基于遙感的石家莊市土地集約利用潛力評價

基于遙感的石家莊市土地集約利用潛力評價

隨著高分辨率衛(wèi)星數據的應用和遙感、計算機科學等技術的快速發(fā)展，許多科學家開始應用上述技術手段研究城市土地利用。例如,Mesev等人運用形態(tài)學方法,從衛(wèi)星影像上測量城市土地使用的強度。陳基偉等人運用高分辨率遙感影像對城市建筑容積率進行提取。目前,遙感圖像的地面分辨率已達到1m以內,遙感技術在土地集約利用潛力評價方面的應用在理論上已經成為可能。且比起常規(guī)手段其時效性和客觀性方面有著明顯的優(yōu)勢。1土地利用潛力評估按照國土資源部頒布的《城市土地集約利用潛力評價技術方案》,并以下文將要剖析的石家莊市為例,結合該市土地利用現(xiàn)狀與規(guī)劃,以城市功能分區(qū)為基礎,綜合考慮用地單元的經濟開發(fā)效益、生態(tài)效益,參考其他城市建立的土地集約利用潛力評價體系,對不同功能土地集約利用程度進行分區(qū),著眼于中觀層面土地利用的潛力。我們在功能分區(qū)的基礎上選取指示性強、較易獲取的14項指標,構成城市土地利用中觀潛力評價指標體系。見表1。2根據流暢技術評估指標的提取2.1ikolus1m的融合前色彩調整本次工作采用IKONOS1m分辨率全色圖像和4米分辨率多光譜圖像進行融合,來提高圖像的解像力。為了提高融合質量,在融合前通過線性拉伸和高通濾波等方法對IKONOS1m的全波段圖像的調整,主要是為了增強其紋理細節(jié)并盡可能降低噪聲。針對4米多光譜圖像,融合前以增強色彩為主,通過調整總體色階、亮度、色度、飽和度,拉大不同地類之間的色彩反差。融合方法采用的是IHS法,融合后對配準的精度和紋理細節(jié)的再現(xiàn)程度進行了檢查,并對融合后影像的色調進行了進一步調整。2.2建立城市各類用地解譯標志城市是由各種建筑和交通設施匯集的綜合體,是一個規(guī)模宏大結構復雜、功能綜合和因素繁多的人工生態(tài)系統(tǒng)。這些空間結構復雜的建筑都被記錄在IKONOS影像上,利用地物反射光譜特性與其影像色彩及紋理結構的對應關系,結合地物的大小、形態(tài)、影紋、結構、相關區(qū)位和組合形式等特征,采用綜合分析方法識別不同地物,建立影像解譯標志(見表2)進行城市各類用地解譯。其中城中村在評價中歸并到居住用地,倉儲用地歸并到工業(yè)用地中。2.3建筑物層數調查和解譯根據建立的土地集約利用潛力評價指標體系,主要需要遙感提取的指標有:建筑密度(各種用地)、容積率(各種用地)以及綠地率。綠地率=解譯出綠地面積/基本單元占地面積建筑物密度=建筑物基底面積/基本單元占地面積之比。因此,在基本單元解譯與劃分的基礎上,還要在衛(wèi)星遙感圖像上,依據建筑物房頂的影紋結構、色調差異和光譜特征解譯出建筑物基底面積(即建筑物房頂投影面積)。容積率=建筑物層數×建筑密度。建筑物層數的解譯首先進行外業(yè)調查獲取典型建筑物的樓房層數。并在遙感圖像上量測其陰影的長度和樓房方位,將建筑物的陰影長度與典型建筑物進行比較,據此獲取建筑物的層數。3采用sigmity激發(fā)函數一個新的神經元自適應激發(fā)層根據土地集約利用潛力評價的過程,本文設計的用于土地集約利用潛力評價的神經網絡模型為3層BP網絡。第一層為輸入層,第二層為隱含層,第三層為輸出層。網絡模型結構見下圖1。第一層為輸入層,代表網絡的輸入變量,輸入單元的個數等于集約利用潛力評價指標的個數,對于居住區(qū)和工業(yè)區(qū)為5個,商業(yè)區(qū)為4個。每個神經元對應一個評價指標,該層的作用只是將輸入變量xi傳如到下一層,即:f(xi)=xi(1)f(xi)=xi(1)第二層為隱含層,采用sigmoid激發(fā)函數:式中:wi為第一、二層神經元之間的連接權重,neti為第二層第i個神經元的輸入值的加權和,qi為第二層第i個神經元的閾值,yi為第二層第i個神經元的輸出值。第三層為輸出層,該層神經元采用線性激發(fā)函數,即:netj=∑iwijyif(netj)=netj+qjyj=f(netj)?????????(3)netj=∑iwijyif(netj)=netj+qjyj=f(netj)}(3)式中:wij為第二三層神經元之間的連接權重,qj為第三層j個神經元的閾值,netj為第二層第j個神經元的輸入值的加權和,yj為第二層第j個神經元的輸出值。4石家莊土地集約利用潛力評價4.1評價單元的確定以石家莊市橋東區(qū)土地集約利用潛力評價為實例對建立的評價模型進行了測試。從各類型用地區(qū)分別選取一定數量的具有代表性的評價單元,對這些評價單元的綜合潛力,在爭取多方專家的基礎上進行賦值。以這些評價單元作為訓練樣本對神經網絡進行訓練。在完成了神經網絡訓練后,就可以將各功能分區(qū)各個評價單元輸入到訓練好的網絡中,得到的輸出值即是該單元的綜合指數值。參照其它試點城市的分級標準,根據石家莊市城市規(guī)劃,結合集約利用指數頻率分布圖確定各功能區(qū)城市土地集約利用潛力中微觀評價分級標準(見表3)。利用表3的評價標準確定各個評價單元的土地集約利用等級,最終的石家莊市橋東區(qū)土地集約利用潛力評價結果見表4,級別圖見圖2。4.2評價結果分析4.2.1粗放利用地段居住區(qū)粗放用地類型土地面積占橋東區(qū)居住用地面積的41.25%,主要分布在北二環(huán)以北和槐安路以南等地區(qū),一環(huán)內也有粗放利用地塊零星出現(xiàn),主要是建成區(qū)內的“城中村”,如義堂村,人栗村,休門村,元村等,以及20世紀50～80年代的2至4層的老舊房屋。這類地塊綜合容積率小,建筑密度大,基本沒有綠地,居住環(huán)境差,土地利用粗放,與整個城市的土地利用結構和城市人文、生態(tài)景觀極不協(xié)調,這也是石家莊市今后城市改造挖潛,提高土地集約利用水平的主要方面。4.2.2主要企業(yè)為鋼材市場商業(yè)用地中的粗放利用類型,主要是占用面積較大,經濟效益較差的倉儲、大型專業(yè)商場(如批發(fā)市場,鋼材市場)用地。對于潛力的挖掘,一方面由于經營物品的專業(yè)性,商業(yè)服務的特殊性,不可避免地要占用大量土地,要科學規(guī)劃這類企業(yè)的用地范圍,大小和規(guī)模;另一方面,需要提高城市土地總體利用水平,科學引導企業(yè)的合理集聚,不斷提高商業(yè)用地的效益和地價水平,從而達到集約利用城市土地。4.2.3北東南角、南浮式地區(qū)1)工業(yè)用地的適度利用類型主要分布在一、二環(huán)路之間的區(qū)域(占總工業(yè)用地面積的61.91%),分布較為合理;集約利用類型主要為適度利用(占總工業(yè)用地面積的61.70%),集約利用水平較高。2)在北二環(huán)路