土地利用变化信息提取方法及其动态变化研究—以新建县为例

摘要 ............................................................................................................................................................ I Abstract..................................................................................................................................................... III 目录 ........................................................................................................................................................... V 图目录 ..................................................................................................................................................... VII 表目录 ...................................................................................................................................................... IX 1 绪论 . (1)

1.1研究背景及意义 (1)

1.2国内外研究现状 (3)

1.2.1 LUCC的国外研究现状 (3)

1.2.2 LUCC的国内研究现状 (4)

1.3研究内容与技术路线 (5)

1.3.1研究内容 (5)

1.3.2技术路线 (6)

1.4论文组织结构 (7)

2 遥感影像分类 (9)

2.1遥感影像分类概述 (9)

2.1.1遥感影像分类原理 (9)

2.1.2遥感影像分类过程 (9)

2.2遥感影像分类方法 (10)

2.2.1非监督分类 (10)

2.2.2监督分类 (12)

2.2.3分层分类 (13)

2.3遥感影像分类精度评价 (14)

2.4本章小结 (15)

3 遥感数据预处理 (17)

3.1数据源介绍 (17)

3.2数据预处理 (18)

3.2.1影像裁剪 (18)

3.2.2大气校正 (18)

3.2.3波段组合 (18)

3.2.4影像融合 (20)

3.3影像纹理特征 (22)

3.3.1基于灰度共生矩阵的纹理特征分析 (23)

3.3.2纹理特征的提取 (24)

3.3.3纹理特征的波段筛选 (25)

3.4本章小结 (26)

4 遥感影像分类实验及分类方法筛选 (27)

4.1研究区概况 (27)

4.1.1自然环境概况 (27)

4.1.2社会经济概况 (27)

4.2土地覆盖分类体系的确定 (28)

4.2.1土地覆盖分类体系原则 (28)

4.2.2土地覆盖分类体系 (28)

4.3训练样本的选择 (29)

4.4遥感影像分类及结果分析 (29)

4.4.1最大似然法分类 (29)

4.4.2支持向量机法分类 (32)

4.4.3分层分类法分类 (34)

4.5分类方法比较及筛选 (42)

4.5.1各种分类方法定性评价比较 (42)

4.5.2各种分类方法精度比较 (43)

4.6本章小结 (44)

5 土地利用变化动态分析 (45)

5.1土地利用类型的数量变化分析 (45)

5.1.1土地利用变化幅度分析 (45)

5.1.2单一土地利用类型变化的动态度 (47)

5.2土地利用时空格局变化分析 (48)

5.3土地利用程度变化分析 (50)

5.4土地利用动态预测 (52)

5.5本章小结 (55)

6 总结 (57)

6.1总结 (57)

6.2问题与建议 (58)

参考文献 (59)

致谢 (63)

图目录

图 1.1 技术路线图 (6)

图 2.1 遥感影像分类过程 (10)

图 3.1 多种融合方法之后的影像 (21)

图 3.2 纹理特征影像 (24)

图 4.1 研究区示意图 (28)

图 4.2 2013年影像最大似然法分类图 (30)

图 4.3 2016年影像最大似然法分类图 (30)

图 4.4 2013年影像支持向量机法分类图 (32)

图 4.5 2016年影像支持向量机法分类图 (33)

图 4.6 初始分类示意图 (35)

图 4.7 2013年影像提取的水体信息 (36)

图 4.8 2016年影像提取的水体信息 (36)

图 4.9 2016年影像提取的水体信息 (37)

图 4.10 2016年影像提取的植被信息 (37)

图 4.11 2013年影像裸地和建设用地的光谱特征 (38)

图 4.12 2016年影像裸地和建设用地的光谱特征 (38)

图 4.13 2013年影像提取的裸地信息 (39)

图 4.14 2016年影像提取的裸地信息 (39)

图 4.15 2013年影像分层分类法的分类图 (40)

图 4.16 2016年影像分层分类法的分类图 (40)

图 4.17 2013年影像的精度对比图 (43)

图 4.18 2016年影像的精度对比图 (43)

图 5.1 各种土地利用类型面积比例分布图 (46)

图 5.2 2013-2016年各土地利用类型年变化率 (47)

图 5.3 土地利用类型面积比例动态模拟 (54)

表目录

表 3.1 Landset8 OIL影像波段信息 (17)

表 3.2 各波段的光谱信息统计量 (19)

表 3.3 各波段的相关系数矩阵 (19)

表 3.4 各波段组合的OIF值 (19)

表 3.5 常规评价指标统计表 (22)

表 3.6 2016年影像样本可分离参数表 (25)

表 3.7 2013年影像样本可分离参数表 (26)

表 4.1 研究区分类体系 (29)

表 4.2 2013年影像最大似然法分类误差矩阵 (31)

表 4.3 2016年影像最大似然法分类误差矩阵 (31)

表 4.4 2013年影像支持向量机法分类误差矩阵 (33)

表 4.5 2016年影像支持向量机法分类误差矩阵 (34)

表 4.6 2013年影像分层分类法分类误差矩阵 (41)

表 4.7 2016年影像分层分类法分类误差矩阵 (41)

表 4.8 各种分类方法比较 (42)

表 4.9 三种分类方法的精度对比 (43)

表 5.1 土地利用面积、结构、变化幅度 (45)

表 5.2 2013-2016年土地利用类型年变化率 (47)

表 5.3 2013-2016年土地利用转移矩阵 (49)

表 5.4 土地利用程度分级表 (51)

表 5.5 土地利用程度综合指数以及变化量 (51)

表 5.6 土地利用转移概率矩阵 (53)

表 5.7 四年土地利用类型面积比例的预测 (53)

1绪论

1.1研究背景及意义

在当今社会，全球环境变化的问题已经成为了整个世界关注的焦点之一，众多的学者开始关注这个问题，其中LUCC的研究意义重大，因为在引起环境发生变化的因素中，人类的活动是十分重要的因素，又因为地球系统受人类的活动的影响的机制是非常的复杂，很难直接反映，因此我们需要综合分析所有的影响，选出一种最能够体现出土地利用与土地覆盖变化这一过程的机理来作为研究全球环境变化的切入点[1]。LUCC严重的影响了全球辐射的平衡以及能量流，对生物地球化学的循环、水的循环以及生态的影响也不小。不仅如此，通过这些生态环境效应，LUCC还间接的影响到了世界农林生产的支持系统的可持续性以及世界食物的保障。所以，研究LUCC 的时空变化的机理和导致这些变化的驱动力两者之间的关系，不但能够很好地反映出人地系统彼此作用的机理，而且还能够根据这些机理来预测它以后的发展趋势，从而给相关部门提供相应的决策。

土地利用和土地覆盖这两个概念之间有相同之处也有不同之处。土地利用指的是人类根据自己的需求开发利用土地资源的所有活动，例如耕地、林地、建筑用地等等，而土地覆盖通常指的是地球表层所包含的一切地物，例如植被、河流、建筑物、道路、农田等等。土地覆盖含有空间属性和特定的时间属性，它的特性以及形态在多种空间尺度上都可以发生变化，且发生变化的原因也是非常复杂的，由此还会引发一系列的生态环境效应[2]。因为LUCC研究扎根于人地关系理论中，所以土地利用与土地覆盖变化的研究一直都是同学科研究领域中的热点。LUCC是一个多学科的研究领域，它的主要目的是了解LUCC对全球的变化的影响，以及了解LUCC变化的动态。

自从90年代以后，由于“国际地圈与生物圈计划” (IGBP)和“全球环境变化人文计划” (IHDP)两大具有全球影响的组织积极地推动，因此LUCC的研究在全球环境变化研究领域中被逐渐重视起来，对于它的研究也越来越多。这两各组织之所以这么积极地推动这方面的工作，原因主要有两个。第一，LUCC对于环境变化的研究和可持续发展是非常重要的。第二,地球系统科学、可持续发展以及全球环境的变化与自然和人文方面都有着密切的关系，在自然与社会科学的这些方面加强综合研究,两大学科领域中很多学者对它已经达成了共识。在全球环境变化的问题中,LUCC是自然和人文过程交叉最密切的问题。

我国的土地面积在世界上位于第三位，但我国又面临着人口多，每人所占的土地面积少，不合理开发以及浪费土地资源的情况，要想改善这样的情况，我们必须先了解我们国家的土地利用情况，研究LUCC的变化可以让我们充分的了解我国土地的变化情况，给土地规划提供参考依据和指导意义。