1基于RS和GIS的青岛市近十年来土地利用动态变化的研究与分析

基于RS和GIS的近十年来青岛市土地利用动态变化研究与分析指导老师：战丽丽答辩人：王亚非目录1研究意义与现状2

研究思路与方法3主要内容和关键步骤4结果分析5结论与展望目录1研究意义与现状2

研究思路与方法3主要内容和关键步骤4结果分析5结论与展望1研究意义与现状土地利用/覆被变化（LandUseandLandCoverChange，以下简称“LUCC”）是全球环境研究的热点和前沿问题，是可持续发展的核心问题，关系到人类的生存和发展。近年来，青岛市经济迅速发展，农田大量流失，人地矛盾愈加尖锐，生态环境不断恶化，这些都制约了青岛市经济的协调发展。因此，研究青岛市的土地利用/覆被变化（LUCC），不仅可为该区域的土地资源管理和利用提供决策依据，同时对保护和改善本区域的生态环境具有现实的指导意义。1.1课题研究意义

1研究意义与现状1.2国际研究现状国际上对土地利用/覆被的研究可以追溯到20世纪初，这主要依赖于遥感技术和航空、航天技术的发展。90年代以前，主要集中在对土地覆被类型与土地利用方式的分类、描述和制图方面的研究。进入90年代以来，土地利用/覆被变化的研究计划和项目层出不穷，屡见不鲜。1995年IGBP和IHDP将《土地利用与土地覆被变化科学研究计划》列为全球环境变化研究的核心项目之后，1996年10月11日土地利用与土地覆被变化国际项目办公室的成立，标志着这一领域的研究正式走向国际合作化。

1研究意义与现状1.3国内研究现状我国土地利用/覆被遥感研究开始于20世纪70年代，彼时主要集中于土地利用/覆被分类、分区、开发利用及管理等方面工作，人们通过这种方法对于土地资源、土地利用/覆被变化有了初步的认识。进入80年代后，我国在土地资源开发、利用、管理方面和资源环境数据库建设方面取得了很大的进步。90年代以来，结合IGBP和IHDP提出的LUCC计划，我国重点研究了土地利用变化对陆地生态的影响和人类活动对土地利用状况的影响，在利用遥感影像对土地利用与土地覆被变化的监测分析等方面取得了不少成果。

目录1研究意义与现状2

研究思路与方法

3主要内容和关键步骤4结果分析5结论与展望2研究思路与方法2.1课题研究思路右图为本次毕业设计技术路线图，可将流程具体概括为以下四个方面：1.多源数据的获取；2.多时相遥感影像的预处理工作；3.对遥感影像进行分类，建立土地利用动态变化时空数据库；4.土地利用动态变化分析。2研究思路与方法方法一方法二2.2课题研究方法（1）采用遥感数据地物信息提取处理与GIS空间分析处理技术相结合的方法，在分类的基础上，利用GIS的空间分析功能，对不同时期的土地利用属性表进行关联，然后对两幅不同时期的分类结果进行分区统计，即可获得土地利用动态变化的数据。（2）采用数学统计分析与定量分析相结合的方法，通过建立各种数学模型对得到的变化结果进行分析，以得出最终结论。目录1研究意义与现状2

研究思路与方法3主要内容和关键步骤4结果分析5结论与展望3主要内容和关键步骤数据获取STEP1STEP2STEP3STEP4主要内容遥感影像预处理信息提取与分类数学建模分析3主要内容和关键步骤①遥感数据获取：选取2008年、2013年和2017年陆地资源卫星LandsatETM+/OLI遥感影像数据作为主要信息源，数据均来源于中国科学院计算机网络信息中心地理空间数据云平台(http：//)；辅助数据为青岛市行政边界图及各区县边界矢量图、青岛市土地利用现状图、GoogleEarth卫星影像等；软件平台为ENVI5.1和ArcGIS10.1。②非遥感数据获取：收集青岛市2008-2017年的统计年鉴，了解、熟悉该研究区社会、经济等发展动态；收集《青岛市农业志》、《青岛市土地利用总体规划》和相关资料，了解和掌握青岛市自然资源状况等，为能够更好地理解土地利用变化原因做准备。※说明：L1T数据产品经过系统辐射校正和地面控制点几何校正，并且通过DEM进行了地形校正。此产品的大地测量校正依赖于精确的地面控制点和高精度的DEM数据，因此用户仅需进行辐射定标和大气校正。3.1数据获取3主要内容和关键步骤3.2遥感影像预处理①辐射校正分为辐射定标和大气校正，一般选取ENVI5.1软件中的快速大气校正模型（FLAASH）进行校正,相关参数可从NASA官网进行查询。②几何纠正以青岛市1:5万地形图（DRG）为基准，选取适当控制点（GCP），对遥感图像进行几何精校正。然后以2008年校准后图像作为基准图，分别对研究区其他时相遥感数据进行校准。③影像镶嵌与裁剪在进行图像的镶嵌时，选择其中一幅作为基准影像，利用直方图均衡、色彩平滑等使得接边尽量一致。然后利用青岛市行政区划边界对遥感影像进行掩膜裁剪，输出青岛市遥感影像图。④去条带处理需要注意的是，由于2003年5月31日，Landsat7ETM+机载扫描行校正器(SLC)故障，导致此后获取的图像出现了数据条带丢失，因此在对2008年数据进行辐射校正后，还需运用ENVI5.1相应去条带插件，使用插值方法修补缺失的条带部分。3主要内容和关键步骤3.3信息提取与分类①数据融合。多波段数据之间往往存在较大的相关性，这种数据的冗余在多波段数据融合中必须予以考虑。通过对研究区各波段的信息特征进行统计分析和相关性分析，计算了IOF指数，结果表明，最佳波段组合为Band2、Band5和Band6，对此三个波段进行合成作为分类的基础数据。再将真彩色影像与全色波段进行数据融合，通过这一手段，达到使低分辨率的影像具有高空间分辨率的同时仍保留其丰富的多光谱信息的目的，辅助目视解译。②监督分类。判断地物类别和特征，选择合理的训练样本，对各样本类别进行可分离性分析，最终确定划分为耕地、林地、水域、居住建设用地和未利用土地五类。采用平行六面体、最小距离、支持向量机和最大似然法等不同分类器进行监督分类，比较分类结果，选择最佳分类器。③分类后处理。分类结果中不可避免地会产生一些面积较小的图斑，有必要对这些小图斑进行剔除或重新分类，目前常用的方法有Majority/Minority分析、聚类处理（Clump）和过滤处理（Sieve）。在必要时还需对照更高分辨率卫星影像，对分类后影像中出现的明显局部错分、漏分的像元，以手动的方式进行修改，以使得分类结果更接近真实情况，进一步提高分类精度。④精度评价。采用混淆矩阵的方式对不同方法分类结果进行精度评价和对比，最终确定以最大似然方法执行此次监督分类。3主要内容和关键步骤

3.4数学建模分析

在此主要涉及两个数学模型的建立：①土地利用类型转移矩阵用此矩阵来对系统状态与状态转移做定量描述，土地利用类型转移矩阵可理解为不同时间段，同一区域内土地利用类型的相互转换关系，一般用二维表来表达。除了可以直观的显示出某一类别的土地面积占研究区域总面积的百分比之外，还可以得到该类别土地分别转化成了哪些其他土地类型或现在某类型的土地分别是由过去的哪些类别转化而来的等信息，并且可以生成变化统计栅格图。3主要内容和关键步骤

3.4数学建模分析②土地利用动态度模型1）单一土地利用动态度，反映研究区内一定时间范围内某种土地利用类型的数量变化情况，其表达式为：2）土地利用开发度，表达单位时间内某类型土地利用实际新开发的程度，由于此概念不适用于未利用土地，故对这种类型土地不进行此项计算。表达式：3）土地利用耗减度，表达单位时间内某类型土地利用被实际消耗的程度。表达式：目录1研究意义与现状2研究思路与方法3主要内容和关键步骤4结果分析5结论与展望4结果分析比较青岛市2008年、2013年和2017年的土地利用变化动态，分3方面进行。第一，比较两个时期土地利用类型总面积变化及空间分布变化；第二，比较两个时期不同土地利用类型转换的变化；第三，土地利用动态度分析。①土地利用类型数量及空间分布变化土地利用数量的变化指的是各种土地利用类型面积的变化，它具有一定的累积性和规律性，所以对其分析不仅可以了解一个区域的土地利用的变化情况，还可以预测该区域土地利用类型未来的变化趋势。根据土地利用遥感分类结果，分别建立2008年、2013年和2017年青岛市土地利用数据库，并进行统计，可得到各年份不同土地利用类型的面积如表所示：4结果分析土地利用空间分布变化。利用GIS空间分析功能对青岛市2008年、2013年和2017年3期数据进行空间分析，得到2008-2017年青岛市土地利用类型变化空间分布图如下：分析：青岛市土地利用变化在空间上突出表现为：变化范围广，变化幅度大，变化几乎覆盖全市各处。其中以2013-2017年变化最为显著，居住建设用地大幅度增加，城镇化步伐明显加快。十年来，城市周边的耕地、林地等主要土地类型被居住建设用地大面积占用，转化为城市建设用地，即城乡结合部成为扰动最剧烈的区域。4结果分析②土地利用类型转换变化分析本次研究采用如下方法得到土地利用类型动态变化转换矩阵：利用ArcGIS的TabulateArea命令得到青岛市2008年与2013年、2013年与2017年土地利用类型转化表，从中可以反映出各土地类型间转化情况，分析出各土地类型动态变化趋势，结果见如下表格：分析：从两期的土地利用类型转移矩阵可以看出，2008-2017年间耕地主要转变为居住建设用地、未利用土地；林地主要转变为耕地、居住建设用地和未利用土地；未利用土地主要转变为林地、居住建设用地和耕地；水域主要转换为居住建设用地和耕地；居住建设用地是增量最明显的，各类别土地都有不同程度的转化，但主要是以耕地为主，林地次之。4结果分析③土地利用动态度分析利用土地利用动态度模型来定量反映区域土地利用变化的速度，对比较不同时段土地利用变化差异和预测未来土地利用变化的趋势具有积极的意义。如下表所示，为2008-2013年和2013-2018年青岛市土地利用动态度分析的各单项指标，通过这些指标可反映出近十年来青岛市的土地利用动态度情况：分析：单一土地利用动态度显示，居住建设用地增长速度最快，保持年均20%左右的高增长速率；土地利用开发度显示，居住建设用地和水域在2008-2013年间的开发度大于其在2013-2017年的开发度，而其他土地利用类型的开发度在这两个时段内均依次增大；土地利用耗减度显示，在前后两个时间段内，除了林地和未利用土地外，其它土地利用类型的耗减度均逐渐增大。目录1研究意义与现状2研究思路与方法3主要内容和关键步骤4结果分析5结论与展望5结论与展望5.1研究结论本文利用2008年Landsat-7ETM+卫星影像和2013、2017年Landsat-8OLI卫星影像以及青岛市社会经济统计数据等，从多个方面开展了青岛市土地利用/覆被变化（LUCC）的研究。应用软件平台ENVI5.1和ArcGIS10.1，采用最大似然法对图像分别进行监督分类，最终形成3期土地利用现状图和相应的土地利用现状属性数据库，获得土地利用动态变化信息。随后采用土地利用动态变化模型和土地利用类型转移矩阵从数量变化、空间分布变化以及各类型间相互转化情况等方面分析了青岛市2008-2017年土地利用/覆被变化（LUCC）情况。结果表明，十年间青岛市土地利用变化显著。主要表现为：耕地、水域面积持续减少，居住建设用地大幅增加，林地面积先减少后增加，未利用土地则呈现先增加后减少的态势；一系列变化表明青岛市土地利用程度和集约度逐年提高，青岛市正处于土地利用发展时期，土地利用变化类型转换关系较为复杂，但主要是向居住建设用地转化，城市化进程不断加快。5结论与展望5.1未来展望由于时间、资料、个人水平及精力有限，本次研究存在不足之处，希望在以后的研究中，可以从以下几个方面拓展：（1）采用