【正文】 土地利用 /覆被實際與預(yù)測對比 Fig. Land use/cover parison of the actual and forecast in Changsha city 2020 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 由圖與 Kappa 系數(shù)明，通過以 1995 年為起始年預(yù)測的這三期預(yù)測數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)具有高度的一致性。 圖 長沙市 19902020 年各區(qū)域建設(shè)用地面積 Fig. Regional construction land area of Changsha from 1990 to 2020 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 基于 CAMarkov 的土地利用變化趨勢預(yù)測 將 1990 年和 1995 年的 Landsat TM 遙感影像數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在 IDRISI 軟件的Markov 模塊中生成轉(zhuǎn)移面積矩陣、轉(zhuǎn)移概率矩陣和狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖集，轉(zhuǎn)換適宜性圖集是 .rgf格式的。 總體來說， 19902020 年長沙市的建設(shè)用地擴張比較顯著，尤其是在長沙的東部地區(qū)，存在區(qū)域發(fā)展差異較大的問題。 在空間上，長沙東部的建設(shè)用地面積明顯大于長沙西部，縣市的建設(shè)用地面積從大到小依次分別為長沙縣、瀏陽市、望城縣和寧鄉(xiāng)縣。 在時間上， 19902020 年間，長沙市各區(qū)域的建設(shè)用地面積隨著時間的推移在不斷地增加，反映出長沙市各區(qū)域的城市化進(jìn)程在持續(xù)推進(jìn)。為了大致了解長沙市 19902020 年的區(qū)域城鎮(zhèn)化程度，本研究對長沙市19902020 年各區(qū)域的建設(shè)用地面積進(jìn)行了統(tǒng)計并制圖，如圖 。 表 1990 年 2020 年 長沙市土地利用 /覆被面積轉(zhuǎn)移矩陣（ ha） 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 Tab. Land use/cover area transfer matrix of Changsha from 1990 to 2020 1990 年 2020 年 耕地 林地 草地 水體 建設(shè)用地 未利用地 1990 年總計 耕地 371738 1317 0 404 2210 0 375669 林地 156 730806 383 10 2407 0 733762 草地 7 121 13787 0 16 0 13931 水體 55 7 0 24359 312 0 24733 建設(shè)用地 22 66 0 0 26053 0 26141 未利用地 0 20 0 0 14 275 309 2020 年總計 371978 732337 14170 24773 31212 275 1174545 表 2020 年 2020 年長沙市土地利用 /覆被面積轉(zhuǎn)移矩陣（ ha） Tab. Land use/cover area transfer matrix of Changsha from 2020 to 2020 2020 年 2020 年 耕地 林地 草地 水體 建設(shè)用地 未利用地 2020 年總計 耕地 339083 7325 349 4740 20458 23 371978 林地 9228 704777 197 1993 16202 0 732337 草地 99 896 13069 17 89 0 14170 水體 3630 1992 587 17086 1443 35 24773 建設(shè)用地 5461 1839 19 372 23321 0 31212 未利用地 0 0 154 121 0 0 275 2020 年總計 357501 716829 14375 24269 61513 58 1174545 圖 1990 年、 2020 年、 2020 年 長沙市地類分布 圖 Fig. Transition image of Changsha in 1990、 20 2020. 綜上所述， 19902020 年 期間 ，在長沙市土地利用 /覆被轉(zhuǎn)換中，各個地類 之間基本湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 上有 相互 的 轉(zhuǎn)換， 最為突出表現(xiàn)是 耕地和林地銳減，建設(shè)用地面積 持續(xù) 增加； 20202020年期間的地類轉(zhuǎn)換相對 19902020 年期間的轉(zhuǎn)換尤為劇烈，體現(xiàn)了 該時期社會 經(jīng)濟 的發(fā)展使得土地利用變化加劇演變的現(xiàn)象。 表 反映了 20202020 年長沙市土地利用類型轉(zhuǎn)換特征，仍是耕地和林地有大量的轉(zhuǎn)出，二者大量轉(zhuǎn) 換為建設(shè)用地，導(dǎo)致后者的面積迅速增加。 表 反映了 19902020 年長沙市土地利用類型轉(zhuǎn)換特征，耕地和林地有大量轉(zhuǎn)出，二者大量轉(zhuǎn)換為建設(shè)用地，導(dǎo)致后者的面積迅速增加。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 圖 長沙市 19902020 年各地類增加 速率 與減少速率 Fig. Increase rate and reduction rate of the category of Changsha from 1990 to 2020 19902020 年長沙市土地利用 /覆被轉(zhuǎn)換 分析 以 10 年為時間間隔，在 IDRISI 中分別操作得到 長沙市 1990 年 2020 年以及 2020年 2020 年的土地利用面積轉(zhuǎn)移矩陣，如表 、表 。 圖 反映了 19902020 年長沙市各地類轉(zhuǎn)換的增加速率與減少速率，由圖可知： （ 1）在 19902020 年二十年期間，長沙市耕地與林地減少的速率一直大于其增加的速率，說明在此期間耕地和林地的總面積持續(xù)減少；后十年耕地與林地減少的速率明顯大于前十年減少的速率，說明后十年長沙市耕地和林地轉(zhuǎn)換程度 遠(yuǎn)比前十年劇烈。 表 1990 年 2020 年長沙市土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu) Tab. Land use structures and quantities of Changsha from 1990 to 2020 土地利用類型 1990 年 面積 比例 （ ha） （ %） 1995 年 面積 比例 （ ha）（ %） 2020 年 面積 比例 （ ha）（ %） 2020 年 面積 比例 （ ha） （ %） 2020 年 面積 比例 （ ha）（ %） 耕地 375669 373178 371978 360791 357501 林地 733762 733699 732337 725816 716829 草地 13931 13819 14170 14581 14375 水體 24733 23332 24773 24522 24269 建設(shè)用地 26141 30242 31012 48564 61513 未利用地 309 275 275 271 58 總面積 1174545 ha 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 圖 長沙市 19902020 年土地利用結(jié)構(gòu) Fig. Land use structures of Changsha from 1990 to 2020 土地利用變化轉(zhuǎn)換 分析 19902020 年長沙市 各地類 轉(zhuǎn)換 速率 分析 利用 IDRISI 軟件中的 GIS Analysis?Database Query?CROSSTAB 功能， 以 5 年為時間間隔，分別統(tǒng)計 19901995 年、 19952020 年、 20202020 年和 20202020 年 4 個時間段耕地、林地、建設(shè)用地和其他（包括水體、草地和未利用地）各地類的轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出面積。 （ 2）草地、水體以及未利用地占比較小。耕地和林地方面： 1990 年研究區(qū)耕地和林地的面積為 1109431ha，占該年土地利用總面積的 %； 1995 年研究區(qū)耕地和林地的面積為 1106877ha，占該年土地利用總面積的 %； 2020 年耕地和林地的面積為1104315ha，占該年土地利用總面積的 %； 2020 年研究區(qū)耕地和林地的面積和比例分別減小至 1086607ha 和 % ； 2020 年研究區(qū)耕地和林地的面積則減少為1074330ha，占比 %。（注：本人在此研究中所做的工作主要是后期的數(shù)據(jù)處理） 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 第三章 土地利用 /覆被變化分析與預(yù)測 土地利用 /覆被數(shù)量結(jié)構(gòu)特征 土地利用 /覆被的數(shù)量結(jié)構(gòu)指的是區(qū)域土地資源配置在不同土地利用類型上的絕對數(shù)量及其比例關(guān)系 [20]。最后，依據(jù)Markov 預(yù)測所得的轉(zhuǎn)移面積矩陣和狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖集，利用 CAMarkov 模塊對長沙市 2020年 2030 年的土地利用進(jìn)行預(yù)測，得到此期間的土地利用數(shù)據(jù)。在 ArcGIS 中將數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換為 IDRISI 可識別的數(shù)據(jù)格式，轉(zhuǎn)換后在IDRISI 中生成 .rst 柵格格式文件，并對柵格文件進(jìn)行重分類。本研究使用前期處理工作已經(jīng)完成的影像空間分辨率為 30m 的長沙市 1990、 199 20 20 2020 年五期 Landsat TM/ETM+遙感數(shù)據(jù)。 （ 3）統(tǒng)計數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的分辨率均為30m。時期為 1989/1990、 1994/199 1999/2020 年，分別簡記為1990 年、 1995 年、 2020 年的三期數(shù)據(jù)，來自中國資源環(huán)境數(shù)據(jù)庫。長沙市是湖南省的省會城市，是湖南省的政治、經(jīng)濟、文化交流、交通、金融、科技信息的中心，是我國中西部地區(qū)最具競爭力的城市之一， 2020 年 11月 16 日，長株潭城市群被 批準(zhǔn)為“兩型社會”試驗區(qū)，長沙市為核心城市。土壤屬南方紅壤地帶，植被屬亞熱帶常綠闊葉林區(qū)域。 長沙市轄天心區(qū)、芙蓉區(qū)、岳麓區(qū)、雨花區(qū)、開福區(qū)及瀏陽市、長沙縣、寧鄉(xiāng)縣、望城縣，總共 5 區(qū) 3 縣 1 市，面積約為 ? 104km2。28176。北緯 27176。114176。地理位置為東經(jīng)111176。以標(biāo)準(zhǔn) 5? 5 的 CA 鄰近濾波器為鄰域定義，確定起始時刻和循環(huán)次數(shù)，進(jìn)行預(yù)測模擬。使用 IDRISI 軟件提供的Markov 模塊，得到兩個年度區(qū)間的轉(zhuǎn)移面積矩陣與狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣；（ 3）制作轉(zhuǎn)換適宜性圖集。 IDRISI 軟件中提供的 CAMarkov 模塊為研究土地利用時空變化提供了便利，具體的操作為：（ 1）數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)化。 在土地利用格局中，每一個柵格 單元 就相當(dāng)于一個元胞，每個元胞的土地利用類型即為 元胞的狀態(tài)，利用轉(zhuǎn)移矩陣和條件概率圖像進(jìn)行運算，可確定元胞的 轉(zhuǎn)移 狀態(tài) ，從而 實現(xiàn)對土地利用格局 空間變化 的模擬 [17]。根據(jù)邊緣概率的計算， Kappa 值的范圍應(yīng)在 1~1 之間 。當(dāng)觀測一致率時， Kappa 值為正數(shù)，且 Kappa值越大，說明一致性越好。 簡單 Kappa 系數(shù)的計算式： ? ? ? ?cc PPPK ??? 1/0 式中， 0P 為觀測一致率， cP 為期望一致率。 Kappa 系數(shù)僅適用于行數(shù)和列數(shù)相等的方表。 Kappa 系數(shù)簡介： Kappa 系數(shù)是在綜合了用戶精度和制圖精度兩個參數(shù)上提出的一個最終指標(biāo)，他的含義就是用來評價分類圖像的精度問題，在遙感里主要應(yīng)該使用在精確性評價和圖像的一致性判斷。 它的研究對象是具有無后效性的離散型隨機運動過程，即第 n+1 步狀態(tài) X(n+1)的條件概率與 X(0)、 X(1)?? X(n)等第 n 步以前