遥感组一等奖结果分析

1、目录一、 研究背景3二、 研究区概况及数据来源3研究区概况3数据来源4三、 分类依据与分类方法4分类依据4研究方法4四、 结果与分析6分类结果验证6精度评价6土地利用类型面积变化8湿地景观变化特征8景观多样性变化分析9斑块组成结构.3市异质性指数特征值变化10市湿地景观各指数特征值10单一湿地类型动态度双向模型11湿地变化动力机制分析12自然驱动力分析13人为驱动力分析134.5 土地利用景观格局动态变化. 14初始状态矩阵的确定14转移概率矩阵的确定15土地利用类型转化分析164.5.4 城市发展分析17五、 总结18参考文献192一、 研究背景湿地是水陆作用形成的特殊自然

2、综合体，包括天然或人工、长久或暂时性的沼、泥炭地或水深不超过 6m 的水域地带。湿地是自然界重要的自然资源态系统，在调节气候、涵养水源、分散洪水、净化环境、保护生物多样性等方面起着重要的作用1。近年来，随着市的社会经济发展，对湿地的不合理利用导致湿地面积态功能下降，给生态环境带来许多效应，如何促进湿地资源保护和利用成为本区可持续发展的重任。在遥感（RS）和地理信息系统（GIS）的支持下，对市 2000 年、2005年和 2011 年三个时段的TM影像进行了遥感解译，应用景观生态学的方法对不同景观类型的斑块和面积进行了分析，计算了湿地景观的景观多样性指数、香农均匀度指数、破碎度指数、斑块密度、形

3、状指数、斑块个数、面积变异指数，以及分析了单一湿地类型动态变化及其驱动力，并利用过程模型建立研究区土地利用类型转移概率矩阵，未来 11 年的土地利用变化趋势，为该区城市规划和建设，土地管理和环境保护提供参考，以促进区域土地资源的可持续利用。二、 研究区概况及数据来源2.1 研究区概况“两湖熟，天下足”自古以来的土地资源利用状况在有着特别重要的地位。省坐落于长江中游， 我国内陆腹地， 总面积约 18.59千米，气候温暖而湿润，属于北带和中带，年均气温 1517，年均降水 7501600 优越的水热条件能满足大部分地区一年二需要，地形上处于我国地势第二级阶梯与第三级阶梯的交替地带，地貌结构上，山地

4、占 52%、丘陵占 13%、台地和平原分别只占 14%和 21%。省素有“千湖之省”之称，平原湖区是本区的一大景观， 平原湖区由长江及其支流、湖泊冲积而成，我国著名的江汉湖群即分布于此，平均海拔 30m3左右。该区域气候温暖湿润，地势平坦低洼，河湖众多，土壤肥沃，是我国重要的商品农业和渔业，由于气候变化、泥沙淤积、河道变迁、增长、围湖造田和经济发展及各类建设用地大量增加，平原湖区的土地利用发生了大的变化，因此，对其进行了研究。2.2 数据来源采用地理空间数据云（http/）市 2000 年、2005 年和 2011 年成像较好的 landsat5 TM 遥感影像，并对每个年份的三幅遥感影像进行

5、镶嵌、裁剪，最后得到市的遥感影像数据。三、 分类依据与分类方法3.1 分类依据以湿地公约分类标准为基础，结合市湿地资源自身特点和本研究需要以及遥感影像的分辨率等将市湿地资源分为 3 个类型，包括河流湿地、湖泊湿地、库塘湿地。河流湿地包括河流及其支流、河流滩涂和冲积区等；湖泊湿地包括境内大小湖泊及其紧密相关的沼泽和沼泽化草甸湿地；库塘湿要包括人工修筑的水库、塘堰及其附属湿地资源等。3.2 研究方法首先，根据市的土地利用情况对其土地类型进行分类，根据分类标准，对市的湿地景观进行研究分析 。（1）景观类型的面积：根据小区合并后的面积统计结果，可以得到各类别的面积。（2）斑块个数：表征景观类别的斑块个

6、数多少的量化指标。将分类后影像数据的属性表导出，就可以获得各个类别的斑块数目以及斑块的总数目。（3）景观多样性指数（SHDI）：多样性指数是指景观元素或生态系统在结构、功能以及随时间变化方面的多样性，它反映了绿地景观类型的丰富度和复杂度。4计算公式：式中，SHDI 表示景观多样性指数，Pi 是景观类型 i 所占面积的比例，m 为景观类型数目。（4）均匀度指数（SHEL）：景观内不同景观类型的分配均匀程度。计算公式：式中，pi 为斑块类型 i 所占景观面积的比例，m 是斑块类型。（5）破碎度指数（Ci）：破碎度表征景观被分割的破碎程度，反映景观空间结构的复杂性，在一定程度上反映了人类对景观的干扰

7、程度。它是由于自然或人为干扰所导致的景观单一、均质和连续的整体趋向于复杂、异质和不连续的斑块镶嵌体的过程。计算公式：Ci = Ni / Ai2式中，Ci 为景观i 的破碎度，Ni 为景观 i 的斑块数，Ai 为景观i 的总面积 。（6）斑块密度（PD）：反映土地利用景观斑块空间分布的均匀度程度。计算公式：PDi = Ni / A 10000 100式中，PDi 为景观类型i 的斑块密度，Ni 为景观类型 i 的斑块数，A 为研究区总面积，10000100 即转换为每 100 公顷内的斑块数3。（7）形状指数（LSI）：计算公式：LSI=0.25E/A式中，E 为景观类型中所有斑块边界的总长度，

8、A 为景观总面积。当景观中只要一个正方形斑块时，其值为 1；当景观中斑块形状偏离正方形时，其值越大，景观越不稳定。（8）面积变异指数（PSCV）：计算公式：5式中，PSSD 和 MPS 分别为斑块面积的标准差、斑块平均面积（其中在求标准差的过程中属性数据导入到 SPSS中，将数据分离出来，然后对三期数据中的每一个样本求标准差）。（9）单一湿地类型动态度双向模型为全面地反映湿地类型间的数量变化和动态转换提高湿地动态变化分析的精确性，建立单一湿地类型动态度双向模型。计算公式：式中， Ki 为某一时段第 i 类湿地类型动态变化的双向指数，Uij 为在该时段内第 i 类湿地类型变为其他类型湿地的面积总

9、和，Uji 为其它湿地类型变更为第i 类湿地的面积总和，Ui 为研究初期第 i 类湿地类型的面积，T 为研究时间的长度3。（10）法：一种事件发生概率的方法。它基于链，根据事件的目前状况其将来各个时刻变动状况的一种方法。首先，要先确定土地利用类型之间相互转化的初始转移概率矩阵P。n 为研究区土地利用类型的数目。四、 结果与分析4.1 分类结果验证4.1.1 精度评价分类结果精度评价是进行土地利用遥感监测中重要的一步，也是检验分类结果是否的依据。6本文采用MapGIS10 中的分类精度评价工具，对 2000 年、2005 年、2011 年分类后的三期影像进行误差矩阵（表 1、表 2、表 3）、各

10、类精度、总精度和 Kappa检测（表 4）。经过检测得到 2000 年、2005 年和 2011 年的土地利用类型分类总精度（表 4），分别为 0.82、0.78、0.88，Kappa 系数分别为 0.82、0.78、0.88。均高于最低允许判别精度 0.7 的要求。7表 3 2011 年误差矩阵已分参考河流库塘湖泊耕地林地城乡、工矿、居民用地草地总计未分类00000000河流10158568895002019111库塘4011109811807401023311湖泊16712351466990000148101表 2 2005 年误差矩阵已分参考湖泊河流库塘耕地林地草地城乡、工矿、居民用地总

11、计未分类00000000湖泊143912947148436河流6290209801620013027445库塘5967319572207221184083925耕地34337543783597491210345288905林地138187158856967114330076496草地39235109110755849157427019151城乡、工矿、居民用地11967354233346512总计211591266432584910500573535214546102490870表 1 2000 年误差矩阵已分参考河流湖泊库塘耕地林地草地城乡、工矿、居民用地总计未分类00000000河流329

12、3510734508湖泊11156147009189015120299160381库塘4006139115060637733耕地382346524914741912271764424157783林地968310501011679093141122421草地4551988707562876351854131563241城乡、工矿、居民用地3082722133440总计22504711901421901403327239484.1.2 土地利用类型面积变化根据 2000 年、2005 年和 2011 年三期遥感影像，进行解译分类和统计得到了2000 年到 2011 年的各类别景观对比图（图 1）.

13、由图一可以看出：市的土地利用类型以耕地为主，河流、湖泊、库塘湿地景观的面积由于自然、人为的影响在不断减少 ，林地、草地的面积也在减少，由于城镇的发展，城乡、工矿、居民用地不断增加。4.1.3 湿地景观变化特征市湿地面积在过去的 11 年中显著减少，总面积从 2000 年的 1552.20 km28表 4 制图精度年份类型河流库塘湖泊耕地林地城乡、工矿、居民用地草地总体精度Kappa 系数20000.630.830.890.660.980.950.850.820.8220050.790.850.680.80.910.920.730.780.7820110.930.880.870.830.890.

14、940.910.880.88耕地82061219174林地19512195112157123城乡、工矿、居民用地2889294110099011682草地60475090543382007总计108651263316711215711361810783373237554下降到 1032.36 km2；湿地面积比例从 2000 年 18.20%下降到 2011 年 12.11%。图2 为 2000 年到 2011 年各湿地景观的面积变化对比图。可以看出，库塘的面积大幅度减小，说明人类的活动对其有很大的影响，围湖造田、不合理利用是湖泊河流的面积也在不断减小，使省的湿地景观遭到破坏，影响了湿地内的生

15、态系统，降低湿地在自然环境中的重要作用。4.2 景观多样性变化分析4.2.1 斑块组成结构由表 5 可知，2000 年、2005 年和 2011 年市的斑块总个数分别为 53165、33776、26938，由此可知 2000 年到 2011 年市的斑块总数在不断的减少，说明市的土地利用更加集中，各个景观类型更加稳定。9表 5 各景观斑块个数年份土地利用类型河流湖泊库塘耕地林地草地城乡、工矿、居民用地斑块总个数2000 年494152373001186651211590410656531652005 年6122189387452575132102676444337762011 年25397521

16、323536536765828085269384.2.2市异质性指数特征值变化由图 2 知 2000 年到 2011 年市整体景观的均匀度指数、景观多样性指数、景观破碎度指数、形状指数在逐渐减小，均匀度指数减小说明市景观类型的分布更加杂乱；景观多样性指数减小说明市各景观类型所占比例差异增大；景观破碎度指数减小说明 2000 年到 2011 年市的土地利用更加集中，城镇化水平在不断提高，经济的发展并没有使地区的破碎化加大；市的景观形状指数不断减小，越来越偏离正方形，说明地区的景观越来越不稳定，这与人类的活动具有密不可分的联系。4.2.3市湿地景观各指数特征值由表 6 可以看出 2000 年到 2

17、011 年湿地景观河流、湖泊的斑块密度指数变化不明显，库塘的斑块密度指数明显减小，说明库塘受人类影响较大；景观形状指数反映一个地区景观的形状，指数越大，越偏离正方形，形状就更加复杂，这说明市湿地景观区各类生态景观都相互交杂在一起，区内的生态格局十分复杂，尤其是库塘由于人类活动的影响，更加复杂；由市三期影像的分类结果可以看出，河流面积减小，并且，由表 6 知面积变异指数在 2005 到 2011 年增长10十分快，说明河流变化较大，受影响严重4。4.3 单一湿地类型动态度双向模型根据单一湿地类型动态度双向模型计算公式：由 20002011 年研究区景观类型面积变化转移矩阵（表 7）计算出转出面积

18、（在 2000 至 2011第 i 类湿地类型变为其他类型湿地的面积总和）、转入面积（2000 至 2011其它湿地类型变更为第 i 类湿地类型的面积总和）与研究初期第 i 类湿地类型的面积。从而得到单一湿地类型双向动态变化率7（表8、图 4）。11表 7 变化转移矩阵（：像素）变化前变化后河流库塘湖泊耕地林地城乡、工矿、居民用地草地合计河流1265017413853181967406256345湖泊241626024540032178365819439662库塘737813629812323728618248841838747耕地1093207451220228834222058204142

19、231323713669876林地196120811930541299309209566232849881206326草地82425953247089110690792039289942169155城乡、工矿、居民用地122064823497260198281094197湿地219165208745536208381960578882183631003041722633合计231138313309602252541084868382415179217066469465938由表 7、表 8市景观类型面积变化总量为 43570.24 km2 ，其中耕地和城乡、工矿、居民用地的双向变化率达 20%

20、以上，分别为 22.50%、21.71%，而湿地景观类型的双向变化率相对较小，主要在 15%左右变化，表明在 2000 2011，随着增镇化和工业建设，对建设性用地、耕地的需求量迅速增加，社会经济发展与湿地保护突出。4.4 湿地变化动力机制分析自然环境的变化、社会经济的发展及建设用地的增加是造成市湿地变化的重要。12表 8 2000 2011 年单一湿地类型动态变化双向指数类型2000 年面积/km22011 年面积/km2动态变化双向指数河流231.2649208.035017.27%湖泊565.4970542.279717.81%库塘755.4366282.043312.49%耕地3304

21、.39234875.681022.50%林地1087.6554615.802014.24%草地1596.9906636.395412.71%城乡、工矿、居民用地985.06621366.866021.71%4.4.1 自然驱动力分析河流、湖泊存在着幼年期-成年期-老年期的自身演化规律，在长期的自然地理过程中会逐渐趋向萎缩。长江横穿市腹地，且属带季风气候，干湿季分明，河流、湖泊等湿地与长江水位变化有密切联系，在干季或少水季节时，长江水流量较少，河流、湖泊湿地面积变化显著，各湿地类型之间也相互衍生。近年来气候出现暖干化现象，研究区年均降水量呈下降趋势，气候变暖直接导致各类型天然湿地水补给量减小，河

22、床变浅，湿地面积趋于缩减5。4.4.2 人为驱动力分析增长和城镇化的影响巨大，随着增长，湿地生态系统与人类社会经济环境的作用日趋紧密，也日益突出。在庞大的压力和有限的土地资源背景下，随着增长和城镇化的快速发展，围湖造田、围湖养殖以及居住建设用地的需求迅速增加，在工业建设产中，占用湿地湖泊填问题严重，对湿地的数量和质量造成了较大的影响。不合理的利用导致对湿地的过度占用，面积逐渐萎缩，湿地生态功能（图 5、图 6）。图 5市湿地变化图13图 6市建成区变化图4.5 土地利用景观格局动态变化在转移概率矩阵不发生改变的条件下，利用过程通过对市不同土地利用类型的初始状态概率矩阵以及各土地利用类型之间的转

23、移概率矩阵来确定其各土地利用类型状态演变趋势，从而对未来趋势。4.5.1 初始状态矩阵的确定将土地利用系统中各种土地利用类型的面积作为各状态的初始状态，由此初始状态矩阵。设初始状态矩阵为 P(0) ，以 2011 年的各土地利用类型获取各地类面积，形成初始状态矩阵(表 9)14表 9 初始状态矩阵类型面积河流208.035库塘282.0483湖泊542.27974.5.2 转移概率矩阵的确定将 2000 和 2011 年市分类后的影响进行变化检测得到变化转移矩阵（表 7）与变化统计报表（表 10），从而利用已得到的 20002011的土地利用各类型面积转移矩阵，求出该时间段内某土地利用类型的转

24、移概率 如在2000 年的土地利用类型图上，研究区内的河流到 2011 年部分变成林地、草地及水域等，后者占 2006 年河流面积的百分比即为其转移概率。把耕地转化为其他土地利用类型的转移概率作为 1 行，林地转化为其他土地利用类型的转移概2 行，得到转移概率矩阵8（表 11）。率作为第15表 11 状态转移概率变化前变化后河流库塘湖泊耕地林地城乡、工矿、居民用地草地河流0.73020.04750.04920.06780.00330.07080.0288库塘0.00880.16240.14680.34090.05820.19120.0909表 10 变化统计表报（：像素）类别类别面积变化数变化

25、率变化前（B）变化后（A）(A-B)/B*100河流256961231150-25811-10湖泊628330313387-314943-50库塘839374602533-236841-28耕地36715475417423174587648林地1208506684224-524282-43草地1774434707106-1067328-60城乡、工矿、居民用地1094518151874042422239耕地4875.6807林地615.8016城乡、工矿、居民用地1366.866草地636.39544.5.3 土地利用类型转化分析由表 7 可看出市土地利用以耕地为主，城乡、工矿、居民用地为辅，

26、2000 2011市土地类型转换中城乡、工矿、居民用地持续增加，净增加 381.36km2，转入、转出面积分别为 881.24km2，499.88km2 。 其中城乡、工矿、居民用地转入来源主要是耕地，该时间段内，372.8 km2 的耕地转成为城乡、工矿、居民用地，占城乡、工矿、居民用地转入来源的 42.3%。林要流向耕地（约 487.17 km2），草要流向耕地(约 996.21 km2 )，城乡、工矿、居要流向耕地(约 447.53 km2 )，湿要流向耕地(约 343.76 km2 )。民用20002011 年市各类型湿地面积呈现明显减少趋势，湿地总面积减少了 519.84 km2 ，

27、其中湖泊和库塘湿地减少较多，分别为 282.8 km2、212.85 km2，河流湿地面积减少了 22.69 km2。湿地景观转入、转出面积分别为 164.32km2，682.66km2 湖泊湿（257.56 km2）河流湿要流向耕地（约 70.53 km2 ），库塘湿要流向耕地要流向耕地（约 15.67 km2）及城乡、工矿、居民用地（约 16.37 km2）。由此可以看出湿地景观大量涌入耕地，流入面积却很少，导致了耕地面积的增大，湿地面积的大量减少，反映了在城镇扩展及农业集约程度提高下，对地表水的汲取量较大，以致填、填河造陆严重，湿地整体发展状况趋于明显。总体来说，在所有的 7 类土地利用

28、类型中，湿地的减少数量是比较多的，林地和草地的减少数量也相对较多，而城乡、工矿、居民用地的增加数量是最多的。这也反映出城市建设和发展的进程加快，促进了城市空间的扩展，导致湿地大幅减少。16湖泊0.03850.09590.63710.12470.01300.06310.0264耕地0.00030.00570.00330.78530.05610.11280.0361林地0.00020.01000.00160.44790.25590.04690.2358城乡、工矿、居民用地0.00220.01120.00440.45430.01720.49220.0181草地0.00460.03350.02650.

29、62380.05190.16340.09534.5.4 城市发展分析基于 2011 年土地利用结构，根据初始状态矩阵和初始状态转移概率矩阵，在保持当前人为影响不变的情况下，以 11 年为步长，利用过程出2022 年市各土地利用类型面积9，结果如表 12 所示。由表 12 可知，市的湿地、林地、草地在未来几年呈逐年减少，城乡、工矿、居民用地及耕地呈逐年增加的趋势，这与 2000 2011的土地利用变化趋势相似。 城乡、工矿、居民用地面积上升幅度较大，由 2000 年 1366.868km2 增加到 2022 年 1458.6391 km2。市林地和草地所占面积比例不大，且都有所减少，两者主要以转

30、化为耕地为主，反映出市的生态环境状况不容乐观，未来还需要通过退耕还林、退耕还草、植树造林、结构调整等来提高林地和草地的覆盖率，改善市的生态环境。湿地面积下降幅度较大，由 2010 年的 1032.363 km2 减少到2022 年的 798.008 km2，这是由于近年来一些水库、坑塘主要转化为耕地，此外由于城市的快速发展开发也占用了周边的大片滩地。研究趋势表明:随着经济快速发展、进程不断加快，市土地利用的动态变化比较明显，并且以湿地面积的大量流失、城乡居民点和工矿用地的扩张为主要特征，说明市在加强土地利用宏观规划和管理方面更大的考验因此，可以根据模拟结果调整各类土地利用类型面积，采取积极措施

31、保证湿地生态环境的良性进展。另一方面受数据所限，本研究只是基于 2000 和 2011 年 2 个时段的 TM 遥感影像，有一定的局限性，但仍能反映出这 11 年来土地利用快速变化的态势，在此基础上作出的可初步对研究区土地利用类型的转换进行切合实际的表达，未来将在此基础上选取较长时段间隔的多幅影像数据，进行更加深入的研究。17五、总结（1）RS 和 GIS 在获取研究区湿地信息及统计分析方面发挥着重要作用。本文的分析结果显示，2000 年到 2011 年，市的土地利用类型发生了较大的变化，湿地景观的面积在大幅度萎缩，减少了 519.84 km2；建设用地呈增长趋势，增加了 381.80 km2。表明研究区湿地受人为活动影响显著，生态环境保护和可持续发展。（2）为了更好的