● 摘要
城市扩展区对城市土地资源评估和城市人口极限分析具有重要性。城市扩展区是指地表由自然陆地植被覆盖演变为城区人造地表，如果由自然地表到城市扩展区地表的变化不受控制，可能导致城区的无序扩张。这个问题在巴基斯坦的卡拉奇尤其严重，因为该城市是世界上城区扩张最快的城市之一，水资源缺乏和耕地面积被侵蚀也随之而生。
本文主要研究2014年卡拉奇市的城市扩展区的提取和2025年城市扩展区的预测，根据城市的扩展情况预测未来的城区，可有助于城市规划决策。因此，本文的两个研究目标之一是采用1992、2003和2014年多时相卫星图像提取当前城市扩展区，其二是预测和仿真2014到2025年城市扩展区的生长趋势。
2014年的预测结果对比实际城区数据，可以进行预测模型的精度评估。由于Landsat卫星系列图像具有合适的空间分辨率，且时相分辨率较高，所以优选该卫星图像，进而，Landsat卫星图像较高的光谱分辨率特别有利于进行相关指数计算和处理。为了提取城市扩展区特征，在卫星图像数据预处理之后，需要提取出扩展区区域。本文的实现方案选用专题指数方法，因为该方法基于数学算子、并采用单一波段的卫星数据，便于计算。首先将卫星数据分类为两类二进制光栅数据——扩展区和非扩展区。因此，理解光谱识别结果是本研究的重要环节，城区约束和合适区域的映射有助于预测仿真模型，采用分层分析法AHP （Analytical Hierarchical Approach），城区扩展的合适区域和不合适区域映射结果可用于评估城市规划要素，这些是预测模型的输入。
为预测未来城市扩展区区域，采用概率分析，并优选Markov分析法。该方法基于未来陆地覆盖的概率预测结果——可以确定的城市扩展区预测图，预测模型结果可以用1992年和2003年乃至2014年的城市扩展区变化情况进行检验，并且可以扩展到检验2014年到2025年实际预测结果的精度。精度评估采用表征一致性的Kappa指数，进而，这些结果提供的城市扩展区的变化趋势和区域。
注意到本文研究的主要目的，是提出一种比传统城市扩展区提取和预测技术处理速度更快的方法，该方法具有集成数个特征于提取和预测模型中的能力。事实上，本文研究成果可以帮助城市规划和决策者制定移民政策，控制城区的无序扩张。进一步地，本文研究成果可以帮助政府机构应对合理调配利用资源，规划未来城区建设开发。