土地利用變化報(bào)告匯總

1、土 地 利 用 變 化 報(bào) 生 口1前言經(jīng)過一學(xué)期對土地利用與植被覆蓋變化研究課程的學(xué)習(xí)，使 我對這門課程有了更進(jìn)一步的認(rèn)識和了解。為了鞏固所學(xué)內(nèi)容，靈活的將理論與實(shí)際相結(jié)合，本次研究特選取西安市臨潼區(qū)2000、2009年的tm影像，利用所學(xué)理論知識，結(jié)合軟件操作，完成土地利用分 類、動(dòng)態(tài)度計(jì)算、土地利用轉(zhuǎn)移矩陣、土地利用程度綜合指數(shù)計(jì)算和 馬爾科夫預(yù)測等工作，并對研究結(jié)果進(jìn)行分析總結(jié)。本次研究旨在掌 握土地利用變化研究的基本流程，從而加深對遙感與土地利用基本 理論的理解，著重培養(yǎng)我們分析問題和解決問題的能力。2研究過程2.1 土地利用分類土地利用分類是區(qū)分土地利用空間地域組成單元的過程。這種

2、空間地域單元是土地利用的地域組合單位， 表現(xiàn)人類對土地利用、改造 的方式和成果，反映土地的利用形式和用途（功能）。分類提供土地 覆蓋以及土地利用中涉及的人類活動(dòng)類型等信息。它也可能有助于環(huán)境影響評價(jià)，以及潛在的土地利用多樣性。本研究采用監(jiān)督分類的方 法對臨潼區(qū)2000年和2009年土地利用情況進(jìn)行分類，以分析研究區(qū) 的土地利用分布格局。2.1.1 影像分析及樣本選取根據(jù)已有的影像資料分析判別，可將研究區(qū)地物類別劃分為四 類：建設(shè)用地、耕地、水體和林地。在 ENVI中利用ROITool來定義 訓(xùn)練樣本，也就是將感興趣區(qū)當(dāng)做訓(xùn)練樣本。根據(jù)人工經(jīng)驗(yàn)知識和影 像波段組合，可確定影像中白色有尖銳顆粒的呈

3、片狀分布地區(qū)為建設(shè) 用地，影響顏色呈淺綠、深綠，并且紋理清晰，分布在城市著農(nóng)村周 圍的平緩區(qū)域的為耕地，水體的分布呈現(xiàn)出帶狀或顏色均一的片狀，一般為藍(lán)色或淺藍(lán)色，而在影像東南地區(qū)的山上則分布著大量的林 地，顏色為墨綠，色澤均一或有淺綠色顆粒。根據(jù)上述的解譯特征， 在ENVI軟件中的Region of Interest 中選擇土地類別的樣本，并按 照3、7的規(guī)則分為驗(yàn)證樣本和訓(xùn)練樣本。如圖所示：1 RDI Tcq：圖1.樣本選取過程對于選好的訓(xùn)練樣本在Options下的ComputeROI Separability 中計(jì)算可分離度，一般可分離度大于 1.8,則表示訓(xùn)練樣本的可分離 性較好。本研究

4、所選的分類樣本分離度均大于1.6,表明可分離性較好。2.1.2 監(jiān)督分類根據(jù)分類的復(fù)雜程度和精度要求，本次研究選擇最大似然法分類 器。最大似然法分類器假設(shè)每一個(gè)波段的每一類統(tǒng)計(jì)都呈正態(tài)分布， 計(jì)算給定像元屬于某一訓(xùn)練樣本的似然度，像元最終被歸并到似然度 最大的一類當(dāng)中。在 ENVI 軟件菜單中選擇 ClassificationSupervisedLikelihood Classification 功能，對 2000 年和 2009 年的遙感影 像進(jìn)行土地利用分類，制作成專題地圖如下：圖2. 2000年、200處土地利用分布圖2.1.3 精度檢驗(yàn)執(zhí)行監(jiān)督分類后，需要對分類結(jié)果進(jìn)行評價(jià)。用之前選好

5、的驗(yàn)證 樣本對分類后的影像進(jìn)行精度評價(jià)。使用 Confusion Matrix 工具可 以把分類結(jié)果的精度顯示在一個(gè)混淆矩陣，用于比較分類結(jié)果和地表 真實(shí)信息。ENVI可以使用一幅地表真實(shí)圖像或地表真實(shí)感興趣區(qū)來 計(jì)算混淆矩陣。Matrix在 ClassificationPost ClassificationConfusionUsing Ground Truth Image下完成精度評定的工作，得到下面的報(bào)表:表1 2000年和2009年土地利用精度評價(jià)表2003 土地利用精度檢驗(yàn)建設(shè)用地耕地水體林地總計(jì)建設(shè)用地22757201592506耕地25110712535436水體307152260

6、62588林地363232026123207總計(jì)294754292331303013737總精度=89.2262% ; Kappa=0.8506200處土地利用精度檢驗(yàn)建設(shè)用地耕地水體林地總計(jì)建設(shè)用地166216426902095耕地240318305974020水體1500107201222林地460223912542099總計(jì)20563949158018519436總精度=75.9962% ; Kappa=0.66102.2 土地利用變化分析土地覆蓋主要表達(dá)的是土地表層以植被為主要覆蓋物的自然類 型和狀態(tài)；土地利用則是人類對土地的利用方式和使用狀況。因此， 土地利用變化主要體現(xiàn)在土地利用類

7、型變化、土地利用類型數(shù)量變 化、土地資源生態(tài)背景質(zhì)量變化、土地利用程度變化及土地利用變化的區(qū)域差異等方面。2.2.1 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣在全球環(huán)境變化研究中，土地利用和土地覆被動(dòng)態(tài)越來越被認(rèn)為 是一個(gè)關(guān)鍵而迫切的研究課題。土地利用轉(zhuǎn)移矩陣可全面而又具體地 分析區(qū)域土地利用變化的數(shù)量結(jié)構(gòu)特征與各用地類型變化的方向，因而在土地利用變化和模擬分析中具有重要意義，并得到了廣泛應(yīng)用。 但是目前對土地利用轉(zhuǎn)移矩陣的應(yīng)用主要還是集中在直接分析土地 利用類型面積的變化信息上。土地利用轉(zhuǎn)移矩陣來源于系統(tǒng)分析中對系統(tǒng)狀態(tài)與狀態(tài)轉(zhuǎn)移的 定量描述。如表2中的土地利用轉(zhuǎn)移矩陣中行表示 2000年土地利用 類型，列表示20

8、09年土地利用類型。非對角線上百分比表示2000年 -2009年期間一種土地類型轉(zhuǎn)換為另一種土地類型的面積占2009年該種土地利用類型總面積的百分比；對角線上的百分比表示2000年-2009年期間土地利用類型保持不變的面積百分比。表2 2000-2009年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣2000-2009年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣回積（Kn2 ）200辦土地利用類型建設(shè)用地耕地水體林地總計(jì)200處土地 利用類型建設(shè)用地63.3855116.968721.065720.3223221.8496百分比28.5752.729.509.16100耕地70.7224423.959813.757885.4306594.1856百

9、分比11.9071.352.3214.38100水體1.86635.11444.28060.652411.9181百分比15.6642.9135.925.47100林地14.229927.77882.392543.461487.9535百分比16.1831.582.7249.41100總計(jì)150.2041573.821741.4966149.86671447.3822從表中可以看出，2009年的建設(shè)用地有28.57%對比2000年保持不變，有52.72%是由耕地轉(zhuǎn)換來的，有 9.5版口 9.16%是由水體和林地轉(zhuǎn)換而來的。而耕地除了保持不變的部分，分別有11.9% 2.32%和14.38%是由

10、建設(shè)用地、水體和林地轉(zhuǎn)化而來的。對水體而言，2009 年相比于2000年有42.91%M由耕地轉(zhuǎn)換而來的。林地有31.58%是由 耕地轉(zhuǎn)換而來的，這可能與國家退耕還林的政策有關(guān)?？傊?，十年來 臨潼區(qū)的土地利用轉(zhuǎn)換較大。但總體上建設(shè)用地和耕地是呈增長趨 勢，而水體和林地等依靠土地自身再生的資源卻呈減少趨勢，值得有關(guān)部門和廣大人民群眾關(guān)注和保護(hù)。2.2.2 土地利用類型動(dòng)態(tài)度土地利用動(dòng)態(tài)度對比較土地利用變化區(qū)域差異和分析、預(yù)測土地利用變化趨勢，具有十分重要的作用。利用土地利用動(dòng)態(tài)度模型分析 土地利用類型的動(dòng)態(tài)變化，可以反映區(qū)域土地利用類型變化的劇烈程 度。土地資源數(shù)量變化可以用土地利用動(dòng)態(tài)度來表示

11、。單一土地利用類型動(dòng)態(tài)度表達(dá)的是某研究區(qū)一定時(shí)間范圍內(nèi)某種土地利用類型的 數(shù)量變化情況，具表達(dá)式為：K Ub Ua 1 100%Ua T式中，K為研究時(shí)段內(nèi)某一土地利用類型動(dòng)態(tài)度；Ua Ub分別為 研究期初及研究期末某一種土地利用類型的數(shù)量；T為研究時(shí)段長，當(dāng)T的時(shí)段設(shè)定為年時(shí)，K的值就是該研究區(qū)某種土地利用類型的年 變化率。采用上述公式，我們對西安市臨潼區(qū)的土地利用類型數(shù)量在ENVI軟件中進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，并對其動(dòng)態(tài)度進(jìn)行了計(jì)算，得到以下結(jié)果：表3單一土地利用動(dòng)態(tài)度計(jì)算單f地利用類型動(dòng)態(tài)度20002009年份間隔動(dòng)態(tài)度建設(shè)用地15030082218496104.76耕地57410175941856

12、100.35水體41546411918110-7.13林地149940387953510-4.13由表3可知,土地利用的動(dòng)態(tài)度有正數(shù)也有負(fù)數(shù)，但總體而言變 化率并不是很大。水體和林地的動(dòng)態(tài)度為負(fù)數(shù)，變化較大，表明該土地 利用類型減少較快，說明水體和林地開發(fā)速度較快；而建設(shè)用地和耕 地則相反，其動(dòng)態(tài)度均為正數(shù)，表明該土地利用類型有增加的趨勢，這 主要是隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的推進(jìn)，必須占用土地以適應(yīng)城鎮(zhèn)化的發(fā)展。 而耕地的增長主要表現(xiàn)在對自然林地的改造利用上， 可能是由于城鎮(zhèn) 化的發(fā)展和人口基數(shù)的快速增加，致使耕地面積不斷擴(kuò)張。2.2.3 土地利用程度綜合指數(shù)模型土地利用程度主要反映土地利用的廣度和深度

13、， 它不僅反映了土 地利用中土地本身的自然屬性，同時(shí)也反映了人類因素與自然環(huán)境因 素的綜合效應(yīng)。根據(jù)劉紀(jì)遠(yuǎn)先生等提出的土地利用程度的綜合分析方 法。將土地利用程度按照土地自然綜合體在社會(huì)因素影響下的自然平 衡狀態(tài)分為若干級，并賦予分級指數(shù)，從而給出了某研究區(qū)土地利用 程度綜合指數(shù)的定量化表達(dá)：nDj 100 A Gi 1Dj 100,400式中，D為某研究區(qū)域土地利用程度綜合指數(shù)； A為研究區(qū)域內(nèi) 第i級土地利用分級指數(shù)；C為研究區(qū)域內(nèi)第i級土地利用程度分級 面積百分比；n為土地利用程度分級數(shù)。按照土地利用程度指數(shù)的分級標(biāo)準(zhǔn)， 城鄉(xiāng)建設(shè)，交通水利建設(shè)等 建設(shè)用地的土地利用程度最高為第一級，第二

14、級為耕地、園地以及其 他農(nóng)用地，第三極的是林地、牧草地和水域，土地利用程度最低的是自然保留地為第四級（見表 4）。西安市臨潼區(qū)內(nèi)土地面積所占比例 最大的是農(nóng)業(yè)用地中的耕地（屬于土地人為再生利用級），占土地總 面積的60%fc右；其次為建設(shè)用地（屬于土地非再生利用級）；然后 是未經(jīng)開發(fā)，自然生長的林地（屬于土地未利用級）；最后是水域（屬 于土地自身再生利用級）。表明臨潼區(qū)的土地資源開發(fā)較好。表4臨潼區(qū)土地利用分級土地未利用級土地自身再生 利用級土地認(rèn)為再生 利用級土地非再生利 用級分類指數(shù)1234土地利用類型林地水體耕地建設(shè)用地根據(jù)土地利用程度綜合指數(shù)模型計(jì)算的2000年和2009年的土地利用程

15、度綜合指數(shù)為下表：表5 土地利用程度綜合指數(shù)20002009分類等級面積比綜合指數(shù)分類等級面積比綜合指數(shù)建設(shè)用地1503008416.412792218496424.22304耕地5741017362.685941856364.87水體41546424.5311918121.30林地1499403116.3787953519.60總計(jì)91588929159068從上表中可以看出：臨潼區(qū)土地利用程度整體處于一個(gè)中等偏上水平。并且2000年到2009年土地利用程度總體變化差異不大。 土地 利用程度是人類有意識的一種選擇行為活動(dòng)。土地利用程度越高，其 自然屬性的可利用程度就越低，人類對其干擾程度就越

16、大。通過采用 土地利用程度的綜合分析方法對臨潼區(qū)進(jìn)行研究， 表明：臨潼區(qū)土地 利用處于發(fā)展時(shí)期，土地利用程度整體處于一個(gè)中等偏上水平， 仍有 很多土地資源有待進(jìn)一步開發(fā)利用，土地利用程度依地形地貌特征差異分布。土地利用程度主要反映了土地系統(tǒng)中人類活動(dòng)因素的影響程度，但這種影響程度常常受地理區(qū)位、 經(jīng)濟(jì)政治和交通運(yùn)輸因素的限 制。因此需要大量的數(shù)據(jù)做進(jìn)一步的研究分析。2.3 馬爾科夫預(yù)測2.3.1 馬爾科夫預(yù)測原理馬爾科夫預(yù)測過程是根據(jù)俄國數(shù)學(xué)家馬爾科夫的隨機(jī)過程理論 提出來的，是一種具有“無后效應(yīng)”的特殊隨機(jī)過程。所謂的“無后效應(yīng)”是指某隨機(jī)過程時(shí)刻(t+1)的狀態(tài)S(t+1)的概率只與時(shí)刻t

17、的 狀態(tài)S (t)有關(guān)，而與時(shí)刻t之前的狀態(tài)概率無關(guān)。這點(diǎn)用于土地利 用結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化預(yù)測是合適的，因?yàn)樵谝欢l件下，土地利用的動(dòng)態(tài) 演變具有馬爾科夫過程的性質(zhì)。具體而言，在通過轉(zhuǎn)移矩陣生成區(qū)域 土地利用變化轉(zhuǎn)移概率矩陣的基礎(chǔ)上，馬爾科夫模型被用來預(yù)測特定 情景下土地利用變化的未來趨勢。(1)轉(zhuǎn)移概率矩陣的確立是成功應(yīng)用馬爾科夫模型的關(guān)鍵，轉(zhuǎn)移 概率矩陣可以定量說明土地利用類型之間的相互轉(zhuǎn)化狀況，揭示轉(zhuǎn)移速率，其土地利用/覆被類型轉(zhuǎn)移概率矩陣的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：PllPl2.PinpP21P22. P2n.PniPn2.Pnn式中:Pij 土地利用/覆被類型i轉(zhuǎn)化為j的轉(zhuǎn)移概率。該矩陣 的每一項(xiàng)元素

18、需滿足以下兩個(gè)條件：n Pj1;(i, j 1,2,3,.n);0Pj1j 1假設(shè)己知土地利用/覆被系統(tǒng)中n=0時(shí)的，初始狀態(tài)A0 A0A20A0 ,經(jīng)過n次轉(zhuǎn)移后的狀態(tài)An AnA2n.Akn為:A0 ?pn式中：Pn 初始狀態(tài)土地利用/覆被概率矩陣經(jīng)過n步轉(zhuǎn)移后的 概率矩陣，經(jīng)過n步轉(zhuǎn)移后的系統(tǒng)狀態(tài)概率為 An An1P An2PP . A°Pn,所以Pn Pn。由此可見，系統(tǒng)在任 何時(shí)刻的狀態(tài)概率是由初始狀態(tài)概率和轉(zhuǎn)移概率確定的。2.3.1結(jié)果與分析將土地利用/覆被類型劃分為一系列相互轉(zhuǎn)化的狀態(tài)，各狀 態(tài)在系統(tǒng)中所占的份額即每種土地利用類型而積占全部土地利 用類型面積的百分比作

19、為各狀態(tài)的初始概率，從而構(gòu)成初始狀態(tài)矩陣A0。用ENVI軟件中的Class Statistics工具統(tǒng)計(jì)臨潼區(qū)2000年土地利用類型面積，計(jì)算得到各覆被類型面積百分比，形成初始狀 態(tài)矩陣，見表6:表6初始狀態(tài)矩陣土地利用類型A0建設(shè)用地16.41耕地62.68水體4.54林地16.37轉(zhuǎn)移概率矩陣的計(jì)算：利用己求出的某時(shí)間段內(nèi)的某地土地利 用/覆被類型而積的轉(zhuǎn)移矩陣，求出該時(shí)間段內(nèi)該地土地利用/覆被類 型的轉(zhuǎn)移概率，即某地類轉(zhuǎn)化后的各土地利用類型而積占轉(zhuǎn)化前該地 類的百分比。在ENVI中的ChangeDetection中可以計(jì)算得到轉(zhuǎn)移概 率矩陣如表7:表7 2000-2009年的轉(zhuǎn)移概率矩陣20002009建設(shè)用地耕地水體林地建設(shè)