基于线性光谱分析的城市旧城改造空间格局遥感研究: 以1997~2000年上海中心城区为例

将光谱分解方法应用于城市景观变化及其生态环境效应的研究, 对于遥感技术与城市地理的结合具有重要意义. 但是, 由于城市地表覆盖景观主要以高度复杂的人工材料构成, 光谱分解的精度不高是制约该研究方向发展的关键因素. 当前国内外将光谱分解应用于城市地理研究主要包括两大方向, 一是通过选择植被端元, 从而求解出像元尺度上的植被盖度; 二是根据人工建筑为代表的高低反照度地物盖度, 将低反照度端元中的水面掩膜去除后与高反照度端元相叠加, 建立与城市不渗透面的定量模型, 从而求解出像元尺度上城市不渗透面盖度. 本文的主要贡献是: (ⅰ) 针对目前线性光谱分解中端元选择的范围过大、在二维空间中选择端元的信息损失较多等问题, 对端元的选择方法做了较大改进. 首先引入像元纯净指数(PPI), 将端元选择范围限定在数量很少的高纯度像元中, 端元选择范围减少了95%左右, 从而提高了选择准确端元的概率. 其次构造了三维特征空间, 比传统方法多考虑一个维度, 并可以与原始影像、高分辨率航空遥感影像以及PPI结果交互比较, 进一步提高选择准确端元的概率. (ⅱ) 通过严格的光谱和实地检验, 从遥感技术与城市地理相结合的角度, 将高低反照度端元与新旧人工建筑表面对应起来, 利用不同时相的端元盖度对比分析城市旧城改造格局的时空演变特征. (ⅲ) 基于上述改进的混合光谱分析方法, 运用1997和2000年的TM和ETM+影像数据, 分析了上海市中心城区旧城改造的格局、规模以及模式. 结果显示, 该阶段是上海市第一轮旧城改造高峰阶段, 数量占到总改造面积的近一半, 重点区域已经从传统CBD扩展到内环沿线附近; 在改造模式上, 除了改造为新建筑外, 同时伴随着植被恢复与建设, 中心城区植被覆盖率也大大提高.