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研究GIS和RS支持下郑州市土地覆盖/土地利用变化监测

来源:UC论文网2016-01-02 21:33

摘要:

摘 要 :伴随着快速发展的经济和城镇化,郑州市城市面貌发生着日新月异的变化,其土地利用类型和空间结构也随着时间的推移发生了很大的变化。本文基于RS和GIS监测研究了郑州市土

摘 要:伴随着快速发展的经济和城镇化,郑州市城市面貌发生着日新月异的变化,其土地利用类型和空间结构也随着时间的推移发生了很大的变化。本文基于RS和GIS监测研究了郑州市土地利用和土地覆盖的变化,这样可以对土地利用动态和土地利用数据更加准确的掌握,动态监测城镇建设用地的扩展进行,更加科学的预测土地利用和土地覆盖的变化发展趋势,提出建设性的土地利用意见供决策部门参考。

关键词:郑州市;RS;GIS;土地利用变化;土地覆盖变化
 

  1.引言

  土地作为立国的一个基本要素,是人类赖以生存发展的物质基础。做好国土资源管理工作是社会发展以及国民经济建设的重要基础,精确的土地调查数据又是做好土地资源管理的重要依据。要获得更加精确的土地变化数据,进行这项土地利用/覆盖变化研究(Land Use and Land Cover Change)是很有必要的【1】。土地利用和土地覆盖的变化研究成为了目前全球变化性研究的热点性问题、前沿性问题而且是核心计划,此项研究的目的就从土地布局、区域性和全球性不同角度上去理解、识别和评价人类与自然系统的作用规律。土地利用和土地覆盖的变化不仅影响了人类发展的自然规律,而且与生态环境恶化、全球大气变化、物种多样性等问题有着密切的关系。首先深入的理解土地系统动力学,然后大力推进对土地利用和土地覆盖变化研究成果的实践与应用,从而促进国家和地区出台生态环境安全友好型的土地使用政策,对陆地利用的可持续发展具有战略性意义。

  RS和GIS这些新技术极大地促进了土地利用和覆盖变化研究的进一步发展。RS和GIS技术作为一种快速准确获取地理空间数据的关键技术,其以信息量丰富、全天候、影像获取周期短、多光谱的特点优势,在近年来有了快速的发展。RS和GIS技术能够高效地获取针对研究区域在特定时间段内土地利用和覆盖的数据变化。RS和GIS技术获取的土地利用和覆盖变化的过程和机理的信息对与分析人类社会经济与环境有着深远的意义,为国家和区域的可持续发展战略的制定提供原始信息与数据的支持【1】。RS和GIS技术在土地利用动态监测中起到了非常重要的作用,在节约了大量的人力、物力以及时间的前提下,更是保证了能够提供较高精确度的土地调查数据。

  2. RS和GIS支持下LUCC研究的国内外发展现状

  伴随着全球性的工业化、城镇化和人口的不断增长,土地资源的污染、滥用和农耕用地非法占用的问题,这个不利于可持续发展的问题日益引起了人类的关注。可耕用土地资源供给的有限性与社会对可耕用土地需求的不协调性和无节制性的开垦土地引起的生态环境恶化等问题,国内外众多研究机构、科研组织及学者等对此进行了研究。LUCC是城市用地扩展的前提和基础。对城市土地利用/覆盖变化进行监测研究是遥感(RS)和地理信息系统(GIS)在城市遥感方面的主要应用。RS和GIS技术极大地推动了土地利用和土地覆盖的变化研究的进一步发展。

  自从20世纪20年代开始,土地覆盖和自然景观的研究被应用了遥感技术。20世纪70年代,大范围土地资源的研究应用了卫星遥感技术。20世纪80年代,气象卫星数据被用于洲际范围内土地覆盖的研究,并取得卓越的成果【2】。

  随着RS和GIS的发展,上世纪80年代土地覆盖动态变化与土地利用的监测在一些典型地区快速发展,并开始用RS和GIS获取的数据与信息分析土地优化利用的方案与制定决策。在1990年LUCC研究框架被全球变化研究委员会最早提出。自1995年以来,一些国际组织制定了具有可持续发展研究意义的研究计划例如:国际地圈生物圈计划、国际全球变化人文因素计划、联合建立土地利用/覆盖变化研究计划等,主要研究点都集中在了人与地的可持续发展关系上,例如联合国粮农组织出台土地利用分类、联合国环境规划署出台的土地覆盖评价与模拟、国际地理联合会的土地利用与土地覆盖研究项目、联合国“千年生态系统评估”、美国NASA的“土地利用/覆盖项目”【3】。

  我国基于RS和GIS的LUCC 起步较晚。在国际LUCC研究的背景下,我国相关研究所、大学、众多学者对其进行了研究,根据中国的实际国情,开创了中国特色的研究模型和方法【4】。如史泽鹏等人总结了国内外近30年的遥感影像土地利用/覆盖分类方法;匡文慧利用遥感与相关文献分析了陕西省的土地利用以及土地利用/土地覆盖,并且研究了其驱动机制;冯帆对以神华集团大柳塔矿区为例对晋陕蒙接壤地区土地利用/覆盖变化及其驱动力进行了研究。我国的土地利用/覆盖变化研究与国外还存在相当大的差距:(1)数据平台不够健全,;(2)研究存在非系统化问题;(3)综合模型只是参照国外,没有切实根据本国国情【5】。

  3. RS和GIS支持下郑州市LUCC的研究

  本文主要选取不同时间的纵跨郑州市几十年来的多源遥感影像,利用遥感影像获取目前郑州市的土地利用/覆盖现状及变化情况;然后利用GIS分析其变化区域,按时间序列分析其动态轨迹;根据社会统计资料,选取具有代表性的驱动力;在此基础上分析郑州市土地利用/覆盖变化驱动机制。

  3.1技术路线

  数据准备――遥感影像预处理――影像解译――统计分析(土地利用/土地覆盖利用现状以及变化)――土地的利用/覆盖变化驱动因子选择――建立模型――对土地利用/土地覆盖的变化趋势做出预测――为决策部门能够建设性用地提出意见作参考。

  3.2关键技术

  (1)土地利用/覆盖的分类:依据土地的使用、经营、利用以及覆盖等特征分类。我国目前主要有三类土地利用分类体系,如下:土地的利用分类体系;土地资源以及覆盖的分类体系;前两者相结合,土地利用/土地覆盖的分类体系。分类体系不同,土地利用现状类型的定义是随着分类体系的不同而不同,所以LUCC研究选择合适的分类体系是很重要的。

  (2)土地利用/覆盖动态变化轨迹:土地利用和土地覆盖遥感监测方法有以下两类:分类后对比法和逐个像元对比法。本文拟采用前者,对多期遥感影像分类,采用时间轨迹分析法分析土地利用/覆盖变化的转移和流向。该方法将究区域不同时间的影像分类,然后对各个影像同一位置的分类结果作比较,最终土地利用的矩阵就出来了。一个确定的像元在某个给定时间段内发生的所有土地利用以及土地覆盖类型的转变过程就称之为土地利用/覆盖变化轨迹。根据相对“持续”时间刻度,通过分类影像的分析,不仅提取两个图像之间变化信息,而且通过土地利用动态变化轨迹/覆盖更多的遥感数据结构以及转移和流动,土地利用/土地覆盖变化的过程和趋势就获得了,这个方法就是时间轨迹分析法。

  (3)驱动因子的选择:驱动力能引起土地利用方式和目的进行转变。土地利用/覆盖机制,驱动力一直占主导地位,土地利用/覆盖变化就是在不同的时空中产生的各种自然和人类的社会和经济驱动因素的相互作用尺度。驱动力的使用的原因/覆盖变化主要来源于人类,尤其是人口增长,城市化,经济发展和社会转型,新技术的广泛应用,特别是在工业技术,已成为土地利用/覆盖变化的影响重要原因。社会经济的发展是土地利用和结构演变的最根本的动力。 LUCC的驱动力的影响不是单一的,而是在一定程度的关系和比例,多种因素相互影响,并驱动因素和指标进行了全面,细致越好,但太多的指标的选择往往会增加分析问题和复杂性的难度。本研究选择的有代表性的驱动因素,如分析和经济发展,人口,农业发展和结构,在农业和自然因素的技术进步的研究。

  3.3分析模型

  构建分析模型是一种能对事物进行直观分析的重要方法,通过对比分析本项目适用于采用统计分析法来构建驱动机制模型,从而得到一种内在的联系。众所周知,统计分析方法是通过构建土地利用和覆盖变迁来研究和跟踪不同经济体、自然驱动力、人文科学之间内在联系的一种重要途径。该方法不仅能有效模拟不同条件下土地利用/覆的变化,而且能简化问题的讨论,从而能准确分析复杂系统中存在的主要矛盾和机制。

  本文引用了统计分析方法中的两种方法:主成分分析法和回归分析法。结合两种方法来分析和讨论土地利用/覆盖变化的主要驱动机制。主成分分析方法是指通过一种或几种线性变化,将原本互不关联的多种因素经过再分析统计归类为几个主要因素,从而能反映总体信息,这种方法是采用统计出的主要成分替换原始变量,从而在信息主干的方向上避开次要变量,达到使问题简单化的目的,便于分析。回归分析法是指通过筛选众多变量中的重要因子,将其构建利于进行分析的回归方程,该方法是对主成份分析方法的有益补充。

  4.结论

  郑州市是全国中部地区的重要枢纽,具有便利的交通,地理位置得天独厚,其优越的产业传递能力和劳务输出优势是郑州市快速发展的不竭动力。然而,对郑州市土地利用/覆盖变化这方面的分析和研究还较少或只是宏观研究,因而通过定量分析构建模型对土地利用变化进行研究是今后发展的方向。本论文借助RS和GIS技术,提取了天津市城市发展过程中土地利用变化的遥感信息,对郑州市在土地利用方面提出了指导意见。通过GIS 空间分析法对比郑州市发展,得到了郑州市土地利用/覆盖变化的重要机制,对指导郑州市土地的可持续利用和经济的可持续发展提供了依据。

  参考文献:

  [1]郭春梅. 基于RS和GIS的射洪县土地利用变化与评价研究[D].四川师范大学,2012.

  [2]陈永慧. 基于RS和GIS的天津市城市扩展时空特征及其影响因素研究[D].首都师范大学,2009.

  [3]李波. 基于多源遥感数据的城市建设用地空间扩展动态监测及其动力学模拟研究[D].浙江大学,2012.

  [4]赵红红,王成芳,阎瑾. 将GIS和RS技术引入城市总体规划教学的尝试[J]. 规划师,2005,04:65-67.

  [5]尚正永. 城市空间形态演变的多尺度研究[D].南京师范大学,2011.


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