摘要城市是人口、资源、环境和社会经济等要素高度密集的综合体，因此城市 的发展变化是人地关系的焦点工业化的进程正蒸蒸日上，经济快速发展，城 市中人口剧增以及非城市人口大量涌入，而且人们生活水平不断提高，并同时 追求着物质文明与精神文明的东西，这一切都促使城市逐渐增大，并向外不断 扩张伴随着城市的扩张，各种资源被急剧消耗，土地作为一种基本的自然资源， 受城市扩张的直接影响，特别是在城市边缘地带的各种土地利用类型都随着城 市的扩大以各种方式逐渐转化为城市用地为了探讨这种转化过程及其内在驱 动力因素，本文以郑州市为研究对象，选取该市1988年、2001年和2003年三 个时相的Landsat TM/ETM+遥感影像作为主要的数据源，以遥感分类提取为主 要的获取信息的手段，通过对土地利用分类结果图像进行叠加统计分析，分析 郑州市从1988年一2003年间土地利用的变化及土地利用类型转换情况运用三 期遥感影像分类的结果图像提取郑州市城市用地的图斑，进而统计出城市用地 面积，分析统计得到1988年一2001年、2001年一2003年两个年份段间郑州市 城市用地扩展数量和速率最后结合郑州市的经济、交通、规划和政策，分析 了该区域在1988年一 2003年间城市扩展的驱动力因素。
本文着重探讨了遥感影像分类提取城市用地的方法及过程，采用了 ENVI 软件对遥感图像进行影像校正、裁剪和增强，利用马氏距离分类法(Mahalanobis Distance)进行监督分类，并统计分析城市用地的扩展面积，计算城市用地的扩 展速率，并分析了 1988年一2001年、2001年一2003年间郑州市城市扩展过程 中建成区侵占其它用地类型的情况关键词：遥感城市扩展土地利用变化监督分类郑州目录第一章引言 11.1研究背景和意义 11.2城市遥感技术发展 21.3城市扩展的遥感研究 31.4本文主要内容 4第二章研究区概况和数据准备 62.1郑州市概况 62.2数据准备 72.3本章小结 8第三章 基于!^和ETM十遥感影像的监督分类3.1 TM和ETM+传感器的特征参数 93.2遥感影像校正、裁剪和增强 103.3郑州市土地利用分类（监督分类） 12第四章 郑州市扩展分析 154.1城市扩展速率 154.2各地类的时空间变化分析 154 3郑州市城市扩展驱动力分析 164.4本章小结 19第五章结论与展望 205.1研究结论 205.2启示与展望 21参考文献 22第一章引言1.1研究背景和意义城市是人口、资源、环境和社会经济要素高度密集的综合体，其中心聚集 作用使其本身具有强大的生命力，并不断向四周扩大发展。
这种扩大发展是一 时间上的动态过程，体现在它的自然、经济、人文等要素上的发展具有时间上 的阶段性、顺序性和不可逆性同时城市的扩展表现为在某一发展阶段空间格 局的变化，有其特殊的空间性而所谓的城市化即是城市由于社会生产力的发 展而引起的城市空间增长、城市规模扩大，农村人口向城市集中的过程城市 化是社会经济发展的必然结果，也是社会经济发展的有机组成部分和有力的推 动器，而城市空间是指城市占有的地域空间，更多地属于地理概念而非行政概 念，是以非农业用地和非农业经济活动为主体的建成区[1]18世纪中叶以来，随着工业革命的推进，世界城市化进程逐步加快，极大 地推动了社会进步，促进了社会经济发展，使城市成为了社会政治、经济、文 化科技和对外交流动中心，成为了促进人类文明发展的主要动力;另一方面，城 市化又造成城市规模急剧扩大、城市内部出现城市病和城乡发展失衡等一系列 问题城市化的发展必然造成城市空间扩展，城市用地扩张，城市人口增加， 同时，城市的协调发展问题又加深了人们对城市空间生长扩展规律的认识也 就是因为这些问题，城市扩展特别是城市边缘区土地利用月二地覆盖变化过程、 交通状况、人口分布、经济产业格局机制，成为国际城市地理、土地利用等研 究领域的热点问题之一。
城市扩展研究一直都是城市研究的主要领域，人们试图藉此分析、揭示城 市用地形成和演化的内在和外在驱动机制，比较不同类型城市扩展的特征差异 我国从50年代后期开始就有大量的研究进行，其中包括城市形态分类、演变 阶段、城市扩展方式和速度、城市扩展的主要影响因素，城市扩展预测和模拟 等目前，国内外对城市扩展的研究主要集中在以下三个方面一是研究城市扩 展的规律及形式;二是城市扩展的驱动力机制的分析研究，即分析推动城市地域 扩展的原因是什么；三是针对城市扩展所应采取的措施土地利用动态监测是城市扩展遥感研究中最重要、最基础的一部分，也是 深入研究城市各个方面必不可少的环节对于土地利用动态监测和宏观或区域 性的城市扩展研究，实时可靠的土地利用变化信息是非常重要的，通过经常性 地获取大量详细的区域土地利用变化数据，可以对区域土地利用的变化范围、 大小、时间、速度、特征和趋势等基本参数进行细致分析，这是城市扩展研究 和土地利用动态监测的重要基础近年来，随着地理信息技术、卫星遥感技术、空间定位技术、测绘和数据 处理技术等一系列的空间数据和信息采集、量测、处理、分析、管理、存储技 术的不断发展，有关土地利用变化动态监测的基础数据来源多样化趋势越来越 明显，所获得的数据的分辨率、精确度和可靠性不断增强，处理和管理手段日 渐先进。
现在对城市边缘区和城市扩展进行研究主要是采用遥感数据进行的，包括 航天遥感和航空遥感数据.航天遥感可以提供不同空间分辨率和时间分辨率的 遥感数据，从而可进行不同空间和时间尺度的变化监测已有很多研究是应用 遥感数据进行城市扩展和城市边缘带土地利用变化进行的城市建设快速发展，城市面貌日新月异，使得城市地域不断向外蔓延，交 通网路不断扩张，受此影响，土地的利用方式发生了很大的变化城市的扩展， 农用地、林地和水体的减少，影响着城市生态环境和社会经济的可持续发展 因此，城市的发展需要进行监测，为城市的可持续发展提供决策信息服务1.2城市遥感技术发展遥感作为一门综合性技术，虽然是上世纪60年代提出来的，但已渗透到 国民经济建设的各个领域，发挥着越来越重要的作用随着传感器技术、遥感 平台技术、数据通信等相关技术的发展，现代遥感技术己经进入了一个能够动 态、快速、准确、多手段提供对地观测数据的新阶段，同时遥感信息处理的理 论研究也有了重要的进展国际上相继推出一批高水平的遥感影像处理商用软 件，所有这些都为遥感技术的应用奠定了坚实的基础目前，遥感技术已经被 广泛地应用于土地利用、作物估产、资源调查、环境监测以及区域分析等研究 领域。
遥感技术作为一种快速获取城市现状基础资料的重要手段，已经在城市调 查、监测、城市规划与管理中占有重要地位遥感应用于城市环境研究最早是 从1958年法国用装载在气球上的相机拍摄了巴黎市的像片开始的到上世纪 50年代，随着传感技术和航天技术的发展，应用航空像片和卫星影像进行城市 专题研究也日趋成熟大量彩色、热红外遥感技术被应用于城市扩展分析、城 市环境监测与评价以及城市化进程评估等诸多方面我国从上世纪70年代末到 80年代初，有些城市就开始谋求应用航空遥感技术监测环境，调查土地资源和 进行城市规划管理的尝试1980年天津市在环境遥感监测中对大气、水体、土 壤、交通、植被、土地利用等多方面进行了比较系统的分析、评价，并且初版 了环境质量地图集，为天津市政建设、防治海河污染、规划公路立交桥、检查 绿化植被成活率、监测海港淤积和沿海开发等诸多市政工程问题，提供了遥感 图件等数据从1985-1995年之间，太原、沈阳、广州等90多个大中城市都陆 续进行了彩红外航空遥感，对城市化与生态、环境问题进行了比较深入的调查 研究上海市利用多时相TM卫星影像分析了城市土地利用变化、热岛效应和 绿化率洛阳、宜昌和常州等中型城市也得到了世界银行的资助，利用航空遥 感及SPOT卫星影像数据，为城市规划和基础设施建设提供了参考图件和数据。
1999年国土资源部对全国66个城市的土地利用/覆盖进行了动态监测，了解了 各城市的土地利用/覆盖状况以及由于城市扩展而被侵占地耕地数量，为今后我 国城市的发展提供了有力的参考总体上看，上世纪90年代以后，中国城市 遥感开始向纵深发展其趋势是追溯城市化的过程和演变历史，探索城市发展 的动向，为制定城市发展规划提供科学依据⑷1.3城市扩展的遥感研究利用遥感(RS)和地理信息系统(GIS)等空间信息技术进行城市扩展研究许 多城市早期利用航空遥感资料进行解译，这种方法虽然较常规方法在资料准备 和可比性上有较大进步，但仍耗资巨大随着航天遥感技术的发展，传感器的 时空分辨率和光谱分辨率的不断提高，卫星遥感影像逐渐成为城市扩展和城市 化研究的主要资料来源利用遥感数据进行城市扩展的研究，主要是利用遥感 影像分类提取城市各城镇土地利用类型信息，得到分类图像，将分类图像进行 图层叠加和比较，量算出城市面积，根据城市面积的变化来研究城市扩展在 城市土地利用动态监测的基础上，结合经济、人口等多方面的辅助信息作为参 考进行城市扩展分析和城市化研究是目前最主要也是最有效的方法之一国内外的许多城市都已经利用遥感技术进行城市扩展动态监测和城市化进 程等方面的研究.潘卫华⑼等通过对泉州1989年和2000年TM/ETM+影像的遥感 监测，利用仿归一化植被指数和计算机监督分类提取了泉州在11年中的城区空 间扩展信息，并分析出泉州市的扩展方式是低密度蔓延和沿条带状扩展相结合 的;万从容mi利用多源数据融合的技术方法，结合城市发展态势图对上海城市边 缘界定及城市发展速度进行了分析；汪小钦［16］采用遥感和地理信息系统一体化 技术，以福清市为例，对城市时空扩展进行动态监测和模拟，并结合区域社会 经济统计数据，展开城市扩展特征分布和动力机制分析;李晓文⑺等基于多时段 TM遥感影像资料，对上海地区城市扩展总体的空间行为特征进行了分析，同时 运用缓冲分析法对上海市区及周边主要区镇城市用地扩展的时空特征进行了分 析和比较；此外，陈素蜜［5］综合应用遥感和地理信息系统技术，以厦门市1988 年、2000年TM遥感影像为基础，试验了多种两个时相影像的复合变换方案，生 成厦门城市拓展图，既而引入分维度、圆度，构造了接边指数等，从格局与数 量两个角度定量分析了厦门城市拓展的图斑特征。
目前，研究城市扩展常用的变化信息提取方法主要有：目视解译方法，如陈 宁强⑶等利用两时相的TM影像对苏州、无锡、常州三市土地利用进行动态监测， 利用人机交互式方法解译遥感图像，并将多时相遥感图像进行叠加，最后利用 地理信息系统软件进行各种分析和图件输出这种方法由于加入了人的知识， 判读精度较高，但工作较繁琐，同时需要解译人员有较高的遥感解译知识与经 验再者就是有分类后对比法，分类后对比法是对各时相遥感影像分别进行分 类，对分类结果进行比较分析，获取土地利用变化信息，这是一种目前为止最 为常用的方法此外，随着数据源的增加、应用范围越来越广和高分辨率遥感影像的出现， 人们探索出多种方法用于城市扩展动态监测研究，譬如影像比值，差值法、影 像融合法（光谱特征变异法）、植被指数法等用于城市扩展动态监测研究的遥感数据也有多种形式，如Landsat TM/ETM+, SPOT, QuickBird, IKONOS, Lidar 或者多种数据相结合其中 Landsat TM/ETM+ 和SPOT因其具有较高的空间分辨率（分别为30m和10m）和相对低的成本而被广 泛应用于城市土地利用计算机分类1.4本文主要内容本文以郑州市为研究对象，以遥感分类提取为主要的获取数据的手段，结 合郑州市的经济、交通等统计信息，定量地分析郑州市从1988年一2003年城市 用地的变化情况，分析该区域城市扩展进程的规律。