Please wait a minute...
 
自然资源遥感  2022, Vol. 34 Issue (2): 231-241    DOI: 10.6046/zrzyyg.2021157
  技术应用 本期目录 | 过刊浏览 | 高级检索 |
基于深度学习的中国边境地区城市发展与安防研究
马晓宇1(), 张新2,3, 刘吉磊4(), 周楠2,3, 刘克俭3, 魏春山5, 杨鹏5
1.河北工程大学地球科学与工程学院,邯郸 056000
2.中国科学院空天信息创新研究院遥感科学国家重点研究室,北京 100101
3.中国科学院大学,北京 100101
4.中国人民公安大学公安遥感应用工程技术研究中心,北京 100101
5.苏州喆鑫信息科技有限公司,苏州 215000
Research on urban development and security in border areas of China based on deep learning
MA Xiaoyu1(), ZHANG Xin2,3, LIU Jilei4(), ZHOU Nan2,3, LIU Kejian3, WEI Chunshan5, YANG Peng5
1. School of Earth Sciences and Engineering, Hebei University of Engineering, Handan 056000, China
2. State Key Laboratory of Remote Sensing Science, Institute of Aerospace Information Innovation, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China
3. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China
4. Public Security Remote Sensing Application Engineering Technology Research Center, People’s Public Security University of China, Beijing 100101, China
5. Suzhou Zhexin Information Technology Limited Company, Suzhou 215000, China
全文: PDF(8546 KB)   HTML  
输出: BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 

为探究我国边境城市发展态势,评估城市戍边能力,基于D-LinkNet34深度学习算法对西藏自治区托林镇、狮泉河镇和普兰镇建筑物、道路进行自动化提取,并结合景观指数及人口规模分析边境乡镇发展态势和戍边能力。分析表明: ①基于D-LinkNet深度学习网络的提取方法能够有效地对城市建设用地进一步分类,平均总精度高于80%,IOU值在70%以上。②普兰镇和狮泉河镇斑块分布呈聚集趋势发展,城市扩张趋势减弱,托林镇斑块分布则呈分散趋势发展,城市扩张趋势明显。③建筑面积同常住人口呈线性关系,托林镇2002—2018年建筑面积增加约68.75%,常住人口增加约39.00%; 狮泉河镇2004—2020年建筑面积增加约70.75%,常住人口增加约68.44%; 普兰镇2005—2018年建筑面积增加约68.36%,常住人口增加约25.04%。研究为定量评价边境城市扩张特征及戍边能力提供新方法,同时为建设祖国边疆戍边能力提供参考。

服务
把本文推荐给朋友
加入引用管理器
E-mail Alert
RSS
作者相关文章
马晓宇
张新
刘吉磊
周楠
刘克俭
魏春山
杨鹏
关键词 遥感边境乡镇城市发展景观指数D-LinkNet    
Abstract

In order to explore the development trend of border cities in China and assess the city’s border defense capability, the D-LinkNet34 deep learning algorithm is used to automate the extraction of buildings and roads in Tuolin, Shiquanhe and Pulan towns in Tibet Autonomous Region, and to analyze the development trend and border defense capability of border towns based on landscape index and population size. Analysis results show that: ① The extraction method based on D-LinkNet deep learning network can effectively further classify urban construction land, with average total progress of more than 80% and IOU above 70%.② The distribution of plaques in the towns of Pulan and Shiquanhe shows a trend of aggregation, and the trend of urban expansion weakened. The distribution of plaques in Tuolin Town shows a scattered trend, and the trend of urban expansion is obvious. ③ The building area is linearly related to the resident population, and the building area of Tuolin Town increased by about 68.75%from 2002 to 2018, and the resident population increased by about 39.00%. The building area of Shiquanhe Town increased by about 70.75% from 2004 to 2020, while the resident population increased by about 68.44%. The building area of Pulan Town increased by about 68.36% from 2005 to 2018, while the resident population increased by about 25.04%. This study provides a new method for quantitative evaluation of the expansion characteristics and border defense capability of border cities, as well as a reference for building China’s border defense capability.

Key wordsremote sensing    border towns    urban development    landscape index    D-LinkNet
收稿日期: 2021-05-18      出版日期: 2022-06-20
ZTFLH:  TP79  
基金资助:高分辨率对地观测系统重大专项(GFZX0404130307)
通讯作者: 刘吉磊
作者简介: 马晓宇(1994-),男,硕士研究生,主要研究方向为遥感技术与应用。Email: 505474279@qq.com
引用本文:   
马晓宇, 张新, 刘吉磊, 周楠, 刘克俭, 魏春山, 杨鹏. 基于深度学习的中国边境地区城市发展与安防研究[J]. 自然资源遥感, 2022, 34(2): 231-241.
MA Xiaoyu, ZHANG Xin, LIU Jilei, ZHOU Nan, LIU Kejian, WEI Chunshan, YANG Peng. Research on urban development and security in border areas of China based on deep learning. Remote Sensing for Natural Resources, 2022, 34(2): 231-241.
链接本文:  
https://www.gtzyyg.com/CN/10.6046/zrzyyg.2021157      或      https://www.gtzyyg.com/CN/Y2022/V34/I2/231
Fig.1  技术流程
Fig.2  D-LinkNet34网络结构
Fig.3  训练提取流程
城市景观格局指数类型 城市景观格局指数
面积、密度指数类 CA,PLAND,TA,PD
边缘指数类 ED
多样性指数类 SHDI,SHEI
聚散性指标类 AI,COHESION,CONTAG,DIVISION,SPLIT
Tab.1  城市景观指数类型
Fig.4  狮泉河镇2020年分类结果对比
Fig.5  托林镇和普兰镇2018年分类结果对比
年份及
乡镇
D-LinkNet(建筑物) D-LinkNet(道路) SVM
分类
精度
IOU 分类
精度
IOU 总体精
度/%
Kappa
2018年托林镇 82.8 72.1 81.8 74.3 84.99 0.756
2020年
狮泉河镇
85.2 79.3 85.5 79.3 85.18 0.868
2018年普兰镇 80.9 75.4 81.2 76.4 80.89 0.698
Tab.2  分类精度评价
Fig.6  3个乡镇不同时期斑块类型指数变化
Fig.7  3个乡镇建筑、道路发展速率
地区 第1期 第2期 第3期 第4期
托林镇
狮泉河镇
普兰镇
Tab.3  3个乡镇不同时期建筑变化可视化
地区 第1期 第2期 第3期 第4期
托林镇
狮泉河镇
普兰镇
Tab.4  3个乡镇不同时期道路变化可视化
Fig.8  3个乡镇不同时期景观水平指数变化
Fig.9  托林镇不同时期景观变化可视化
Fig.10  狮泉河镇不同时期景观变化可视化
Fig.11  普兰镇不同时期景观变化可视化
时期 托林镇 狮泉河镇 普兰镇
第1期 2 686.775 20 191.68 3 001.505
第2期 4 056.206 26 147.55 4 953.469
第3期 5 195.010 34 256.21 4 751.383
第4期 4 791.725 41 314.61 5 967.396
Tab.5  3个镇戍边能力变化情况
[1] 窦红涛, 齐亚楠, 贾若祥. 支持边境地区加快发展的思路和对策[J]. 中国发展观察, 2020, 249(21):39-43.
Dou H T, Qi Y N, Jia R X. Thoughts and countermeasures to accelerate the development of border areas[J]. China Development Observation, 2020, 249(21):39-43.
[2] 史诗悦, 倪佳瑜. 系统论视域下新时代党的治藏方略的价值意蕴与形成审思——基于中央第七次西藏工作座谈会精神[J]. 西藏民族大学学报(哲学社会科学版), 2021, 42(1):8-14,153.
Shi S Y, Ni J Y. The value implication and formation of the party strategy of governing Tibet in the new era from the perspective of system theory[J]. Journal of Xizang Minzu University(Philosophy and Social Sciences Edition), 2021, 42(1):8-14,153.
[3] 杨明洪, 王周博. 我国陆地边境地区“空心化”的类型、成因与治理[J]. 四川师范大学学报(社会科学版), 2020, 47(6):13-24.
Yang M H, Wang Z B. Types,causes and governance of “hollowing” in China’s land border areas[J]. Journal of Sichuan Normal University (Social Sciences Edition), 2020, 47(6):13-24.
[4] 方盛举, 赵若州. 国家安全视角下边境城镇的戍边功能及其开发[J]. 哈尔滨工业大学学报(社会科学版), 2020, 22(5):1-8.
Fang S J, Zhao R Z. The border-town’s garrison role and development fromthe perspective of national security[J]. Journal of Harbin Institute of Technology (Social Science Edition), 2020, 22(5):1-8.
[5] 陈宝行, 孙小涛, 宋红丽. 济南市中心城区空间扩张特征与机理[J/OL]. 测绘地理信息, 2020:1-5[2021-05-18].
Chen B X, Sun X T, Song H L. The characteristics and mechanism of spatial expansion in Jinan City center[J/OL]. Journal of Geomatics, 2020:1-5[2021-05-18].
[6] 陈明发, 刘帆, 赵耀龙, 等. 1987—2017年粤港澳大湾区城市群的不透水地表扩张与梯度演化[J]. 地球信息科学学报, 2021, 23(3):443-455.
doi: 10.12082/dqxxkx.2021.200195
Chen M F, Liu F, Zhao Y L, et al. The expansion and gradient evolution of impervious surface within the Guangdong - HongKong - Macao Greater Bay Area from 1987 to 2017[J]. Geo-Information Science, 2021, 23(3):443-455.
[7] 张秋仪, 高银宝, 张杨, 等. 海岛型城市建成区扩张特征及空间演化模式——以厦门岛(2002—2018年)为例[J]. 福建师范大学学报(自然科学版), 2021, 37(1):98-106.
Zhang Q Y, Gao Y B, Zhang Y, et al. Spatial process,motivation and model of the expansion of built-up areas of island city:A case study of Xiamen Island (2002—2018)[J]. Journal of Fujian Normal University(Natural Science Edition), 2021, 37(1):98-106.
[8] 陈菲尔, 杨武年. 郑州大都市区城市发展格局演变——基于DMSP/OLS夜间灯光数据[J]. 西华师范大学学报(自然科学版), 2021, 42(2):167-173.
Chen F E, Yang W N. Evolution of urban development pattern in Zhengzhou metropolitan area:Based on DMSP/OLS night light data[J]. Journal of China West Normal University(Natural Science), 2021, 42(2):167-173.
[9] 宋艳华, 焦利民, 刘稼丰, 等. 城市扩张程度的影响因素分析——以武汉市为例[J]. 武汉大学学报(信息科学版), 2021, 46(3):417-426.
Song Y H, Jiao L M, Liu J F, et al. Analysis of the factors affecting the degree of urban expansion:Taking Wuhan City as an example[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2021, 46(3):417-426.
[10] 周润芳, 周亮. 中国典型边境城市空间扩张特征分析[J]. 测绘科学, 2019, 44(9):54-60.
Zhou R F, Zhou L. Analysis of spatial expansion characteristics of typical Chinese border cities[J]. Science of Surveying and Mapping, 2019, 44(9):54-60.
[11] Vani M, Prasad P R C. Assessment of spatio-temporal changes in land use and land cover,urban sprawl,and land surface temperature in and around Vijayawada City,India[J]. Environment,Development and Sustainability, 2020, 22(4):3079-3095.
doi: 10.1007/s10668-019-00335-2
[12] Robert S, Fox D, Boulay G, et al. A framework to analyse urban sprawl in the French Mediterranean coastal zone[J]. Regional Environmental Change, 2019, 19(2):559-572.
doi: 10.1007/s10113-018-1425-4
[13] Kovacs Z, Farkas Z J, Egedy T, et al. Urban sprawl and land conversion in post-socialist cities:The case of metropolitan Budapest[J]. Cities, 2019, 92(SEPa):71-81.
[14] Canedoli C, Crocco F, Comolli R, et al. Landscape fragmentation and urban sprawl in the urban region of Milan[J]. Landscape Research, 2018, 43(5):632-651.
doi: 10.1080/01426397.2017.1336206
[1] 牛祥华, 黄微, 黄睿, 蒋斯立. 基于注意力特征融合的高保真遥感图像薄云去除[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(3): 116-123.
[2] 董婷, 符潍奇, 邵攀, 高利鹏, 武昌东. 基于改进全连接条件随机场的SAR影像变化检测[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(3): 134-144.
[3] 王建强, 邹朝晖, 刘荣波, 刘志松. 基于U2-Net深度学习模型的沿海水产养殖塘遥感信息提取[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(3): 17-24.
[4] 唐晖, 邹娟, 尹向红, 余姝辰, 贺秋华, 赵动, 邹聪, 罗建强. 基于高分遥感的洞庭湖区河湖采砂监管及典型案例分析[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(3): 302-309.
[5] 于航, 安娜, 汪洁, 邢宇, 许文佳, 步凡, 王晓红, 杨金中. 黔西南采煤塌陷区高分遥感动态监测——以六盘水市煤矿采空塌陷区为例[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(3): 310-318.
[6] 王静, 王佳, 徐江琪, 黄邵东, 刘东云. 改进遥感生态指数的典型海岸带城市生态环境质量评价——以湛江市为例[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(3): 43-52.
[7] 徐欣钰, 李小军, 赵鹤婷, 盖钧飞. NSCT和PCNN相结合的遥感图像全色锐化算法[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(3): 64-70.
[8] 刘立, 董先敏, 刘娟. 顾及地学特征的遥感影像语义分割模型性能评价方法[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(3): 80-87.
[9] 郭晓萌, 方秀琴, 杨露露, 曹煜. 基于人工神经网络的西辽河流域根区土壤湿度估算[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(2): 193-201.
[10] 滑永春, 陈家豪, 孙小添, 裴志永. 内蒙古段黄河流域景观生态风险分析[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(2): 220-229.
[11] 方贺, 张育慧, 何月, 李正泉, 樊高峰, 徐栋, 张春阳, 贺忠华. 浙江省植被生态质量时空变化及其驱动因素分析[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(2): 245-254.
[12] 张仙, 李伟, 陈理, 杨昭颖, 窦宝成, 李瑜, 陈昊旻. 露天开采矿区要素遥感提取研究进展及展望[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(2): 25-33.
[13] 马世斌, 皮英楠, 王佳, 张焜, 李生辉, 彭玺. 基于遥感的绿色勘查高效监管方法体系研究[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(2): 255-263.
[14] 王平. 热红外遥感技术在钢铁去产能监测中的应用[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(2): 271-276.
[15] 李天驰, 王道儒, 赵亮, 凡仁福. 基于Landsat8遥感数据的西沙群岛永乐环礁底质分类与变化分析[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(2): 70-79.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
京ICP备05055290号-2
版权所有 © 2015 《自然资源遥感》编辑部
地址:北京学院路31号中国国土资源航空物探遥感中心 邮编:100083
电话:010-62060291/62060292 E-mail:zrzyyg@163.com
本系统由北京玛格泰克科技发展有限公司设计开发