(缺图)基于ENVI遥感软件支持下的厦门土地利用动态监测与城市热岛效应防治.doc
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1、基于ENVI遥感软件支持下的厦门土地利用动态监测与城市热岛效应防治庄熙雯(厦门轨道交通集团有限公司 福建 厦门 361000)摘要:随着厦门经济的发展,城区扩展迅速,厦门城市热岛形成并不断加剧。传统上,我们认为一度造成大量绿地消失,水域面积减少,而城市建筑 面积剧增,及建筑用地与城市绿地的分布不合理是造成厦门热岛效应形成的主要原因。我们利用landsat遥感卫星数据监测厦门市土地利用类型的变化,利用ENVI遥感软件采用分类后比较法实施动态监测,结果表明, 1994年到2000年厦门市林地和草地转化为建筑用地的幅度较大,因此,2002开始,厦门开始出现了明显的热岛效应。但是,卫星数据分析同样向我
2、们提示,2000年到2015年城市建筑用地虽有增加,但增加速度有所减缓,城市绿地面积基本保持不变,但是,厦门的热岛效应非但没有减轻,反而有进一步恶化的趋势。本文试图以卫星数据为基础,结合热岛效应形成因素,进一步探索厦门热岛效应不断加剧的原因,从而反思传统城市规划上的局限,提出绿地规划网格化的建议。关键词:热岛效应 城市规划 遥感卫星数据 网格化治理随着厦门经济的发展,城区扩展迅速,厦门城市热岛形成并不断加剧。传统上,我们认为一度造成大量绿地消失,水域面积减少,而城市不透水面面积剧增,是造成厦门热岛效应形成的主要原因。我们利用landsat遥感卫星数据监测厦门市土地利用类型的变化,利用ENVI遥
3、感软件采用分类后比较法实施动态监测,结果表明, 1994年到2000年厦门市林地和草地转化为建筑用地的幅度较大,因此,2002开始,厦门开始出现了明显的热岛效应。但是,卫星数据分析同样向我们提示,2000年到2015年城市建筑用地虽有增加,但增加速度有所减缓,城市绿地面积基本保持不变,但是,厦门的热岛效应非但没有减轻,反而有进一步恶化的趋势,那么,到底是什么导致厦门地热效应的加剧呢?一、城市热岛效应形成的主要原因什么是热岛效应呢?根据百度百科的阐释,“城市热岛效应(Urban heat island effect, UHI effect)是城市因大量的人工发热、建筑物和道路等高蓄热体及绿地减少
4、等因素,造成城市高温化。城市中的气温明显高于外围郊区的现象。在近地面温度图上,郊区气温变化很小,而城区则是一个高温区,就象突出海面的岛屿,由于这种岛屿代表高温的城市区域,所以就被形象地称为城市热岛。”换句话说,因为城市内有大量混凝土、柏油路面、各种建筑墙面等人工构筑物,它们的热容小、吸热快,它们对太阳辐射的吸收率远远高于自然地表。例如,在同等太阳辐射下,它们比绿地、林地、水面等自然下垫面升温快,它们的表面温度也明显高于自然下垫面的表面温度,例如,如果草坪的温度达到30时,水泥路的地标温度可以达到55,柏油马路的温度更高达61。因此,大量的人工构筑物的存在就犹如大批的城市沙漠,它不仅使得更多的热
5、量以显热形式进入空气中,导致空气升温,同时,这些高温物体更以巨大的热源的形式,烘烤着周围。城市热岛的形成对于城市环境以及居民的健康造成了严重的危害。医学研究表明,环境温度高于28C时,人们就会有不适感,容易导致烦躁、中暑、精神紊乱等症状;气温持续高于34C,还可导致一系列疾病,特别是使心脏、脑血管和呼吸系统疾病的发病率上升,死亡率明显增加。此外,气温升高还会加快光化学反应速度,使近地面大气中臭氧浓度增加,影响人体健康。同时高温天气迫使城市需要消耗更多的能量用于防暑降温,例如,如2012年美国1/6的电力消费用于降温目的,这进一步造成了城市环境的恶化。二、关于厦门热岛效应的相关数据来源以及相关整
6、合方法(一)厦门自然区域状况厦门市位于东经1180404、北纬242646,地处中国东南沿海,福建省东南部、九龙江入海处,背靠漳州、泉州平原,濒临台湾海峡,与台湾宝岛和澎湖列岛隔海相望。厦门岛地势南部多为山地,其余多为丘陵或平原,筼筜湖横亘于厦门岛的中部,地带性植被为亚热带季风常绿阔叶林,原始森林已绝迹,现多为人工林,树种单一。(二)数据来源及相关整合方法本次研究所采用的遥感数据是由”地理空间数据云”提供下载的美国Landsat 陆地探测卫星TM和ETM数据(我们在进行遥感数据预处理时,由于遥感系统空间、波谱、时间以及辐射分辨率的限制,我们发现,很难精确地记录复杂地表的信息,因而会在数据获取的
7、过程中产生误差。这些误差降低了遥感数据的质量,从而影响了图像分析的精度。因此,我们在图像分析和处理之前需要进行遥感原始影像的预处理,对相关图像进行必要的纠正和重建,例如,辐射校正、几何纠正等。通过对原始图像中的几何与辐射变形的修正,我们力求得到一个几何和辐射意义上真实可靠的图像。 当然,原始遥感数据是以单波段的形式存储的,因此,为了研究的方便我们先将单波段影像合成多波段图像,下面,我们将2015年遥感数据为例,进行具体的说明,具体步骤如下:1打开并加载数据,将单波段影像合成多波段影像 具体步骤为1)file open image file 2)选择 sever file as ENVI Sta
8、ndard 3)依次加载 landsat 7个波段的数据 合成后 点击 OK 存储4)合成IMG格式 多光谱影像,1994年,2001年,2010年等影像采用同样方法处理。2.波段组合和增强 在具体的操作过程中,我们发现,不同的波段组合合成可以增强不同的地物,为了统计的方便,我们统一使用743波段作为 RGB 合成影像,743组合为模拟真彩色影像便于对地物进行识别分类,具体增强方法如下:(1)在ENVI主窗口上选择 单击 enhance 选项 ,然后选择 equalization (均衡)和 先行拉伸 linaer作为增强方法如下图所示(2)关于厦门岛影像裁剪影像裁剪的方法一般分为规则裁剪和不
9、规则裁剪,这里我们采用不规则裁剪的方法。这里我们以裁剪2015年影像为例,具体方法如下:第一,绘制感兴趣区域。先打开影像影像并下实在Display 中。然后,在Image 窗口中选择OverlayRegion of intest。在ROI Tool 对话框中单击ROI_TypePolygon。接着在绘制窗口 (window) 选择 Image ,绘制出厦门岛的轮廓,右键结束。选择主菜单Basic Tool Subset data via ROIs 选择裁剪影像。最后,在 Spatial Subset via ROI parameters 中设置一下参数第二,在ROI 列表中选择绘制ROI,并在
10、 “Mask pixels outside of ROI ”选项中 选择 YES,由此,就可以在裁剪背景值选择 (Mask Background VALUE) :0 (此处可概括性翻译或直接展示结果)第三,执行监督分类(supervised classification)以建立统计识别函数为理论基础,依据典型样本训练方法进行分类的技术。换句话说,即根据已知训练区提供的样本,通过选择特征参数,求出特征参数作为决策规则,建立判别函数以对各待分类影像进行的图像分类。第四,打开遥感影像并分析影像,打开裁剪后的厦门TM影像 Band 以6,4,3合成RGB显示在DISPLAY中;并通过目视将地物分为林地
11、 ,裸地,建筑,草地,水体5类。第五,应用 ROI 创建感兴趣区,在主窗口中选择 Overlay Region of Interest ,打开ROI Tool 对话框,并在ROI 对话框中,在ROI name 字段输入样本的名称,在Color字段中,单击右键选择一种颜色。最后,绘制多边形感兴趣区,以及在 ROI Tool 对话框中,单击NEW Region 按钮,新建一个训练样本种类。3评价训练样本,借助ENVI,我们可以计算训练样本的离散程度,从而衡量样本的可分离性,具体操作如下:1) 在ROI Tool对话框中,选择 Option compute ROI Separability。2) 在
12、文件选择对话框中,选择2015年厦门岛影像,单击OK 按钮。3) 在 ROI Separability Calculation 对话框中,单击Select ALL Items按钮,选择所有ROI 可分离性计算,可分离性计算结果将显示出来。4执行监督分类。借助ENVI提供了多种分类器,我们选择最小距离法进行分类,具体方法为:1)在主菜单中选择 Classification Supervised Minimum Distance ,在文件输入对话框中选择 2015年厦门岛分类影像,单击OK 打开Minimum Distance 参数设置对话框2)Select Classes from Region
13、s : 单击Select ALL Items 按钮 ,选择全部的训练样本。3)执行监督分类使用此方法依次对1994 ,2000,2002,2008,2006,2010,2015年执行监督分类得到分类后影像三、关于厦门的热岛效应的土地动态监测途径和相关数据分析(一)相关土地的动态监测途径根据卫星监测所得的数据,我们采用分类后比较法,将数据分类后进行归纳比较。分类后计算出种土地利用类型的面积及各种土地的比重,制作成报表进行比较分析遥感数据分析显示, 1994年到2000年厦门市土地利用变化较大。这6年间,厦门岛林地和草地大量转化为建筑用地;从2000年到2015年,厦门的城市建筑用地继续增加,但增
14、加速度已经有所减缓。在这15年间,城市绿地、林地面积基本保持不变。在这15年间,厦门市建筑面积呈不断增加的趋势,从整体分布上,则呈现出由厦门岛东北部逐步向厦门岛西北部扩展的趋势。从分类结果看出,2000年厦门岛内建设用地面积为4510.98 k,占研究区总面积的31.36,林地面积为3982.95k,占研究区总面积的27.68,由此可知,2000年厦门岛域的主要土地利用类型为林地和建设用地。从2005年之后,整个厦门岛域建设用地比例有了大幅度的增长,尤其是在2008年之后,建设用地的比例超过了整体面积的一半。由此可见,从2000年到2015年间,厦门岛的建设用地在总的用地面积中所占的比例不断的
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