【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及遥感信息提取与空间分析技术，具体是指一种基于亚像元级不透水面变化模式的城市化不同阶段识别方法。
技术介绍
1、城市人口比例以及不透水面在城市土地覆盖/利用中的占比是衡量城市化的两个重要指标。不透水面指由阻止水分渗透的材料，如水泥、沥青等构成的地表的建设能够防止雨水的下渗、阻断地表蒸散发、增加地表径流；不透水面覆盖改变了地表能量的分配，影响局部气候，改变生态系统碳、氮、水等要素循环，从而对多尺度生态环境产生影响。因此，不透水面成为表征城市扩张和衡量多尺度生态环境质量的重要指标。开展不透水面的时空监测，不仅极大促进对城市化进程及伴随的多尺度生态环境效应的理解，实现对城市发展空间格局的实时把握，而且也是当前多领域关注的热点问题之一。
2、当前，已有研究机构与研究人员围绕不透水面的提取方法、不透水面时空格局以及不透水面引发的一系列生态环境问题等开展了大量研究，且大部分结论均支持不透水面总面积持续增加。然而，近些年来，在新型城镇化理念的引领下，许多城市加强绿色城市的建设随着城市绿化率上升，城市不透水面在单个城市占比中有所降低，而不透水面的逆向变化，即萎缩，在当前的研究中鲜有报道。
3、中国的城市化由早期的快速城市化逐渐向高质量城市化发展。而在这种转变中，不同级别城市均开展了以“城中村改造”(上海市)，“三旧改造”(广州市、深圳市)活动代表的城市更新，更是出现轰动全国的“郑州模式”。城市更新尤其强调城市绿化率的提升，这在地方统计公报与统计年鉴中均有体现，与之对应的是不透水面占比的降低。这种“正向变化”势
4、因此，提出一种基于亚像元级不透水面变化模式的城市化不同阶段识别方法。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是克服上述技术的缺陷，提供一种基于亚像元级不透水面变化模式的城市化不同阶段识别方法，目的是基于城市不透水面不同时空变化的城市化不同模式，以不透水面不同变速率表征城市化不同阶段。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案为一种基于亚像元级不透水面变化模式的城市化不同阶段识别方法：包括以下步骤：
3、s1：获取监测区间内指定监测区域的中分辨率遥感影像；
4、s2：对通过卫星数据获取的遥感影像开展图像预处理，即进行辐射定标、大气校正、最小噪声分离操作；
5、s3：基于v-i-s概念模型针对遥感影像开展包含不透水面特征信息的城市四种端元的选取；
6、s4：利用全约束最小二乘法分解遥感影像，获取城市四种土地覆被分量波段；
7、s5：提取城市不透水面空间信息；
8、s6：基于高分辨率遥感影像数据进行分类精度检验；
9、s7：基于空间分析识别不同城市化阶段。
10、作为改进，在s1中，收集监测区间内指定监测区域的高质量(监测区云覆盖量＜1％)、相近季相(植被生长季、即4-10月份)的landsat系列遥感图像，构成指定监测区域的中分辨率遥感图像序列。
11、作为改进，在s2中，对通过卫星数据获取的监测区域内的遥感影像开展的图像预处理，包括以下步骤：
12、s21：对获取的遥感影像开展辐射定标，对遥感影像值赋予物理量纲；
13、s22：对完成辐射定标的数据开展大气校正，去除大气成分对遥感图像的影响；
14、s23：对完成大气校正的数据开展最小噪声分离，去除原遥感数据的数据冗余，获得按照主要贡献率排序的图像数据。
15、作为改进，在s3中，基于s23中生成的图像数据与高分辨率遥感数据的支持下，根据v-i-s城市三种土地覆被类型的概念模型，开展城市地表类型的纯净像元，即端元的获取。
16、作为改进，所述端元包括城市绿植、城市光亮不透水面、城市暗不透水面以及裸露土壤。
17、作为改进，在s4中，基于s22中生成的经过大气校正的数据与s3中获取的城市四种端元，结合全约束最小二乘法，将遥感影像分解为表征城市四种地表覆被类型的四个分量，其值代表每个像元内的某种地表覆被所占的覆盖值。
18、作为改进，在s5中，实现对城市光亮不透水面和城市暗不透水面求和得到监测区域内不透水面时空信息。
19、作为改进，在s6中，对s5中提取的城市不透水面分量开展分类精度验证，采取位置精度验证与非位置精度验证，选择相关系数r与均方根误差评估提取结果的准确性。
20、作为改进，在s7中，利用空间分析技术，基于s5中提取的城市不透水面分量开展逐年、逐像元的对比，确定城市不透水面变化的两种时空变化模式，即增长与萎缩；同时，在不透水面扩张模式中，通过在像元尺度上判别而确定扩张的两种不同模式，即外扩与内填；并结合趋势分析法对城市不透水面的外扩、内填与萎缩开展趋势分析，并基于合理的阈值，判别城市不透水面的高速增长、缓慢增长、快速萎缩、缓慢萎缩空间位置及其突变年份，从而判别城市化中包含的不同城市扩张模式。
21、本专利技术与现有技术相比的优点在于：
22、1、通过以现有城市地表覆盖时空信息为基础，结合亚像级不透水面时空序列的变化趋势为参考，达到对城市不透水面时空变化的不同趋势的判断，同时以不透水面不同变化趋势为依据，实现对城市化的不同阶段的定量化识别，进而揭示城市用地演变过程中的不透水面不同变化模式，不同变化模式的年际速率的定量化研究，以表征不同城市化阶段。通过该方法的实施，可完整表征城市化进程的不同阶段，提高城市地表覆盖监测变化的准确性和生态环境效应评估的精确性。
23、2、针对当前对城市化进程蕴含的城市地表覆盖时空变化刻画不完整的问题，在现有城市地表覆盖时空信息提取的基础上，基于在亚像级不透水面时空序列的变化趋势，判断城市不透水面时空变化的不同趋势。以不透水面不同变化趋势为基础，通过趋势分析定量化识别城市化的不同阶段，即快速城市化、缓慢城市化、快速城市更新与缓慢城市更新。与已有的评估方法相比，本专利技术完善了城市化驱动的地表覆盖变化类型、格局，同时提出一种能够表征城市更新的指标。
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1.一种基于亚像元级不透水面变化模式的城市化不同阶段识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于亚像元级不透水面变化模式的城市化不同阶段识别方法，其特征在于：在S1中，收集监测区间内指定监测区域的高质量(监测区云覆盖量＜1％)、相近季相(植被生长季、即4-10月份)的Landsat系列遥感图像，构成指定监测区域的中分辨率遥感图像序列。
3.根据权利要求1所述的一种基于亚像元级不透水面变化模式的城市化不同阶段识别方法，其特征在于，在S2中，对通过卫星数据获取的监测区域内的遥感影像开展的图像预处理，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种基于亚像元级不透水面变化模式的城市化不同阶段识别方法，其特征在于：在S3中，基于S23中生成的图像数据与高分辨率遥感数据的支持下，根据V-I-S城市三种土地覆被类型的概念模型，开展城市地表类型的纯净像元，即端元的获取。
5.根据权利要求4所述的一种基于亚像元级不透水面变化模式的城市化不同阶段识别方法，其特征在于：所述端元包括城市绿植、城市光亮不透水面、城市暗不透水面以及裸露
6.根据权利要求5所述的一种基于亚像元级不透水面变化模式的城市化不同阶段识别方法，其特征在于：在S4中，基于S22中生成的经过大气校正的数据与S3中获取的城市四种端元，结合全约束最小二乘法，将遥感影像分解为表征城市四种地表覆被类型的四个分量，其值代表每个像元内的某种地表覆被所占的覆盖值。
7.根据权利要求5所述的一种基于亚像元级不透水面变化模式的城市化不同阶段识别方法，其特征在于：在S5中，实现对城市光亮不透水面和城市暗不透水面求和得到监测区域内不透水面时空信息。
8.根据权利要求7所述的一种基于亚像元级不透水面变化模式的城市化不同阶段识别方法，其特征在于：在S6中，对S5中提取的城市不透水面分量开展分类精度验证，采取位置精度验证与非位置精度验证，选择相关系数R与均方根误差评估提取结果的准确性。
9.根据权利要求7所述的一种基于亚像元级不透水面变化模式的城市化不同阶段识别方法，其特征在于：在S7中，利用空间分析技术，基于S5中提取的城市不透水面分量开展逐年、逐像元的对比，确定城市不透水面变化的两种时空变化模式，即增长与萎缩；同时，在不透水面扩张模式中，通过在像元尺度上判别而确定扩张的两种不同模式，即外扩与内填；并结合趋势分析法对城市不透水面的外扩、内填与萎缩开展趋势分析，并基于合理的阈值，判别城市不透水面的高速增长、缓慢增长、快速萎缩、缓慢萎缩空间位置及其突变年份，从而判别城市化中包含的不同城市扩张模式。
...【技术特征摘要】
1.一种基于亚像元级不透水面变化模式的城市化不同阶段识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于亚像元级不透水面变化模式的城市化不同阶段识别方法，其特征在于：在s1中，收集监测区间内指定监测区域的高质量(监测区云覆盖量＜1％)、相近季相(植被生长季、即4-10月份)的landsat系列遥感图像，构成指定监测区域的中分辨率遥感图像序列。
3.根据权利要求1所述的一种基于亚像元级不透水面变化模式的城市化不同阶段识别方法，其特征在于，在s2中，对通过卫星数据获取的监测区域内的遥感影像开展的图像预处理，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种基于亚像元级不透水面变化模式的城市化不同阶段识别方法，其特征在于：在s3中，基于s23中生成的图像数据与高分辨率遥感数据的支持下，根据v-i-s城市三种土地覆被类型的概念模型，开展城市地表类型的纯净像元，即端元的获取。
5.根据权利要求4所述的一种基于亚像元级不透水面变化模式的城市化不同阶段识别方法，其特征在于：所述端元包括城市绿植、城市光亮不透水面、城市暗不透水面以及裸露土壤。
6.根据权利要求5所述的一种基于亚像元级不透水面变化模式的城市化不同阶段识别方法，其特征在于：在s4中，基于s22中生成的经...
【专利技术属性】
技术研发人员：艳燕，张伟阁，安娜，刘怀鹏，李换换，
申请(专利权)人：洛阳师范学院，
类型：发明
国别省市：
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