地理科学论文.docx

中国网络大学CHINESENETWORKUNIVERSITY毕业设计论文基于遥感的土地利用分析以X市为例院系名称地理与规划学院专业地理科学学生姓名学生姓名学号12345678指导老师指导教师中国网络大学教务处制202X年03月16日作者声明本毕业论文设计是在导师的指导下由本人独立撰写完成的没有剽窃抄袭造假等违反道德学术规范和其他侵权行为对本论文设计的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明因本毕业论文设计引起的法律结果完全由本人承担毕业论文设计成果归XX大学所有特此声明作者专业地理科学作者学号作者签名年月日摘要本文利用1999年Landsat7ETM数据和2016年的Landsat8ETM数据以及X市土地利用现状图运用遥感计算机解译和目视解译获取X市1999年和2016年的土地分类利用数据运用ENVI48监督分类功能分别对1999年和2016年X市土地利用进行分类分成林草地耕地建筑用地水体未利用土地等五类然后进行比较观察其中的变化最后探讨引起其变化的原因与X市城市化的关系及思考其未来的发展关键词遥感土地利用变化城市化X市AstractInthispaperThedateforurbanlanduseinRuijincitywasextractedbymeansofimageinterpretationbasedonRSdatain1999and2016ThelandusingcoverwasdividedintofivetypeforestandgrasslandArablebuildinglandwaveunutilizedlandUsingsupervisedclassificationdistinguishthedifferentlandusetypesandthroughqualitativeandquantitativeanalysisweanalysethecorrelationbetweenurbanizationandthelandusedataThenobservingthechangesofittheseyearsandthinkingofitsdevelopmentoffutureResultsshowedthattherewasagreatchangeoflanduseinthecountyfrom1999to2016KeywordsRSurbanlanduseurbanizationRuijinCity目录第一章绪论1研究意义1背景1第二章研究区域概况及数据选取221研究区域概况222数据选取3第三章研究方法331数据处理技术路线331土地利用类别划分432土地利用变化分析方法4第四章数据处理441数据预处理5411图像裁剪5412波段合成542数据处理6421监督分类6422掩膜6第五章X市土地利用变化结果分析751土地利用变化总体趋势852土地利用变化速度分析8521单一土地利用度8522综合土地利用度8523土地利用变化空间转移概率9第六章驱动力分析10结论10参考文献11致谢121第一章绪论11研究意义及背景工业革命之后社会生产力极大提高人口过度增长环境遭受严重破坏可持续发展是人类对社会发展历史进行痛苦反思后提出的一种全新的发展思想和发展观是21世纪全人类所普遍关注的议题作为全球环境变化的关键组成部分国际地圈与生物圈计划IGBP和全球环境变化的人文领域计划HDP于1955年联合提出来土地利用覆盖变化LUCC研究计划使土地利用覆盖变化成为国际国内的热点问题1遥感技术已成为现代土地利用覆被变化分析的重要手段基于遥感图像的土地监督分类是研究城市土地利用的重要方法和途径RS和GIS技术在土地利用覆被变化上的应用已经成为地学信息提取与空间分析最有力的技术方法之一TMETM等分辨率较高的遥感数据已被广泛应用于各种景观格局分析动态变化以及类型分类的研究本文以RS作为调查的基本技术同时以实地考察和目视解译为辅助的方式来进行土地利用情况的调查2目前的研究主要侧重在一些代表性地区通过遥感野外观测与调查统计数据的模型计算与分析探讨LUCC过程驱动机制与环境效应在很多方面取得了重要成果1土地利用评价方面的研究研究土地利用变化常用的指标有数量变化指标质量变化指标程度变化指标空间变化指标景观结构变化指标等2土地利用变化区划方面的研究土地利用区划是从区域角度观察和研究地域综合体探讨土地利用的发展历史现状特点变化过程及趋势从最大限度发挥土地生产潜力及改善土地生态系统的结构与功能出发对土地的合理利用方向包括确定国民经济各部门用地的合理分配结构和布局形式等在地域上进行的分区3土地利用变化驱动机制方面的研究驱动力是指导土地利用方式和目的发生变化的主要生物因素和社会因素是土地利用变化的动力因素土地利用变化驱动力由区域土地利用类型变化的驱动因子决定不过区域人类活动与自然环境的变化是基本驱动力通常对土地利用动态变化机制的研究思路是通过区域个例的比较分析影响土地使用或管理土地利用和经营方式的自然和社会经济两方面的主要驱动因子及驱动机制建立区域性土地利用变化的经验模型4土地利用变化动态模拟与预测方面的研究目前国内土地利用变化预测研究通常是在RS或GIS技术支持下所以能收集到的某区域某时期内土地利用各类数据为对象在分析土地利用变化基础上运用相关模型对该区未来土地利用变化趋势进行预测5土地利用变化动态监测方面的研究传统土地利用变化检测方法是根据用地单位的上报数据被动地了解变化并依靠人工野外运用传统测量工具进行变化信息的空间测量32第二章研究区域概况及数据选取21研究区域概况X是国家历史文化名城江西省辖市位于江西省东南部赣州市东部武夷山脉南段西麓赣江东源贡水上游见图14介于北纬25302620东经1154211622之间东界福建省龙岩市长汀县南邻会昌县西连于都县北接宁都县东北毗石城县总面积2448平方千米2015年户籍总人口6937万其中农业人口1354万人占总人口195常住人口6285万人其中城镇人口2842万人农村人口3443万人全市所辖7个镇10个乡共有14个居委会223个村委会市人民政府驻象湖镇5区位突出地扼赣闽咽喉素为赣闽粤三省通衢是中西部省市沟通东南沿海的中转要地是海峡西岸经济区的第一腹地319323206三条国道在市区交汇厦蓉高速G76厦门成都在江西和福建两省境内目前已全部建成在X境内设立两个出入口X西X东直通赣州和厦门济广高速G35济南广州在江西境内已全部建成通车在X境内设立两个出入口X北X南直通鹰潭和寻乌现已通车的赣州瑞金龙岩铁路将连接鹰厦京九京广三条铁路大动脉其中X站是赣龙铁路沿线按地级市设站的重点站依托发达的陆地交通赣闽边际区域每年有1000多万人次以上的人流2000多万吨以上的货物在X中转集散X成为赣南东部和赣闽边际区域人流物流资金流信息流的交汇之地6X地处华中气候区与华南气候区的过渡带属亚热带季风湿润型气候热量丰富雨量充沛光照充足四季分明平均无霜期286天年平均气温189最热以7月平均气温285最冷的1月平均气温76年平均降雨量1710毫米年均降雨天数1637天不寒不热不湿不燥7图1X市区区位图322数据选取221影像数据本文选取X市地区1999年4月02日的Landsat7ETM数据和2015年3月03日的Landsat8ETM数据在USGS网站上下载取得第1波段到第7波段的影像数据该组数据云量为0条代号为121行编号为43中心经度为11541069中心纬度为244541地面分辨率为3030m222图件资料和统计数据为了更准确的对X市1999年和2016年土地利用状况进行分析我们要在软件解译的同时结合目视解译需要建立相关专题图图层数据库同时依据X市谷歌卫星图第三章研究方法31数据处理技术路线本文利用1999年和2016年遥感影像图及X市行政区划图先把7个波段融合再进行几何校正然后进行裁剪最后进行监督分类统计结果结合1999年和2016年X市土地利用现状图进行解译图2技术路线图1至7段波段图像剪裁监督分类分析结果辐射定标波段合成数据预处理432土地利用类别划分据联合国粮农组织土地利用土地覆盖分类标准依据一定的分类原则参考国土资源部制定的全国土地分类结合X市土地利用特点及研究目的将该区土地利用类型分为5类水域耕地林草地建设用地未利用土地833土地利用变化分析方法321单一土地利用度单一土地利用类型动态度可以定量描述研究区域内在一定时间间隔的土地利用类型的变化速度单一地利用动态度公式表达式为9式中分别表示研究初期及研究末期某一种土地利用类型的数量表示研究期时段长322土地利用变化空间转移概率矩阵当前反映土地利用变化以及对其发展演化进行模拟的模型主要有系统动力学模型马尔可夫模型和元胞自动机模型其中马尔可夫模型是景观生态学家用来模拟植被动态和土地利用覆被格局变化最普遍的模型它是基于空间统计相关模拟的模型免去了复杂建模和多重输入参数的繁琐与难以预计性已经取得了较好的结果10本文采用的研究方法主要包括遥感图像数据预处理监督分类和目视解译土地利用变化的马尔可夫过程分析3个方面利用ENVI48的土地利用转移矩阵功能求出研究区1999和2016年之间的土地利用类型转移情况11通过Markov过程建立了空间转移概率矩阵在软件ENVI48中的操作为打开ENVI48主菜单栏BasicToolsChangeDetectionChangedetectionstatistics结果见表2表3第四章数据处理41数据预处理412辐射定标进入传感器的辐射强度反映在图像上就是亮度值灰度值辐射强度越大亮度值灰度值越大12由于多种因素的影响灰度值会发生改变而形成辐射畸变因此需要消除或改正遥感图像成像过程中附加在遥感传感器输出的辐射能量中各种噪声的过程称之为辐射校正而辐射定标属于辐射校正的一步这一过程尽可能恢复图像的本来面目为遥感图像的识别分类解译等后续工作打5下基础运用ENVI48所具备的功能对各波段数据进行辐射定标具体操作如主菜单BasicToolspreprocessingCalibrationUtilitiesLandsatCalibration分别选择需要定标的第3波段到第61波段数据从读取文件中直接获取实验数据的元数据成像时间太阳高度角中心经纬度等定标参数通过辐射定标过程将图像的除第6波段外的数字化值DN转化为反射率而将第61波段的数字化值转化为辐射亮度值由此建立遥感传感器数字量化输出值与其所对应视场反射率和辐射亮度值等物理量之间的定量关系412波段合成ETM遥感不同波段合成具有不同的意义及其用途为了更好的对分析区土地利用状况监督分类我们把1到7波段全部合成配以R红G绿B蓝三种颜色生成合成图像然后选用543波段进行裁剪和监督分类543波段比较适合用于各种地类识别能充分显示各种地物影响特征的差别便于训练场地的选取可以保证训练场地的准确性运用ENVI48所具备的功能对各波段数据进行合成具体操作如主菜单BasicToolsLayerStackingImportFile选择要合并的文件监督分类需将7个波段合并要注意排列的顺序裁剪需将543波段合并同样需要注意排列的顺序413图像裁剪在ENVI48中运用之前几何校正后裁剪后获得的X市矢量边界数据对321波段进行感兴趣区裁剪提取研究区域后可以大大减少数据运算量和提高数据分析的针对性与精确性图3X市行政区矢量图642数据处理421监督分类监督分类又称训练场地法是以建立统计识别函数为理论基础依据典型样本训练方法进行分类的技术利用ENVI48导入543多波段合成真彩色影像选择多个感兴趣区本文选择5个感兴趣区分别是耕地林草地建筑用地水体裸地根据选择的感兴趣区选取样本并计算可分离度可分离度值需大于19否则舍去运用Toolbox中的ClassificationSupervisedClassificationSupportVectorMachine即在分类器的选择中选择支持向量机分类此种分类方法是一种建立在统计学习理论基础上的机器学习方法它可以自动寻找那些对分类有较大区分能力的支持向量由此构造出分类器可以将类与类之间的间隔最大化因而有较好的推广性和较高的分类准确率422掩膜监督分类区分出5个不同土地利用类型的分布区域但由于技术问题将产生背景色与植被或水体等颜色混淆的结果因此分类后还需进行掩膜将监督分类后图像数据导入利用ENVI48主菜单BasicToolsMaskingBuildmask选择需建立掩膜的图层此处为监督分类后数据图层OptionsImportROIs从而建立掩膜BasicToolsMaskingApplymask选择监督分类后图层SelectMaskBand选择所建掩膜输出分类后掩膜结果见下图71999年监督分类后2016年监督分类后图4图5第五章X市土地利用变化结果分析51土地利用变化总体趋势X市土地利用的总体特色为林业景观最主要的土地利用类型是林地和耕地二者约占全市总面积的23对2个时期统计数据进行统计分析得出X市土地利用变化结构表1通过分析可知随着X城市化的发展土地利用类型之间发生了很大变化在19992016年间耕地面积净增加200平方千米增加了107建筑用地增加了100平方千米增长率为105裸地则大量减少减少了80表1X市1999年和2016年土地利用类型面积统计单位平方千米类型年份林草地水体耕地建筑用地裸地1999145115619289145674201617841683997197108增长率229761071058098动态度1304563674752土地利用变化速度分析521单一土地利用度本研究利用公式1计算X市土地利用5种类型的单一土地利用类型动态度表2结果表明19992016年X市耕地地变化最为显著其次是建筑用地土地类型林草地水体耕地建筑用地裸地单一动态度13045636747表2522土地利用变化空间转移矩阵X市土地利用空间变化比较明显表3为19902016年土地类型的转移情况利用Markov过程建立了模型空间转移概率矩阵通过土地利用类型面积的转移矩阵可以得出各种土地利用类型在不同时期的转化方向以及转移的数量表3X市19902016年土地利用类型面积转移矩阵单位km21999年2016年项目建筑用地林草地水体农田裸地建筑用地63916285262林草地5013690174243214水体13091141515农田434400385225裸地2119058109561表3X市1999年和2016年土地利用类型面积百分比统计单位1999年2016年项目建筑用地林草地水体农田裸地建筑用地35211219627936林草地28943118224815水体07300677850780239农田23310274443382裸地121350457884土地利用转移矩阵作为表述土地利用类型之间转移变化的一种经典分析方法具体反映的是土地结构变化的特征和各类型间的转变趋势从表3可以看出X市土地利用类型变化十分显著其中变化较大的是裸地利用方式转变为建筑用地林草地和农田空间数据统计结果与数量变化结果相比反映了土地利用的内在变化而不是土地利用变化的净量第六章驱动力分析驱动力是指导致土地利用方式和目的发生变化的主要生物物理和社会经济因素影响土地面积变化的因素归纳起来有自然和社会经济两方面在自然系统中气候土壤水文等被认为是主要的驱动力类型但是它对耕地面积变化在较长时间才会有较大影响因此短时间尺度不予考虑13这里将从政策城市化等方面进行定性研究61政策影响政策因素是土地利用的直接决策因素X是闻名中外的红色故都共和国摇篮中央苏区出发地解放后红都X一直得到了党中央国务院和社会各级各界的广泛关注与支持X作为赣南等原中央苏区的核心得到了国家特殊的扶持和关怀特别是提出支持设立经济振兴试验区赋予了试验区更多先行先试的权利使X革命老区正在加速成为经济特区先后成立了多个工业区带动了X的经济发展使建筑用地大大的增加更多的未利用土地得到合理利用但同时也破坏了环境再政府出台相关环境政策后X的绿化又得到提高62城镇化影响近十几年来城市人口增多城镇化率上升城镇面积不断扩大1999年X市人口60万到2016年X的总人口接近70万1999年X城市人口125万2016年264年增长到264万增长了1111999年城市面积95平方公里2016年达到26平方公里增长了17314表4表4X的城市化进程表年份项目总人口万城市人口万城市面积km2城市化率1999601259521201670264263310结论通过遥感与目视解译相结合的方法获取和分析了X市土地利用变化情况用此类方法算出的数据与真实数据会存在误差此次操作造成误差的原因有1由于X是山地地形所以遥感影像图存在较多阴影2耕地里出现了许多大棚大棚反射的光谱跟裸地反射的光谱一样3X近年来开垦了比较多的梯田由于坡度原因一些梯田反射的光谱跟盆地上的耕地不一样这些因素都会导致某些地块的混淆影响数据的准确性尽管在数据的精确度和操作的精确性上还有待提高但该方法切实可行X市在19992016年土地利用变化情况为建筑用地耕地林草地面积增加分别为105107229未利用土地减少了80该区土地利用变化的驱动力主要为政策变动和城镇化X是个正在发展中城市在今后的城市发展中应因地制宜坚持可持续性发展战略11参考文献1LambinEFBauliesXBockstaelNetalLandUseandLandCoverChangeImplementationStrategyRIGBPReportNo48andHDPNo10Stockholm19992陈佑起杨鹏国际上土地利用土地覆盖变化研究的新进展J经济地理20011951003刘纪远刘明亮庄大方等中国近期土地利用变化的空间格局分析中国科学辑20023212103110404好游旅游资源网江西赣州地图20051010引用日期20165165赣州年鉴2016卷X6X中国网新闻中心20141121引用日期20165167自然地理X市人民政府网引用日期20165128谢宏全胡振琪论基于遥感的矿区土地利用覆盖分类体系J辽宁工程技术大学学报20042367517539李吉吉马润赓云南丽江地区土地利用变化的遥感检测与分析A中国土地学会2006年中国土地学会学术年会论文集C重庆地质出版社200762262710孙丹峰李红张凤荣基于动态统计规则和景观格局特征的土地利用覆被空间模拟预测J农业工程学报200521312112511张新长梁金成城市土地利用动态变化及预测模型研究J中山大学学报自然科学版200443212112512梅安新等遥感导论北京高等教育出版社20019824613高中华赵兴云等临沂市土地利用结构变化及人文驱动力因子分析J烟台师范学院学报自然科学版200319428128514X市人民政府网引用日期2016512致谢在此次论文设计完成的过程中以ENVI软件操作分析数据为依据对于软件操作的学习多得XX老师的耐心指导无论从论文的定题到得出论文的结论还是在学习ENVI软件操作到运用原理分析时在这期间的每一步进展都得益于XX12老师孜孜不倦的细心指导他精通的专业知识娴熟的软件操作技能严谨求实的治学态度细心耐心的教学指导以及以身作则的师德风范都对我产生了重要影响使我能够顺利完成毕业论文书写的同时体会到身为一名老师所需具备的人格魅力学高为师身正为范我懂得了作为一名老师对于工作对于学生所需要有的耐心细致与平和心此次论文的完成过程中我不仅学习了许多有用的专业知识技能和研究方法同时也使我领悟了虚心请教不懂就问的重要性只有这样才能理解知识掌握知识运用知识对于大学四年来专业知识的学习也对我此次完成这篇毕业论文帮助很大使我有动力和信心完成这项看似艰巨却十分锻炼我动手和动脑能力的必修课同时还感谢我们论文小组的各位成员在操作运用ENVI的时候大家给予我的帮助过多的语言在此时表达感激的时候都显得空洞多余在此向给予我帮助的XX老师和同学们表达衷心的感谢