针对城市热岛效应提取中，城郊边界提取直接影响热岛强度计算的准确性问题，本发明专利技术公开了一种基于不透水面聚集密度的城市主要建成区遥感提取方法，该方法包括如下步骤：步骤1)基于区分城市地物的生物物理成分指数BCI，利用阈值法提取城市不透水面信息，并进行精度验证；步骤2)将提取出来的不透水面像元点作为中心，距离作为权值，距中心点越近的不透水面像元权值越大，衡量半径范围内建筑物的聚集程度；步骤3)结合上述提取的不透水面聚集密度，基于不透水面分布的地理位置，根据城市聚类算法，设置距离阈值和聚集阈值，得到不透水面聚集区域分布情况，从而确定城市建成区范围。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，本专利技术 能较好衡量城市不透水面聚集程度与分布密度，有效区分城郊边界，并提取城市主要建成 区范围，保证下垫面类型的完整性，可为城市热岛效应强度计算和城市规划提供很好的输 入和支撑。
技术介绍
以往对城市热岛效应的遥感研究，一般利用城市行政边界、城市不透水面以及土 地分类等方法区分建成区与郊区。城市行政边界仅代表城市的法定边界，而行政边界无法 代替城市真实核心建成区。建成区指实际已建设发展起来的城市用地相对集中分布的地 区，既包括集中连片的城市用地，又包括散布在近郊区内的城市用地。对于一般城市而言， 在其行政区划范围内，除建成区外，还分布着山区、水库等大量非建成区，故不能以城市行 政边界区分建成区与郊区。 城市不透水面法是城市热岛研究中区分城区与郊区的主要方法：城区、郊区分别 为不透水面与透水面的分布区域，二者平均温度的差值作为城市的热岛强度。建成区为城 市用地相对集中分布的地区，包括城市不透水面，以及相应建设的城市绿化带、公园等功能 区域。如果仅提取城市不透水面，则会忽略建成区中植被、水体等下垫面类型对城市热岛的 "降温作用";同时，郊区中存在"零星分布"的不透水面，比如郊区的工厂、发电站等区域，这 些并不能作为建成区的一部分。由此可见，简单的应用城市不透水面法无法真实衡量城市 的热环境特征。 国内学者王建凯选择城市周边地区比较典型的乡村耕地、山区森林及河流作为郊 区研究城市热岛强度，发现选择不同的邻近区域作为乡村时，不仅城市热岛（冷岛）强度有 较大变化，且热岛强度的季节变化情况也有较大差异。杨沈斌等结合DEM数据和土地利用 数据提取农村区域，利用早期夜间灯光数据提取城市区域，忽略了城市化进程中新城区对 城市热岛的影响。George Xian则通过选取特定的不透水性阈值确定城乡边界和城市发展 密度，但是该方法不能保证下垫面类型的完整性。 针对上述问题，基于建成区中不透水面聚集密度大，郊区中不透水面分布稀疏的 特点，本专利技术涉及的基于不透水面聚集密度的城市主要建成区遥感提取方法，可为城市热 岛效应强度计算提供城郊边界，并保证研究区域内下垫面类型的完整性，为城市热岛效应 强度计算和城市规划提供很好的输入和支撑。
技术实现思路
针对城市热岛强度遥感提取中，城郊边界准确输入直接影响热岛强度计算准确性 的问题，本专利技术提出了一种基于不透水面聚集密度的城市主要建成区提取方法，可保证下 垫面类型的完整性，并实现城郊边界的准确输入。 本专利技术的目的通过以下技术步骤实现： 步骤1)基于Chengbin Deng提出的区分城市地物的生物物理成分指数 BCI (Biophysical Composition Index)，利用阈值法提取城市不透水面信息，并进行精度 验证； 步骤2)将提取出来的不透水面像元点作为中心，距离作为权值，距中心点越近的 不透水面像元权值越大，衡量半径范围内建筑物的聚集程度； 步骤3)结合上述计算得到的不透水面聚集密度，基于不透水面分布的地理位置， 根据城市聚类算法（CCA)，设置距离阈值和聚集阈值，得到不透水面聚集区域的分布情况， 从而确定城市建成区范围。 进一步，所述步骤1)的具体方法为： a)对遥感影像进行三步预处理工作：一是辐射定标；二是对水体进行掩膜；三是 对影像数据进行缨帽变换（TC变换）；b)根据Chengbin Deng提出的算法计算BCI指数； c)利用阈值法提取城市不透水面，随机生成300个检验样本点，将自动提取结果与目视解 译的结果进行对比，进行精度验证。 该方法利用BCI指数提取不透水面，BCI指数与不透水面相关性较强，并且可以 更好的区分光照土壤与高反照率不透水面。故总体来说，BCI指数比NDVI (Normalized Difference Vegetation Index)、NDBI (Normalized Difference Built-up Index)指数更 适合监测和分析城市环境。 进一步，所述步骤2)的具体方法为： a)以不透水面像元为输入，距离作为权值，计算半径r范围内不透水面的聚集程 度，具体计算公式如下： 其中，s为中心点像兀，r为计算半社，Bsi为半径r范围内像元（不透水面像元值 为1，透水面像元值为0)，Di为像元Bsi与中心点s之间的距离。 b)根据不同半径范围计算得到的不透水面聚集密度斑块情况，选择较大斑块所对 应的半径，确定不透水面聚集密度半径；c)将不透水面聚集密度分为三个等级：< 10%、 10-25%、> 25%。 该方法考虑到了城区中不透水面聚集密度大，郊区中不透水面分布稀疏的特点， 可衡量城市不透水面的聚集程度，并保证下垫面类型的完整性。 进一步，所述步骤3)的具体方法为： a)随机选取不透水面覆盖的像元为中心像元，八邻域方法计算不透水面覆盖的连 通区；b)定义距离阈值L，合并距离小于L的连通区；c)定义聚集阈值S，去除像元个数小 于S的连通区，从而得到不透水面聚集区域的分布情况，将城市分为建成低密度聚集区、中 密度聚集区和高密度聚集区，以中密度聚集区和高密度聚集区作为城市主要建成区范围。 该方法利用城市聚类算法CCA (City Clustering Algorithm)，以土地覆盖代替人 口数据提取城区边界，基于不透水面分布的地理位置建立不透水面的聚集区域，从而得到 建成区的分布情况。【附图说明】 图1为BCI指数分布情况㈧和不透水面提取结果（B); 图2为基于距离加权的不透水面聚集密度（A) r = 500m，（B) r = 1000 m ; 图3为基于CCA聚类的北京市主要建成区及边缘区分布图；【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术"一种基于不透水面聚集密度的城市主要建成区提取方 法"作进一步阐述说明。 本专利技术所涉及的"不透水面聚集密度计算方法"是衡量城市不透水面聚集程度的 重要技术创新。其中，基于不透水面聚集密度计算可得到有效的城市主要建成区范围，为热 岛强度计算提供准确的城郊边界输入。当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于不透水面聚集密度的城市主要建成区遥感提取方法，该方法包括如下步骤：步骤1)基于Chengbin Deng提出的区分城市地物的生物物理成分指数BCI(Biophysical Composition Index)，利用阈值法提取城市不透水面信息，并进行精度验证；步骤2)将提取出来的不透水面像元点作为中心，距离作为权值，距中心点越近的不透水面像元权值越大，衡量半径范围内建筑物的聚集程度；步骤3)结合上述计算得到的不透水面聚集密度，基于不透水面分布的地理位置，根据城市聚类算法(CCA)，设置距离阈值和聚集阈值，得到不透水面聚集区域的分布情况，从而确定城市主要建成区范围。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：孟庆岩，张琳琳，王靓，张佳晖，孙云晓，
申请(专利权)人：中国科学院遥感与数字地球研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11
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