河南省測繪發(fā)展研究中心 張 莉

鄭汴一體化區(qū)域城市擴(kuò)展監(jiān)測數(shù)據(jù)制作

河南省測繪發(fā)展研究中心 張 莉

監(jiān)測地理國情是黨中央國務(wù)院賦予測繪部門的戰(zhàn)略使命。城市擴(kuò)張與歷史變遷是地理省情的一個重要組成部分。監(jiān)測城市擴(kuò)張與歷史變遷的目的就是利用歷史地理空間數(shù)據(jù)，結(jié)合相應(yīng)時期的社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，從地理空間的角度反映城市綜合實(shí)力和城市發(fā)展變化的情況，分析中心城區(qū)監(jiān)測要素的變化趨勢，并形成城市擴(kuò)張與歷史變遷監(jiān)測報告，通過對城市擴(kuò)張與歷史變遷的實(shí)時監(jiān)測，可為城市的科學(xué)發(fā)展提供歷史史料，也可為城市可持續(xù)發(fā)展提供動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)。鄭汴一體化區(qū)域城市擴(kuò)展監(jiān)測數(shù)據(jù)對最近8個年份的數(shù)據(jù)進(jìn)行了重新制作，提出了城市擴(kuò)張和歷史變遷地理信息數(shù)據(jù)應(yīng)以最新的數(shù)據(jù)返演歷史數(shù)據(jù)，同時保留最新數(shù)據(jù)的關(guān)鍵地物特征點(diǎn)、線或面的方法。

一、資料的分析與利用

地理空間數(shù)據(jù)主要利用現(xiàn)有的1∶10 000數(shù)據(jù)庫，采集要求與相應(yīng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相一致。全省大部分重點(diǎn)城市已完成了第1輪1∶10 000基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的更新，所以1∶10 000數(shù)據(jù)庫能夠滿足監(jiān)測數(shù)據(jù)的需求。本項目用到的矢量數(shù)據(jù)包括第1輪和第2輪的1∶10 000數(shù)據(jù)庫，在影像數(shù)據(jù)方面，歷史年代的數(shù)據(jù)更新比較慢，2000年以前的影像大多是黑白影像。對一些沒有更新數(shù)據(jù)但有影像的年份，監(jiān)測要素的獲取采取用后來年份的矢量數(shù)據(jù)套合影像對一些新增的地物進(jìn)行刪減和編輯，并用前推的辦法得到。以前年份數(shù)據(jù)的處理，也可用相同的方法完成，用后推的方法得到比較靠后的年份的矢量數(shù)據(jù)。綠化要素主要利用2004年以后多波段、高分辨率影像資料，可以進(jìn)行多光譜的提取和利用。建成區(qū)要素、路網(wǎng)要素、土地覆蓋要素可利用1∶10 000數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)和影像獲得。

二、技術(shù)路線

利用最新的RS和GIS等高新技術(shù)對現(xiàn)勢性強(qiáng)、分辨率高得多光譜衛(wèi)星影像信息和庫存資料進(jìn)行解譯和信息提取，從而快速地獲取地理信息要素監(jiān)測數(shù)據(jù)，同時結(jié)合城市社會經(jīng)濟(jì)與人文要素數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，進(jìn)而研究城市的擴(kuò)張速度與歷史變化情況，并揭示其發(fā)展趨勢，為各級領(lǐng)導(dǎo)提供決策服務(wù)。

三、監(jiān)測數(shù)據(jù)采集工藝流程及技術(shù)方法

1.工藝流程。監(jiān)測數(shù)據(jù)采集工藝流程如圖1所示。

圖 1 監(jiān)測數(shù)據(jù)采集工藝流程

2.城市擴(kuò)張與歷史變遷的監(jiān)測要素內(nèi)容。

（1）地理空間要素。目前已有資料顯示，本次城市擴(kuò)張與歷史變遷監(jiān)測地理空間要素主要包括建成區(qū)范圍、路網(wǎng)（如快速路、主干道、次干道、支路、鐵路等交通網(wǎng)絡(luò)）、綠化（如公共綠地、城市綠地、綠化覆蓋等）和建筑物用地。

（2）社會經(jīng)濟(jì)和人文要素。社會經(jīng)濟(jì)和人文要素主要包括不同監(jiān)測年度的城市城鎮(zhèn)人口、國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值（GDP）和土地數(shù)據(jù)（如建設(shè)用地、未利用地、農(nóng)用地等）。

3.城市擴(kuò)張與歷史變遷監(jiān)測要素的采集原則。

（1）城市擴(kuò)張與歷史變遷監(jiān)測的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。平面坐標(biāo)系統(tǒng)采用1980年西安坐標(biāo)系。投影方式為高斯克呂格投影。高程系統(tǒng)為1985年國家高程基準(zhǔn)。成圖比例尺為1∶10 000。

（2）本次城市擴(kuò)張與歷史變遷監(jiān)測數(shù)據(jù)制作的范圍。鄭州市中心城區(qū)主要包括指金水區(qū)、惠濟(jì)區(qū)、中原區(qū)和二七區(qū)。開封市中心城區(qū)主要包括鼓樓區(qū)、金明區(qū)、龍亭區(qū)、禹王臺區(qū)和順河回族自治區(qū)。

（3）城市擴(kuò)張與歷史變遷監(jiān)測的間隔時間。已有資料分析情況表明，在2000年以前，監(jiān)測年份為1962年，1971年，1984年和1996年；在2000年以后，監(jiān)測年份為2001年，2005年，2008年和2011年。對于建成區(qū)范圍、路網(wǎng)、建筑物用地要素，監(jiān)測時間間隔為全部時間段，對于綠化要素，監(jiān)測時間采用2004年以后的監(jiān)測時間。

（4）城市擴(kuò)張與歷史變遷地理信息數(shù)據(jù)應(yīng)以最新數(shù)據(jù)來反演歷史數(shù)據(jù)，同時保留最新數(shù)據(jù)的關(guān)鍵地物特征點(diǎn)、線或面（如二七塔、二環(huán)、三環(huán)、四環(huán)、中州大道、京珠高速、開封市龍亭、開封府衙、鄭開大道、開封府衙、濱河路、洛陽市龍門石窟、關(guān)林廟、開元大道、王城大道、龍門大道、洛河等）以便于對比統(tǒng)計。

（5）在采集城市擴(kuò)張與歷史變遷地理信息數(shù)據(jù)時，其采集范圍應(yīng)與相應(yīng)的行業(yè)規(guī)定范圍保持一致。

4.地理空間要素采集技術(shù)要求。

（1）道路、建筑物用地監(jiān)測要素的獲取方法。年度監(jiān)測要素采用已有的1∶10 000地形圖數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)資料，可直接從1∶10 000地形圖數(shù)據(jù)庫中提取監(jiān)測要素，結(jié)構(gòu)與屬性與1∶10 000比例尺地形圖數(shù)據(jù)庫保持一致。如果年度監(jiān)測要素沒有1∶10 000地形圖數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)但有高分辨率遙感影像和該年度以后的1∶10 000地形圖，可利用反演法獲取年度監(jiān)測要素并制作遙感影像正射影像圖。從DLG中分層提取監(jiān)測要素與年度DOM套合。通過對比分析，刪除影像上沒有的監(jiān)測要素數(shù)據(jù)，從而獲取所需的年度監(jiān)測要素。利用糾正過的多波段遙感影像在ENVI中進(jìn)行監(jiān)督分類來獲取年度監(jiān)測要素。年度監(jiān)測要素只有1∶10 000比例尺的DRG數(shù)據(jù)。利用DRG數(shù)據(jù)采集1∶10 000矢量數(shù)據(jù)，在圖像拼合糾正后使用ArcMap采集監(jiān)測要素。

（2）綠化監(jiān)測要素獲取技術(shù)方法。根據(jù)高分辨率影像的紅色波段、近紅外波段，采用ENVI遙感影像處理軟件，實(shí)現(xiàn)對建成區(qū)內(nèi)綠化范圍界線的自動提取。選擇帶RPC文件的數(shù)據(jù)，包括多光譜和全色波段的數(shù)據(jù)。輔助數(shù)據(jù)包括DEM數(shù)據(jù)、控制點(diǎn)數(shù)據(jù)和控制點(diǎn)選擇源。根據(jù)現(xiàn)在高分辨率衛(wèi)星影像的特點(diǎn)，先做全色和多光譜圖像的融合，再利用全色圖像的RPC文件對融合圖像進(jìn)行正射糾正，得到的融合圖像正射糾正結(jié)果與全色圖像正射糾正結(jié)果在相同條件下的精度是一致的。這樣能夠減少流程并提高效率，并且在進(jìn)行全色和多光譜的圖像融合時，能保證他們之間的精確空間配準(zhǔn)。這里使用ENVI中的Pansharpening融合方法，它是專門為高分辨率影像而設(shè)計的。

（3）基于控制點(diǎn)完成正射糾正過程?？刂泣c(diǎn)可從參考影像中選擇，也可以使用野外測量獲取的控制點(diǎn)，每個影像的控制點(diǎn)數(shù)量不宜太多（8～12個即可），且要均勻分布。使用快速大氣校正工具（QUAC）去除部分大氣的影響，在進(jìn)行面向?qū)ο缶G地信息提取環(huán)節(jié)中，提高計算對象的NDVI值和光譜屬性值的精度，以保證綠地自動提取結(jié)果的準(zhǔn)確度。

（4）面向?qū)ο缶G地信息的提取。利用ENVI的面相對象工具（Feature Extraction）完成此工作，這個工具采用向?qū)讲僮鳎唵我子?，并且具有?shí)時預(yù)覽功能。由于高分辨率影像的數(shù)據(jù)量普遍較大，為了能快速地獲取規(guī)則，首先，要選擇一部分區(qū)域作為研究區(qū)來進(jìn)行對象分割與合并閾值。其次，在基于規(guī)則的信息中提取對象閾值。最后，將實(shí)驗區(qū)獲取的閾值以及規(guī)則應(yīng)用到整個圖像文件中。

（5）綠地矢量結(jié)果處理。整個過程是在ArcGIS Desktop中完成的，包括矢量結(jié)果檢查、編輯、數(shù)據(jù)拼接、裁剪和屬性賦值。Feature Extraction工具可以選擇將矢量結(jié)果輸出為Shapefile格式或者ArcGIS Geodatabase格式，它們都是ArcGIS矢量格式文件。這一步驟中的重要環(huán)節(jié)是屬性賦值，綠地矢量結(jié)果包括了面積屬性字段，但還需要增加綠地類型字段。如將獲取的綠地矢量結(jié)果分為公共綠地、城市綠地和綠化覆蓋。

（6）地名數(shù)據(jù)獲取技術(shù)方法。已有年度監(jiān)測要素地名數(shù)據(jù)庫的可以從1∶10 000比例尺地名數(shù)據(jù)庫中直接提取要素。沒有年度監(jiān)測要素地名數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)可以按照1∶10 000比例尺地名數(shù)據(jù)庫的建庫要求建立當(dāng)年度地名庫。

（7）社會經(jīng)濟(jì)和人文要素采集技術(shù)要求。根據(jù)城市人口年鑒，對不同監(jiān)測年代的人口進(jìn)行查詢統(tǒng)計，建立各年度人口統(tǒng)計表。根據(jù)河南省土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)冊，對城市中心城區(qū)不同監(jiān)測年代的土地數(shù)據(jù)按行政區(qū)劃進(jìn)行整理，主要整理行政區(qū)內(nèi)建設(shè)用地、未利用地和農(nóng)用地的面積數(shù)據(jù)。根據(jù)鄭州市經(jīng)濟(jì)發(fā)展年鑒，對不同監(jiān)測年代的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行查詢統(tǒng)計，形成監(jiān)測年度經(jīng)濟(jì)指標(biāo)統(tǒng)計表。