅｕｎｄｅｒｌｉｅｓｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｔｒｅｎｄｏｆｔｈｅｔＯＷ／ＩＳｈｉｓｖｅｒｙｉｍ［ｘＰｒｔａｎｔｆｏｒｄｉｒｅｃｔｉｎｇｔｈｅｆａｒｆｕｔｕｒｅｔｏｗｎｐｌａｎｎｉｎｇ．ＩｔｉｓａｌｓｏｔｈｅｍａｊｏｒｃｏｎｔｅｎｔａｎｄｔｈｅｂａｓｉｃｍａｔｔｅｒｉｎｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈＯｉｌｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｔｈｅｒｅｇｉｏｎａｌｅｃｏ－ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｅｖｏｌｕｔｉｏｎＴｈｉｓｐａｐｅｒｕｔｉｌｉｚｅｓｔｈｅＲＳａｎｄ（；ＩＳｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｓｔｕｄｙｉｎｇｔｈｅｓｐａｔｉａｌｃｈａｎｇｅｓｏｆｔｈｅｔｏｗｎＨｅｒｅｉｓｔｈｅｂａｓｉｃｆｌｏｗｃｈａｒｔ：ｆｉｒｓｔ．ｔＯｍｏｎｉｔｏｒｍａｃ『ｌ＊∞ｐｉｃａｌｌｙｗｉｔｈＴＭｌａｎｄ—ｓａｔｅｌｌｉｔｅｄａｔａｔＯｅｓｔａｂｌｉｓｈｔｈｅｄａｔａｂａｓｅｏｆｔｏｗｎ—ｓｐａｃｅ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｔＯａｎａｌｙｚｅａｎｄｅｖａｌｕａｔｅｅｘｐｅｄｉｅｎｔｌｙｔｈｅｄｉｓｔｒｉｈｕ—ｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｍｉｇｒａｔｏｒｙｃｈａｎｇｅｓ０ｆｔｈｅｔｏｗｎｓｂｙｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆＧＩＳｓｐａｔｉａｌａｎａｌｙｓｉｓ．Ｔｈｉｒｄｌｙ，ａｆｔｅｒｏｖｅｒｌａｙｉｎｇｍｕｌｔｉ—ｐｅｒｔｏｄｔｏｗｎｄａｔａ，ｔＯｇｅｔｈｏｌｄｏｆｄｉｖｅｒｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｙｐｅｓ，ａｎｄｕｓｅｔｈｅｍａｔｒｉｘｏｆｔｏｗｎｄａｔａｏｆｔｈｅｌａｎｄｃｈａｎｇｅｓｔＯｒｅａｌｉｚｅＳｐａｔｉａｌａｎａｌｙｓｉｓ．ＴｈｉｓｍｅｔｈｏｄｉｓｕｓｅｄｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙｉｎｔｈｅｐｒｏｊｅｃｔａｂｏｕｔｓｔｕｄｙｉｎｇｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｎｇｓｔａｔｕｓａｎｄｄｙｎａｍｉｃｃｈａｎｇｅｓｏｆｔｏｗｎａｃｉｎＸｉｎｊｉａｎｇ．Ｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｃｈａｎｇｅｒａｔｅｓａｎｄｔｈｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｄｅｇｒｅｅｏｆｔｈｅｌａｎｄ—ｔｙｐｅｓｉｎｔｈｅｐａｓｔｔｅｎｙｅａｒｓ，ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｄｙｎａｍｉｃｃｈａｎｇｅｓｏｆｔｈｅｔｏｗｎｓｈａｖｅｂｅｅｎｇｏｔｔｅｎｉｎＸｉｎｊｉａｎｇ．Ｉｔｉｓａｃｃｏｒｄｗｉｔｈｔｈｅｃｈａｎｇｅｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅａｕｇｍｅｎｔｒａｔｅｏｆｔｏｗｎｌａｎｄ－ｕｓｅａｎｄｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆＩｘ３ｐｕｌａｔｉｏｎｉｎＸｉｎｊｉａｎｇａｎｄｈａｓｅｘｅｒｔｅｄｇｏｏｄｅｆｆｅｃｔｉｎｒｅｌａｔｉｎｇｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＲＳ，ＧＩＳ，ＴｏｗｎＳｐａｔｉａｌＣｈａｎｇｅ，Ｄａｔａｂａｓｅ万 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