基于TM影像的商丘市土地利用动态监测

2022-09-11

一、引言

近10年来, 近年来, 随着我国经济实力的提升, 国内各区域的经济发展也较为迅速。以商丘为例, 商丘市经济与不同年龄段人口分布变化较大, 土地资源得到了广泛的开发和利用, 但同时也有不合理现象, 如:大量耕地林地被改为建设用地, 利益驱使下的房产公司圈地现象较为严重, 土地质量普遍下降, 这些现象严重制约了经济发展与土地利用的协调健康发展。

土地利用动态监测的研究对土地资源的开发保护、合理利用以及环境与发展协调等各个方面都起到了非常重要的作用。研究土地利用变化状况主要利用遥感动态监测技术, 利用ENVI软件对TM遥感影像进行图像解译, 对比分析得出土地利用的动态改变情况。随着科技发展, 影像分辨率也在不断的提高, 使得土地利用动态监测研究的技术和精度也得到了不断的完善。

本文主要利用商丘市2006年—2016年的两个时期的遥感图像, 利用遥感图像解译技术对商丘市的建设用地、植被、水体三种地物的时空变化情况进行分析, 为精确而全面的了解该市的土地利用的变化信息, 更好地使商丘市的社会经济的稳定健康发展。

二、土地动态监测技术方法及数据的处理

(一) 土地动态监测技术

基于遥感技术信息提取为主的技术方法, 在TM遥感卫星影像中采用基于光谱知识的自动提取法对研究区域的变化信息进行提取并研究分析其变化状况。依托相关资料对商丘市两个阶段的影像分别进行几何校正、图像增强及图像的镶嵌和融合。运用监督分类方法对处理结果进行监督分类。

本文基于商丘市两个时间段的TM影像识别并提取期间的土地利用变化信息。根据商丘市土地分布及利用特点将该区域土地利用类型分为植被、建筑用地、水体三种。运用遥感动态监测技术对该分类结果进行精度评定, 并对结果进行对比分析完成对商丘市土地利用变化的研究。

(二) 土地动态监测数据预处理

由于卫星的运行速度、噪音、大气层等各种影响, 需要对遥感影像进行预处理以保证数据的可靠性。在获取遥感卫星影像数据的时候, 仪器本身的原因和自然因素影响均在一定的程度上能够导致图像的变形, 且由于遥感影像不具多光谱特性, 导致不能直接获取高分辨率影像。为了使研究的结果更为准确、更有科学性, 需对影像进行几何校正与影像配准。

(三) 土地利用变化信息的提取

使用遥感技术来监测土地利用变化信息的研究, 其实质就是根据不同传感器及不同时相的TM影像, 通过提取和分析地物变化信息, 可以快速地监测到各个时段的土地利用信息和变化状况。分别对两个时期的TM影像进行监督分类处理, 提取遥感影像上的主要的地物类别。主要分为训练样本的提取及可分离度的检验, 本次实验TM影像共有7个波段, 遥感解译过程中需选择B5、B4、B3波段进行组合, 且三个波段下进行影像解译所获取的成果能够清晰的分辨出各类地物。其信息提取流程如图1所示:

每一个样本类型之间的可分离性用Jeffries-Matusita, Transformed Divergence参数表示, 如果得出的结果值大于1.9, 则说明样本的可分离性好, 就属于合格的样本;如果小于1.8, 那么属于不合格的样本, 就需要重新选择样本。经过信息提取, 其质量检核成果如表1、表2所示。

(四) 执行监督分类及分类后处理

监督分类的分类器的选择和样本的选择对图像的处理结果影响较大。分类器的选择主要是根据影像的质量和数据源来进行选择, 在选择样本的时候, 对影像做一些如主成分分析、最小噪声变波以及波段组合的操作, 可以适当的对图像产生一定的增强效果, 以便于样本的选择。

结合软件对土地利用进行分类, 由于数据的影响, 分类成果会产生面积较小的图斑, 且需要把小图斑进行剔除或重新分类, 其成果才能进行应用。应用ENVI软件对预处理后的两个时期的TM影像进行监督分类及分类后处理。

2006年, 商丘市建设用地总面积约有235.804, 约占商丘市土地总面积的14.37%;2016年, 商丘市建设用地面积达到262.894, 占商丘市土地面积的16.01%。十年间, 商丘市城区建设用地的面积增加约37.090。商丘市经济快速发展以及城乡一体化是引起商丘市建设用地变化的主要原因。2006年, 商丘市区的植被总面积约为1379.217, 占区域土地面积的84.02%, 2016年, 商丘市区植被总面积为1339.466, 占区域土地总面积的81.56%。

商丘市区的植被面积减少约39.751。建设用地的逐渐增加以及城镇化速度的快速发展, 导致了植被的总面积有了轻微的下降。商丘市区水体总面积十年间增加约13.496, 上升0.82%。其主要由于商丘市政府的合理规划化及自然因素的影响等导致商丘市区水体面积的增加。数据成果对比如表3、表4所示。

经对比分析可知, 建设用地总面积呈增长状态, 植被面积呈减少状态, 水体面积变化相对较小。其土地利用变化矩阵分析成果如表5所示。

三、影响因素分析

城市工业化与城镇化的深入发展, 人口数量的不断增加等人为因素的影响对土地利用变化有较大影响。近几年, 城市经济快速增长, 人民消费水平随之提升, 城市经济开发和工业园区的建设步伐随之提速, 大批农村居民向城区迁移, 产业结构的调整, 促使农林牧渔等第一产业向制造业、矿业等第二产业转移, 由此导致城市建设用地的大幅提升。

水体数量变化的主要因素有自然因素和人为因素。自然因素方面, 由于当地气候原因, 夏季六七月份降水较多, 且自2006年-2016年间, 年降水量逐渐增多, 其成为研究区域水体面积发生变化的主要原因;人为原因, 由于经济的快速发展和城区人口的增加, 导致用水量的增多, 间接导致了水体面积的减少。但, 由于近年来环境治理的影响, 相关部门对城区水域进行重新规划, 如, 由政府主导修建日月湖等中小型水库, 并于2015年统一治理6条内河, 使得原本干枯的内河重新注入水体, 在一定程度上增加了商丘市区域的水体面积。

城镇化的提速使得城区人口逐年增多, 人民对住房的刚性需求, 使得十年来建设用地的开发面积大幅增加。即使在政府职能部门强制性的推出保护生态环境的相关政策, 依然抵不过城镇化的速度, 城镇化率的提升伴随着植被或耕地面积的减少, 由此导致了植被面积的减少。

四、总结

本文基于商丘市城区2006年和2016年两个时期遥感影像, 对其进行监督分类, 得到两个时期土地利用分类图, 并对其进行对比分析, 得到十年来土地利用变化情况。其中, 建设用地面积增加约37.090;由于市政规划的影响, 商丘市水体面积增加明显, 增加约13.496;由于建设用地的扩张, 植被面积减少约39.751。数据分析表明, 导致商丘市城区土地利用有明显变化的主要原因是社会经济的快速发展和城镇化的逐渐加速。研究成果对相关部门及时了解土地利用变化情况、土地资源的合理利用及避免土地资源的浪费和破坏有较好的借鉴作用。

摘要：本文以商丘市两个行政辖区为实验区域, 基于2006年和2016年遥感影像数据, 对被研究区域进行水体、植被及建设用地的信息提取分析, 得到近十年来土地利用变化情况。结果显示, 十年来商丘市建设用地面积增加37.090, 水体面积增加13.496, 植被面积减少39.751, 土地利用形式改变主要为建设用地及植被之间的动态变化。对商丘市土地利用动态的分析和讨论, 为今后商丘市土地资源的整合及土地政策的合理制定提供了有力依据。

关键词：TM影像,土地利用,动态监测