城市是地球表面发展速度最快的地表覆盖类型，全世界现今有超过七十亿的人口居住在城市当中。城市化进程在给全世界带来繁荣和进步的同时，也给全球的生态环境、局部气候、水资源等带来了一系列的影响。在过去的100年里，城市的扩展已使全球的40％地表发生了变化。城市化已经成为了人类改造自然环境的主要活动方式之一。遥感，以其快速、准确、周期性、宏观性和实时获取环境资源状况及其变化数据的优势，被广泛的应用到了城市地表覆盖动态监测当中。其中，中分辨率遥感影像（Landsat TM/ETM+等）由于获取成本低、存档数据时间序列长、具有多光谱特性得到了广泛的应用。但是由于城市地表覆盖地物的复杂性，城市地表通常具有强烈的异质性，从而导致中分辨率遥感影像中存在大量的混合像元。传统的遥感分类方法都是基于像元级别的（监督分类、非监督分类），不能很好的解决混合像元问题，达不到实用要求。针对混合像元提出的光谱混合分解模型给这一问题提供了解决方案。广州市作为广东省的省会，是整个广东省乃至华南地区的经济、教育、商贸中心。近20年来，随着改革开放事业的不断推进，广州的社会经济发展水平日益提高，城市发展迅速，明显反映在不透水面和植被覆盖的巨大变化。依托3S技术，基于V-I-S模型，研究该区域的城市地表覆盖混合像元分解方法，从而探索城市地表植被、不透水面和土壤的动态变化规律具有科研和社会经济双重价值。　　本论文通过利用长时间序列（1990年～2009年）的Landsat TM/ETM+影像和线性光谱解混分析处理技术，探索近20年来广州市地表覆盖信息提取方法，并在此基础上研究植被、不透水面、土壤(V、I、S)组分的平均覆盖度变化、空间分布格局、新老城区之间的发展模式和规律，探讨城市化进程当中V、I、S组分的变化和内在因由。研究取得的主要成果如下:　　一、在城市地表覆盖组分提取方面，利用1990年-2009年间的三幅TM/ETM+影像进行线性光谱解混分析处理，实现了对研究区亚像元尺度上长时间序列的地表覆盖变化监测研究。　　二、线性光谱解混模型中端元的选择是混合像元分解的难点和关键。本研究结合广州市实际情况，基于V-I-S模型选取了植被、土壤、高反照率地物、低反照率地物四种端元。利用MNF变换后的前三个波段的计算PPI来筛选纯净端元，并在N维散点空间中选择端元。最终取得了较理想的效果。　　三、在亚像元尺度上提取城市地表各组分覆盖度。传统的线性光谱解混模型提取不透水面覆盖信息是通过线性光谱解混得到的高反照率地物组分和低反照率地物组分的简单相加完成。本研究提出在高、低反照率地物相加之前，先用归一化地表参数NDBI和NDBaI分别对高、低反照率地物进行筛选，剔除该两类组分中的非不透水面干扰信息。然后将筛选之后的高、低反照率地物组分进行相加得到优化提取后的不透水面信息。最终的精度验证结果也表明，优化之后的结果比起传统的线性光谱解混方法提取的不透水面信息更接近真实地表覆情况。　　四、利用不透水覆盖度变化研究广州市城市化进程。分析时间序列上的不透水面扩展方向，设计了两条相互垂直的城市扩展轴。利用景观指数结合梯度分析，探讨了1990年-2009年间城市扩张轴上中、高比例不透水面的扩展模式。结果表明，在1990年-2009年间，沿着这两条扩展轴的不透水面从最初的数目很多的面积很小、破碎度较高的斑块发展成为了数目很少，面积变大，破碎程度降低的不透水面斑块。而分布在城市中心周围的不透水面则是由稀疏分布的小面积斑块逐步发展成为稠密分布的大面积斑块。这主要是因为城市化过程当中，广州市的中心城区，从1990年开始发展，由最初的不透水面分散分布特征的“初期城市”发展成为后期高密度的不透水面分布特征。这主要是由于随着城市化的快速发展，中心城区面积有限，不透水面的发展逐渐出现了“饱和”的现象。而在城市的边缘地区（研究区的边缘附近），不透水面的扩张模式则呈现快速无规划的特征，说明了城市非中心地区的城市扩张模式正是快速并且无规划的。　　五、利用V、I、S三组分在广州市不同城区的分布，分析了广州市不同城区在城市扩展过程当中的发展模式。结果表明，荔湾区、芳村区、海珠区和越秀区等老城区在1990-2000年间不透水面增长速率最快，而到了2000年-2009年间，白云区、天河区、萝岗区和黄浦区等新城区的不透水面增长速率最快。说明了在城市化初期发展阶段（1990年．2009年），城市化的发展主要是以旧城市中心的发展为主，此时在旧城市中心出现了大面积的高密度不透水面分布;而当老城区的城市化发展到了一定阶段，逐步呈现饱和的态势，城市化由“内部发展”转化成为“外部扩张”，这种扩张通常是飞速并且无规划的。结合植被组分的分析发现，此时间段内的不透水面飞速扩张主要是以植被覆盖的损失为代价的。