基于中巴遥感影像的环白洋淀地区土地利用变化研究 毕业论文.doc

毕 业 设 计（论文）题 目：基于中巴遥感影像的环白洋淀地区土地利用变化研究院 系：资源与环境系专 业：地理科学班 级：2009级姓 名： 学 号：20090805029指导教师： 教师职称： 2011年5月30日基于中巴遥感影像的环白洋淀地区土地利用变化研究【摘要】：基于环白洋淀地区2007年、2008年和2009年三年的遥感影像数据，利用rs和gis手段作为技术支撑，运用遥感影像人机互译，遥感资料监督分类等方法，对不同时期环白洋淀地区土地利用的本底数据和动态变化数据进行分析，研究区域土地资源利用的动态变化模式，包括变化的数量、方式、强度、结构和趋势等方面；通过文字资料和社会经济统计资料等，研究区域土地利用动态变化，为当地土地利用未来的发展方向和制定相应决策提供科学依据。 【关键词】：遥感、土地利用、白洋淀isino-pakistani remote sensing image based on regional land-use change baiyangdian rings【abstract】baiyangdian area based on ring in 2007, 2008 and 2009, three years of remote sensing image data, using rs and gis technology support, using means as remote sensing images and remote sensing data man-machine translation supervise classify method, baiyangdian of different period of regional land-use ring this bottom data and dynamic data analysis, regional land resources use dynamic change mode, including the number of changes, way, strength, structure and trends etc.; through the text information and social economic statistical data, the study regional land use dynamic changes of land use, the future for local development direction and establish corresponding decision provides scientific basis. 【key words】remote sensing, land use , baiyangdianii目 录1.引言12.研究背景和意义：12.1国外研究现状：12.2国内研究现状13.研究区概况24.数据源及研究方法34.1数据源34.2数据处理34.2.1数据预处理34.2.2土地利用类型信息提取及后处理34.3研究方法54.3.1土地利用动态度54.3.2土地利用类型相对变化率54.3.3土地利用程度变化值65.土地利用类型的空间格局及变化分析75.1土地利用格局总体特征分析75.2土地利用变化的速度分析75.3 土地利用的区域差异分析85.4 土地利用程度分析106.结论1013 1.引言土地覆被附着在岩石圈表面，与人类生息繁衍密切相关，其类型和结构的变化主要是由人类各种土地利用活动造成的1。不同的土地利用方式通过作用于土地覆被，影响到自然地理环境的各个要素，通过改变原先的景观生态格局从而对生态安全的各方面产生影响。准确反映和刻画区域土地利用的时空规律，可以为调控区域土地资源和合理优化布局提供依据，进而可为区域土地利用规划和可持续利用服务。遥感技术可提供巨大而丰富的信息源，gis技术具有强大的数据处理、空间分析等功能；二者的结合有着传统方式无法比拟的优越性，具有周期短、效率高、费用低等特点，在土地动态变化监测中发挥着巨大的作用。这对全面地、客观地反映土地利用动态变化，正确认识当前土地利用中合理和不合理的利用方式，制定长期、可持续发展的土地管理和土地规划具有深远意义。土地利用动态遥感监测的实施，对于加强土地资源管理有着不可估量的作用。2.研究背景和意义2.1国外研究现状土地利用动态变化研究是随着全球气候变化研究的不断深入而发展起来的。20世纪80年代后期以来，随着遥感与gis技术在土地研究中的广泛应用，典型地区的土地利用动态变化2与监测蓬勃发展，并开始以此为基础的土地利用优化决策的定量分析。自从1995年igbp和ihdp联合建立土地利用/土地覆盖变化研究以来,以研究土地利用/土地覆盖变化为重点的人地关系研究逐渐兴起，如环境规划署的土地覆被评价与模拟、联合国粮农组织(lao)的土地利用分类、国际系统分析研究所(iiasa) 的土地利用变化研究项目、国际地理联合会(igu)的土地利用与土地覆被研究项目、联合国“千年生态系统评估”等。2.2国内研究现状中国目前经济发展和人口增长对国家资源环境的影响程度超过了历史上的任何时期。对国土资源进行动态监测是我国政府一贯重视的问题。我国国土资源面积大、类型多，遥感技术在国土资源动态监测上具有相当大的优势和潜在的市场。“八五”期间中国科学院和农业部“国家资源环境遥感宏观调查与动态研究”小组在19921995年的3年时间里完成了全国资源环境调查，建立了一个完整的资源环境数据库，较过去开展一项单项专题的全国资源环境调查需510年的时间是一个很大进步。在项目实施中全部采用了90年代接收的最新陆地卫星tm图像作为主要的信息源，同时也使用了我国近年内发射的多颗返回式资源调查卫星的高分辨率图像，在大兴安岭、秦岭、横断山脉一线以东选用125万比例尺，此线以西采用150万比例尺进行遥感图像判。国家科技部在“九五”期间设立了“国家级基本资源与环境遥感动态信息服务体系的建立”的科技攻关课题,在全国范围内建成了20 世纪90 年代中期110 万比例尺土地利用数据库,并于2000 年实现了全面更新。“十五”期间国家自然科学基金委员会把“全球变化的区域响应研究”列为重点研究的综合领域。“十一五”国土资源部也启动了中国土地利用动态变化监测研究计划。各有关研究所、大学也纷纷开展了这方面的研究。2.3研究意义白洋淀是中国海河平原上最大的湖泊湿地，对周边地区的小气候具有调节作用，湿地在蓄水、调节河川径流、补给地下水和维持区域水平衡中发挥着重要作用，是蓄水防洪的天然“海绵”，湿地还可以发挥减轻环境污染的功效，当工业和生活污水流经湿地时，湿地可以减慢污水流速，从而有利于毒物和杂质的沉淀和排除。此外，芦苇、水湖莲等湿地植物能有效吸收有毒物质。因此白洋淀对该地区的人们生活起着重要作用，也是中国海河平原上最大的湖泊。通过对河北省保定市环白洋淀土地利用动态变化的研究，结合地区的基本概况，分析一定时期内该地区土地利用在数量、方式、强度、结构、和趋势等方面存在的变化，研究土地利用的动态变化，分析出土地利用类型在一定时期内的转变趋势，从而为当地政府制定发展湿地保护区规划，合理并充分利用土地资源提供科学依据和重要借鉴。3.研究区概况白洋淀位于河北省中部，地处北纬38433902，东经1153811607。东界任丘、雄县，西邻安新，南连高阳，北接容城。总面积366平方公里（水面大沽高程10.5米），85%的水域在安新境内，几乎在安新县总面积的二分之一。淀区地势自西北向东南倾斜，自然坡度为17000，海拨（大沽）高程79米.属于东部季风区暖温带半干旱区，大陆性气候特点显著。四季分明，春旱多雨，夏湿多雨，秋高气爽，冬寒少雪。平均气温12.1c，日照2638.3小时，无霜期203天。平均降水量5522.7毫米。白洋淀是中国海河平原上最大的湖泊位于河北省中部旧称白羊淀，又称西淀。是在太行山前的永定河和滹沱河冲积扇交汇处的扇缘洼地上汇水形成。现有大小淀泊143 个，其中以白洋淀、烧车淀、羊角淀、池鱼淀、后塘淀等较大，总称白洋淀。从北、西、南三面接纳瀑河、唐河、漕河、潴龙河等河流。平均蓄水量13.2亿立方米。本文研究的环白洋淀地区包括保定市的容城、雄县、安新、高阳和沧州管辖的任丘市5个县（市），土地总面积3087平方公里。4.数据源及研究方法4.1数据源本研究所采用的主要数据为2007年、2008年、2009年的三期中巴卫星影像，跨度时间为三年。影像空间分辨率19.5m，设有5个波段，分别覆盖可见光及近红外区域。辅助资料有河北省1：25万地形图和全国的1：25万矢量边界图，google earth高分辨率影像图和统计年鉴等资料。参照全国土地利用分类方法，根据土地的利用方式属性，本研究将环白洋淀地区的土地利用分为建设用地、水域、林地、芦苇地、和耕地五个类型。4.2数据处理为了从遥感影像中获取环白洋淀地区的土地利用分类信息，需要对2007-2009年的遥感数据进行处理，数据处理主要在erdas遥感图像处理软件环境下进行。4.2.1数据预处理几何校正。遥感影像获取的过程中，由于受云层，大气的影响会产生几何变形正是几何变形的存在，图像上会出现各像元的位置于地图上坐标系中目标地物的坐标存在一定的差异，图像行列不均匀，地物现状不规则的现象，从而影响对图像的分析效果。因此在使用遥感图像信息之前必须先对原始的遥感图像进行几何校正，即定量的选取图像上的像元坐标与目标地物的地理坐标的对应关系。本研究利用erdas软件的gemometric correction多项式纠正方法进行纠正，选择12个以上的地面控制点，完成影像的几何校正。4.2.2土地利用类型信息提取及后处理7本研究采用监督分类的方法，分别从3年的遥感影像中提取土地利用类型信息。监督分类(supervised classification)又称训练区分类，它属于一种遥感统计分类的方法，是利用对地面样区的实况调查资料，从已知训练样区得出实际地物的统计资料，然后再用这种统计资料作为图像分类的判别依据，并依一定的判别准则对所有图像象元进行判别处理，使得具有相似特征并满足一定识别规则的象元归并为一类。本研究利用erdas软件采用最大似然法进行监督分类，并参照googleearth高分辨率影像，通过资料收集、目视解译等方法将研究区土地利用类型分为建设用地、林地、水域、耕地和芦苇地等类别。由于分类严格按照数学规则进行，分类后往往会产生一些只有几个像元甚至一两个像元的小图斑。这对后期的分析解译和制图，都是不利的，可以通过下面的方法对分类后的图像进行处理然后归类聚类统计。利用erdas中的gis分析命令clump对每个分类图斑的面积、记录相邻区域中的最大图斑面积分类值等操作。去除分析。利用erdas中的gis分析命令eliminate对clump聚类图中最小的clump类组删除将最大的合并起来。经过以上步骤处理得到图1图2和图3的三年来环白洋淀地区土地利用图。建设用地林地水域耕地芦苇地图例 图1 2007年环白洋淀地区土地利用图图例建设用地林地水域耕地芦苇地图2 2008年环白洋淀地区土地利用图建设用地林地水域耕地芦苇地图例图3 2009年环白洋淀地区土地利用图4.3研究方法4.3.1土地利用动态度土地利用动态度可定量描述区域土地利用变化的速度，它对比较土地利用变化的区域差异和预测未来土地利用变化的趋势都具有积极的作用12。单一土地利用类型动态度表示单位时间内某一土地利用类型面积的变化程度，其表达式为：式中，k为土地利用类型动态指数；ua，ub分别为研究期初及研究期末某一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，k的值就是该研究区某种土地利用类型年动态数)。4.3.2土地利用类型相对变化率单一土地利用类型相对变化率是反映土地利用数量变化的区域差异与特定类型变化的热点区域的一个指标14，可表示为：式中，ka、kb分别为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分别代表全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。土地利用相对变化率大于1的区域类型，其土地利用变化幅度大于全区该类土地的变化，反之则小于全区该类。4.3.3土地利用程度变化值土地利用程度主要反映土地利用的广度和深度，一定区域内的土地利用程度的变化是多种土地利用类型变化的结果。根据刘纪远等(2000)提出的土地利用程度的综合分析方法，并参考各种资料中土地利用分级指数设定方法，将土地利用程度按照土地自然综合体在社会因素影响下的自然平衡状态分为若干级，并赋予分级指数，从而给出了土地利用程度综合指数及土地利用程度变化的定量化表达式18。表1 土地利用类型及分级指数土地分级土地利用类型分级指数林、草、水用地级林地、芦苇地、水域2农业用地级耕地3城镇聚落用地级建设用地4其中,土地利用程度综合指数为：式中,为某研究区域土地利用程度综合指数为某研究区域土地利用程度综合指数;a2为研究区域第2级土地利用程度分级指数; c2为研究区域内第2级土地利用类型面积百分比。得到土地利用程度变化量模型16：式中：lb和la分别为b时间和a时间的区域土地利用程度综合指数，第i级的土地利用程度分级指数和分别为某区域b时间和a时间第i级土地利用程度面积百分比。如lub-a0，则该区域土地利用处于发展时期，否则处于调整期或衰退期。5.土地利用类型的空间格局及变化分析5.1土地利用变化总体特征分析对土地利用变化的数量、结构等方面的总量分析，有利于从总体上把握土地利用时空结构演变的趋势与特点。通过对环白洋淀地区三个时期土地利用土地类型图进行统计分析，得出2007-2009年环白洋淀地区土地利用变化面积表。表2 2007-2009年环白洋淀地区土地利用类型表(单位：km)土地利用类型建设用地林地水域耕地芦苇地2007年901.356.6246.21872.211.62008年918.758220.81866.623.82009年933.263.2202.51861.727.307-08年间土地利用变化17.41.4-25.4-5.612.208-09年间土地利用变化14.55.2-18.3-4.93.5由表2可见，3年来环白洋淀地区土地利用现状变化呈现如下特征：2007年-2008年，五个地类中变化较大的是水域和建设用地，尤其是水域面积减少了25.4km，变化较小的是林地和耕地，其中最小的是林地增加了1.4km。2008年-2009年，五个地类中变化较大的还是水域和建设用地，尤其是建设用地面积增加了14.5km，变化较小的是林地和芦苇地，其中最小的是芦苇地面积增加3.5km总体上来说2007年-2009年，耕地面积减少了10.5km，水域面积减少了43.7km，建设用地增加了31.9km，芦苇地面积增加了15.7km，林地面积增加了6.6km。5.2土地利用变化的速度分析可以用土地利用动态度定量描述区域土地利用变化的速度。根据土地利用动态公式分别计算白洋淀2007-2008年和2008-2009年两个时期的土地利用类型的动态度。表3 环白洋淀地区土地利用动态度土地利用类型建设用地林地水域耕地芦苇地07-08年间土地变化动态度0.1910.253-1.031-0.03010.52008-09年间土地变化动态度0.1630.902-0.833-0.0291.280由表3可以看出：第一个阶段年变化率最大的是芦苇地达到10.520，年变化最小的是耕地是-0.030，第二个阶段与其前一个阶段相比除林地外其他都小于第一阶段年变化率，总体上来看环白洋淀地区的土地利用变化是较快的。5.3 土地利用的区域差异分析土地利用变化存在着显著的区域差异19，我们可以利用土地利用类型的相对变化率来反映土地利用类型变化的区域差异。根据土地利用类型相对变化率公式计算环白洋淀地区5个县市2007-2008年和2008-2009年两个阶段各类土地利用相对变化率。结果表明，土地利用数量变化存在明显的区域差异。表4 2007-2009年环白洋淀地区分区各类土地利用相对变化率地区阶段建设用地林地水域耕地芦苇地任丘市2.411.251.731.510.880.82.142.040.310.56安新县1.480.220.241.121.931.471.330.682.222.3容城1.4321.251.311.362.690.324.216.340.96雄县2.310.541.010.996.662.571.670.462.711.33高阳县0.684.320.851.990.332.51.851.0330.92（注：阶段为2007-2008年，阶段为2008-2009年）图4 07-08年环白洋淀地区各县市土地利用相对变化率图5 08-09年环白洋淀地区各县市土地利用相对变化率从图4中可以得出，2007-2008年建设用地中只有高阳县的土地利用变化率小于全区域，其他县市的区域变化均大于整个区域的变化。其中任丘市变化最大，相对变化率达到2.41。林地中任丘市、容城和高阳县变化均大于全区域，其中高阳县达到4.32，而新安县和雄县的林地变化率都小于1，表明新安县和雄县的林地变化小于全区域。水域中任丘市、容城和雄县变化大于全区域的变化，而新安县和高阳县则小于全区域的变化率。耕地中除雄县变化率小于全区域的变化率外，其他县市变化均大于全区域的变化。芦苇地中雄县与容城的变化也超过了全区域的变化，其中雄县的相对变化率最大，达到了6.66，而高阳县最小，仅为033。从图5中可以得出，2008-2009年建设用地中除任丘市外，其他县市的区域变化均大于整个区域，其中容城变化最大，相对变化率达到了2.59。水域中任丘市、容城和高阳县的相对变化率大于全区域的变化，其中最大的是容城相对变化率为4.21。林地中除容城的相对变化率0.32小于全区域的变化外，其他县市的变化均大于全区域的变化率，最大的为任丘市，相对变化率达到2.14。耕地中除任丘市的变化小于整个区域的变化外，其他县市变化率均高于整个区域。其中容城达到了6.34。芦苇地中任丘市、容城和高阳县的变化小于整个区域的变化，其他县市变化均比整个区域大。5.4 土地利用程度分析土地作为一种资源，人们不仅会关注其面积变化状况，还会关注其利用程度的变化。土地利用程度主要反映土地利用的广度和深度，它不仅反映了土地利用中土地本身的自然属性，同时也反映了人类因素与自然环境因素的综合效应22。根据土地利用程度变化值公式计算得出。表5 环白洋淀地区土地利用综合变化表土地利用综合指数07-08年土地利用程度变化量08-09年土地利用程度变化量07-09年土地利用程度变化量2007年2008年2009年319.01319.95320.760.940.811.75根据环白洋淀地区2007年、2008年和2009年的土地利用程度，计算得出环白洋淀地区3个时期的土地利用程度分别为319.08、319.95和320.76，其中2007-2008年间土地利用程度提高了0.94，2008-2009年间土地利用程度提高了0.81。从总体上看，2007-2009年间土地利用程度提高了1.75，说明该地区土地利用处于的发展期。6结论本研究在rs和gis技术支持下，对环白洋淀地区的土地利用变化情况进行动态研究，分析2007-2009年间该地区的土地利用的变化特征，得出以下结论：通过对环白洋淀地区土地利用动态分析发现，从2007-2009年之间，环白洋淀地区的土地利用变化主要表现在，建设用地、林地、芦苇地有所增加，其中林地与芦苇地的增加速度较快，但建设用的数量变化较大，而水域面积大量减少。从环白洋淀地区各县市土地利用相对变化率分析上发现，地类面积增加速度较快的林地、芦苇地主要分布任丘、高阳以及雄县和安新；而建设用地面积增加数量较大的区域主要集中在雄县和容城。水域面积大量减少的区域以容城和任丘较为集中。从土地利用综合指数上看，环白洋淀地区的土地综合利用率在逐年增长。由2007年的319.01增长到2009年的320.76，表明该地区土地利用处于发展阶段。参考文献1邱道持.土地资源学。重庆：西南师范大学出版社，2005.1102朱会义，李秀彬，何书金，等. 环渤海地区土地利用的时空分析。j地理学报2001.3张新长.土地利用动态变化的空间测算模型研究j。地理信息世界，2004，2（6）14204王军，罗明，龙花楼. 土地整理生态评价的方法与案例5自然资源学报，2003，18(3)：363-3676朱红波，郭宏俊. 基于gis的土地整理基础信息数据库建立j地理与地理信息科学，2003，19(1)：25-267党安荣，王晓栋，陈晓峰，张建宝.erdas imagine遥感图像处理方法m.北京：清华大学出版社，2003：186-230.8江晓波，孙燕，周万村，李爱农. 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