發(fā)布時(shí)間：2020-07-18 19:53

【摘要】：城市化進(jìn)程的一個(gè)重要指標(biāo)是不透水下墊面的擴(kuò)張,包括住房、道路、商業(yè)設(shè)施以及公共服務(wù)設(shè)施等硬化下墊面的增加。城市不透水面的增加會(huì)使城市水文循環(huán)發(fā)生改變,造成城市熱島、城市雨島和城市干島等現(xiàn)象。目前在全國范圍大力推進(jìn)的海綿城市建設(shè),其目的是減少城市開發(fā)對(duì)水文循環(huán)的影響,減少城市熱島、城市雨島和城市干島等現(xiàn)象。作為海綿城市規(guī)劃的重要指標(biāo),城市不透水面的精確計(jì)算對(duì)于海綿城市的規(guī)劃設(shè)計(jì),尤其是對(duì)已建成區(qū)的海綿城市改造,有極其重要的意義。同時(shí)如何評(píng)估城市不透水下墊面對(duì)城市熱島和降水的影響,對(duì)海綿城市的建設(shè)評(píng)估也有著重要意義。本研究嘗試在這幾方面做一些探索性的研究。與傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)資料相比,遙感數(shù)據(jù)在信息的豐富程度和時(shí)空尺度上具有極大的優(yōu)勢。衛(wèi)星搭載遙感傳感器可以突破人眼觀測的極限,能夠?qū)崿F(xiàn)接收不同波長的光譜信息,對(duì)這些光譜信息進(jìn)行分類研究,可以比較精確地反演城市不透水面的信息。本論文選擇位于河南省北部,包括安陽市、湯陰縣城以及鶴壁市淇濱區(qū)的一片區(qū)域?yàn)檠芯繀^(qū)域。研究中使用的數(shù)據(jù)包括遙感數(shù)據(jù)、地面驗(yàn)證數(shù)據(jù)和降水?dāng)?shù)據(jù),其中遙感數(shù)據(jù)包括Landsat 5 TM 1993年~2011年的長系列影像和MODIS衛(wèi)星中國區(qū)域2000年~2015年的溫度合成產(chǎn)品,地面驗(yàn)證數(shù)據(jù)為高精度的鶴壁市淇濱區(qū)經(jīng)過校核的1:1000地形圖,降水?dāng)?shù)據(jù)為安陽氣象站1951年~2014年的日降水?dāng)?shù)據(jù)。研究首先建立BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器,對(duì)最小分量變換處理后的Landsat 5TM影像進(jìn)行不透水面和透水面的分類提取,得到鶴壁市淇濱區(qū)的不透水率蓋度圖,并將1:1000地形圖進(jìn)行從AutoCAD進(jìn)行GIS轉(zhuǎn)換,使用轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)對(duì)不透水面提取結(jié)果進(jìn)行分類精度驗(yàn)證,得到分類的總體精度為79.82%,不透水類用戶精度為82.31%,不透水類的生產(chǎn)者精度為83.49%,Kappa系數(shù)為0.65,說明本次分類的一致性較高。在此基礎(chǔ)上,對(duì)鶴壁市淇濱區(qū)1993年~2011年的不透水面進(jìn)行了提取,分析了該區(qū)域不透水面擴(kuò)張和城市發(fā)展的模式。為了分析研究區(qū)域的城市變化發(fā)展程度,對(duì)整個(gè)研究區(qū)域進(jìn)行了不透水面的提取制圖,得到了研究區(qū)域2000年~2011年不透水面的動(dòng)態(tài)變化。為了研究城市不透水下墊面的擴(kuò)張對(duì)溫度和降水的影響,本研究嘗試了如下方法,并用數(shù)據(jù)找出了一些關(guān)系:1、將城鎮(zhèn)化前后差異較大的年份做為分割降水?dāng)?shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn),應(yīng)用學(xué)生T檢驗(yàn)和Mann-Kendall趨勢檢驗(yàn),對(duì)1951年~2014年的降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行了趨勢分析,結(jié)果表明在此期間降水?dāng)?shù)據(jù)沒有明顯的變化。2、城市熱島效應(yīng)的效果在夏季會(huì)更加顯著,且城市建筑物在夜間的持溫能力更強(qiáng),據(jù)此,研究對(duì)研究區(qū)域城市和郊區(qū)的夏季夜間溫度進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)對(duì)比,并通過對(duì)城區(qū)溫度變化趨勢和幅度的對(duì)比排除了全球氣溫上升的影響,結(jié)果表明城市擴(kuò)張會(huì)造成明顯的熱島效應(yīng)。3、城市擴(kuò)張對(duì)城區(qū)氣候的影響機(jī)制十分復(fù)雜,為檢驗(yàn)城市熱島與降水之間的相關(guān)關(guān)系,應(yīng)用皮爾遜積矩相關(guān)系數(shù)法,對(duì)研究區(qū)域2000年~2014年的城市夏季夜間溫度和年降水進(jìn)行了相關(guān)性檢驗(yàn),結(jié)果顯示熱島效應(yīng)與降水之間存在顯著的相關(guān)性。本研究有如下創(chuàng)新點(diǎn)和發(fā)現(xiàn):1、采用自創(chuàng)的BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器對(duì)遙感圖片進(jìn)行解譯,得到了比較可靠的結(jié)果。2、嘗試?yán)肕ann-Kendall趨勢檢驗(yàn)和學(xué)生T檢驗(yàn)結(jié)合的方法來研究城鎮(zhèn)化對(duì)降水和溫度的影響。3、應(yīng)用皮爾遜積矩相關(guān)系數(shù)法,得出城市夏季夜間溫度和年降水存在顯著相關(guān)性。
【學(xué)位授予單位】：重慶交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：P407;X16;P426.6
【圖文】：

研究路線示意圖

圖 2-1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)示意圖.2 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的二分類誤差反向傳播 BP（Error Back Propagation）算法是人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法本思想是網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的過程由信息的正向傳播和誤差的反向傳播兩個(gè)過程結(jié)構(gòu)分為輸入層、中間層和輸出層。輸入層各神經(jīng)元接收來自外界的輸傳遞給中間層各神經(jīng)元；中間層是內(nèi)部信息處理層，負(fù)責(zé)信息變換，根求，中間層可以設(shè)計(jì)為單隱層或者多隱層結(jié)構(gòu)；輸出層負(fù)責(zé)在完成一次向傳播處理過程后向外界輸出處理結(jié)果。若輸出的結(jié)果與期望值不符，差的反向傳播階段，該過程中誤差按照梯度下降的方式修正各層的權(quán)值層和輸入層逐層反傳。由此可知，循環(huán)往復(fù)的信息正向傳播和誤差反向網(wǎng)絡(luò)各層權(quán)值不斷調(diào)整的過程，即神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)和訓(xùn)練的過程，該過程誤差減小到可接受的程度，或者根據(jù)需要預(yù)先設(shè)定學(xué)習(xí)次數(shù)。BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練方法有基本梯度下降法、共軛梯度法、一步分割法等

圖 3-1 研究區(qū)域地理位置示意圖3.2 數(shù)據(jù)選取和預(yù)處理本研究主要使用了三種數(shù)據(jù)，分別是遙感數(shù)據(jù)、地面真實(shí)參考數(shù)據(jù)和地面站降水?dāng)?shù)據(jù)。遙感數(shù)據(jù)采用了 Landsat 5 TM（Thematic Mapper）專題制圖儀 1993 年～2011 年的遙感數(shù)據(jù)和 MODIS（MODerate-resolution Imaging Spectroradiometer）中分辨率成像光譜儀 2000 年～2015 年的 MODLTIM 地表溫度中國合成產(chǎn)品；地面真實(shí)參考數(shù)據(jù)使用了鶴壁市相關(guān)部門提供的 1:1000 地形圖；降水?dāng)?shù)據(jù)采用了地面站觀測資料。其中 Landsat 5 TM 用來做研究區(qū)域不透水面的提取和制圖，1:1000地形圖數(shù)據(jù)用來做不透水面提取精度的驗(yàn)證，降水?dāng)?shù)據(jù)用來分析不透水面擴(kuò)張對(duì)降水的響應(yīng)關(guān)系，MODIS MODLTIM 地表溫度中國合成產(chǎn)品輔助城市發(fā)展對(duì)降水的影響分析。表 3.1～3.3 為本論文所用數(shù)據(jù)列表。表 3.1 Landsat 5 TM 數(shù)據(jù)列表

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2761354