典型资源型城市土地利用变化及景观格局研究

0.149
0.928
0.933
城乡、工矿、 居民用地
0.199
0.224
0.875
0.910
未利用土地
0.717
0.426
0.891
0.924
2010年土地利用/覆被分类精度检验混淆矩阵
总体精度/Overall Accuracy:89.7%
Kappa系数:0.79
错分误差 漏分误差 制图精度 用户精度 Comission Omission Prod.Acc User.Acc
唐山市1990年、2000年、2010年三期TM遥感影像（每期3景）、唐山市 DEM数据、唐山市1:50000地形图。 2.1.2几何校正
将三期TM遥感影像与1:50000地形图进行几何校正，各选择10个控制 点，校正精度控制在0.5个象元以内。 2.1.3图像拼接、裁剪
由于成像大小所限，需要将3景影像进行拼接，之后运用行政区边界矢 量文件进行裁剪，并采用直方图匹配增强处理以消除影像之间的色调误差。 2.1.4多波段优化彩色合成
2.2.2确定影像分类方法并建立土地类型解译标志（图1）；
目前运用较为广泛的分类方法包括直接比较法（包括变化矢量分析法
等）、分类法（分类后比较法）、面向对象比较法（特征提取比较法）、模
型法、时间序列分析法、可视化法和混合法等。【多时相遥感影像变化检测
综述，地理信息世界】，本次实验采用监督分类-分类后比较方法。
特点，采用二级分类方法进行分类，分类结构如表1所示。
表1 唐山市土地利用变化/覆被分级系统
一级类型
二级类型
耕地
水田、Leabharlann Baidu地
林地
有林地、灌木林、疏林地、其它林地
草地
高覆盖度草地、中覆盖度草地、低覆盖度草 地
水域
河渠、湖泊、水库坑塘、滩涂
城乡、工矿、居民用 地
城镇用地、农村居民点、其它建设用地
未利用土地
沙地、戈壁、裸土地、其它用地
1引言 土地利用/覆被变化（LUCC）是自然、社会、经济共同作用的结果，是
内部自然演替和外部作用力相互作用的结果，是全球环境变化的重要组成部 分【国内LUCC研究综述】，显著表达了人类活动在短时期内对自然环境施加 的影响，反应了地球表层生态系统的动态变化。通过对不同时相的土地利 用/覆被的变化分析，探索土地利用/覆被变化的驱动机制和变化规律，不仅 是合理、适度地利用土地的重要依据，更是实现可持续发展的重要保证。遥 感和地理信息系统技术为LUCC提供了数据、技术支持，并逐渐成为土地利 用/覆被变化研究领域运用最广泛、最先进的技术之一。【基于RS和GIS的北 京市土地利用/覆被变化研究】
Kappa系数:0.80
错分误差 漏分误差 制图精度 用户精度
Comission Omission Prod.Acc User.Acc
耕地
表5
唐
林地
山
市
草地
0.211 0.443 0.258
0.101 0.531 0.695
0.841 0.769 0.690
0.858 0.801 0.735
海滩
0.026
表6 唐山市1990，2000和2010年土地利用现状（单位 /km2）
1990年
2000年
2010年
耕地
596.555
572.980
558.740
草地
39.871
45.735
42.556
林地
137.531
140.952
147.069
工矿
183.836
220.457
236.415
水域
216.314
251.207
耕地
0.156
0.313 0.887 0.898
林地
0.355
0.437 0.809 0.920
草地
0.169
0.693 0.890 0.955
海滩
0.398
0.026 0.936 0.954
城乡、工 矿、居民用
地
0.103
0.285 0.844 0.921
未利用土地
0.308
0.112 0.912 0.953
TM传感器共有7个多光谱波段,包括可见光红（R）绿（G）蓝（B）各一 个波段，一个近红外、一个热红外和两个短波红外波段，根据加色法彩色合 成原理,选择遥感影像的某三个波段,分别赋予红、绿、蓝三原色的过程就是 多波段彩色合成。本次实验采取经典的B4、B3、B2分别赋予红、绿、蓝的假 彩色影像合成方案（图1-图3）。
0.279
0.893
0.942
海滩
0.048
0.218
0.951
0.969
城乡、工矿、 居民用地
0.802
0.215
0.869
0.881
未利用土地
0.259
0.598
0.944
1990年土地利用/覆被分类精度检验混淆矩阵
0.937
表4 唐山市2000年土地利用/覆被分类精度检验混淆矩阵
总体精度/Overall Accuracy:85.9%
图1唐山市1990年TM影像4-3-2假彩色合成图
图2
唐山市2000年TM影像4-3-2假彩色合成图
图3唐山市2010年TM影像4-3-2假彩色合成图
2.2土地利用变化/覆被信息提取
2.2.1建立唐山市土地分级系统
本次实验参考1992年中国科学院“八五”重大应用项目“国家资源与环
境遥感宏观调查与动态研究”中的土地资源分类系统，结合唐山市土地利用
276.413
未利用
170.663
113.439
81.567
总计
1344.770
1344.770
1344.770
2.3 景观格局信息提取
景观空间格局分析是研究景观结构组成特征和空间配置关系的分析，是
研究景观功能和动态的基础。景观指数是指能够高度浓缩景观格局信息，反
映其结构组成和空间配置某些方面特征的简单定量指标。当前，景观格局特
基于RS和GIS唐山市土地利用/覆被变化和景观格局演 变研究
摘要 本论文以RS和GIS技术为基础，通过对唐山市1990、2000、2010年
LANDSAT-7 TM遥感影像的处理与解译，采用分类后比较的方法提取了唐山市 三个时相的土地利用图，并以此为基础，利用土地利用/覆被转移矩阵等数 学模型，分析唐山市20年中的土地利用/覆被变化和景观格局演变过程的规 律、特点。研究表明，唐山市土地利用/覆被变化显著，呈现趋势为：工矿 建设用地面积明显增加，耕地、草地、水体和其它用地面积减少，林地面积 稳中有升。因此，在唐山市今后的城市化建设工作中，应科学规划管理利用 土地，提高土地利用效率，建立科学的自然-人工景观格局，提高唐山市生 态系统稳定性，实现可持续发展。 关键词： 唐山市 遥感 地理信息系统 土地利用/覆被变化
总体精度/Overall Accuracy:86.4%
表
3
Kappa系数:0.86
唐
错分误差 漏分误差 制图精度 用户精度 山 Comission Omission Prod.Acc User.Acc 市
耕地
0.187
0.456
0.779
0.847
林地
0.558
0.005
0.838
0.900
草地
0.469
征主要在三个层次上进行分析：单个斑块、斑块类型、景观，而景观指数亦
可相应的分为斑块水平指数、斑块类型水平指数以及景观水平指数【景观生
态学——格局、过程、尺度与等级】。此外，景观空间格局具有空间相关性
和尺度独立性，因此，为了了解景观空间格局对生态学过程的影响，我们需
要将景观空间异质性进行量化，即在不同空间粒度或时间幅度上进行多尺度
土地类型解译标志的建立是执行监督分类的基础，其准确与否直接关系
到分类的精度。本次实验在综合影像颜色、亮度、纹理等特征的基础之上，
结合实地考察、文献检索的方式，制定土地一级类型解译标志，如表2所
示。
表2 唐山市土地一级类型解译标志
土地类 型
耕地
林地
草地
工矿建 筑用地
水域
未利用 土地
解译标 志
2.2.3影像解译及精度检验 基于唐山市土地一级类型解译标志，在ENVI4.7中，对唐山市预处理后
Kappa系数均高于最低允判精度0.7，唐山市三个时相的土地利用/覆被 分类专题图的精度符合要求。
2.2.4土地利用现状信息提取 首先，在Arcgis9.3环境中利用Conversion命令下的Raster to Polygon
工具，将1990年、2000年和2010年的栅格图像转换为矢量图像（“.shp”文 件）；其次，在矢量图像属性表中添加“面积”字段，并计算得到各地类面 积，结果如表6所示。
分析并提取相应的景观信息。【Effects of changing scale on landscape
的三期TM影像，执行监督分类，然后重新进行彩色定义，得到土地利用/覆 被分类专题图，如图4-图6所示。
图4 唐山1990年土地利用/覆被分类专题图 专题图
图5 唐山2000年土地利用/覆被分类
图6 唐山2010年土地利用/覆被分类专题图
使用Envy4.7中Confusion Matrix工具可以进行分类精度检验，并将总 体分类精度、Kappa系数、错分误差、漏分误差、制图精度、用户精度等结 果显示在一个混淆矩阵里【On the accuracy of landscape pattern analysis using remote sensing data】【ENVI遥感图像处理方法】，结果 如表3-表5所示：
唐山市位于河北省东北部，北依燕山，南邻渤海，毗邻北京天津，总面 积1.34万平方公里，为环渤海经济圈的主要组成城市之一。唐山市自然资源 丰富，北部平原生产果品，中部平原有冀东粮仓之誉，南部沿海是渤海湾的 重要渔场和原盐的集中产于。唐山市矿产品种多，储量大，质地优良，为全 国焦煤主产区，全国三大铁矿区之一，被誉为中国近代工业的摇篮。随着改 革开放不断深入，唐山市现已经形成了钢铁、陶瓷、水泥、电力、建材 5 大支柱工业和服装、食品加工等主导工业，并以空前速度壮大，因此，对唐 山市土地利用/覆被变化进行研究有着重要的实践和指导意义。【唐山年 鉴】 2研究方法 2.1原始数据和图像预处理 2.1.1原始数据
Study on the Land Use and Coverage Change in Tangshan Based on RS and GIS Technology
ZHANG Meng, LU Zhaohua, CHEN Xi, ZHU Jinfang,
Abstract Based on RS and GIS technology and processing and interpretation of LANDSAT-7 TM remote sensing images in 1990, 2000 and 2010, this paper took the method of classification-comparison to extract the three phase of land use and coverage change(LUCC) images. On the basis of mathematical modeling, we analysis the rules and characteristics of the LUCC in Tangshan. The results show that the LUCC in Tangshan changed significantly during the past 20 years, as follows: the area of industrial land increased significantly, and the areas of the arable land, grassland, water and the other lands decreased sharply, and the area of forestry increased steadily. In conclusion, in the urbanization of Tangshan, we should plan and manage the land scientifically, improve the efficiency of land, establish a nature-artificial landscape pattern, enhance the stability of the ecosystem of Tangshan, and achieve a sustainable development. Keywords： Tangshan RS GIS LUCC Landscape Pattern Analysis