国土资源遥感, 2020, 32(3): 165-172 doi: 10.6046/gtzyyg.2020.03.22

技术应用

基于多源遥感数据的城市环境宜居性研究——以北京市为例

董家集,1, 任华忠,1,2, 郑逸童1, 聂婧1, 孟晋杰1, 秦其明1,2

1.北京大学地球与空间科学学院遥感与地理信息系统研究所,北京 100871

2.空间信息集成与3S工程应用北京市重点实验室(北京大学),北京 100871

A study of the livability of urban environment based on multi-source remote sensing data: A case study of Beijing City

DONG Jiaji,1, REN Huazhong,1,2, ZHENG Yitong1, NIE Jing1, MENG Jinjie1, QIN Qiming1,2

1. Institute of Remote Sensing and Geographic Information System, School of Earth and Space Sciences,Peking University, Beijing 100871, China

2. Beijing Key Laboratory of Spatial Information Integration and Its Application, Peking University, Beijing 100871, China

通讯作者: 任华忠(1985-),男,研究员,博士生导师,主要研究方向为热红外遥感研究与应用。Email:renhuazhong@pku.edu.cn

责任编辑: 张仙

收稿日期: 2019-11-25   修回日期: 2020-04-20   网络出版日期: 2020-09-15

基金资助: 国家重点研发项目“城乡生态资源高分遥感与地面协同监测信息服务应用示范”.  2017YFB0503905-05
国家自然科学基金项目“高空间分辨率城市地表温度遥感反演方法研究”.  41771369
高分辨率对地观测重大专项航空观测系统项目.  30-H30C01-9004-19/21

Received: 2019-11-25   Revised: 2020-04-20   Online: 2020-09-15

作者简介 About authors

董家集(1988-),男,硕士研究生,主要研究方向为热红外遥感研究与应用。Email: dongjiaji@pku.edu.cn

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摘要

为评价城市环境的宜居性,依托遥感数据构建了基于遥感因子的城市环境宜居性评价体系。以北京市为研究区,首先基于2013年和2014年高分一号(GF-1)卫星的光学数据,采用面向对象分类方法,将城市生态用地分为水体、植被区、道路、建筑用地以及裸土5大类并进行提取,同时计算植被区的植被指数; 其次,基于同时段Landsat8卫星热红外数据反演城市地表温度并提取城市热环境; 最后,在构建城市生态用地和城市热环境各因子评分标准的基础上,利用权值法计算城市的生态环境质量指数(ecological quality index, EQI),以此建立城市环境宜居性的整体评价体系,并对北京市环境的宜居性进行评价。研究结果表明,北京市地区城市热岛效应不明显,且绝大部分区域适宜于或者基本适宜于人类居住。

关键词: 多源遥感 ; 城市生态用地 ; 城市热环境 ; 宜居性评价

Abstract

Based on the remote sensing data, this paper aims to construct an urban environment livability evaluation system on the basis of remote sensing factors and further evaluate the livability of the urban environment. An object-oriented classification method was used to classify urban ecological land into five categories from GF-1 satellite data: water body, vegetation area, road, building land, and bare soil. In addition, the urban surface temperature was retrieved from Landsat8 thermal infrared data and then, the urban thermal environment was calculated. Finally, on the basis of constructing the urban ecological land and urban thermal environment factors, a weight method was used to calculate the ecological quality index (EQI) of the city in order to establish an overall evaluation system of urban environmental livability. Applications in Beijing City showed that, from 2013 to 2014, the urban heat island effect in Beijing was not obvious, and most areas were suitable or basically suitable for human habitation.

Keywords: multi-source remote sening ; urban ecological land ; urban thermal environment ; livability evaluation

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本文引用格式

董家集, 任华忠, 郑逸童, 聂婧, 孟晋杰, 秦其明. 基于多源遥感数据的城市环境宜居性研究——以北京市为例. 国土资源遥感[J], 2020, 32(3): 165-172 doi:10.6046/gtzyyg.2020.03.22

DONG Jiaji, REN Huazhong, ZHENG Yitong, NIE Jing, MENG Jinjie, QIN Qiming. A study of the livability of urban environment based on multi-source remote sensing data: A case study of Beijing City. REMOTE SENSING FOR LAND & RESOURCES[J], 2020, 32(3): 165-172 doi:10.6046/gtzyyg.2020.03.22

0 引言

随着我国城镇化的推进,城市规模扩张,人口激增,城市环境的宜居性愈受人们关注。目前,学界对城市宜居性并没有统一的定义[1],在全世界范围内,已经有超过10个评价体系[2],其中大部分系统从环境、经济、社会、文化和发展理念等方面进行评价[3,4,5,6,7,8,9,10,11],侧重点各有不同。比如国外学者Mouratidis[12]从公共交通、城市中心通达性和土地混合利用方面评估城市的宜居性; Leach等[9]从公民福利、资源安全、资源效率与碳排放方面进行城市宜居性评估; Suresh[10]从饮用水安全、空气污染、道路卫生、污水处理、噪声污染、城市基础设施建设和通勤压力等方面构建评估体系。在国内,张文忠[13]就空间的差异性、社会的分异和宏观社会经济3方面总结分析城市的宜居性; 崔凤琪等[14]从舒适水平、便捷水平、幸福水平、发展水平和安全水平5个方面对京津冀地区城市进行评价。

由于城市地表类型受人类干扰大,热源丰富,因此城市的生态用地保有量与空间分布,以及城市热岛效应[15]是当前评价其环境好坏的重要指标[16,17,18,19]。基于遥感影像,可获取城市地表类型,分析城市热环境,进而提取城市热岛效应。鉴于此,本文旨在从城市环境方面入手,以全遥感数据为基础,从多源遥感信息提取的城市生态用地、植被指数和城市热环境构建城市环境宜居性新型评价体系,并以北京市为研究区域开展应用。

1 研究区概况和数据源

本文研究区北京市地处华北平原北端,属于暖温带半湿润大陆性季风气候区。北京市拥有森林、草地、灌丛等自然生态系统[20],植被覆盖程度不一,且城区内人口密度大,工业集中。城区内地表覆盖类型主要为建筑物、道路、停车场等不透水层,该类型地物比热容小,易吸热升温快。

本文利用2013年和2014年3期(2013-05-01,2013-06-19,2014-11-18)国产高分一号(GF-1)PMS相机的8 m空间分辨率多光谱数据提取研究区生态用地,利用地表温度相近的3期(2013-05-12,2013-09-01,2014-10-06)Landsat8卫星热红外遥感数据反演城市地表温度。

2 城市环境宜居性评价方法与指标体系构建

2.1 评价指标计算方法

城市环境的人居适宜性取决于多个要素,其中城市用地类型、植被状况、水源地以及交通通达性等因素较为显著[21,22,23],这些要素均可从遥感数据中反演与提取。本文以水体、植被、道路、建筑用地、裸土以及城市热环境等因子为基础,构建基于遥感数据度量指标的城市人居环境适宜性评价方法,并利用权值法计算城市的生态环境质量指数[24](ecological quality index, EQI),即

EQI=i=1Nai·Ii,

式中: aiIi分别为第 i 个指标的权重和评分值; N为指标数量。根据EQI取值范围和城市实际情况,将其划分为若干区间,各区间对应不同等级的城市生态质量和人居环境适宜性,从而实现城市环境宜居性的综合评价。本文的主要研究技术路线如图1所示。

图1

图1   城市环境宜居性评价研究技术路线

Fig.1   Flowchart for the evaluation of the livability of urban environment


2.1.1 城市生态用地指标提取

基于GF-1高分辨率遥感数据,利用面向对象方法,通过影像分割和影像分类[25,26,27],将城市生态用地划分为水体、植被、道路、建筑用地、裸土5类,并建立不同地物类型相对应的规则集,见表1

表1   各地物类型对应的分类规则集

Tab.1  Classification rules corresponding to each feature type

地类指数公式说明
水体归一化差值水体指数(normalized difference water index, NDWI)NDWI=ρgreen-ρNIRρgreen+ρNIR式中ρgreenρNIR分别为绿光和近红外波段的反射率。当NDWI0.12时,为水体[28]
植被归一化差值植被指数(normalized difference vegetation index, NDVI)NDVI=ρNIR-ρredρNIR+ρred式中ρred为红光波段的反射率。当NDVI>0.12时,为植被[29]
道路长宽比指数(R)R=LW式中: L为图斑对象长度; W为图斑对象宽度。设置阈值R≥3,L≥170像元为道路[30]
建筑用地灰度最大差值与亮度的比值(Diffmax); 形状指数(K); 灰度共生矩阵熵(Ent)Diffmax=i,jKB|ci(v)-cj(v)|c(v)
K=AP
Ent=i=1nj=1np(i,j)×ln[p(i,j)]
式中: ci(v)为对象vi层的平均亮度值; cj(v)为对象vj层的平均值; KB为所有的对象; c(v)为所有层对象v的平均值[31]; AP分别为影像对象的面积和周长; p(i,j)为像元值ij出现的概率[32]
裸土紧凑度(C)C=n×mb式中: C为紧凑度; n为影像对象的宽; m为对象的长度; b为对象内的像素数[31]

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在提取城市各种生态用地类型的基础上,基于式(1)的方式构建各个生态用地类型对城市环境宜居性的评分标准,见表2,此评分模块用Iland_cover表示。

表2   城市生态用地类型对城市环境宜居性的单因子评分

Tab.2  Score levels of urban ecological land covers on the livability of urban environment

地类单因子
评分
说明
植被区100植被区作为理论上的最佳居住区
建筑用地90已经作为居住区,默认为较适合于居住或办公
裸土80裸土种类较多,在城市的裸土可能是潜在的建筑用地和绿地
水体不直接参与评分,水源作为其他像元生态环境的参考
道路不直接参与评分,道路作为其他像元交通通达性的参考

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尽管不透水层(主要指建筑物)的生态功能较差,但作为居住区,可认为较适合于居住和办公。由于不透水层还包括其他硬化地面,所以其分值应低于植被区。城市裸土种类较多,随着城市发展,裸土逐渐转化为绿地或建筑用地,因此其潜在人居适宜性较大。水体和道路作为固定市政设施,基本无法进行土地利用类型调整,因此在城市人居环境评分模块将不把二者纳入评价,但可作为其他地类的参考进行评分。

表2利用了植被区进行评分,但由于本文采用面向对象的分类方法,分类结果存在空间聚集性,一方面可能存在非植被像元在对象分割和合并过程中被分为植被像元,另一方面也可能导致若干植被像元因为无法成块或者连片分布而被分为其他类型。此外,植被像元还可以分为浓密植被区、部分植被覆盖区和稀疏植被覆盖度区。表3列出了利用NDVI进行城市人居适宜性的评分模块,此评分模块用INDVI表示。为消除水体的影响,本文将NDVI的最小值设置为-0.2。

表3   城市NDVI对城市人居适宜性单因子评分

Tab.3  Score levels of urban NDVI on the livability of urban environment

NDVI单因子评分说明
[0.5,1]100浓密植被
[0.4,0.5)90较浓密植被
[0.3,0.4)80部分植被覆盖
[0.15,0.3)70稀疏植被
[-0.2,0.15)60裸土,但不包括水体

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利用像元距离水体的远近作为判断该像元人居环境适宜性的重要指标,其评分标准见表4,此评分模块用Iwater_dist表示。同样地,利用像元与道路的距离长短判断像元的交通通达性。表5给出了交通通达性评分模块,此评分模块用Iroad_dist表示。

表4   城市水体辐射距离对城市环境适宜性的单因子评分

Tab.4  Score levels of urban water body distance on the livability of urban environment

与水体的距离/m单因子
评分
说明
<200100在水体(例如公园、湿地等)周围
[200,500)90直接受水体环境影响大
[500,1 000)80水体辐射范围可能受其他建筑的影响
[1 000,1 500)70水体辐射范围受其他建筑的影响,常常需要乘坐交通工具才能到达
≥1 50060距离水体较远,需要乘坐交通工具才能达到

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表5   城市道路辐射距离对城市人居适宜性单因子评分

Tab.5  Score levels of urban road distance on the livability of urban environment

与主干道
的距离/m
单因子
评分
说明
<20100方便自驾或乘公交
[20,50)90比较方便自驾或乘公交
[50,200)80要绕过1~2栋建筑物才能到主干道
[200,500)70需要步行才能到主干道
≥50060比较偏离主干道

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2.1.2 热环境指标计算

城市热环境是影响城市人居适宜性的重要因素,其中最为突出的是城市热岛效应。城市热岛是一个相对概念,反映城市与周围郊区的温度差异,本文采用如下公式计算热岛效应强度[33]:

UHI=LSTp-LSTavgLSTavg,

式中: UHI为热岛效应强度; LSTavg为选择区域的平均温度; LSTp为像元的地表温度,本文采用Du等[34]提出的劈窗算法从Landsat8观测的热红外数据反演得到。根据UHI的数值范围可将城市热岛强度分为4个等级,即强热岛效应(UHI>0.2)、一般热岛效应(0.1<UHI≤0.2)、弱热岛效应(0.05<UHI≤0.1)和无热岛效应(UHI≤0.05)。

在夏季与冬季,城市热环境对人居适宜性存在差异: 夏季的特点是高温,相对低温更适宜居住与办公,相反,冬季的相对高温更适宜居住与办公。因此,评判城市热环境对城市人居适宜性的影响不能为定值。为解决这一困境,利用热岛效应强度累积直方图比例的方法进行评分,并分别针对于夏季与冬季做了不同的分级,如表6表7所示。此评分模块用IUHI表示。

表6   夏季城市热环境对城市人居适宜性单因子评分

Tab.6  Score levels of summer urban thermal environment on the livability of urban environment

热岛效应强度累
积直方图比例
单因子
评分
说明
[95%,100%]60高温,酷热,必须借助降温设施
[80%,95%)70温度较高,需要借助降温设施
[60%,80%)80温度高,但不影响正常生活
[40%,60%)90温度合适
[0,40%)100温度低,夏季凉爽

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表7   冬季城市热环境对城市人居适宜性单因子评分

Tab.7  Score levels of winter urban thermal environment on the livability of urban environment

热岛效应强度累
积直方图比例
单因子
评分
说明
[95%,100%]60工业高温区,影响正常生活
[85%,95%)70温度较高
[75%,85%)80温度高
[60%,75%)90温度一般
[45%,60%)100温度适中
[35%,45%)90温度低
[25%,35%)80温度较低,需要保暖措施
[15%,25%)70温度低,必须要保暖措施
[0,15%)60温度非常低,冰雪覆盖等,需要加强防寒保暖等措施

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2.2 整体评分指标

以上各表给出了城市环境宜居性单因子评分体系,利用式(1)的权重系数形成城市人居适宜性综合评分体系。由于城市地表分类决定了城市用地的生态功能,因此其占有的权重相对较高,而植被与城市热岛效应是城市环境的重要影响因素,因此二者的作用也较为重要。经过综合考虑,本文给出了各个评价指标的权重,如表8所示。

表8   城市环境宜居性各个单因子权重

Tab.8  The weights of factors on the livability of urban environment

累积直方图比例权重说明
Iland_cover0.4具有决定性作用
Iwater_dist0.1一般影响
Iroad_dist0.1一般影响
INDVI0.2重要影响
IUHI0.2重要影响

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最后根据式(1)和表8的权重及其各个因子得分,可以计算出每一个像元的综合得分值。基于阈值法划分城市人居适宜性程度可以判断城市不同地点对应的人居适宜性情况,如表9所示。

表9   EQI划分区间与城市环境宜居性等级

Tab.9  EQI and the livability levels of urban environment

EQI等级说明
[90,100]宜居居住环境很好
[80,90)较宜居居住环境好
[70,80)一般宜居居住环境一般
[60,70)较不宜居居住环境差
[0,60)不宜居居住环境很差

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3 结果与分析

3.1 城市生态用地与热环境提取结果

3.1.1 城市生态用地提取

图2显示了北京城区的GF-1城市生态用地分类结果图,由于数据缺少,2013-05-01的影像的左下角存在无值区。

图2

图2   北京市3个日期的高分影像城市生态用地分布

Fig.2   Urban ecological land covers images in Beijing on three dates


在对不同时间段北京城区地物类型信息提取的基础上,对提取结果进行了相关统计分析,形成了如图3所示的直方图。可以看出,建筑用地的像元数最多(>1.2×107),与实际情况几乎一致。植被、道路、裸土的像元数位居其后。北京城区的植被主要是以公园树林以及行道植被为主,但是比较分散; 道路则是以环路为主,剩余的道路则是区间路,反映了北京道路密集,交通发达,因此在影像中道路的像元数占到一定的比例; 北京城区的裸土主要集中在城市郊区,而城市中心区几乎没有裸土存在。研究区覆盖面接近北京六环,裸土覆盖面积由中心向边缘逐渐增加,从而导致整个研究区裸土的像元数与植被、道路的像元数相当。水体的像元数则最少(<1.0×106),这与实际地表覆盖情况基本一致。在研究区域内,北京城区的水体主要是一些小河流与水库,未包括诸如密云水库、官厅水库之类的大型水体。总体上,图2显示北京地区城市生态用地提取结果与实际地物覆盖情况基本一致。由于3个日期的相差最长不超过1.5 a,因此城市用地类型随时间变化并不明显。

图3

图3   北京市3个日期各种城市生态用地统计

Fig.3   Urban ecological land covers histograms in Beijing


3.1.2 城市热环境信息提取

结合劈窗算法和Landsat 8热红外数据成功反演了北京城区在3个日期的地表温度,并利用公式(2)计算热岛效应强度,并根据热岛效应强度的数值范围将该城市热岛强度分为4个等级,并统计了各自对应的地表温度与热岛效应强度直方图,结果如图4所示。结合图4图2可看出,建筑用地与裸土的地表温度与UHI高于植被与水体区域。北京南城的地表温度及热岛效应强度均高于北城,一方面在一定程度上反映了南城的建筑用地与裸土面积高于北城,同时北城由于多处水源分布以及植被分布更广泛等原因也降低了其整体的地表温度; 另一方面因为北京城的地理位置缘故,北城处于上风口,风场的影响导致北城整体地表温度低于南城。

图4

图4   北京市3个日期地表温度与城市热岛强度分布及其直方图

Fig.4   Map of land surface temperature and UHI in Beijing and the histograms


3.2 城市环境宜居性评价

基于上述提取的城市生态用地、城市地表温度,结合植被指数水网和路网等信息,利用权值法计算北京城区的EQI,并根据表8EQI进行划分,获得北京城区在3个时期的人居适宜性分布情况,如图5所示。从图5中可以看出,3个时相的城市适宜性各个等级像元数没有发生明显变化,基本保持了动态平衡状态。这充分说明一个城市的生态环境适宜性的改变是一个长期发展的过程。宜居的像元数约为6.0×106,距离植被覆盖区越近,人居适宜性等级越好。但在2013年6月19日这一时期的像元数略有减小,出现了一定的变动。较宜居的像元数最多(9.0×106),说明北京城区的较适宜区域面积最大。一般宜居、不宜居与宜居的像元数相当,不宜居的像元数在减小,说明随着城市的发展,不适宜居住区域则在不断地减小; 而较不宜居像元数最少(1.0×106),说明北京市城区较不适宜居住区域面积最小。2013年6月19日和2013年11月18日遥感影像获得较不宜居分布较为一致,但与2013年5月1日相差较大,主要原因可能在于使用的不同日期的地表温度数据。随着时间的推移,不宜居的区域会逐渐转变为较不宜居,同时不宜居的区域会逐渐减小。需要注意的是,如上文所述,由于道路和水体像元不能作为人居住所,所以直接将二者作为不宜居处理,从而增加了城市不适宜的像元个数。但总的来说,图5所示的城市生态适应性评价指标选择具有一定的可靠性,可以为城市居民选择居住地点提供一些参考。

图5

图5   北京市3个时相城市人居适宜性评价结果

Fig.5   Livability of urban environment in Beijing on three dates


4 结论与讨论

基于具有高空间分辨率特点的GF-1卫星数据,本文利用面向对象方法进行城市生态用地分类; 基于Landsat8热红外数据进行地表温度反演,并计算城市热岛效应强度; 在此基础上初步建立了一套基于多源遥感要素的城市人居环境适宜性评价指标体系; 以北京为研究对象,开展了不同时期城市生态用地分类、城市热环境提取与城市人居环境宜居性评价。结果表明,在研究时间段内北京市生态用地面积基本稳定,未发生重大变化,城市热岛效应不明显,绝大部分区域适宜或者基本适宜居住。城市生态用地遥感监测结果及城市人居环境适宜性评价结果与实际情况相符,提出的研究方法具有较高的可靠性。

但本文还存在以下不足: 首先,所使用的GF-1与Landsat8数据观测日期有一定差异,使城市生态用地与城市热环境在时间上存在一定的不匹配现象,从而在一定程度上影响了最终城市人居适宜性评价的结果; 其次,由于采集数据的有限性,本文未能使用城市热环境最明显的7—9月间的热红外数据; 再则,本文提出的各个评价指标的合理性以及权重分级还需要通过实地采访、抽样等方式进行验证。

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Satellite evidence of phenological differences between urbanized and rural areas of the eastern united states deciduous broadleaf forest

[J]. Ecosystems, 2002,5(3):260-273.

DOI:10.1007/s10021-001-0070-8      URL     [本文引用: 1]

We used a 10-year record (1990–99) of composited and cloud-screened reflectances from the Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) to test for phenological differences between urban and rural areas in the eastern United States deciduous broadleaf forest (DBF). We hypothesized that well-documented urban heat island effects would be associated with alterations in temperature-sensitive vegetation phenology. Our objectives were thus (a) to investigate possible differences in the start of the growing season (SOS) and end of the growing season (EOS) between the urban and DBF land covers, (b) to investigate related differences in greenness amplitude and fractional cover, and (c) to develop a generalized additive model (GAM) to predict the spatial variation of observed differences. By analyzing individual 1° latitude by 1° longitude blocks, we found that, on average, urbanization is associated with a growing season expansion of 7.6 days. Most of this effect is caused by an earlier SOS in urban areas. In all cases, urban regions had lower fractional cover and greenness amplitude. The GAM model failed to produce a viable model for differences in EOS, probably because it is dominated by photoperiod controls with only a minor temperature impact. SOS differences were predicted with an accuracy of about 2.4 days, with a GAM consisting of smoothed functions of mean annual average temperature, urban fractional cover, and the urban vs DBF greenness amplitude difference. We speculate that evidence of a phenological response to warming indicates that global warming, without reduction in DBF vegetation cover and greenness amplitude, may increase carbon sequestration in mesic deciduous forests.]]>

Grimm N B, Faeth S H, Golubiewski N E, et al.

Global change and the ecology of cities

[J]. Science, 2008,319(5864):756-760.

URL     PMID:18258902      [本文引用: 1]

Akbari H, Pomerantz M, Taha H.

Cool surfaces and shade trees to reduce energy use and improve air quality in urban areas

[J]. Solar Energy, 2001,70(3):295-310.

DOI:10.1016/S0038-092X(00)00089-X      URL     [本文引用: 1]

张继平, 乔青, 刘春兰, .

基于最小累积阻力模型的北京市生态用地规划研究

[J]. 生态学报, 2017,37(19):6313-6321.

DOI:10.5846/stxb201606121121      URL     [本文引用: 1]

2,占市域总面积的60.20%;生态用地的适宜规模为12417 km2,占市域总面积的75.67%,其中,平原区生态用地的适宜规模为2944 km2,占平原区总面积的46.45%,主要分布于建成区的外围过渡地带;山区生态用地的适宜规模为9473 km2,占山区总面积的94.05%。]]>

Zhang J P, Qiao Q, Liu C L, et al.

Study on ecological land planning in Beijing based on the minimum cumulative resistance model

[J]. Acta Ecologica Sinica, 2017,37(19):6313-6321.

[本文引用: 1]

Fu B, Yu D L, Zhang Y J.

The livable urban landscape:GIS and remote sensing extracted land use assessment for urban livability in Changchun Proper,China

[J]. Land Use Policy, 2019,87:104048.

DOI:10.1016/j.landusepol.2019.104048      URL     [本文引用: 1]

Shahtahmassebi A R, Wu C, Blackburn G A, et al.

How do modern transportation projects impact on development of impervious surfaces via new urban area and urban intensification? Evidence from Hangzhou Bay bridge,China

[J]. Land Use Policy, 2018,77(77):479-497.

DOI:10.1016/j.landusepol.2018.05.059      URL     [本文引用: 1]

魏伟, 石培基, 冯海春, .

干旱内陆河流域人居环境适宜性评价——以石羊河流域为例

[J]. 自然资源学报, 2012,27(11):1940-1950.

DOI:10.11849/zrzyxb.2012.11.013      URL     [本文引用: 1]

HEI),利用GIS的叠置分析、 缓冲区分析、 密度分析等空间分析技术对石羊河流域人居环境适宜性进行了定量综合评价分析。评价结果表明,石羊河流域人居环境指数介于17.13~84.32之间,整体分布格局为:从西南方向到东北方向适宜性依次降低,适宜、 较适宜居住区主要分布在中游和中下游地区,不适宜人类居住区占研究区面积的比例很大。石羊河流域人居环境适宜区主要以带状和斑块状分布在石羊河各支流周围,其他区域只有零星分布,与流域内居民点分布的空间格局相吻合。石羊河流域人居环境状况与人口密度呈对数关系,确定系数达到0.851 2,与经济发展水平呈现较明显的正相关性,人居环境评价值与单位面积GDP确定系数达到0.845 4,与道路网密度关系不显著,受道路制约程度较小。一些居民点分布在人居环境恶劣区域,一些村镇分布在靠近沙漠区域内,地形复杂,气候多变,水资源短缺,经济发展滞后,结合新农村建设规划和当地土地利用规划,这部分村落需要异地搬迁以便改善人居环境状况。]]>

Wei W, Shi P J, Feng H C, et al.

Evaluation on the suitability of human settlements in arid inland river basin:A case study of Shiyang River basin

[J]. Journal of Natural Resources, 2012,27(11):1940-1950.

DOI:10.11849/zrzyxb.2012.11.013      URL     [本文引用: 1]

(HEI) model to evaluate the environment suitability for human settlements in Shiyang River Basin. Through using spatial analysis technique of GIS such as spatial overlay analysis, buffer analysis and density analysis to establish the spatial situation of nature suitability and spatial pattern for human settlement. The results showed that: the index of nature suitability for human settlement in the Shiyang River Basin was between 17.13 and 84.32. In general, nature suitability for human settlement decreased from southwest to northeast. Considering area, the suitable region was mainly distributed in Minqin oasis, Wuwei oasis and Changning basin, which accounted for about 1080.01 km2, 2.59% of the total area. Comparatively suitable region was mainly distributed around the county in Gulang, Yongchang and north of Tianzhu County, which accounted for about 1100.30 km2. The common suitable region was mainly distributed outside of the county in Yongchang, Jinchuan and most part of Minqin county, which accounted for about 23328.04 km2, 56.08% of the total area. The non-suitable region was mainly distributed upstream and north of the river, which accounted for about 9937.60 km2, 23.89% of the total area. Meanwhile, the most non-suitable region was distributed around the Qilian Mountain which covered by snow and cold desert and the intersecting area between Tengger Desert and Badain Jaran Desert. The total area was about 6154.05 km2, which accounted for 14.79% of the total area. Suitable regions for human inhabitance were distributed mainly around rivers in the form of ribbons and batches, while others are scattered. Their distribution was identical with the residential spatial pattern. There was a clear logarithm correlation between situation of residential environment and population, that is, the coefficient of determination between evaluation value of residential environment and population density reached 0.851 2. There was also positive correlation between situation of residential environment and economics, which reached 0.845 4 between evaluation value of residential environment and GDP. Result also shows the environment is difficult to support the existing population in the Shiyang River Basin. Spatial distribution of population was profoundly affected by severe environment such as the expanded deserts, the wavy terrains, and the changeful climate. Surface water shortage and slow economic growth was the bottleneck of nature suitability for human settlement in the Shiyang River Basin. So according to these problems and various planning, some of the residential parts need to relocate in order to improve situation of residential environment.]]>

中国人民共和国国家环境保护标准. HJ 192—2015生态环境状况评价技术规范[S].北京: 中国环境科学出版社, 2015.

[本文引用: 1]

National Environmental Protection Standards of the People’s Republic of China. HJ 192-2015 Technical Specification of the Evaluation of the Ecological Environment[S]. Beijing: China Environmental Science Press, 2015.

[本文引用: 1]

刘建华, 毛政元.

高空间分辨率遥感影像分割方法研究综述

[J].遥感信息, 2009(6):95-101.

URL     [本文引用: 1]

Abstract:Remote sensing imagery segmentation is a process of dividing an image into different regions such that each region is,but the union of any two adjacent regions is not,homogeneous.It is one of the key techniques in the object-oriented remote sensing imagery data mining and its application,also quite essential in remote sensing image processing engineering.In this paper,we have a thorough survey on different methods of high spatial resolution remote sensing imagery segmentation,categorizing them into four groups according to the gray or color informationthey are exploiting.The disadvantage of current methods and the proper progress which can be obtained in the near future are pointed out at the end of this essay.]]>

Liu J H, Mao Z Y.

Review of the method of segmentation of remote sensing images with high spatial resolution

[J].Remote Sensing Information 2009(6):95-101.

URL     [本文引用: 1]

汪求来.

面向对象遥感影像分类方法及其应用研究

[D]. 南京:南京林业大学, 2008.

[本文引用: 1]

Wang Q L.

Object-oriented remote sensing image classification method and application

[D]. Nanjing:Nanjing Forestry University, 2008.

[本文引用: 1]

张佳, 谢玉凤.

高光谱遥感影像分类方法综述

[J].安徽农学通报, 2017,25(14):155,165.

[本文引用: 1]

Zhang J, Xie Y F.

Overview of classification methods of hyperspectral remote sensing images

[J].Anhui Agricultural Science Bulletin, 2017,25(14):155,165.

[本文引用: 1]

McFeeters S K.

The use of the normalized difference water index (NDWI) in the delineation of open water features

[J]. International Journal of Remote Sensing, 1996,17(7):1425-1432.

DOI:10.1080/01431169608948714      URL     [本文引用: 1]

Rouse Jr J W, Haas R, Schell J, et al.

Monitoring vegetation systems in the Great Plains with ERTS

[J]. NASA Special Publication, 1974,1:309-317.

[本文引用: 1]

雷小奇, 王卫星, 赖均.

一种基于形状特征进行高分辨率遥感影像道路提取方法

[J]. 测绘学报, 2009,38(5):457-465.

[本文引用: 1]

Lei X Q, Wang W X, Lai J.

A road extraction method based on shape features for high-resolution remote sensing images

[J]. Journal of Surveying and Mapping, 2009,38(5):457-465.

[本文引用: 1]

何江.

超高分辨率遥感影像城市建筑物和道路分类研究

[D]. 兰州:兰州大学, 2019.

[本文引用: 2]

He J.

Study on classification of urban buildings and roads in ultra-high resolution remote sensing images

[D]. Lanzhou:Lanzhou University, 2019.

[本文引用: 2]

谢嘉丽, 李永树, 李何超, .

利用灰度共生矩阵纹理特征识别空心村损毁建筑物的方法

[J].测绘通报, 2017(12):90-93,102.

[本文引用: 1]

Xie J L, Li Y S, Li H C, et al.

Method of identifying damaged buildings in hollow villages by using the texture features of gray scale symbiotic matrix

[J].Surveying and Mapping Advisory 2017(12):90-93,102.

[本文引用: 1]

薛晓娟, 孟庆岩, 王春梅, .

北京市热岛效应时空变化的HJ-1B监测分析

[J]. 地球信息科学学报, 2012,14(4):474-480.

DOI:10.3724/SP.J.1047.2012.00474      URL     [本文引用: 1]

本文利用2008-2011年HJ-1B/CCD可见光-近红外数据,以及HJ-1B/IRS热红外数据,采用遥感算法反演北京市地表温度,并用MODIS地表温度产品对反演结果进行了初步验证。同时分析了北京市热岛效应的年际、年内变化趋势。另利用热场变异指数分析其空间分布特征,以及NDVI、NDBI与城市下垫面对热岛效应的影响。结果表明:(1)2008-2010年北京市热岛强度总体呈上升趋势,2011年有所缓解,4年热岛强度分别为:5.2℃、5.2℃、9.2℃、8.2℃;(2)北京市2010年四季存在明显热岛现象,夏季最强,春、秋次之,冬季最弱,四季热岛强度分别为8.2℃、9.4℃、9.2℃、4.3℃;(3)2008-2011年北京市热岛空间分布特征表明,房山区和大兴区的南部热岛效应逐年缓解,2011年昌平区热岛效应比前3年明显,植被和水体形成城市冷岛;(4)地表温度与NDVI呈明显负相关,与NDBI呈正相关,城市热岛效应与下垫面类型存在明显相关性。

Xue X J, Meng Q Y, Wang C M, et al.

HJ-1B monitoring and analysis of temporal and spatial variation of heat island effect in Beijing

[J]. Journal of Earth Information Science, 2012,14(4):474-480.

[本文引用: 1]

Du C, Ren H Z, Qin Q M, et al.

A practical split-window algorithm for estimating land surface temperature from Landsat8 data

[J]. Remote Sensing, 2015,7(1):647-665.

DOI:10.3390/rs70100647      URL     [本文引用: 1]

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