城市空间格局多源遥感协同提取与特征分析
文献类型：学位论文
| 作者 | 李治 |
| 答辩日期 | 2019-06-30 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 周成虎 ; 陈曦 |
| 关键词 | 高空间分辨率遥感 多源空间信息协同 多特征提取 城市空间格局分析 High-spatial-resolution Remote Sensing Multi-source Spatial Information Collaboration Multi-feature Extraction Urban Spatial Pattern Analysis |
| 学位专业 | 理学博士 |
| 其他题名 | Multi-source remote sensing collaborative extraction and feature analysis of urban spatial pattern |
| 英文摘要 | 城市景观组分及其空间格局研究是城市生态学中的重要研究方向之一，其对于城市的功能区优化，生态保护，规划管理和可持续发展等方面具有重要的科学意义与应用价值。高空间分辨率遥感影像（高分遥感影像） 具备精度高、大区域和重放周期短等对地观测优势，能够为客观的城市景观组分监测和科学的空间格局特征分析提供精细的空间信息。 然而， 由于高分影像的信息缺失和城市空间格局的复杂性对城市景观组分高分遥感信息提取和空间格局分析带来诸多挑战。 因此，城市景观组分的遥感高维特征挖掘与多源信息协同提取以及城市空间格局多层级联合分析是城市景观组分信息提取与空间格局分析中亟待解决的重要科学问题。本研究以遥感信息图谱理论和城市景观生态学为理论指导，基于多源信息协同的高分遥感数据， 从人文和自然视角出发，提出了城市人工景观高维特征挖掘和城市自然景观多源特征协同的提取方法。在此基础上， 发展了多层级联合的城市空间格局分析方法， 并以中国九个城市开展应用示范。 结果表明， 本研究方法在城市景观组分提取及空间格局特征分析中，均取得较优的效果，为城市的可持续发展提供方法支撑与信息服务。论文主要研究内容与结论包括：1） 揭示了高分遥感影像形态特征与城市人工景观要素（建筑物和道路）之间的有机联系，面向城市建筑物和道路景观要素提出了高维形态学特征表达方法。 城市建筑物和道路在高分影像中具有显著的空间形态特征， 而数学形态学在图像形态表达中具有显著的优势，且具备理论基础扎实和可扩展性好的特点， 因此， 可以作为重要的技术方法载体进行改进。 基于此， 在城市建筑物方面， 本研究将“自下而上”的建筑物多方向-尺度的结构表达和“自上而下”的知识准则约束联合， 提出了多尺度结构-准则联合的形态特征表达方法对城市建筑物进行高维表达； 在道路方面， 顾及道路的长度、宽度和方向的形态特征信息，提出改进的差分形态轮廓（MDMP）的多尺度形态特征。 在此基础上， 引入多源专题信息产品（GUF 和 GHSL 建筑物和 OSM 道路产品）， 发展面向面状和线状样本的自适应分割算法， 自适应的获取城市建筑物和道路组分信息。 实验结果表明， MDMP 特征和多尺度结构-准则联合的形态特征有效的增强了高分遥感中的城市道路和建筑物的的可表达性。2）构建了面向城市自然景观要素（植被和水体）的多源遥感特征协同表达方法，形成了本文的多尺度谱-空间形态协同的城市地表水提取方法和多尺度纹理-时间序列协同的城市植被提取方法。 面向城市自然景观组分（城市地表水和植被要素），针对高分遥感数据的光谱信息匮乏及难于获取高时间维度信息的问题， 协同 Landsat中分数据的光谱信息和高时间维信息，形成了多尺度光谱-空间形态特征城市地表水表达模型和时间谱-纹理特征城市植被表达模型。实验结果表明， 本研究的城市水体和植被信息的提取精度均有提升，且在不同的实验场景下表现出良好的提取效果，表明本研究所提出的协同方法具有较好的鲁棒性和泛化能力。3） 构建建成区-街区-斑块的多层级基底嵌套结构， 借助景观格局指数和形状指数，发展面向多层级联合的评价指标与分析方法， 开展中国九个城市（北京，上海，广州，武汉，成都，西安，沈阳，乌鲁木齐和拉萨） 的应用示范，挖掘典型城市间的空间格局典型特征， 反映城市化和生态现状，为合理的土地利用规划和管理，城市生态与环境建设提供信息支撑。 应用景观生态学的基底-廊道-斑块理论， 构建城市建成区-街区-要素的多层次结构地理单元， 综合运用景观格局指数、形状分析指数、景观组分等评价方法， 发展了多层级联合的城市基底-廊道-斑块分析方法， 挖掘与分析九个城市空间格局特征，揭示其城市化、城市绿化等空间格局模式。 结果表明：本文提出的多层级城市空间格局分析方法，具有实际的物理意义和应用价值，避免了单一尺度分析或者同质多尺度分析带来的局限性，提升了对城市空间格局的多视角认知，可以更为客观和精细的反映城市化和城市生态现状。本文针对高分遥感影像缺失信息的特征提取和单层级城市空间格局分析问题，在遥感信息图谱理论和景观生态学框架指导下， 按照城市的“基底—廊道—斑块景观组分提取和空间格局特征分析”的主线开展研究，对围绕高分遥感的多源特征挖掘与协同提取及城市空间格局分析的理论方法和技术难点进行了深入研究，为城市高分遥感的空间格局提取和分析的难题提供了一个新的解决途径。 |
| 学科主题 | 地图学与地理信息系统 |
| 语种 | 中文 |
| 源URL | [http://ir.xjlas.org/handle/365004/15339]  |
| 专题 | 中国科学院新疆生态与地理研究所 新疆生态与地理研究所_研究系统 |
| 作者单位 | 中国科学院新疆生态与地理研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 李治. 城市空间格局多源遥感协同提取与特征分析[D]. 北京. 中国科学院大学. 2019. |
入库方式： OAI收割
来源：新疆生态与地理研究所
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