本发明专利技术提供了一种基于Landsat TM和ETM影像定量评价城市形态与碳排放相关关系量算的技术方法，其主要步骤包括：1、基于IPCC温室气体排放清单编制方法和各类能源统计数据核算城市能源消费碳排放；2、基于Landsat TM和ETM影像，应用ENVI/IDL 5.1 软件和 ArcGIS 10.1 (ERSI) 软件定量核算城市形态指标；3、利用计量经济模型定量核算城市形态相关指标与碳排放之间的相关关系。该技术方法具有系统性、全面性和可操作性，可为城市空间结构优化提供全面、客观和科学的优化决策与调控依据。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于城市空间规划与管理研究领域，具体的，本专利技术涉及一种定量核算城市形态与碳排放相关关系的技术方法，该量化技术方法可为城市精明增长、城市空间结构优化提供全面、客观和科学的决策依据。
技术介绍
作为人类生产与生活的重要空间载体，城市是碳排放最主要的地域单元。一方面，城市只占3%的地表，却消费了全球75%的能源和排放了全球80%的温室气体。另一方面，城市引领了全球经济的增长，提高了人们的生活水平。所以，城市政府和规划者在极力促进城市经济增长的同时，也面临巨大的减排压力。降低能源消费碳排放和保持经济稳定增长是世界范围内所有城市政府面临的巨大挑战。在此背景下，政策决策者试图寻找协调二者之间可持续发展的道路。然而，除了传统的依靠科技和政策约束的减排措施外，城市空间规划在一定程度上可以有效降低碳排放并同时能促进城市的可持续发展。虽然由此共识，却很少有相关研究探讨城市规划因素对碳排放的定量影响。基于此，本节将重点论述城市化进程中城市规划（城市形态）对碳排放的作用机理，借助遥感影像和计量经济分析方法核算城市形态对碳排放的影响。城市形态是指一个城市的实体环境以及各类活动的空间结构。一般认为城市的有形形态主要包括城市区域内城市布点形式，城市用地的外部几何形态，城市内各种功能地域分异格局等；另外一些学者认为城市的无形形态是指城市的社会、文化等各无形要素的空间分布形式。本文所指的城市形态是城市物质环境构成的有形形态。规划学者认识到，城市形态主要通过密度（density）、邻近度（proximity）、紧凑度（compactness）和可达性（accessibility）等会对城市物质环境产生结构性的影响；既有的城市形态会对居民的日常活动行为（交通等）及温室气体排放具有长期且深远的影响。目前已有的若干关于城市碳排放计算与碳减排的专利技术专利主要集中在两个方面：一是通过规划手段达到碳排放估算的目的，如申请号为2014107432275的名为一种中观尺度下缓解热岛效应的优化城市形态设计方法，公开号为CN104392064A的专利技术专利，通过对地块容量布局进行优化，从而筛选最低热岛强度的地块容量布局方案。又如申请号为2014100551663的名为一种基于城市规划的碳排放计量方法，公开号为CN103870678A的专利技术专利，提出了基于城市规划分析判断城市整体碳排放计量的方法，通过将城区规划低碳碳排放领域进行划分，从而得到整个城市的总碳排放量。二是通过工艺手段及方法实现减排的目的，如申请号为2013104082716的名为基于碳排放评估模型的低碳工艺规划方法，公开号为CN103473614A的专利技术专利，建立一个更为准确、更为通用的机械制造工艺碳排放评估模型，同时结合LCA原理对典型机加工艺过程进行分析，从而提出一种新的低碳工艺规划方法，真正实现从特征的识别到工艺规划的生成全过程。又如申请号为2007800046427的名为在降低碳排放的情况下水泥质灰产品的生产，公开号为CN101379004的专利技术专利，它提出了在建筑产品中使用水泥质灰作为波特兰水泥的全部或部分替代品能够降低因制造波特兰水泥而产生的二氧化碳排放。由以上专利技术专利可以看出，目前针对城市碳减排的技术方法，主要针对城市碳排放计算和通过工艺手段或生产过程达到减排目的而展开的，特别集中生产的视角。而由于城市增长（扩张）具有盲目性、城市用地具有凌乱性，已有技术方法在应用中具有明显的局限性。这种局限突出表现在两个方面，首先是不够全面，没有考虑城市的精明增长，没有考虑城市的扩张带来的系列资源环境效应；其次是没有涉及城市紧凑性发展及如何通过城市规划手段优化空间拓展结构。这些不足制约了对城市空间结构优化的进一步研究，不利于城市碳减排及实现低碳发展的目的。因此，科学合理解析城市形态和碳排放的相关关系具有重要的理论意义和现实意义。
技术实现思路
针对现有技术方法的不足，本专利技术提供了定量揭示城市形态与碳排放相关关系的技术方法，该方法可更好地揭示城市在发展过程中存在的众多不低碳扩张行为，进而提出城市空间结构优化的方向，由此为城市紧凑和低碳发展提供科学、理性的决策支持。本专利技术的特点在于，首先，由此实现科学合理定量揭示城市形态与碳排放相关关系的研究，从而为城市空间结构优化和低碳发展提供决策支持。本专利技术的技术方法包括以下步骤：1、对城市能源消费碳排放进行科学合理的核算。核算的具体步骤为：（1）首先收集各类能源统计数据，根据中国能源统计年鉴中的能源平衡表，能源类型大致可分为10类：原料煤、焦炭、原油、燃料油、汽油、焦炉气、煤油、柴油、液化石油气、天然气和电力。但城市建成区尺度的能源统计数据有限，可采用中国城市统计年鉴里有关市辖区的能源统计数据。（2）查找IPCC温室气体排放清单编制方法关于每种能源的低位热值和碳排放系数。详见表1。表1能源分类热值及碳排放系数（3）计算能源消费碳排放。公式如下：(1)式中，CE表示能源消费碳排放；C表示能源消费量；F表示碳排放系数；α表示能源低位热值；i表示城市；t表示年份；j表示能源类型。能源类型大致可分为10类：原料煤、焦炭、原油、燃料油、汽油、焦炉气、煤油、柴油、液化石油气、天然气和电力。2、核算城市形态相关指标，基于LandsatTM和ETM影像，利用ENVI/IDL5.1软件、ArcGIS10.1(ERSI)软件和FRAGSTATAS4.2软件定量测算城市形态相关指标。测算的具体步骤为：（1）首先获取LandsatTM和ETM影像来提取城市建成区的边界。（2）利用ENVI/IDL5.1软件和ArcGIS10.1(ERSI)软件，结合目视解译和矢量图形创建了城市建成区数据集。（3）利用基于FRAGSTATAS4.2对所创建的城市数据集进行城市形态相关指标计算，城市形态相关指标计算公式，详见表2。表2景观指数表达式及相关描述3、利用相关计量经济模型定量测算城市形态与碳排放的关系，具体表达式为：（2）式中，CEit表示第i个城市第t年的碳排放量；αi是标量系数；φ是参数向量；μi表示个体效应，用于捕捉城市的异质性；εit表示随机残差；Zit表示外生变量向量，包括TA,LPI,AWMSI,AWMPFD,PARA_MN,PLADJ,COHESION,AI,LSI和CONTIG。①为了消除变量的非平稳性和异方差现象，对所有数据都进行对数化处理，也是为了测量因变量对自变量的弹性。由于上式方程表达式是组合形式，所以必须根据外生变量的增加减少来确定模型的具体形式。通常，T表示时间点个数，K表示每个具体模型中外生变量数，T和K的关系一般需满足T>K+1。②在估计每个具体模型之前，还需确定模型的影响形式是随机效应模型还是固定效应模型。固定效应模型通常可辨别个体间的差异性，它还允许外生变量Zit和个体效应μi存在一定的相关性，然而，由于众多变量系数的关系，它的模型自由度相对较低。随机效应模型相比于固定效应模型具有较高的自由度，然而，它只有在外生变量Zit和个体效应μi不存在相关性时才具有较高的功效。通常模型影响形式的判别是通过Hausman检验确定的。③为了解决变量的平稳性问题，必须引入面板单位根检验。本文引入一种面板单位根检验Levin,LinandChu(LLC)来本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于Landsat TM和ETM影像的城市形态与碳排放相关关系量算方法，其特征在于包括以下步骤：（1）基于IPCC温室气体排放清单编制方法和能源消费统计数据核算n年来城市碳排放数据；（2）基于Landsat TM和ETM影像，利用ENVI/IDL 5.1 软件和 ArcGIS软件，结合目视解译和矢量图形创建了城市形态指标数据集；（3）利用计量经济模型定量核算城市形态相关指标与碳排放之间的相关关系。
【技术特征摘要】
1.基于LandsatTM和ETM影像的城市形态与碳排放相关关系量算方法，其特征在于包括以下步骤：（1）基于IPCC温室气体排放清单编制方法和能源消费统计数据核算n年来城市碳排放数据；（2）基于LandsatTM和ETM影像，利用ENVI/IDL5.1软件和ArcGIS软件，结合目视解译和矢量图形创建了城市形态指标数据集；（3）利用计量经济模型定量核算城市形态相关指标与碳排放之间的相关关系。2.根据权利要求1所述的城市形态与碳排放相关关系量算方法，其特征在于步骤（1）中，具体方法如下：（1）首先收集能源统计数据，根据中国能源统计年鉴中的能源平衡表，能源类型大致可分为10类：原料煤、焦炭、原油、燃料油、汽油、焦炉气、煤油、柴油、液化石油气、天然气和电力；（2）基于IPCC清单找出各类能源的低位热值和碳排放系数如下表：表1能源分类热值及碳排放系数（3）根据能源统计数据和各类能源的低位热值和碳排放系数计算得出碳排放量，公式为：式中，CE表示能源消费碳排放；C表示能源消费量；F表示碳排放系数；α表示能源低位热值；i表示城市；t表示年份；j表示能源类型。3.根据权利要求1所述的城市形态与碳排放相关关系量算方法，其特征在于步骤（2）中，具体方法如下：（1）首先获取...
【专利技术属性】
技术研发人员：方创琳，王少剑，
申请(专利权)人：中国科学院地理科学与资源研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11
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