研究区与数据源
福州市是我国东南部沿海地区的重要省会城市，位于福建省中东部闽江口，是福建省的政治、文化、科技、教育中心，同时也是海峡西岸经济区中心城市之一，下辖6个市辖区、1个县级市及6个县，研究区面积为733km2。
研究均采用Landsat系列卫星所获取的遥感数据。选取福州市成像时间分别为2000年6月29日（Landsat5）、2010年5月24日（Landsat5）以及2020年7月22日（Landsat8）的3景遥感影像。
由于大气的太阳辐射会发生反射、折射、吸收、散射和透射，而其中发生的吸收和散射会对传感器的接收产生较大的影响，因此需要对影像进行辐射校正。除此之外，辐射校正还能消除太阳高度角、视角和地形等对地面光谱反射信号的影响。本次研究通过FLAASH校正工具，对影像进行大气校正，并利用裁剪工具裁剪研究区范围。
图1 研究区边界
提取方法
受遥感影像同物异谱和异物同谱的影响，建筑用地电磁波反射光谱在遥感影像上呈现出明显的异质性，因此很难通过简单的方法准确地将其从遥感影像中提取出来。徐涵秋的基于压缩数据维技术的提取方法首次提出用指数波段而不是影像的原始波段来构建指数。该方法能有效压缩数据维，减少数据的处理量，降低数据的冗余度，从而提高专题信息提取的准确度。因此本文采用IBI（Index-basedBuild-upIndex）建筑用地指数来提取研究区城市建筑用地信息（图2），IBI表达式见式。
式中：NDBI为归一化建筑指数；SAVI为土壤调节植被指数；MNDWI为改进型归一化水体指数。
图2建成区不同年份IBI指数
城市空间扩展分析
1.城市建成区的提取
城市建成区边界的准确提取是进行城市扩展研究的前提。本研究在遵循保持城市空间具有连续性的原则上，根据福州市遥感影像，城市建筑用地信息提取结果以及福州市行政边界，结合目视解译获得福州市城市建成区的矢量边界图。获得的建成区范围为仓山区、台江区、鼓楼区，晋安区紧邻仓山区、台江区的城区（包括新店镇、乐峰镇、王庄街道、象元街道、茶园街道和鼓山镇），位于闽江北面的部分马尾区（包括马尾镇、罗星街道），用其对所提取的各年份的建筑用地信息进行掩膜，最终得到各年份的城市建成区内的建筑用地信息（图2）。
图3研究区不同年份建筑用地分布
2.城市扩展的面积、速率和方向
对2000年、2010年和2020年3个时像中所提取的城市建筑用地信息进行统计（表1），可以看出，福州市在这20年间城市扩展是十分明显的，且在不同时间段其扩展的速率有所变化。在2000—2010年期间，建成区内的城市建筑用地从123.57km2增加到了139.94km2，以年均1.25%的速率在增加，总共增加了16.37km2的建筑用地面积，面积净增率为13.25%。在2010—2020年间的城市扩展的面积与速度都明显高于2000—2010年。在2010—2020年这10年中，建成区内城市建筑用地面积以年均2.56%的速度在增长，从2010年的139.94km2到2020年的180.17km2，面积净增率达到了28.75%，净增面积超过了2000—2010年净增面积的2倍。
为了更加直观、形象地了解福州城市建筑用地在2000—2010年以及2010—2020年间的变化，利用获得的建成区范围，分别计算出建成区内5个区域各自的面积，对影像中所提取的城市建成区内的建筑用地信息进行分区统计，并计算出各个区域扩展的面积与速率（表2）。可以很明显地看出，不同的区域在2000年、2010年和2020年这3个时间点，其建筑面积占建成区面积的比例有较大的不同，但大致上都朝着50%靠近。对于不同行政区而言，其在不同的阶段（2000—2010年和2010—2020年）也会表现出很大的差异。例如台江区和鼓楼区在2000—2010年间，其建筑面积都呈现负增长的状态，而仓山区建筑面积的净增率则高达39.87%。而在2010—2020年间，台江区的建筑面积有所增加，而鼓楼区依旧保持负增长的状态。晋安区和马尾区在这期间的年均速率虽然没有仓山区在这期间的高，但却是其在2000—2010年间的年均速率的2倍。虽然仓山区的年均速率在2010—2020年有所下降，但总体来看变化不大，并且依旧是5个区中面积增长速度最快的。综合表2对福州市5个区（台江区、鼓楼区、晋安区、马尾区、仓山区）的城市建成区建筑面积扩展情况及其原因进行分类详细分析，根据增长速率及空间扩展情况可将其分为3类：空间整治型、平稳发展型以及快速扩展型。
（1）空间整治型。从表2可以看出，台江区与鼓楼区在2000—2010年间建筑用地的面积不仅没有增长，反而分别减少了2.39km2和3.31km2，在2010—2020年间期间，鼓楼区的建筑依然呈现负增长状态，而台江区的建筑面积虽有所提升，但总体而言，鼓楼区和台江区的建筑面积在2000—2020年都是逐渐减少的。结合台江区和鼓楼区现有的土地利用情况来看，这2个城区在空间上的扩展已经趋于成熟，没有多余的土地可以用来充当建筑用地，发展趋势主要是集约发展，对原有的城区空间结构进行整治，使得建筑用地的利用更加合理有效。
（2）平稳发展型。完整的晋安区与马尾区是福州市面积最大的2个城区，大部分为林地。在本次研究范围内，晋安区建成区内2020年的建筑用地面积是2000年面积的1.41倍，从2000年的33.40km2增加到了2020年的47.08km2。其中，2000—2010年间，面积增加了3.41km2，年平均扩展速率为0.98%；在2010—2020年间增加的面积为10.24km2，年平均扩展速率为2.48%，分别为2000—2010年的扩展面积和速率的3.00倍和2.72倍。马尾区建成区内2020年的建筑用地面积是2000年面积的1.25倍，从2000年的12.42km2增加到了2020年的15.50km2。其中，2000—2010年间，面积增加了0.87km2，年平均扩展速率为0.68%；在2010—2020年间增加的面积为2.21km2，年平均扩展速率为1.55%，分别为2000—2010年的扩展面积和速率的2.54倍和2.37倍。可见马尾区和晋安区在2010—2020年间的发展速率比2000—2010年间的发展速率快。
（3）快速发展型。仓山区位于福州市建成区南部，与另外4个城区隔着1条闽江。在2000年，其建筑用地为44.62km2，虽然是5个城区中面积最大的，但是其占总面积的比例却是5个城区中最小的，甚至不到鼓楼区和台江区的1/2。而到2010年，其建筑用地面积达到62.41km2，占比已经达到41.77%，虽然依旧是5个城区中占比最小的，但是已经逐渐接近其他5个城区的比例。到2020年，仓山区的建筑面积已经达到90.17km2，占比已经超过马尾区和鼓楼区。2000—2010年间，面积增加了17.79km2，年平均增长率达到了3.41%；2010—2020年间，面积增加了27.76km2，年平均增长速率为3.75%。在2个时间段内，无论是增长的面积还是年均增长速率，仓山区都是5个城区中最大的。这一现象与《福州市城市总体规划（1995—2010）》中所提出的“跨江面海”的发展思路有密切的关系。福州“跨江面海”的一个发展关键就是向南发展，而其中重要的一点就是发展仓山区。政策的支持加上日益发达的外部交通网络，越来越多的人将目光放在了仓山区，尤其是区内金山新区的开发，大批企业入驻金山工业区，也吸引了大量居民入住，因此仓山区呈现出快速面状发展状态。
引用文献：吴菲.基于遥感指数的福州市建成区近20年扩展研究[J].能源与环境, 2022(5):103-106.
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