武汉市1991~2013年城市扩张与地表覆盖变化研究
武汉市土地利用现状分析
武汉市土地利用现状分析1 研究区概况武汉是湖北省省辖市，湖北省省会。
位于江汉平原东缘，长江与汉水交汇处。
北距首都北京1190公里。
介于东经113°41’～115°05’，北纬29°58’～3l °22’之间。
东与黄冈市、鄂州市、大冶市接壤，南与咸宁市、嘉鱼县、洪湖市相连，西与仙桃市、汉川市毗邻，北与孝感市、红安县、麻城市相接。
南北最大纵距155公里，东西最大横距134公里，辖区总面积8549平方公里，其中城区面积2718平方公里，城市建成区面积460平方公里。
现辖江岸区、江汉区、硚口区、汉阳区、武昌区，青山区、洪山区，蔡甸区、江夏区、东西湖区、汉南区、黄陂区、新洲区13个区。
总人口838.91万人，其中城市人口533.21万人。
地形属残丘性河湖冲积平原，山丘、湖泊与平陆相间，其中北部小片山地为大别山余脉。
海拔19.2～873.7米。
江(河)湖水面占总面积的25％。
主要河流有长江、汉水、滠水、府河、倒水、举水、金水、东荆河等。
较大的湖泊有梁子湖、涨渡湖、汤逊湖、东湖等。
呈东西向的两列低矮山系与南北向的长江在市区形成垂直轴线。
长江、汉水把市区分割为武昌、汉口、汉阳三部分，形成“三镇鼎立”的独特城市格局。
武汉市属典型的亚热带湿润季风气候，四季分明。
年平均降水量1284毫米，降水相对集中于6～8月，年平均气温16.4℃。
2 土地利用数量分析2.1 武汉市各土地利用类型数量概况据武汉市土地利用现状调查，2008年武汉市农用地面积为556733.21公顷，占武汉市土地总面积的65.12%，其中耕地面积为338344.27公顷，占土地总面积的39.58%；园地面积为13455.40公顷，占土地总面积的1.57%；林地面积为87971.71公顷，占土地总面积的10.29%；牧草地面积为184.09公顷，占土地总面积的0.02%。
建设用地面积为148273.71公顷，占土地总面积的17.34%，其中居民点及工矿用地面积为117120.5公顷，占土地总面积的13.70%；交通用地面积为15378.51公顷，占土地总面积的1.80%；水利设施用地面积为15774.67公顷，占土地总面积的1.85%。
武汉市土地利用景观格局变化研究
武汉市土地利用景观格局变化研究摘要:在遥感与地理信息系统的支持下,通过解译1991年､2002年､2007年3期Landsat5-TM影像,分析了武汉地区从1991年到2007年土地利用和景观格局的变化情况｡结果表明,16年间研究区内景观格局发生了很大变化;农业用地面积､人工建筑用地面积在不断增加,而水域面积和林地面积相对减少;研究区景观的破碎化程度降低,景观多样性水平下降,景观异质性减少;引起变化的主要原因为城市化的快速发展｡关键词:景观空间格局;景观指数;土地利用;武汉市Land Use and Landscape Pattern Change in Wuhan CityAbstract: The change of land use and landscape pattern from 1991 to 2007 in Wuhan city was discussed based on Landsat5-TM data in 1991, 2002, and 2007 with the support of GIS. Results showed that the landscape pattern in Wuhan city had been changed a lot during the last 16 years. The area of agricultural land and building land increased constantly, while those of water and forest land reduced. The landscape pattern could be characterized by gradually decreasing of landscape fragmentation degree, landscape diversity and landscape heterogeneity. The main reasons which led to the change in landscape pattern were the development of urbanization.Key words: landscape pattern; landscape index; land use; Wuhan city景观空间格局主要是指大小和形状不一的景观斑块在空间上的排列,它是景观异质性的重要表现,同时又是各种生态过程在不同尺度上作用的结果｡对景观格局研究的目的是在似乎由无序的斑块镶嵌而成的景观上,发现其潜在的､有意义的规律性[1]｡景观动态指景观在结构单元和功能方面随时间的变化,包括景观结构单元的组成成分､多样性､形状和空间格局的变化,以及由此导致的能量物质和生物在分布与运动方面的差异;它反映了多种自然的､人为的､生物的和非生物因素及其作用的综合影响[2]｡景观格局及景观格局动态变化的研究一直是景观生态学研究的热点和重要领域｡20世纪70年代,数量化研究开始受到人们的重视｡近年来出现了许多数量化方法,为景观生态学研究注入了新的活力[1,3,4]｡本研究综合运用景观生态学原理和数量分析方法,开展土地利用格局的量化研究,试图发现空间格局产生的原因与机制,了解人类活动与景观结构､功能之间的相互关系并为景观的合理管理提供有价值的资料｡1研究区概况与研究方法1.1研究区概况武汉市位于中国腹地,湖北省东部,长江和汉水的交汇处,地理位置为东经113°41′~115°05′,北纬29°58′~31°22′｡地貌属鄂东南丘陵经江汉平原向大别山南麓低山丘陵过渡地带,中间低平,南北丘陵､岗垄环抱,北部低山林立｡地形属于残丘性河湖冲积平原,地势平坦低洼,湖泊星罗棋布,河道纵横交错｡气候属亚热带季风湿润气候,常年雨量充沛,雨热同季,降水多集中在6~8月｡土壤类型繁多,其中水稻土的面积最大｡武汉市辖江汉､江岸､硚口､汉阳､武昌､青山､洪山､蔡甸､江夏､黄陂､新洲､东西湖､汉南等13个行政区｡本次研究选取城市化较快的外环线以内的区域,包括2 274 km2左右的国土面积｡1.2研究方法1.2.1景观类型划分与解译限于TM影像的分辨率和数据的可获得性,结合武汉市实际情况,将土地利用/覆盖分为农业用地(水田､旱地)､林地､水域(河流､湖泊､库塘､沟渠)､人工建筑用地(城镇及农村居民点､工矿､交通用地)和其他土地(空闲地､沙地､裸地)5个一级类型,并结合其他辅助资料建立解译标志｡1.2.2数据源及技术路线遥感数据选用质量较好,无云,季相一致且完全覆盖研究区的3期Landsat5-TM数据(1991-07-19､2002-07-09､2007-07-31),数据具有可比性｡在Erdas9.2中对3期影像进行预处理,配准精度控制在一个像元以内｡本研究通过ENVI4.4对遥感图像进行人机交互式判读解译｡先对影像进行非监督分类和监督分类,结合Google Earth软件､植被图等辅助资料,人工目视解译,修改分类结果,提高解译精度｡经过精度评价3期分类图的总体分类精度都超过80%,满足本研究的精度要求｡最后,在ArcGIS9.3和景观格局分析软件Fragstats3.3支持下,通过格式转换､空间分析等处理,进行数据统计分析和景观格局指数计算｡此外,考虑到尺度效应对景观格局指数的影响,本研究粒度均设为30 m×30 m,空间幅度统一在研究区范围内｡1.2.3景观格局指数的计算Fragstats3.3景观计算软件,可以相应计算景观3个级别上(斑块､类型､景观)的50多个指标｡因为缀(斑)块指数往往作为计算其他景观指数的基础,而本身对了解整个景观的结构并不具有很大的解释价值[2],所以笔者从类型和景观两方面研究16年来武汉地区景观格局变化过程,并结合前人的研究成果[5-8],最终选用景观面积､斑块密度､边缘密度､面积百分比､平均形状指数､平均分维数､斑块多度､香农多样性指数､香农均匀度指数､聚合度等指数进行分析｡本研究不对每个指数的具体含义进行说明,具体描述见参考文献[2,5]｡2结果与分析2.1类型水平分析对武汉市1991年､2002年和2007年的TM影像解译结果分析并绘制图表,其中表1是本研究计算和分析的基础,图1~2反映了土地利用类型的景观格局指数随时间的变化情况｡2.1.1斑块数量与面积分析由表1可知,随着城市化的发展､人口的增加及工农业内部结构的调整,研究区内不同用地类型的斑块面积和数量均发生了显著的变化,其中以水域景观的变化最为显著｡在1991~2007年间,水域面积共减小了29 598.57 hm2,水域所占研究区面积的比重也下降了13.02个百分点,这主要是由于围湖造田､填湖建房以及以湖泊为主体开挖鱼塘等人类开发利用活动的加剧引起的｡与此同时,水域斑块密度呈现小幅上涨趋势,说明水域景观已经逐渐破碎化｡农业用地面积和所占比重最大并且不断增加,2007年分别达到110 331.9 hm2和48.52%,说明研究区可看作以农业用地为基底的城市生态景观;而农业用地斑块数量减少了789个,使得斑块平均面积增加;斑块密度和边缘密度均出现下降趋势,说明斑块之间的孔隙度下降,农田分布相对集中｡人工建筑用地由1991年的35 825.58 hm2增加到2007年的52 786.53 hm2,增长47.34%,这是由于期间人口的快速增长,对建设用地的需求加大;据资料显示[9],2007年武汉市户籍人口为828.21万人,是第四次全国人口普查时武汉人口数的1.2倍;2002年,建筑用地斑块密度和边缘密度分别为3.959 4个/km2和36.120 0 m/hm2,2007年时相应减少到2.615 1个/km2和31.425 6 m/hm2,这可能是由于城市规模扩大,区域连块成片,使得斑块之间的连通性加强｡林地面积所占研究区比重不大,只占2.39%(2007年),原因是武汉市地处平原湖区,林地资源本来就不丰富[7];其他土地类型仅占总面积比重的1.19%(2007年),属非优势景观类型｡2.1.2分维度分析由表1､图1和图2可知,在16年的时间里,水域的指数值呈现不同程度地增加,说明其斑块形状愈加不规则,边缘复杂程度更高,也从一定程度上反映了水域景观逐渐破碎化的事实;而农业用地､林地､人工建设用地的指数值均减少,表明这些斑块形状趋于规则,边缘复杂程度降低｡2.2景观水平分析由表2可知,研究区斑块密度､香农多样性指数､斑块多度､聚合度､香农均匀度指数均发生了变化,其中香农多样性指数从1991年的1.205 2减少到2007年的1.177 2,鉴于各年斑块多度均为5,因此各土地类型在面积分布上均匀程度的降低是其指数变化的原因,均匀度指数逐年降低充分说明了这一点｡聚合度与斑块密度反映了相反的趋势,即聚合度越高,斑块密度越小;本研究中聚合度出现先减后增的情况,这可能是受城市化水平的影响｡据相关资料显示[9,10],1985~2002年,武汉城市化增长缓慢,2002年底,其城市化率为59.8%;“十五”期间武汉市形成了城乡优势互补的主城-卫星城-小城镇为轴线的多层次､网络状城镇体系;到2007年底,城市化率达68.0%｡城市规模的不断扩大,道路交通体系的逐渐完善,加强了斑块之间的连通性,同时,本研究仅对景观类型进行了一级分类,最终致使景观聚合度增加｡3讨论不同的景观指数之间具有相关性,如本研究中的反映相同趋势的平均形状指数和平均分维数,反映相反趋势的聚合度与斑块密度;正如邬建国[2]的研究表明,同时采用多种指数往往并不增加“新”信息｡就研究区整个景观而言,景观的破碎化程度降低,多样性水平下降,异质性减少｡由于干扰程度(城市化水平)的不同导致景观格局出现不同的变化结果,如聚合度和斑块密度随时间的变化趋势,表明人类活动一方面能够使景观规则化,边缘复杂性降低;另一方面,也可使景观破碎化,边缘复杂性升高｡参考文献:[1] 张金屯,邱扬,郑凤英. 景观格局的数量研究方法[J].山地学报,2000,18(4):346-352.[2] 邬建国. 景观生态学——格局､过程､尺度与等级[M].北京:高等教育出版社,2000.11-18,96-120.[3] 邱扬,张金屯,郑凤英. 景观生态学的核心:生态学系统的时空异质性[J].生态学杂志,2000,19(2):42-49.[4] 刘颂,李倩, 郭菲菲. 景观格局定量分析方法及其应用进展[J].东北农业大学学报,2009,40(12):114-119.[5] 李团胜,肖笃宁. 沈阳市城市景观结构分析[J].地理科学,2002,22(6):717-723.[6] 宁龙梅,王学雷,吴后建. 武汉市湿地景观格局变化研究[J].长江流域资源与环境,2005,14(1):44-49.[7] 孔雪松. 武汉市土地利用/土地覆盖变化的环境安全研究[D].武汉:华中师范大学,2005.[8] 鲍蕾,张志,刘亚林. 基于最佳尺度的武汉市土地覆盖景观格局分析[J].湖北大学学报(自然科学版),2009,31(2):201-205.[9] 湖北年鉴编辑委员会.湖北年鉴2008[M].武汉:湖北年鉴社,2008.438.[10] 何雄. 武汉市城市化进程实证分析[J].中南财经政法大学学报,2004(5):56-60.。
武汉市建成区扩展演变与规划实施验证
武汉城市变迁
影响因素
• 区位优势：武汉位于中国腹地中心、湖北省东部、长江与汉江交汇处，中国长江中
下游地区巨大型城市。世界第三大河长江及其最大支流汉江横贯市区。京津作为政治 经济中心一直是中国北部增长极，80年代实行的沿海开放战略使穗深成为南部增长极， 90年代长江流域开发战略使上海成为东部增长极，西部大开发战略使成渝成为西部增 长极。菱形结构之间，存在着较大的空间距离，在其心脏区域需要一个中心城市作为 支撑点和连接点，以发挥承东启西、连接南北、呼应西部大开发的作用。武汉位于连 接南北的京广、京九两条铁路干线与连接东西的沿长江高速公路的交汇点上，位于菱 形空间结构的心脏区域，在全国区域经济发展中具有十分重要的战略地位。这个区位 优势是武汉作为中国中部特大中心城市最大的优势。
城市人口规模
武汉市常住人口变化，自1910年至今，常住人口数量整体上呈上升 趋势。只是在20世纪中期及中后期出现少量减少。
武汉市常住人口变化图
城市人口规模
武汉人口变化的出生率、死亡率和自然增长率整体上呈下降趋势，但 在20世纪后期，出生率与死亡率有较大的增大。较不符合工业化国家人 口变迁过程。
城市人口规模
武汉市空间布局变化
改革开放初期
• 由于工业的持续发展和城市道路的修建，当时的城市形态变化更多的 是以轴状发展为主导。武汉一方面继续以旧城为核心沿城市主干道向 外轴状延伸，一方面以各工业组团为核心逐渐生长，两者渐渐联结成 片。其中： • 武昌地区由于受众多湖泊的挤迫，因此主要以旧城、青山工业区、白 沙洲工业区、关山工业区、石牌岭工业区等为基础，向东沿武珞路－ 珞瑜路大幅度推进发展、向南沿武咸、武金公路发展、向北沿和平大 道形成余家头工业区，总体上形成“Ｅ”型轴状发展态势。 • 汉口地区由于地势和防洪的要求，城区的建设无法突破堤防，因此主 要以旧城、堤角工业区和易家墩工业区为基础，在解放大道沿线向两 侧填充扩张和向两端轴向延伸，总体上形成从解放大道到长江、汉水 之间狭长的沿江轴状空间形态； • 汉阳地区由于水系纵横，限制了汉阳用地的南扩，同时沿长江狭长带 状的基础服务设施配套困难，所以选择沿汉江的十里铺西延，利用水 运发展工业和居住，因此主要以旧城、七里庙工业区为基础，沿鹦鹉 大道向南、汉阳大道向西，呈现出“L”形的沿江轴状形态。
基于近20年土地利用变化的武汉市都市农业功能水平研究
近20年来，随着城市化的快速发展，土地利用的变化对都市农业的功能水平产生了重要的影响。
本文将以武汉市为例，探讨近20年来土地利用变化对都市农业功能水平的影响。
首先，近20年来武汉市土地利用发生了较大的变化。
随着城市化进程的推进，武汉市的建设用地逐渐增加，农用地逐渐减少。
根据统计数据显示，2000年至2024年，武汉市的建设用地从285.43平方公里增加到498.52平方公里，而农用地则从1109.72平方公里减少到831.84平方公里。
这种城市化进程对都市农业的发展带来了很大的压力。
其次，土地利用变化对都市农业功能水平产生了一系列的影响。
首先是都市农业生产功能的下降。
由于农用地的减少和城市化进程的推进，农田面积减少，农业生产的规模减小，农民从事农业的积极性降低。
其次是都市农业生态功能的下降。
随着城市的扩大，农田被开发为建设用地，绿化覆盖面积减少，对生态环境的保护能力降低。
再次是都市农业社会功能的下降。
都市农业一直扮演着为城市居民提供新鲜农产品的角色，但由于农用地的减少和农产品产量的下降，都市农业的供给能力受到了限制。
然而，尽管土地利用变化对都市农业功能水平产生了负面影响，但也产生了一些积极的变化和发展机遇。
首先是都市农业多样化功能的发展。
随着城市对农业的需求的变化，都市农业逐渐由传统的粮食、蔬菜生产转向花草种植、家庭养殖等多样化的农业形式。
其次是都市农业科技化发展的机遇。
随着城市化进程的推进，农业生产逐渐引入了先进的科技手段，如大棚种植、无土栽培等，提高了农产品的质量和产量。
再次是都市农业可持续发展的努力。
为了解决土地利用变化对都市农业的影响，政府和相关部门加大了都市农业的支持和保护力度，推动农业向可持续发展方向转变。
综上所述，土地利用的变化对都市农业功能水平产生了重要的影响。
尽管土地利用变化对都市农业功能水平产生了负面影响，但也产生了一些积极的变化和发展机遇。
未来，应进一步加强农业与城市规划部门的协调合作，通过优化土地利用结构，推动都市农业的可持续发展，提高都市农业的功能水平。
【图表专题】高考地理图表的判读与应用专题
地理图表的判读与应用要点精讲1.方法概述地理图表的判读与应用是高考命题的常见形式和重要内容，以图表为载体考查考生获取和解读地理信息、分析解决问题的能力是地理高考试题的特色。
2.增分策略(1)利用图像信息利用图像信息解题一般遵循“读图名→细辨图例→挖掘信息”的步骤。
以下题为例进行详细说明。
(2)利用表格资料表格通常是地理统计信息资料的分类展示形式。
解读表格资料时，要能解释或说明表格中地理事物的形成与变化原因，要能总结或类比表格中不同地理事物的特征与差异。
解读表格资料应注意的三个问题：①抓主要线索，综合分析、认识地理规律；②对地理统计数据进行定性、定量分析研究，大多数试题可直接观察、分析到地理事物的强弱、大小、多少等规律变化，若题目要求定量分析，则需要利用统计数据进行计算，并进一步完成定性分析；③注意对表格中地理事物进行横向类比分析，类比分析地理事物的相反、相似点，可以更清楚地认识地理事物的共性，更深刻地认识地理事物的特点。
典例剖析1.牛肝地是发育在以红层软岩(红层软岩是以红色为主色调的碎屑沉积岩，岩性以砂岩、泥岩、页岩为主)为主的区域，以密集侵蚀沟和风化壳裸露为标志的红层荒漠。
土壤一般由矿物质、有机质、水分和空气四部分组成。
读我国某地区不同演替阶段下的植物群落与土壤特征变化图，完成(1)～(3)题。
(1)该地区最可能位于( )A.东北平原B.江南丘陵C.青藏高原D.河西走廊(2)植物群落由常绿阔叶林到牛肝地演替的主要原因是( )A.气候变异B.地表形态变化C.土壤肥力变化D.过度的农业活动(3)在该地区植物群落由常绿阔叶林到牛肝地演替的过程中，土壤特征发生的变化是( )A.土壤厚度增大B.土壤水分含量增大C.土壤肥力提高D.土壤中矿物质比重增大解析解答本题时先读图名，图名能概要地说明图示的主要内容，该图表示的是我国某地区不同演替阶段下的植物群落与土壤特征变化图；再细辨图例，找出图中表示生物量、多样性指数、有机质含量、含水率等相关图例；最后挖掘信息，提取有效的地理信息是图像分析的关键，找出图中的植物群落、生物量、多样性指数、有机质含量、含水率的变化趋势。
我国城市空间扩张的时空特征及驱动因素分析
我国城市空间扩张的时空特征及驱动因素分析作者：何雄王神坤来源：《武汉理工大学学报(社会科学版)》2022年第04期摘要：利用2001-2013年共13年的DMSP/OLS全球夜间灯光数据，提取全国城镇建成区面积动态变化，分析我国城市空间扩张的时空特征，并运用空间计量模型（SLM和SEM）研究分析城市空间扩张的驱动因素，研究结论如下：（1）我国城市空间扩张总体上呈逐渐增长的趋势，但其扩张速率和年增长面积也会随着社会经济的变化而产生波动;（2）我国城市空间扩张存在显著的空间相关性，较强的正向空间依赖关系，总体空间差异逐渐减小;（3）城市固定资产投资、交通通达性、产业结构优化、人口规模扩大及对外开放水平显著提高了城市空间扩张水平。
关键词：城市空间扩张;DMSP/OLS全球夜间灯光数据;驱动因素中图分类号：F129.9; F291 文献标识码：A DOI：10.3963/j.issn.1671-6477.2022.04.012中国的城市建成区面积由1984年的8842平方公里增加到2015年的40941平方公里，增长幅度为463.03%，城市空间扩张速度较快。
而城镇人口由1984年的2.4017亿人增加到2015年的7.7116亿人，增长幅度达到321.09%，这表明中国的土地城镇化速度明显快于人口城镇化速度，我国城市空间扩张过程中存在“蔓延”现象，即以“摊大饼式”向周围区域无序扩张。
作为世界上最大的发展中国家，我国城市建设用地的利用正在面临着十分严峻的局面[1]。
近年来，虽然从国家层面上多次出台相关宏观调控政策，意图遏制城市的无序扩张，促进集约节约型土地利用，但是总体上我国城市空间无序扩张的脚步并未曾止步。
因此，研究城市空间扩张的动态变化和驱动因素，对症下药来遏制城市空间的无序扩张，对于现阶段人多地少、城市化进程加快的中国而言具有十分重要的现实意义。
本文从空间视角出发，通过构建城市空间扩张的影响机制，运用空间计量经济模型研究城市空间扩张的驱动因素，并用实证结果检验理论假说是否符合实际，最后提出相关政策建议，以期能有效应对我国城市的无序扩张。
转型期武汉市城市扩张政策分析
本文选取 了五大方面的城市政策 ：财政政策 、户籍与城 市化
政策 、城市规 划与产业政策 、城 市交通与土地政策 以及城 市
区城镇 的行政 区划整合 ，武汉市建成 区面积 由１ ９ 年 的２ １ ４ ９ ０
平方公里急剧扩张￣ ２ １ 年 的４ ５ ｔ０ ０ ］ ７ 平方公里 ，城 市建成 区面 积 扩张 了一倍 多，在近 １ 年的时 间内完成 了武汉市 上百年 尚 ６ 未达到的城市扩张 规模 与速度 ，其扩张 规模之大是武汉 市以
ｉ ｎｎｏ ｔｏｎ ｏｆｓ ｔ ｍ ａ ｉｔｉ ｔｏｎ ｍ ａ ｅ ｕｒ ｎ ｖｅｎｍ ｅ ｖａｉ ｙｓｅ ｏｆｔｘ ｄｓｒｂｕ ｉ ｋ ｂａ ｇｏ ｒ ｎｔ ｐ ｏｎ ｅ ｅ ｏｒｎｅ ｆ ｉ ｅ ｒ ｄ ｆ ｗ ｕｎｄ， Ｂｙ ｔ ｒｔｎ ｆ ｒ ｔ ｎｃ ｅ ｓ ｎ ｎｃ ｈｉｓｉｇ ｈｅ ｉ ｒ ａｅ ｏｆｆ ａ ｅ ｏ ｉ ｒ ｖｅ ｕｅ ａ ｃ ｎｏ ｉ ｖｅｏｐ ｅ ｐ ｅｄ，Ｔｈｉ ｈａ ｏｒ ｌａ ｅ ｎ ｎｄ ｅ ｏ ｍ ｃ ｄｅ ｌ ｍ ｎｔｓ ｅ ｓｂｅ ｖｉ ｅ ｄ ｔ ａ ｔ ｈｅ ｏｉ ｒ ｓ Ｏ ｗ ｓｅ ｔ ｓ ｌ ｅ ｏｕｒ ｅ ａ ａ ｈｅ ｃ ｔ ｏ ｃ ｎｄ ｍ ｋｅ ｔ ｉｙ ｚ ｎｅ ｏｖｅ ｓ ｅ ｄ ｒｐｒ ａ ｓ ｒ ｔｙ．Ｍ ａ ｇｅ ｅ ｔｓ ｓｅ ｒ ｈｏ ｅ ｌ ｂｅ ｏ ｅ ｆｅ ｂｌ ｎｄ ｅｃ ｅｌ ｎａ ｍ ｎ ｙ ｔ ｍ ｆ ｕｓ ｈｏｄ ｃ ｍ ｘｉ ｅ ａ ｏ ｌ ｕ ｂａ ｚ ｔｏ ｉ ｈａｇｅ ｏ ｏｖｅｎｍ ｅ ｍ ｐｅｌｄ ｔ ｅ ｌ ｐｍ ｅ ｒ ｎｉａｉ ｎ ｎ ｃ ｒ ｆｇ ｒ ｎｔｉ ｌ ｈｅ ｄ ｖｅｏ ｅ ｎｔ ｏ ｕｂ—ｕｒ ｎｉａ ｉ ｆｓ ｂａ ｚ ｔｏｎ， ａ ｐｔｔ ｔａ ｅ ｗ —ｃｔ ａ Ｔｏ ｄｏ ｈｅ ｓｒ ｔ ｇｙ ｏｆ ｎｅ ｉｙ ｎｄ ｅ ｏｎｏｍ ｉ ｄｅ ｌ ｃ ｃ ｖｅ ｏｐｍ ｅ ｅ ｏ ｎｔａｒ ａ ｔ ｍ ａ ｔ ｉｙ—ｔ ｎ ｋｅ ｈｅ ｃ ｔ — ｏｗ ｚｏｎｅ ｂｏｏ ｉ ｇ，Ｈ ｏｕ ｉ ｅ ｃ ａ ｉｅ ｒｆ ｍ ａ ｒｔ ｏｒ ｍ ｎ ｓｎｇ ｍ ｒ ｈ ｎｄｓ ｅｏｒ ｍ ｋｅｆ ｈｅｍ ｅｈｏｕｓｓ ｏ ｅ ｉ ｕ ｎ ｓ ｂｕｒ Ｔｈｅ ｔａ ｐｏ ｔ ｔｏｎ ｓ ｔｍ ｕ ｏｒｅ ｈｅ ｄ ｖｅｏ ｂ， ｒｎｓ ｒａｉ ｙｓｅ ｓ ｐｐ ｔ ｄ ｔ ｅ ｌ ｐｍ ｅ ｎｔ ｏｆ ｒｎｇ ｏｄｅ ，ｈｅ ｅ ｒ ａ ｘｃ ｎｇｅ ｓ ｔ ｍ ｃ ｅ ｅ ａ ｅ ｉ ｍ ｌｔ ｒ ｆ ｍ ｏｆｌ ｎｄ ｅ ｈａ ｏ ｙｓｅ ａ ｃ ｌ ｒ ｔ
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摘 要 ：利用 1991 ～ 2013 年间 6 个时相的武汉市 Landsat 遥感数据，使用多端元光谱混合分析方法进行混合像元分解，得到各
时相的地表覆盖丰度图。根据丰度信息，计算土地变化动态度与土地覆盖变化强度，得到地表覆盖变化情况，分析武汉地区城
市扩张与土地转移特征。结果表明，武汉市主城区建设用地源自对城市外围的绿地与内部湖泊地区的侵占，湖泊与绿地面积总
体呈下降趋势。
关键词 ：城市扩张 ；地表覆盖变化 ；多端元光谱混合分析 ；武汉市 ；遥感
中图分类号 ：P273
文献标志码 ：B
文章编号 ：1672-4623（2016）12-0033-04
射率及其所占像元面积比例为权重系数的线性组合。
可用以下公式表达 ：
/N
Rim = fi # tim + fm
(1)
1
/N
fi = 1
(2)
1
其中，Riλ 为第 λ 波段第 i 像元的反射率（已知）；N 为
端元数目 ；fi 为对应第 i 像元某一端元的丰度 ；ρiλ 为各
1 研究区概况
武 汉 市 位 于 江 汉 平 原 东 部， 长 江 和 汉 水 交 汇 处 （113° 41'E~115° 05'E，29° 50'N~31° 22'N），市区总面
积为 8 494.41 km2，是我国中部地区第一大城市，也是 重要的金融、商业、贸易、文化中心。武汉属于亚热 带季风气候，雨量充沛、四季分明；在地形上北高南低， 属于残丘性河湖冲积平原，北部为山地丘陵，其余均 属江汉平原，地势平坦、河道纵横、湖泊星罗棋布。
2016 年 12 月 第 14 卷第 12 期
doi:10.3969/j.issn.1672-4623.2016.12. 012
地理空间信息
GEOSPATIAL INFORMATION
Dec.,2016 Vol.14,No.12
武汉市 1991~2013 年城市扩张与地表覆盖变化研究
孙安昌 1，陈 涛 1，张叙葭 1，牛瑞卿 1
N
0 5 10 km
图 1 研究区遥感影像缩略图 （Landsat8 R、Band4 G、Band3 B、Band2）
3 算法及模型
3.1 线性光谱混合模型
光谱混合分析是将混合像元表现为地表纯净端元 光谱组合形式 [4]。其常用线性光谱模型定义为 ：像元
在某一光谱波段的反射率是由构成像元基本组分的反
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地理空间信息
第 14 卷第 12 期
2.2 数据预处理 本文使用的 Landsat 数据为 L1T 级，已经过辐射校
正与几何校正。在 6 景影像内均匀选取同名像点进行 配准，误差控制在 0.5 个像素内，并用矢量数据进行裁 剪。考虑到数据限制以及研究需求，仅选取武汉的主 城区作为研究区域，即江岸区、江汉区、硚口区、汉 阳区、武昌区、青山区、洪山区。
MESMA 在分析城市地表成分上应用广泛，但少有 使用该方法对基于时间序列的遥感影像进行定性定量
的地表覆盖变化研究。本文以武汉市为例，使用 6 个 时相的 Landsat TM 遥感影像，运用 MESMA 进行混合 像元分解，通过分解结果获取地表信息，以此验证该 方法在多时相城市地表定量变化监测中的应用 ；同时 分析总结武汉市近 20 a 来城市扩张的特点，为城市发 展与规划提供参考。
城市化过程将自然景观转化为建设用地，导致城 市地表覆盖物理特性变化迅速，造成城市内部环境发 生改变 [1]。例如，建设用地的快速增长会导致城市热 岛效应加剧 [2-3]。卫星遥感技术的发展为周期性大范围 城市变化监测提供了支持 [4]。对于中、低空间分辨率 的卫星影像，因城市地表复杂，场景中的部分地物小 于影像像元的尺寸，不能被直接检测 [5]，传感器获取 的不是单一地物的地表反射率，而是不同地物按照一 定比例加权的总和，形成混合像元 [6]。对于混合像元， 使用传统的图像硬分类，直接将像元判为某一地物， 必然会影响地物识别与图像分类精度。
2000-10-31
2005-09-11
2009-09-06
Landsat 8
P123r039
2013-10-03
收稿日期 ：2015-08-10。 项目来源 ：国家高技术研究发展计划资助项目（2012AA121303）；数字制图与国土信息应用工程国家测绘地理信息局重点实验室开放研究 基金资助项目（GCWD201202）；湖北省自然科学基金资助项目（2012FFB06501）；长江科学院开放研究基金资助项目（CKWV2013221/KY）。
光谱混合分析（spectral mixture analysis，SMA）可 将像元分解为不同的端元组分，求得其所占像元的百 分含量，解决了传统分类法对混合像元分析精度下降 以及信息丢失的问题，得到更加准确的结果 [4]，可用 于 解 决 混 合 像 元 在 土 地 分 类 中 遇 到 的 问 题。SMALL 采用线性光谱混合模型研究城市植被空间与时间变 化 [7- 8] ；LU 等人运用 SMA 技术提取城市不透水面，分 类精度达到 83.78%[9]。ROBERTS 等人根据 SMA 提出 了多端元光谱分解（multiple endmember spectral mixture analysis, MESMA），该方法通过调整端元数量，评估和 选择最优端元组合，以动态方式处理混合像元，被证 明是一种更合理、精度更高的方法 [6,10-13]。ROBERTS 等 人 运 用 MESMA 分 别 对 美 国 Los Angeles、 巴 西 Manaus 的 TM 图像进行城市土地覆盖像元分解并测定 城市形态物质组成，结果表明 MESMA 在亚像元水平 定量获取地表信息是有效的 。 [10,13]
2 数据获取与预处理
2.1 数据准备
本文使用的遥感数据为 Landsat 影像，共 6 景（表 1）；
另外还有全国行政省、市（县）边界图及其他相关资料，
所用图像处理软件为 Envi5.0。
表 1 遥感数据介绍
卫星
轨道号
成像时间
1991-10-23
1996-10-04
Landsat 5
P123r039