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基于RS技术的土地利用/土地覆盖变化分析

时间:2017-02-06 14:06 来源:博途论文网--专业论文发表 作者:博途论文

摘要:本文以TM影像以及野外GPS采样点为主要信息源,采用多种数学模型,对蕲春县在2000-2010年间的土地利用/土地覆盖变化情况进行了定量分析,结果显示。。。。。。。。。
 
关键词: 蕲春 遥感 土地利用/土地覆盖变化 非监督分析 土地利用程度变化模型
 
Abstract: In this paper ,we select Qichun city as the investigatory area, use TM remote sensing image and  outdoor  GPS   field survey information  as the main data  source ,In order to classify the land types of Qichun more rationally, re-mote-sensing techniques such as Unsuspervised Classification and interactive interpretation have been introduced .  A series of mathematical models have been applied to further the investigation , the mathematic analysis method can be listed as following(1) dynamic index analysis of land type changing (2) index analysis of the relative change rate of the land using types (3 )mathematical model analysis of the land change degree. Effective measures have been provided to improve the current land using situation. to sum up ,this article explores the feasible technique in medium and small scale land use dynamic monitoring research with the help of RS science , and provides some reference for the related  research .
 
Key words: QiChun RS   land use/land cover changes interactive interpretation   mathematical analysis model of LUCC( Land-Use and Land-Cover Change)
 
1前言
    土地利用与土地覆盖是地表系统上最为突出的景观标志,其指标也是国土资源部门制定合理开发利用土地以及编制土地利用规划等的重要参数依据,因此LUCC Land-Use and Land-Cover Change(土地利用/土地覆盖变化)的调查研究就具有重要的意义。[1]而传统的小尺度的LUCC调查分析是以人工调查为主,存在调查周期长,人力资源耗费多,工作量大,费用高等缺点。近几十年来,建立在中高分辨率卫星遥感影像数据基础上的土地利用/土地覆盖变化动态监测方法的研究得到了广泛的重视,在此背景下,本文以湖北黄冈市蕲春县为典型实验区,利用2000年及2010年蕲春地区的遥感影像,对其十年间的土地利用/土地覆盖变化进行了动态分析。
 
2研究区域和数据处理
2.1 研究区域概况
    蕲春地处鄂东边陲
2.2数据源及数据处理
主要采用了30米分辨率的TM遥感影像和利用Geo XM GPS采集的野外样方调查数据,结合最新的大比例尺土地利用图(1:5万),土地二调的矢量图斑数据,历年(2000—2010)的土地利用变更调查数据等,对蕲春县2000年和2010年的TM遥感影像进行分类。影像分类方法和主要过程是:首先进行数据预处理,如大气校正,裁剪,效果增强处理,然后采用非监督分类的方法对影像进行初始分类,各初始类别的判别主要依据影像的色彩、纹理、位置等,在此基础上,结合GPS野外样方调查数据,采用人工目视解译的方法对初始分类结果进行二次判读与解译,最终获得包括耕地、林草地、建设用地、水域等在内的蕲春县2000年和2010年的土地利用矢量数据。
3 结果及分析3.1 土地利用结构分析由蕲春县在2000年和2010年的土地利用遥感分类结果可知,该地区土地利用类型一直以林地和耕地(包括水田与旱地)为主,二者所占的面积比约……%。具体的土地利用情况如表1所示。

年份 土地类型 斑块数量 总面积 平均值 标准差 面积比
 
 
 
2000
林草地 3138 1351005740 430530.8284 19638101.98 56.41%
耕地 14905 840917297.6 56418.47015 1232160.85 35.11%
水域 3336 134223306.6 40234.80414 622938.5425 5.60%
建筑用地 2725 80427015.06 29514.50094 224423.1912 3.36%
 
 
 
2010
林草地 4332 1365593356 315233.9233 16715267.68 57.02%
耕地 14289 791866434.8 55417.90432 3504399.163 33.06%
水域 8501 148785135.4 17502.07451 3168772.12 6.21%
建筑用地 5006 97377182.86 19452.09406 270600.2889 4.07%
表1 蕲春县2000-2010年的土地利用状况(单位:公顷)
3.2土地利用数量时空变化分析
(1)       单一土地利用类型动态度变化指数分析
 
单一土地利用类型动态度变化指数是用来描述单位时间内研究区域内某种土地利用类型的变化速度[3]
其计算公式是:
 

式中,K为研究时段内某一土地利用类型动态度; Ua、Ub 分别为研究期初及研究期末研究区内某一种土地利用类型的数量; T 为研究时段长, 当T 的时段设定为年时(本文以10年作为一个单位时间跨度),K 的值就是该研究区某种土地利用类型的年变化率。
表2 蕲春县各种地类的单一土地利用类型动态度变化指数
土地利用类型 2000 2010 K(T取10年为一个单元)
林草地 1351005740 1365593356 1.07976%
耕地 840917297.6 791866434.8 -5.83302%
水域 134223306.6 148785135.4 10.8413%
建筑用地 80427015.06 97377182.86 21.3572%
 
     对单一土地利用类型动态度变化指数的分析得建筑用地的变化最大,与2000年相比,2010年蕲春地区的建筑用地10年内的增长率高达21.35%,通过GPS野外样方调查发现除了城镇居民地的扩张之外,各种工业用地(如采石场、石料加工场、农产品加工厂、食品加工厂)的扩大也是导致建筑用地大幅度增加的重要原因。从TM的解译过程中发现,人工鱼塘的增加是引起水域面积增加的主要原因。与2000年相比,2010年蕲春的林草地面积有所增加而耕地面积有一定的减少。
 
(2)单一土地利用类型相对变化率指数分析:
  
单一土地利用类型相对变化率指数可以定量地描述一定时间范围内研究区内某个区域相对于整个研究区来说某种土地利用类型的变化情况。其表达式为:

式中 Ka、Kb 分别代表研究区内容某区域某一特定土地利用类型研究期初及研究期末的面积; Ca、Cb分别代表整个研究区某一特定土地利用类型研究期初及研究期末的面积。 表3 蕲春县各种地类的2000-2010年单一土地利用类型相对变化率指数
R 林草地 耕地 水域 建筑用地
林草地 1 1.0734097906 0.91186929027 0.83485094965
耕地 0.93161065674 1 0.84950714837 0.77775604148
水域 1.096648402 1.096648402 1 0.91553795983
建筑用地 1.1978186051 1.2857502181 1.0922540013 1
 
 
3.3 土地利用程度变化模型
 
    在城镇的发展过程中,土地开发利用的程度会不断加深加广,这同样也是土地利用的自然发展与人类社会发展相互作用的结果。土地利用程度可以定量地来表示研究区域土地利用的综合水平,并可以在一定范围内预测土地利用的整体变化趋势,其计算结果可以利用土地利用程度的时空演变模型来进行计算,其表达式如下:
 
其中D为土地利用程度的综合指数,指数值介于100~400之间;Ai是第i级土地利用程度的分级指数;Ci是第i级土地利用面积在研究区域内的总面积百分比。
 
表4 土地利用程度的分级指数表
类型 未利用土地级 林、草、水用地级 农业用地级 建设用地级
土地利类型 未利用或难利用地 林地、草地、水域 耕地、园地 居民地、工矿用地、交通用地
Ai(分级指数) 1 2 3 4
 
    在特定的研究区域内,土地利用程度的变化往往是各种土地利用类型综合变化的结果,在土地利用研究中,常用土地利用程度变化量与变化率来定量地反应这个范围内土地利用的综合水平以及变化的趋势。   公式中 Lb表示b时间的区域内土地利用的综合指数,La表示a时间下研究区域内的土地利用综合指数;Ai为i类土地的的分级指数(见上图); Cib和C ia分别为研究区域内b 时间和a 时间第 i 级土地利用程度占研究区域总面积的百分比。如果ΔLb-a <0 ,或者R<0,则可以推断出研究区域的土地利用处于衰退期,相反,如果ΔLb-a >0 ,或者R>0,则可以推断出该研究区域的土地利用处于发展期
表5 蕲春县在2000—2010年间土地利用程度变化情况
土地利用类型 2000 2010 分级指数(Ai) 2000面积百分比(Ci) 2010面积比(Ci) Ai*Ci(2000年) Ai*Ci(2010年)
林草地 1351005740 1365593356 2 0.56138149074 0.56813978822 112.27629815 113.62795764
耕地 840917297.6 791866434.8 3 0.34942516685 0.32944714222 104.82755006 99.834142665
水域 134223306.6 148785135.4 2 0.055773619401 0.061900385605 11.15472388 12.380077121
建筑用地 80427015.06 97377182.86 4 0.033419723006 0.040512683958 13.367889202 16.205073583
Lj(土地利用程度)           241.62646129 242.04725101
 
 
分析结果:
 
1 根据土地类型分布图可以看出蕲春县各类土地利用面积从大到小依次为 林草地 >耕地 > 水域 > 建筑用地 。
2从各类型土地的单一土地利用动态度变化指数来看,变化率最大的是建筑用地,10年内的增长率高达21.35%,其次为水域,增长率为10.84%,耕地面积有所减少,动态度变化指数为-5.83302%,林草地变化指数最小,仅为1.07976%
3对单一土地利用类型相对变化率指数的分析得,蕲春地区2000至2010十年间建筑用地相对于耕地的变化情况最为明显,相对变化率指数高达1.2857。
4 土地利用程度变化模型的预测可以说明蕲春地区土地利用的整体趋势,由于Δb-a=Lb-La=L2010-L2000=0.42078972 > 0,可得出该研究区域的土地利用尚出于发展期,发展前景依然很大。
 
 
4蕲春地区土地资源规划管理的应对措施
    针对上述土地利用变化分析所反映出来的各项问题,我们应该从可持续发展的角度出发,探寻蕲春地区土地资源合理利用的政策与方案,从整体结构上优化土地资源的利用方式。具体措施有:
 
1 因地制宜地安排各业用地,推行耕地保护政策,集约建设用地。
2 对土地资源的开发利用应以土地评价为基础,合理规划,调协调农业用地与建设用地的结构,在保障城镇发展的同时注重生态环境保护的需求。
3 合理分配水资源,水体是土地的主要因素之一,水质的优劣对土地质量会产生显著的影响,节约用水,提高水资源利用率
4 深化土地制度改革,加强土地资源管理,健全土地管理的法律法规,严格落实土地管理的规章制度,做到有法必依,执法必严。
 
 
 
参考文献
1 于智强 臧德彦 基于RS的土地利用动态监测技术路线分析   科技广场 2009.1
2   欧立业    都昌县土地利用遥感分类及其坡度分析    江 西 侧 绘
3 王秀兰  包玉海   土地利用动态变化研究方法探讨 地 理 科 学 进 展   第 18 卷第 1 期1999 年 3 月
4   魏丹  唐嘉锴 唐代生 基于 IRS P6的蕲春县景观格局分析 广 东 林 业 科 技 2010年第 26卷第 4期
 
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