【正文】 ............ 24 4 土地利用變化驅(qū)動(dòng)力分析與利用對(duì)策 ...................................................................... 25 5 結(jié)論 .............................................................................................................................. 26 參考文獻(xiàn) ......................................................................................................................... 27 致 謝 ......................................................................................................................... 28 1 1 緒論 土地是指地球表層一定范圍內(nèi)的地域單位，是自然特性和社會(huì)特性的復(fù)雜綜合體，是人類賴以生存和發(fā)展的最基本、最重要的生產(chǎn)資料之一，是一種不可再生的有限的寶貴資源。 北京城市學(xué)院 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 ETM 影像 豐臺(tái) 區(qū)土地利用 /覆蓋變化研究 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 班 級(jí)： 專 業(yè)： 學(xué) 部： 指導(dǎo)教師： 二 〇 一 二 年五月 基于 ETM 影像 豐臺(tái) 區(qū)土地利用 /覆蓋變化研究 Fengtai district land use/covered change research based on the ETM images 學(xué)生： 班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 學(xué)部： 專業(yè)： 指導(dǎo)教師： 職稱： 講師 工作單位： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）完成時(shí)間： 自 2021 年 12 月 至 2021 年 05 月 摘 要 變化分析是多時(shí)相 、范圍廣 遙感影像的主要應(yīng)用領(lǐng)域，為探討北京市 豐臺(tái) 區(qū)近幾年的土地利用變化，該文以 2021年 和 2021年的 ETM影像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源，以及其他統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等資料， 參考中國(guó)科學(xué)院 “ 中國(guó)資源環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù) ” 土地利用遙感分類體系， 將研究區(qū)土地利用類型分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地 、其他 用地六 類。 利用 ENVI軟件對(duì)其進(jìn)行校正，圖像增強(qiáng)，分類等處理，得到土地利用分類圖，然后對(duì) 豐臺(tái)區(qū) 近 7年的土地利用 /覆蓋變化情況、各地類面積變化率、土地利用 /覆蓋變化總體情況進(jìn)行了分析研究，得出了 豐臺(tái) 區(qū) 7年中土地利用 /覆蓋呈現(xiàn)的變化規(guī)律， 并從自然因素、人口因素、經(jīng)濟(jì)因素和政策因素四個(gè)方面對(duì)引起土地利用變化的驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行了解釋 ，為今 后土地利用的規(guī)劃和管理提供了依據(jù)。 但是 隨著人類社會(huì)的不斷發(fā)展，土地利用 及 方式不斷發(fā)生改變， 人與空間的不協(xié)調(diào)日益嚴(yán)重。 研究背景 土地是人類賴以生存的主要物質(zhì)基礎(chǔ)，人們通過(guò)土地利用開(kāi)展一定的活動(dòng)來(lái)滿足自身需要。 土地利用與土地 覆蓋有著密切的關(guān)系，土地利用是土地覆蓋變化最重要的影響因素，土地利用是土地覆蓋變化的外在驅(qū)動(dòng)力，土地覆蓋又反過(guò)來(lái)影響土地利用的方式，兩者在地表構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的整體，土地利用 /覆蓋變化有兩種形式，漸變和改變，漸變是指某種土地覆被類型內(nèi)在屬性的變化，如由于過(guò)度放牧使草場(chǎng)變成退化草場(chǎng)，主要與土地利用的強(qiáng)度與利用方式有關(guān) [1]。時(shí)至今日，人們?cè)絹?lái)越認(rèn)識(shí)到土地利用 /覆蓋變化與氣候、生態(tài)過(guò)程、生物化學(xué)循環(huán)、生物多樣性以及更為重要的是人類活 動(dòng)的密切相互作用，土地利用 /土地覆蓋變化是目前全球變化的重要原因，土地利用 /覆蓋變化研究已經(jīng)成為目前全球變化研究的前沿和熱點(diǎn)課題。各國(guó)科學(xué)家越來(lái)越感到人類活動(dòng)對(duì)環(huán)境變化的影響 ， 尤其人類的生存與發(fā)展對(duì)土地的開(kāi)發(fā)利用以及引起的土地覆蓋變化被認(rèn)為是全球環(huán)境變化的重要組成部分 [2]。傳統(tǒng)的土地利用調(diào)查僅限于對(duì)土地利用現(xiàn)狀的調(diào)查 ， 且周期長(zhǎng)、費(fèi)用高、費(fèi)時(shí)費(fèi)力 ， 不利于對(duì)城市發(fā)展進(jìn)行科學(xué)、有效 2 的動(dòng)態(tài)管理。同時(shí)，結(jié)合計(jì)算機(jī)的圖像處理、分析和模式識(shí)別技術(shù)，遙感數(shù)據(jù)在土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中能夠得到廣泛應(yīng)用。 在自然資源調(diào)查中，遙感圖像已成為重要的空間數(shù)據(jù)源，其中 ETM 圖像信息是進(jìn)行土地利用 /覆蓋變化動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的重要依據(jù)。 ETM 比 TM 在紅外波段的分辨率更高，因此有更高的 精度。這些實(shí)時(shí)、有效的遙感信息可以對(duì)城市土地資源利用進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè) ,及時(shí)掌握城區(qū)擴(kuò)展的變化 ,為城市可持續(xù)發(fā)展提供決策支持 [3]。具有明顯的綜合性和地域性。土地利用 /土地覆被變化已成為土地科學(xué)、地球系統(tǒng)科學(xué)、全球環(huán)境變化及可持續(xù)發(fā)展研究中的核心領(lǐng)域。 隨著豐臺(tái)區(qū)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人地相互作用越來(lái)越強(qiáng)烈，人類對(duì)環(huán)境的影響也會(huì)愈加明顯，土地利用變化是環(huán)境變化的最直接體現(xiàn)，通過(guò)對(duì)豐臺(tái)區(qū)進(jìn)行土地利用變化及其驅(qū)動(dòng)因素的研究，得到了豐臺(tái)區(qū)近年來(lái)土地利用變化的情況，為了解該地區(qū)的土地利用變化提供了基礎(chǔ)性的數(shù)據(jù)支持，對(duì)提高土地的利用效益、促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展等具有一定的借鑒意義。 同時(shí)在國(guó)際地圈和生物圈計(jì)劃和全球環(huán)境變化人文計(jì)劃的推動(dòng)下土地覆蓋變化成為全球變化研 3 究的熱點(diǎn)，相關(guān)國(guó)際組織和各國(guó)政府紛紛跟進(jìn)，啟動(dòng)各自的土地覆蓋變化研究。 在土地利用與土地覆蓋變化研究中，還有很多方面需要不斷地探索與創(chuàng)新。但是，在認(rèn)識(shí)和預(yù)測(cè)人類對(duì)整個(gè)地球生態(tài)系統(tǒng)影響的過(guò)程中，目前最為關(guān)鍵的障礙是：缺乏全面和綜合的人地關(guān)系相互作用理論。土地利用 /土地覆蓋變化 研究根植于人地關(guān)系理論之中。國(guó)際國(guó)內(nèi)市場(chǎng)等方面的研究均涉及到了人地關(guān)系的理論。土地利用 /土地覆蓋變化研究學(xué)科的綜合性需要對(duì)上述各種理論的基本原理與方法進(jìn)行評(píng)價(jià)、歸納與利用。土地利用 /土地覆蓋變化在不同的時(shí)間與空間內(nèi)的動(dòng)力機(jī)制及其作用方式與效果大不相同。因此，如何科學(xué)地歸納、總結(jié)以形成土地利用 /土地覆蓋變化的理論體系對(duì)土地利用 /土地覆蓋變化研究的發(fā)展具有更為重要的意義。我國(guó)的 LUCC 研究應(yīng)建立與國(guó)際研究相接軌的全國(guó)統(tǒng)一的研究框架；結(jié)合中國(guó)的實(shí)際情況，建立完整的理論體系 ；選擇一些有代表性的、問(wèn)題突出的典型地區(qū) (如長(zhǎng)江三角）作為重點(diǎn)，重視過(guò)程機(jī)理的定量模擬研究，使我國(guó)的 LUCC 研究向更深、更廣的方向發(fā)展 [6]。Pruitt 于 1960 年提出。狹義而言，指在一定距離以外、通過(guò)某種平臺(tái)上裝載的傳感器獲取地表和近地表面目標(biāo)物從紫外到微波某些波段輻射特征的信息，并對(duì)其進(jìn)行處理、判定和提取，從而識(shí) 別目標(biāo)物的理論和方法。 遙感技術(shù)在土地利用變化研究中的應(yīng)用主要圍繞以下兩方面展開(kāi)： (1)土地利用及其變化的遙感分類：遙感影像分類是土地利用變化研究中至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，它是通過(guò)人工解釋或使用計(jì)算機(jī)對(duì)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分 析，提取有用的信息 [8]。 土地利用遙感監(jiān)測(cè)是指以遙感影像作為信息源，結(jié)合地面輔助資料，運(yùn)用遙感影像分析處理手段，對(duì)土地利用狀況及其動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行全面系統(tǒng)地反映和分析的科學(xué)方法。 研究?jī)?nèi)容與主要技術(shù)路線 本 研究的主要內(nèi)容包括： （ 1）在闡述土地利用和土地覆被的基本概念和主要內(nèi)容的基礎(chǔ)上，確定應(yīng)用方法。 （ 3）對(duì)北京市豐臺(tái)區(qū)遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行解譯，得到土地利用類型圖。 （ 5）從不同方面對(duì)各類型土地利用的變化原因進(jìn)行解釋。東為 朝陽(yáng)區(qū) ，北為 東城 、 西城區(qū) 、 海淀區(qū) 和 石景山區(qū) ，西北為 門(mén)頭溝區(qū) ，西南和東南為 房山區(qū) 和大興區(qū) 。 轄區(qū)包括 6 個(gè)鄉(xiāng)、 81 個(gè)行政村 ， 按街道居 (家 )委會(huì)劃分 ， 包括 16 個(gè)辦事處 , 406 個(gè)居委會(huì)和 363 個(gè)家委會(huì) 。）和最東端點(diǎn)東四道口村（東經(jīng)1162839。），最北端點(diǎn)為青塔村北新開(kāi)渠（ 395439。永定河由北至南貫穿豐臺(tái)區(qū)，河?xùn)|部鄰近北京市區(qū)部分及永定河兩岸大為平原地帶，西部則多丘陵。 氣溫降水 豐臺(tái)區(qū)地處華北大 平原 北部（北緯 40176。冬季受高緯度內(nèi)陸季風(fēng)影響，寒冷干燥；夏季受海洋季風(fēng)影響，高溫多雨，是典型的 暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)型氣候 。 在眾多的景點(diǎn)中，既有馳名中外的 盧溝橋 、 宛平城 等名勝古跡，也有占地 公頃。新建景區(qū)集旅游、觀光、度假、購(gòu)物、娛樂(lè)為一體，衣、食、住、行、游、樂(lè)相配套，是首都新型旅游娛樂(lè)區(qū)。岳各莊批發(fā)市場(chǎng)、京溫批發(fā)市場(chǎng)等商貿(mào)基地都已初具規(guī)模。 社會(huì)文化 豐臺(tái)區(qū) 全年共組織文化演出、電影放映等群眾文化活動(dòng) 1135 場(chǎng)次，參加群眾近 60 萬(wàn)人次；著力打造 “盧溝 ”文化品牌，舉辦了第二屆盧溝文化節(jié)，參 加文化節(jié)系列活動(dòng)群眾近 20 萬(wàn)人次。全區(qū)有 全國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位 2 處，市級(jí)文物保護(hù)單位 10處，完成了萬(wàn)佛延壽寺銅觀音像修繕工程和宛平城二期修復(fù)工程。 研究方法 圖像資料和遙感圖像的預(yù)處理 本研究所使用的資料有， 2021 年和 2021 年的北京市 豐 臺(tái)區(qū) ETM 遙感 影像 。由于成像原理不同和技術(shù)條件的限制，任何一個(gè)單一傳感器的遙感數(shù)據(jù)都不能全面反映目標(biāo)對(duì)象的特征，合成影像可較好地反映土地利用 /覆蓋變化的信息 [9]。從 1972 年開(kāi)始發(fā)射第一顆衛(wèi)星LANDSAT 1，到目前最新的 LANDSAT 7。 ETM+比起在 LANDSAT 5 上面裝備的 Thematic Mapper(TM)設(shè)備在紅外波段的分辨率更高，因此有更高的準(zhǔn)確性。 多光譜數(shù)據(jù)具有多個(gè)光譜波段和豐富的光譜信息，不同波段影像對(duì)不 同地物有特殊的貢獻(xiàn)。 但是，如果影 像 的所有波段都同時(shí)參與地物信息提取與分類，就會(huì)增加計(jì)算機(jī)的負(fù)擔(dān)，而且冗長(zhǎng)的數(shù)據(jù)反而影 影像 對(duì)地物的提取，降低準(zhǔn)確度。 所以本文采用 1波段即真彩色進(jìn)行波段組合，更加直接的用真實(shí)的色彩表現(xiàn)出土地利用 /覆蓋的變化。 圖 5 去條帶前后對(duì)比 本文選取的研究區(qū)是北京市 豐臺(tái) 區(qū)，在 ENVI 中，利用研究區(qū)域的矢量邊界，導(dǎo)出 豐臺(tái) 區(qū)的矢量圖（如圖 6），然后用 Subset Data Via ROIs 命令，以 豐臺(tái) 區(qū)矢量圖為基礎(chǔ)，完成對(duì)兩期 ETM 影像的裁剪（如圖 7）。 本文采用的是 1 波段 （即真彩色） ，因?yàn)檫@三個(gè)波段的分辨率都是 30m，第 8 波段的分辨率是 15m，因此要對(duì)其進(jìn)行融合，是圖像更清晰，更容易分辨 [11]。 圖 8 30 米分辨率 與 15 米分辨率融合 經(jīng)過(guò)對(duì)遙感圖像的 預(yù) 處理，得到了符合該研究區(qū)的區(qū)域結(jié)果圖 (如圖 9)： 11 圖 9 預(yù)處理后結(jié)果圖 信息提取 建立分類體系 遙感圖像分類體系的劃分是進(jìn)行遙感圖像分類的重要依據(jù)和基礎(chǔ)，其與土地利用分類體系不完全相同，在實(shí)際劃分過(guò)程中既要充分考慮遙感圖像實(shí)際可解能力和研究區(qū)內(nèi)土地覆被特征，又要適當(dāng)?shù)嘏c土地利用分類體系靠近，便于利用遙感技術(shù)對(duì)土地利用現(xiàn)狀圖進(jìn)行動(dòng)態(tài)更新。遙感影像解譯標(biāo)志是遙感影像上能直接反映、判別地物信息的影像特征。 根據(jù)中國(guó)科學(xué)院 “ 中國(guó)資源環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù) ” 土地利用遙感分類標(biāo)準(zhǔn)， 通過(guò)將遙感影像上的不同地物與這些地物的實(shí)際情況相比較，發(fā)現(xiàn)不同地物之間的影像特征差異，并歸納得出同類地物的影像特征 的一致性，得到研究區(qū)解譯標(biāo)志，本文基于如下考慮 [11]： ① 研究區(qū)內(nèi)地物光譜類別混雜現(xiàn)象比較嚴(yán)重，指標(biāo)分得過(guò)細(xì)會(huì)造成類別間混分率增加，造成精度下降。 12 表 2 土地利用分類系統(tǒng)名稱 編號(hào) 名稱 含義 1 耕地 種植農(nóng)作物的土地 2 林地 生長(zhǎng)喬木，灌木等的林業(yè)用地 3 草地 生長(zhǎng)草本植物為主 4 水域 天然陸地水域和水利設(shè)施用地 5 居民及建設(shè)用地 城鄉(xiāng)居民點(diǎn) 及其工礦、交通等用地 6 其他 用地 除了以上用地之外的其他用地 解譯標(biāo)志的建立 在對(duì)遙感影像分類之前，首先要進(jìn)行預(yù)判讀，即室內(nèi)預(yù)判。預(yù)判時(shí)應(yīng)首先全面觀察研究區(qū)遙感影像 ， 了解研究區(qū)地形地貌特征 , 在此基礎(chǔ)上 ， 根據(jù)研究區(qū)土地利用特點(diǎn)與分析的需要 ， 統(tǒng)一制定分類系統(tǒng) ， 并選擇已知或典型地類進(jìn)行室內(nèi)判讀。地物光譜的反射特征是圖像判讀的理 論基礎(chǔ)。 (2)地物光譜的反射率與影像色調(diào)特征的關(guān)系。 (3)地物時(shí)間、空間和季節(jié)的不同與影像色彩變化的關(guān)系。 非監(jiān)督分類運(yùn)用 ISODATA（ Iterative SelfOrganizing Data Analysis Technique)算法，完全按照像元的光譜特性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分類，常常用于對(duì)分類區(qū)沒(méi)有什么了解的情況。由于人為干預(yù)較少，非監(jiān)督分類過(guò)程的自動(dòng)化程度較高。 非監(jiān)督分類不用訓(xùn)練樣本，而是根據(jù)圖像數(shù)據(jù)自身的統(tǒng)計(jì)特征及點(diǎn)群的分布情況，從純統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度對(duì)圖像 數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分類。 由于非監(jiān)督