1樓：中地數媒
李喆1 馬潤賡2
（1.北京大學遙感與地理資訊系統研究所，北京，100871；2.中國地質大學地球科學與資源學院，北京，100083）
摘要：利用2023年2月和2023年4月2幅tm影像資料和其他輔助資料為資料源，對主成分分析處理後的遙感影像進行計算機自動識別，採用人機互動式解譯方法獲得各種土地利用型別分佈資訊，並使用地理資訊系統的空間分析和數理統計功能分析麗江壩子地區土地利用變化的數量變化，土地利用動態度等特徵，以及各型別之間的轉化情況。結果表明：
本區域耕地面積增加了0.27km2，城鄉用地面積增加了0.19km2，水體面積減少了0.
11km2，林地和草地基本保持不變；各型別的轉化突出表現為水域向城鄉用地，未利用土地向城鄉用地和耕地轉換。
區域土地利用/覆被變化（lucc）是全球環境變化研究中的重要領域之一。土地利用變化資料可以提供研究區域土地利用狀況的現實狀況，保證國家及時、準確地掌握土地利用變化情況，為制定國民經濟發展規劃、計劃和巨集觀決策提供科學依據［1］。土地利用變化包括時間變化、空間變化和質量變化等三個方面，其中空間變化反映土地利用變化的空間型別、變化型別的空間分佈以及區域差異，是土地管理和規劃關注的焦點問題［2］。
這一問題的解決關鍵在於如何提取土地利用變化資料以及如何對獲取的資訊進行科學的分析處理。遙感技術以其快速、準確、週期短等優點在大中尺度的土地利用/覆蓋變化的監測中具有明顯的優勢。本文利用遙感和 gis 相結合的方法，通過數理統計分析，描述了麗江壩子地區1999～2023年間土地利用的數量變化和空間變化特徵，為該區域土地管理決策、生態環境保護、資源合理開發等奠定了基礎，對於區域土地可持續發展和利用具有重要意義。
1 研究區概況
麗江位於雲南省西北部［3］，金沙江中游，地理座標為：99°23′e～101°31′e，25°59′n～27°56′n。四周分別與迪慶州、怒江州、大理州、楚雄州和四川省攀枝花市、涼山州毗鄰，轄麗江納西族自治縣、寧蒗彝族自治縣、永勝縣和華坪縣，國土總面積有931.
02km2。由於地處青藏高原和雲貴高原的結合部，屬橫斷山區，地形複雜，山高谷深，長期自然環境相對封閉，形成具有典型特點的垂直自然帶和立體氣候，動植物區系極為複雜，珍稀野生動植物豐富。全區總人口109 萬，包括漢、納西、彝、傈僳、藏、白、普米等23個民族，其中少數民族人口占57%［3］。
2 研究方法
2.1 研究資料
分別拍攝於2023年2月和2023年4月2幅 landsat－tm 影象，地面解析度為30m，在研究區域內沒有云層覆蓋，質量較好；另有1∶1 萬地形圖和1∶5 萬土地利用圖，用於輔助訓練樣區的選擇和目視解譯；還有其他統計資料（氣象、水文、人口、土壤、社會經濟）等。
2.2 主要工作流程
使用遙感影象資訊進行變化檢測的方法主要有三種：分類後比較法，多時相影象直接求交法和多時相影象分類法［4］。多時相影象直接求交法要求兩個時相比較接近，檢測變化資訊一般使用影象差值、比值或主成分分析，操作簡單，但是得不到變化的具體地物型別。
本文所使用遙感影象時間差異接近3個月，不宜使用直接求交法。多時相影象分類法在使用時要使用靜態型別和動態型別，動態型別的訓練樣本一般不易確定。本文主要使用分類後比較法。
本研究的主要工作流程如圖1 所示：首先使用 pci 軟體分別對2 幅 tm 影象進行影象預處理（如幾何糾正等），並分別對以上兩個時相的影像做主成分分析，然後充分結合各種知識（如地形圖，植被圖等）進行監督分類［3］。監督分類時採用《中國土地利用現狀調查技術規程》規定，將土地利用型別劃分為：
耕地，林地，草地，水域，城鄉工礦居民地和未利用土地共6 類。採用人機互動式方法判讀分類結果，並將解譯結果以柵格形式轉入地理資訊系統軟體 arc gis 中進行資料處理，對二期資料進行空間疊置分析，獲得土地利用變化資料，以此為基礎進行土地利用動態變化分析。
圖1 專案主要工作流程圖
2.3 幾個關鍵技術的處理
2.3.1 遙感影象的幾何配準
兩個時相遙感影象的幾何配準是動態變化研究的基礎。為了便於利用地學資訊進行輔助分析，可以將遙感影象配準到大地座標系中。本文選擇1∶1 萬地形圖為基準，在遙感影象上均勻選擇12個地面控制點，使用二次多項式擬合，灰度取樣方式為雙三次卷積，進行幾何配準和灰度重取樣處理。
結果總體均方誤差為0.624，配準誤差小於1個像元，滿足土地利用動態監測的要求。
2.3.2 遙感影象的主成分分析
主成分分析（又稱主分量變換）是一種儘可能不丟失資訊用幾個綜合性指標彙集多個變數的測量值而進行描述的方法［5］。在多光譜影象中，由於各波段的資料間存在相關的情況很多，通過主成分分析就可以把影象的大部分資訊用少數波段表示出來，使得資訊幾乎不丟失但資料量可以減少。本文分別對於二期 landsat－tm 影象的除熱紅外波段的6個波段採用主成分分析，把獲得的第一到第三主成分進行彩色合成，得到處理後的結果影象。
2.3.3 結果資料的生成
根據各種輔助資料，在經過主成分分析處理後的二期遙感影象上選擇6個土地利用型別的訓練樣本，採用最大釋然法進行計算機自動識別。由於遙感影像上存在同物異譜、異物同譜以及混合像元等情況，計算機自動識別在某些類別的區分上不太理想，例如未利用土地和城鎮用地極易發生混淆。實際工作還需要輔助各種實測資料進行目視修正，以得到兩個時相的最終分類結果，然後將分類結果以柵格形式轉入地理資訊系統軟體arc gis中，對二期資料進行空間疊置分析，獲得土地利用變化資料，並進行必要的數理統計，以便結果分析使用。
3 結果分析
3.1 土地利用變化幅度分析
區域土地利用變化幅度主要體現在不同土地利用型別的面積總量變化上，可以提供區域土地利用變化總態勢和土地利用結構變化資訊。
利用二期遙感資料，對麗江壩子地區兩期土地利用資料進行統計分析，得到結果見表1。
表1 1999～2023年土地利用變化表
表1說明，3年來本區域耕地面積增加了0.27km2，城鄉用地面積增加了0.19km2，水體面積減少了0.11km2，林地和草地則基本保持不變。
3.2 土地利用動態度分析
土地利用動態度可以簡單採用單一土地利用動態度和綜合土地利用動態度來描述［6］。其中單一土地利用動態度可定量描述區域一定時間範圍內某種土地利用型別變化的速度，可提供土地利用變化的區域差異和**未來土地利用變化趨勢；綜合土地利用動態度用於表徵區域土地利用變化的速度。
單一土地利用動態度公式表示式為：
土地資訊科技的創新與土地科學技術發展：2023年中國土地學會學術年會**集
式中，ua，ub分別表示研究初期及研究末期某一種土地利用型別的數量；t表示研究期時段長。
綜合土地利用動態度表示式為：
土地資訊科技的創新與土地科學技術發展：2023年中國土地學會學術年會**集
式中，lui 表示研究初期第 i 地物類研究末期轉為其他土地利用的面積；δlui 表示第i地物類研究末期轉為其他土地利用型別的面積；t表示研究時段。
根據公式（1）和（2）計算麗江壩子地區土地利用六種型別的年變化率。結果說明，1999～2023年麗江壩子地區土地利用的年變化率為0.17%，其中城鄉用地和未利用地變化速度最大，年變化率分別達到0.
36%和0.21%，林地和草地基本保持不變，耕地和水域的年變化率分別為0.15%和0.
09%。
3.3 土地利用區域差異分析
由於地形地貌和氣候等自然條件差異，經濟發展和人口增長速度不同，使得土地利用區域差異顯著。對於土地利用變化的區域差異，可用某一特定土地利用型別相對變化率來表示。相對變化率是一種很好地反映土地利用變化區域差異的方法，其表示式為：
土地資訊科技的創新與土地科學技術發展：2023年中國土地學會學術年會**集
式中，kb、ka分別代表某區域某特定土地利用型別研究初期和研究末期的面積；cb、ca分別代表全區域某特定土地利用型別研究初期和研究末期的面積。
根據行政區劃，將麗江劃分成麗江縣、寧蒗縣、永勝縣和華坪縣4個區域，根據遙感資料分別計算6 種土地利用型別的相對變化率，其結果見表2。
表2 1999～2023年土地利用區域差異表
從表2中可以看出，土地利用變化存在明顯差異：①就耕地而言，麗江縣最大，達到1.53，明顯大於永勝縣，寧蒗縣和華坪縣也大於永勝縣；②林地，草地，水域變化各區域差異不大；③城鄉用地的區域差異最為明顯，麗江縣大於其他3縣很多，達到5.
36；④未利用地的變化在華坪縣較突出，約為4.89，幾乎是永勝縣的3倍。
3.4 土地利用型別轉換矩陣分析
土地利用型別之間的相互轉化情況，可採用馬爾柯夫轉移矩陣模型來進一步描述［7］。馬爾柯夫鏈是一種具有「無後效性」的特殊隨機過程，它反映的是一系列特定時間間隔下，一個亞穩定系統由n時刻向n＋1 時刻狀態轉換的一系列過程中，n＋1 時刻的狀態只與n時刻的狀態有關。由於土地利用型別演變具有馬爾柯夫隨機過程的性質：
①一定區域內，不同土地利用型別之間具有相互可轉化性；②土地利用型別之間的相互轉化過程包含著較多尚難用函式關係準確描述的事件，故可採用馬爾柯夫轉移矩陣模型來描述土地利用型別動態轉換。
馬爾柯夫模型在土地利用型別轉化上應用的關鍵是確定土地利用型別之間相互轉化的轉移概率矩陣p。若採用斑塊相互之間面積的轉移概率為矩陣元素，則轉移矩陣模型為：
土地資訊科技的創新與土地科學技術發展：2023年中國土地學會學術年會**集
式中，pij為土地利用型別i轉化為土地利用型別j的轉移概率。
遙感影象計算機自動識別中得到的土地利用變化轉移概率矩陣如表3所示。
表3 1999～2023年土地利用變化轉移概率矩陣 單位：%
從表3可以看出：
（1）耕地的增加量主要是來自草地和未利用地，分別佔1.51%和0.21%，減少量大部分轉化為未利用地和草地，各佔4.46%和2.10%。
（2）林地的增加量主要來自於草地和耕地，各有4.06%和1.06%，有1%的林地轉換為草地。
（3）草地的增加量中有2.10%和 1.00%來自於耕地和林地，減少量中有 4.06%和1.51%分別轉化為林地和耕地。
（4）水域有2.32%轉化為城鄉用地，有0.36%轉化為未利用地，有0.18%轉化為林地，表明水體的減少主要受人為因素影響。
（5）城鄉用地的增加主要來自於耕地、未利用地和水域，分別佔 0.74%、0.61%和0.39%。
（6）城鄉用地、耕地、草地和林地各有 17.06%、4.46%、0.93%和 0.58%轉化為未利用地，表明本區域土地利用狀況不太好，大量的農田遭到佔用卻未合理開發。
4 結論
土地利用/土地覆被變化（lucc）研究旨在深入瞭解土地利用狀況及其變化的動態過程、主導原因及演化機理，以提高人們對土地利用變化的**、管理、決策和調控能力，對於其資料的獲取和分析處理十分重要。通過對本次研究獲得資料的分析，可以得到如下結論：
（1）1999～2023年間雲南麗江壩子地區的土地利用狀況發生一定的變化。3年來耕地面積增加了0.27km2，城鄉用地面積增加了0.
19km2，水體面積減少了0.11km2，林地和草地基本保持不變；各型別的轉化突出表現為水域向城鄉用地、未利用土地向城鄉用地和耕地轉換。
（2）土地利用的年變化率為 0.17%。其中城鄉用地增加速度最快，以平均每年0.36%的速度遞增，未利用地則以0.21%的速度遞減，林地和草地基本保持不變。
（3）土地利用型別相互間的轉化突出表現為水域向城鄉用地，未利用土地向城鄉用地和耕地轉換。3年來本區域共有0.068km2 即2.
32%的水域面積轉換為城鄉用地，未利用土地中有0.14km2 和 0.07km2 轉化為城鄉用地和耕地，分別佔未利用土地面積的17.
06%和5.46%。
參考文獻
［1］朱會議，李秀彬，何書金等.環渤海地區土地利用的時空變化分析［j］.地理學報，2001，56 （3）：253～260
［2］王思遠，劉紀元，張增祥等.近10年中國土地利用格局及其演變［j］.地理學報，2002，57 （5）：523～530
［3］麗江地區地方誌辦公室.麗江年鑑（1997） ［m］.昆明：雲南民族出版社，1997，293～294
［4］李天巨集，韓鵬.廈門市土地利用/覆蓋動態變化的遙感檢測與分析［j］.地理科學，2001，21 （6）：537～544
［5］村井俊治等.遙感精解［m］.北京.測繪出版社，1993，12：194～196
［6］王秀蘭，包玉海.土地利用動態變化研究方法**［j］.地理科學進展，1999，18 （1）：81～87
［7］李忠峰，王一謀，王建華等.基於rs與gis的榆林地區土地利用變化分析.水土保持學報，2003，6：97～99
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infrared remote sensing 紅外線遙感技術就是在較遠的地方 例如在離地面幾百公里以上的高空 用紅外線敏感裝置對被測目標進行測量的一種非接觸式的測量技術。紅外線遙感技術利用偵察衛星 飛機或其他飛行體，拍攝或探測軍事目標，調查地質礦產，調查森林等生態環境，進行農業資源的開發等等.北京...
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