基于RS與GIS的兩型社會建設試驗區(qū)LUCC研究[權(quán)威資料]

基于 RS 與 GIS 的兩型社會建設試驗區(qū) LUCC 研究 本文檔格式為 WORD,感謝你的閱讀。 摘 要：以湘潭市 2001 年、 2005 年和 2009 年三期TM 遙感影像作為數(shù)據(jù)源，應用監(jiān)督分類、非監(jiān)督分類和決策樹分類相結(jié)合的方法獲取土地利用動態(tài)變化信息，利用 GIS技術(shù)研究湘潭市土地利用類型變化情況、類型轉(zhuǎn)化狀況及變化程度。湘潭市土地利用類型以耕地和林地為主， 2001-2009年耕地、草地、水域和未利用地面積持續(xù)減少，其中耕地面積減幅最大；建設用地和林地面積不斷增 加，其中林地面積先減后增，建設用地面積則持續(xù)增加；在土地利用空間格局轉(zhuǎn)化中，耕地大部分轉(zhuǎn)化為建設用地，小部分轉(zhuǎn)化為林地，草地、水域和未利用地主要轉(zhuǎn)向建設用地和林地；在土地利用變化程度上， 2001-2004 年為 0.111， 2005-2009 年為0.268，土地利用變化程度不斷增大。結(jié)果表明兩型社會建設加快了湘潭市土地利用 /覆被變化的速度。 關(guān)鍵詞：兩型社會；土地利用 /覆被變化；監(jiān)督分類；決策樹分類；轉(zhuǎn)移矩陣 TP753； P962 A doi： 10.3969/j.issn.1672-3309（ x） .2013.02.38 1672-3309（ 2013） 02-94-04 一、引言 隨著社會的發(fā)展和人口的增加，人口、資源與環(huán)境之間的矛盾越來越突出。土地資源是人類高度重視的自然資源之一，土地利用與土地覆被變化影響著全球生態(tài)環(huán)境與氣候的變化，成為全球變化研究的熱點之一 1。 LUCC 的過程、趨勢、驅(qū)動力及生態(tài)環(huán)境效應是研究的重點，運用定性與定量相結(jié)合的方法，從空間尺度和時間尺度進行相關(guān)研究成為LUCC 研究的主要方法 2-4。目前， LUCC 研究已經(jīng)成為可持續(xù)發(fā)展研究的核心，具有重要 的現(xiàn)實性意義。湘潭市作為我國兩型社會建設試驗區(qū)重要組成部分，近年來，城市化進程不斷加快，土地利用 /覆被變化明顯。在此形勢下，如何高效的管理與利用土地資源已經(jīng)成為當?shù)卣酱鉀Q的問題。通過對該區(qū)域的土地利用與覆被變化進行研究，揭示湘潭市土地利用 /覆被變化狀況，為土地資源的可持續(xù)利用提供參考，為更好的促進兩型社會的建設和發(fā)展提供依據(jù) 5-7。 本文基于 RS 和 GIS 技術(shù)，利用湘潭市 2001 年、 2005年和 2009 年 3 期遙感影像，通過非監(jiān)督、監(jiān)督分類和決策樹分類相結(jié)合的方法獲取土地利用變化動態(tài)信息，分 析湘潭市土地利用的變化過程、類型轉(zhuǎn)換情況和變化程度，為湘潭市兩型社會建設乃至我國開發(fā)利用土地資源、進行生態(tài)環(huán)境保護、制定科學的兩型社會建設決策提供依據(jù)。 二、研究區(qū)域概況 湘潭市位于湖南省中東部、湘江中下游，地跨11158 、 11305E ， 2721 、 2805N ，總面積約為5010km2。全市轄湘潭市區(qū)、湘鄉(xiāng)市、韶山市和湘潭縣，其中市區(qū)由雨湖區(qū)和岳塘區(qū)組成。地勢呈南部、西部和北部高，中部和東部低，總體起伏不大，較為平緩。地貌類型多種多樣，山區(qū)、丘陵、崗地、平原和水面一應俱全。 作為我國“ 兩型社會 ” 建設試驗區(qū)之一，湘潭市既居于 “ 長株潭 ” 金三角的一角，又處于 “ 衡邵 ” 大三角的腹地，是湖南省的重工業(yè)基地和全國的商品糧基地。 三、研究方法 （一）數(shù)據(jù)來源 選取 2001 年、 2005 年和 2009 年三期 Landsat TM、ETM 遙感影像作為數(shù)據(jù)源，編號分別為 P123R041（ 2001 年 12月 29 日 1 景、 2005 年 7 月 17 日 1 景、 2009 年 10 月 24 日 1景）和 P124R041（ 2001 年 1 景、 2005 年 7 月 16 日 1 景、2009 年 1 月 16 日 1 景），其他資料包括湘潭市行 政區(qū)劃圖、交通道路圖、水系圖、 30mDEM 數(shù)據(jù)、土地利用現(xiàn)狀圖、 1： 5萬等高線地形圖， 2001-2010 年湖南省統(tǒng)計數(shù)據(jù)。 （二）分類體系 為便于影像解譯及數(shù)據(jù)處理，土地利用分類之前須制定一套土地利用分類體系。研究參考國家土地利用現(xiàn)狀分類體系以及實地勘察構(gòu)建研究區(qū)域的土地利用分類體系，將土地利用類型分為耕地、林地、草地、水域、建設用地和未利用地。 （三）數(shù)據(jù)處理 1、矢量數(shù)據(jù)處理。湘潭市矢量數(shù)據(jù)以湖南省 1： 10 萬行政區(qū)劃圖、水系道路圖作為數(shù)據(jù)源，應用 ArcGIS9.3 采用人工矢量化的方法獲取。首先選擇 WGS_1984_UTM_ Zone_49N作為投影坐標系統(tǒng)；然后進行配準、人工矢量化；最后錄入屬性數(shù)據(jù)，獲取湘潭市矢量格式的行政區(qū)劃數(shù)據(jù)。依此方法獲得湘潭市交通、水系矢量數(shù)據(jù)。 2、遙感影像處理。依據(jù)湘潭市 1： 5 萬等高線地形圖選取控制點，統(tǒng)一定義 WGS_1984_UTM_Zone_49N 作為投影坐標系統(tǒng)并采用二次多項式對 2001 年、 2005 年和 2009 年三期TM 影像進行幾何校正，校正誤差控制在 1/3 個像元之內(nèi)；然后進行直方圖匹配和影像拼接；最后在 ERDAS9.2 中用統(tǒng)一的行政邊界進行影像裁切，獲取研究區(qū)域的遙感影像。 對裁剪后的影像進行增強處理，以突出圖像特征，使更好的進行遙感影像的分類。研究選取了比值拉伸處理、直方圖均衡化、去霾處理和濾波處理四種方法進行研究區(qū)域的圖像增強處理。 3、土地變化信息提取。首先，運用 ENVI 軟件對遙感影像進行非監(jiān)督分類和監(jiān)督分類，初步獲得研究區(qū) 3 期土地利用分類圖；然后利用非監(jiān)督分類和監(jiān)督分類的結(jié)果，結(jié)合光譜信息和紋理特征信息 8-11進行決策樹分類 12、 13，獲得研究區(qū)域的土地利用變化信息。對土地利用分類圖進 行人工修正，修改不正確的邊界和錯誤的編碼，同時利用ArcGIS9.3 的拓撲功能建立斑塊之間的拓撲關(guān)系，以保證數(shù)據(jù)的邏輯一致性；最后對解譯結(jié)果進行野外抽樣驗證，并對錯誤的圖斑進行修改。應用 ArcGIS9.3 的相關(guān)模塊對土地利用矢量數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，提取土地利用變化信息，最終獲得湘潭市土地利用的變化信息。 4、分類精度評價。總體分類精度是被正確分類的像元總和除以總像元數(shù)。被正確分類的像元數(shù)目沿著混淆矩陣的對角線分布，總像元等于所有真實參考源的像元總數(shù)。 Kappa 系數(shù)是一種計算分類精度的方法，通 過把所有地表真實分類中的像元總數(shù) N 乘以混淆矩陣對角線（ xkk）的和，再減去某一類地表真實像元總數(shù)與該類被分類像元總數(shù)之積對所有類別求和的結(jié)果，再除以像元總數(shù)的平方減去某一類地表真實像元總數(shù)與該類被分類像元總數(shù)之積對所有類別求和的結(jié)果 14。其計算公式為： 通過 ENVI 軟件對分類結(jié)果進行精度評價，分別計算了總體分類精度和 Kappa 系數(shù)，其評價結(jié)果如表 1： 四、結(jié)果分析 （一）土地利用面積變化 土地利用變化包括土地利用類型的面積變化、類型轉(zhuǎn)化和空間格局演變。面積變化首先 反映在不同土地利用類型的總量變化上，通過分析不同類型的總量變化可以解析土地利用變化的總體趨勢和土地利用結(jié)構(gòu)的變化特征（表 2）。類型轉(zhuǎn)化和空間格局演變反映土地利用類型相互之間的轉(zhuǎn)化，通過土地利用轉(zhuǎn)移矩陣能夠更直觀的反映土地利用類型之間的相互轉(zhuǎn)化（表 3-4）。 （二）土地利用轉(zhuǎn)移矩陣 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣是通過二維表來顯示表達不同時段內(nèi)同一區(qū)域不同土地利用類型的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系，從中能夠快速查閱各種土地利用類型之間的相互轉(zhuǎn)化情況。 利用 ENVI 軟件的 Change Detection Statistic 功能做出 2001-2005 年和 2005-2009 年兩個時期的湘潭市土地利用轉(zhuǎn)換矩陣（表 3-4）： 從表 2 中可以看出：湘潭市 2001-2005 年土地利用變化中耕地、林地、草地、水域和其他用地面積均有減少，其中耕地的減幅最大；建設用地面積增加。湘潭市 2005-2009年土地利用變化中耕地、草地、水域、其他用地面積減少，其中耕地的減幅最大，建設用地和林地面積增加，其中林地增幅最大。從表 3 和表 4 中可以了解到：湘潭市 2001-2009年土地利用類型轉(zhuǎn)化中主要為耕地向林地和建設用地轉(zhuǎn)化。2007 年 12 月 4 日國家設立 “ 長株潭 ” 地區(qū)為我國兩型社會建設試驗區(qū)，湘潭市城市化進程加快，促使城區(qū)周邊的耕地大量轉(zhuǎn)化為建設用地，建設用地面積大幅度增長。隨著對森林生態(tài)系統(tǒng)的認識和了解，人們認識到森林對我們的重要性，國家提出的退耕還林等政策促進了該區(qū)域部分耕地向林地轉(zhuǎn)移。 （三）土地利用動態(tài)度 土地利用動態(tài)度分為單一土地利用動態(tài)度和綜合土地利用動態(tài)度。單一土地利用動態(tài)度表示研究區(qū)域一年內(nèi)某種土地利用類型的變化幅度，它對比較土地利用變化的區(qū)域差異和預測未來土地利用變化趨勢具有重要作用。其計算公式為： 式中 Ua、 Ub 分別為研究初期及末期某一種土地利用類型的數(shù)量， T 為研究時段。當 T 設定為年時， K 值表示該研究區(qū)域某種土地利用類型年變化率。 綜合土地利用類型表示動態(tài)度從總體上反映研究區(qū)域一定時間范圍內(nèi)各種土地利用 /覆被變化相互轉(zhuǎn)化的強烈程度。其公式表示為： 式中 LUi 為監(jiān)測起始時間 i 類土地利用類型面積，LUi -j 為監(jiān)測時段第 i 類土地利用類型轉(zhuǎn)化為非 i 類土地利用類型面積的絕對值， T 為監(jiān)測時段長度。當 T 設定為年時，LC 值表示該研究區(qū)域土地利用年變化率。 從表 5 中可以清晰看出 ：從 2001-2009 年湘潭市的土地利用變化中耕地、林地、建設用地和其他用地的土地利用動態(tài)度最大，反映出研究期間城市化進程的加快和人類對自然環(huán)境保護的加強。從綜合土地利用動態(tài)度可以看出 2001-2005 年的綜合土地利用動態(tài)度要小于 2005-2009 年的土地利用動態(tài)度，表明 2005 年以后湘潭市的土地利用 /覆被變化明顯，這說明兩型社會試驗區(qū)的確立促進了湘潭市城市化的進程，加快了湘潭市土地利用與覆被變化。 土地利用 /覆被變化是一個受多因素共同影響的變化機制，社會經(jīng)濟發(fā)展、自然環(huán)境變遷和自然資源利用是推進 土地利用變化的主要驅(qū)動力。隨著城市化進程的加快，農(nóng)業(yè)用地不斷向建設用地轉(zhuǎn)移是本研究區(qū)域的主要特征，農(nóng)業(yè)用地內(nèi)部的耕地向林地轉(zhuǎn)化發(fā)生在特定時段局部區(qū)域，主要是退耕還林等國家政策作用的結(jié)果。 （四）結(jié)論與討論 研究基于 RS 與 GIS 技術(shù)進行湘潭市土地利用 /覆被變化研究，應用 RS 技術(shù)獲取土地利用動態(tài)變化信息，借助 GIS技術(shù)從土地利用類型面積變化、土地利用類型轉(zhuǎn)化和土地利用動態(tài)度三個角度分析湘潭市土地利用 /覆被變化。 研究期間內(nèi)，湘潭市土地利用類型轉(zhuǎn)化中耕地、草地、水域和其他用地面積均持 續(xù)減少，其中耕地減少的幅度最大；建設用地和林地的面積不斷增加，林地先減后增，建設用地則持續(xù)增加。在土地利用空間格局轉(zhuǎn)化上，耕地大量轉(zhuǎn)化為建設用地，小部分轉(zhuǎn)化為林地，其他減少的土地利用類型主要向建設用地轉(zhuǎn)化。湘潭市 2001-2005 年的綜合土地利用動態(tài)度比 2005-2009 年的綜合土地利用動態(tài)度小，說明隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，城市化進程加快， 2007 年國家確立“ 長株潭 ” 為兩型社會建設試驗區(qū)之一，加快湘潭市土地利用與覆被變化。 通過湘潭市土地利用 /覆被變化研究，揭示湘潭市土地利用 /覆被變化過程、趨勢、特征 和程度，對合理利用土地資源、優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)具有重要意義，為促進兩型社會建設提供決策支持。 參考文獻： 1 史培軍、宮鵬、李曉兵等 .土地利用 /覆被變化研究的方法與實踐 M.北京：科學出版社， 2000. 2 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