基于土地利用结构信息熵模型的城市边界遥感识别研究

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1、土地与不动产国国土资源情报土资源情报基于土地利用结构信息熵模型的城市边界遥感识别研究①②③3李波陆海燕毕雪梅（①浙江大学东南土地管理学院，浙江310058；②成都航空职业技术学院，四川610100；③江苏省地震局，江苏210014）摘要：随着城市化的快速推进，如何及时、准确地识别城市边界成了当前城市研究中的热点问题。本文在分析信息熵理论和城乡土地利用特征的基础上，引入了土地利用结构信息熵模型，以2002年仙居县ETM+影像为数据源，生成信息熵值分布图并分析其特征，采用突变检测的方法，以信息熵值0.85作为阈值对仙居县县域中心区城

2、市边界进行识别，对得到的城市用地区与土地利用更新调查数据进行叠置分析，二者的总体符合精度高达87％。研究表明，该方法科学、实用，能较为准确地识别城市用地边界。关键词：遥感识别土地利用信息熵城市边界[3]高于85％；查勇等提出归一化建筑指数（NDBI），从一、引言TM影像中自动提取了无锡市的城镇用地信息，获得了[4]较为满意的结果；牟凤云等从MSS/TM/ETM+影像上城市化（或城镇化）是城市由于社会生产力的发展[5]提取了济南市的城市用地用，并对其进行了定量分析。而引起的城市空间扩张、城市规模扩大，农村人口向城然而目前这些研究较

3、少考虑到通过遥感技术提取的城[1]市聚集的过程。改革开放以来，中国城市化进入了加市用地中混杂着不少农村用地，这种现象在城乡结合速阶段，取得了极大的成果，同时在城市发展中也引发发展区尤为突出，如何准确地描绘城市和农村用地的了许多严重问题，如资源浪费、水土流失、水环境污染、分界线，进而有效地识别提取城市边界还需要进一步生态环境恶化等。如何及时、准确地掌握城市变化情况探索。成为一个亟待解决的问题。可利用遥感、GIS等空间信息技术实时、快捷、准确的特点，来获取实时的城市变二、基本理论与研究方法化信息，为实现资源保护和维持可持续发展提供科

4、学依据。1.土地利用结构信息熵模型当前，国内外研究者运用遥感和GIS技术对不同（1）信息熵的概念描述城市的时空变化进行了深入研究，取得了一系列成果。“熵”在统计物理学领域被用于表示分子不规则运Masek等利用MSS/TM数据，采用NDVI差值法较为准动的程度，后被广泛应用于表示信息量的大小，从而产[2]确地提取出1973~1996年间的城市用地区域；Huang生了信息熵。根据Shannon提出的信息熵定义，假设xi等利用SPOT数据，采用最大似然算法对我国台湾台北是一个随机变量，P（x）是取ixi值的可能性函数，信息熵-桃园地区

5、的城市用地进行提取，总体分类提取精度H（X）表示为：基金项目：国家自然科学青年基金项目资助（51108405/E080201）收稿日期：2011-10-05第一作者简介：李波，（1983-），博士，主要从事土地适应性研究和遥感监测。422011年第12期国国土资源情报土资源情报土地与不动产nH（X）=-ΣP（x）ilnP（x）i（1）i=1信息熵是信息论中被用于度量信息量的指标。例如：一个系统越是有序，信息熵就越低；反之一个系统图1城市边界识别提取的技术路线图越无序，其信息熵就越高，所以信息熵可以用来度量一个系统的有序化程度。其

6、在城市土地利用研究中已经[6]三、案例分析得到了广泛的应用。（2）土地利用结构信息熵模型1.研究区概况城市用地向四周扩展是渐进的、离散的和随机的，仙居地处长江三角洲南翼，浙江沿海新兴发达的特别是城乡结合区域，会受到城市强烈的辐射作用，使海滨城市台州的西部，介于北纬28°28'14″~28°59'48″，得该地区的土地利用类型多样化、破碎化。通过信息熵东经120°17'6″~120°55'51″之间。本文研究区位于仙居可以很好地表征该地区的变化情况。本文在分析土地县东北部的县域中心区（图2），包括安洲街道、福应街利用分类系统的基础

7、上，针对信息熵模型进行修改，创道和南峰街道3个街道办事处，土地总面积199.64平建土地利用结构信息熵模型如下：方公里，该中心区总人口13.32万，其中城镇人口10.20nH（X）=-ΣXilnXi（2）万，农村人口3.12万。在空间分布上，城市用地与农村i=1用地交错分布，具有城乡结合区的特点。公式中：LE为土地利用结构信息熵，LE值越大，该地区的景观有序性越小；反之，LE值越小，该地区的景观有序性越大；Xi为样本区域中某种地类所占比例；i为样本中的地类数。无论是城市区域还是农村区域，土地利用类型要么是以城市建设用地为主，要么

8、是以农用地为主，用地类型比较单一，其土地利用结构信息熵值也比较小，而在城乡结合区，城市建设用地和农用地相互交错，分布杂乱，从而土地利用结构信息熵值较大。因而，从城市建成区到城乡结合区再到农村用地区，土地利用结构信息熵值会由低值到高值再回到低值，通过分析整个熵值变