JS 杂志上的传感器 1687 - 7268 1687 - 725 x Hindawi出版公司 10.1155 / 2016/6756295 6756295 研究文章 土地利用转换规则分析Beijing-Tianjin-Tangshan地区利用遥感和GIS技术 http://orcid.org/0000 - 0002 - 5197 - 0192 赵 Shang-min 1 程 伟明 2 刘 Hai-jiang 3 夏 姚 2 柴 Hui-xia 4 首歌 杨 2 张 文 2 http://orcid.org/0000 - 0002 - 8206 - 5574 你 田 2 赵 Yongqiang 1 测绘部门 矿业工程学院 太原理工大学 太原030024 中国 tyut.edu.cn 2 资源与环境信息系统国家重点实验室 地理科学研究所和自然资源的研究 中科院 北京100101年 中国 cas.cn 3 中国国家环境监测中心 北京100012年 中国 4 中国环境规划学院 北京100012年 中国 caep.org.cn 2016年 10 11 2015年 2016年 08年 07年 2014年 12 01 2015年 14 01 2015年 10 11 2015年 2016年 版权©2016 Shang-min赵等。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

土地利用分类系统的基础上,本文获得土地利用分布状况在2000年,2005年和2010年在Beijing-Tianjin-Tangshan地区使用遥感图像,实地调查数据,图像在谷歌地球和目视判读方法。然后,从2000年到2010年土地利用转换规则是通过使用GIS(地理信息系统)技术。研究结果显示如下:(1)的分布区域的土地利用类型,旱地面积最大,其次是林地、建筑用地、稻田、水域、草原,和未利用土地;(2)从2000年到2010年,建设用地的面积最大的增加,主要从农田和海洋填海区;最大的减少土地使用类型是稻田,主要变换旱地和建设用地;(3)的高增加建设用地和减少农田表明土地利用转型经济的快速开发过程;与此同时,总面积林地和草地的变化小,所以生态环境没有明显恶化新世纪的第一个十年。

 1。介绍

土地作为一种重要的环境因素,是人们的社会和经济活动的载体( 1]。土地利用方式结果后人们使用土地和资源 2, 3),所以它的分布状态和动态变化不仅对土地管理实践有重要影响,经济和社会发展进程,而且在地区政府政策,国家,甚至全球范围内( 4, 5]。土地利用变化是一个重要的元素的环境变化过程,具有很多意义在可持续发展过程中( 6),成为最热门的研究领域之一。

随着科学技术的发展,土地利用变化监测广泛开展利用遥感和地理信息系统(GIS)技术( 7]。遥感图像用于获取土地利用状态在不同阶段 8, 9];基于多瞬时土地利用数据,GIS技术已经被证明是一种有效的方法进行土地利用动态监测,获取转换规则,时空模式分析,等等 10- - - - - - 12]。

作为中国的首都,北京是一个政治、文化、经济中心在中国,所以它有独特的土地利用特点经过长期全面行动的自然和人文因素( 13]。天津是中国北方最大的沿海开放城市,是毗邻渤海;随着经济的快速发展,土地利用在天津面临严重的转变,特别是在沿海地区,在那里大海域海洋变化填海区,建设用地和水域等( 14]。河北省唐山是一个中心城市,围绕中央渤海湾地区,所以它的战略位置和极其重要的走廊毗邻华北地区和东北地区( 15]。唐山结合北京和天津在中国形成一个重要的大都市圈,Beijing-Tianjin-Tangshan都市圈,这被定义为Beijing-Tianjin-Tangshan地区研究。与其他都市圈相比,Beijing-Tianjin-Tangshan都市圈已经研究程度相对较低 16]。经济的快速发展,深度开放政策,基础设施现代化水平最高,特别是2008年北京奥运会的网站使监测该地区土地利用的转换规则。

因此,本研究首先收集和处理Beijing-Tianjin-Tangshan地区遥感图像在不同的阶段;然后土地利用分布在2000、2005和2010年被使用视觉解释研究地区遥感图像;最后,从2000年到2010年土地利用转换规则获取和分析利用ArcGIS空间分析功能的软件。它有科学、经济和环保意义在一定程度上获取土地利用分布状态和转换规则在Beijing-Tianjin-Tangshan地区从2000年到2010年。

 2。研究区域

本研究选择Beijing-Tianjin-Tangshan都市经济圈为研究区,其中包括中国的首都,北京,中央直辖市,天津和河北北部,唐山。此外,为了避免空洞区域,研究区还包括一些河北省廊坊市的县。作为研究区域的地理边界延伸到115.4°E 119.3°E和从38.6°N 41.1°N的两个标准纬线Albers等积投影25°N和47°N和中央子午线的117°E是选为统一投影在这个研究,认为最小变形、面积统计,国家投影(图和一致性 1)。

研究区域的位置和地形图。

研究区位于华北平原的北部,是华北地区之间的过渡区和东北地区。北与燕山山脉,太行山山脉向西和渤海东部,研究区域的地理位置(图有很大的意义 1)。

沿海平原和semiwet季风气候的主要分布不仅使研究区重要的粮食生产基地,但也迅速发展的都市经济圈。经济的快速发展、建立国家中心城市,和北京奥运会使这里的土地利用分布变换严重。所以重要的是进行土地利用转换规则在该研究领域的研究,这一点是重要的,了解生态环境的变化。

 3所示。材料和方法

本研究中使用的主要数据来源是遥感图像在2000年,2005年和2010年。此外,实地调查数据、地形图在谷歌地球图片,植被数据,和地貌数据等等也引用。

本研究的主要数据来源和方法论在以下具体说明。

3.1。遥感图像

主要的陆地卫星TM遥感图像图像2000年,2005年和2010年。收集到的图像大多是在夏季(特别是8月)减少天气的影响。path-rows图像的研究区域是121 - 031,121 - 033,122 - 032,122 - 033,123 - 032,123 - 033,和124 - 032。

2000年的遥感图像处理通过数据选择、下载、波段选择和堆栈,气压上修正,根据地形图在几何校正1:50000年尺度,马赛克,投影,剪辑,等等 17]。遥感图像的过程类似于2005年和2010年这2000年,除了几何纠正是基于2000年的图像处理。

 3.2。方法

许多研究人员试图收购土地利用变化状况,利用遥感图像( 5, 7, 17- - - - - - 19),因此许多技术提出了实现土地利用动态监测,应用,和评估,如主成分分析 20., 21),比较两个或两个以上的图像在不同的阶段等等( 22- - - - - - 25]。这些技术主要针对土地利用信息的自动提取,提取质量,传统的视觉解释方法结合实地调查数据质量和准确性最高,尽管大量劳动力,输入时间,和金钱。因此,本研究中采用的目视判读方法。

遥感图像基本数据获取土地利用分布状态在不同的阶段。图像处理主要是陆地卫星TM图像,7乐队,和通常的乐队组合的土地利用提出的解释是4-3-2红色,绿色和蓝色;有时,也使用其他乐队组合,如7-4-2和5-4-3。与此同时,其他辅助数据也用于土地利用视觉解释,如谷歌地球与高空间分辨率的图像,实地调查数据与现场图片,土地利用类型和位置,中国地貌数据和植被数据1:1000000。

在ArcGIS软件下,土地利用分布状态是视觉解释使用multidata来源,尤其是遥感图像。根据土地利用分布状态的解释结果,从2000年到2010年土地利用转换规则获取和分析。因此,本研究的工作流程是图所示 2。

工作流程的研究。

解释结果的准确性是至关重要的在这个研究,也影响了土地利用转换规则的质量。2008年、2009年和2010年,大约400个采样点检查。通过实地调查、位置、图片和土地利用类型是获得这些采样点。基于这些观点,解释结果的准确性估计高于85%。最后,解释结果修订根据提起这些采样点的调查结果。

 4所示。分析土地利用的分布状态在2000年,2005年和2010年

基于遥感图像的目视判读结果,土地利用分布状态是在2000年,2005年和2010年在研究区,进行了分析,分别在以下。

4.1。分析2000年土地利用的分布状况

基于数据源和方法,土地利用分布状态解释2000年在研究区,如图所示 3(一个)。

土地利用分布在不同阶段((a) 2000;(b) 2005;(c) 2010)。

在图 3传说,由不同数量的土地利用类型。表示保持一致性的研究。通过每个土地利用类型面积统计,结果如表所示 1。

土地利用类型的面积统计2000年,2005年和2010年(×104公里2)。

时间 土地覆盖类型 稻田 旱地 林地 草原 水域 建筑用地 未利用土地 总
2000年 区域 4403.7 16280.7 9251.6 2627.8 3169.9 6667.8 500.0 42901.5
比 10.3% 37.9% 21.6% 6.1% 7.4% 15.5% 1.2% 100%
2005年 区域 2744.7 17796.4 10001.3 2287.3 3484.4 6765.2 160.5 43239.8
比 6.3% 41.2% 23.1% 5.3% 8.1% 15.6% 0.4% 100%
2010年 区域 3754.8 16492.6 9499.8 2384.4 3626.4 7634.5 129.1 43521.6
比 8.6% 37.9% 21.8% 5.5% 8.3% 17.5% 0.3% 100%

图 3(一个)和表 1显示土地利用分布状态在2000年研究区:旱地是分布最广泛的类型,主要分布在中部和南部的平坦部分;然后林地主要分布在西部和北部山区和丘陵地区;接下来的是建设用地,包括各级主要居民区和沿海地区;稻田主要分布在东部地区,尤其是东北地区;其他土地利用类型,如水域、草原,和未使用的土地,至少分布类型;水域主要分布在湖泊,池塘,和渠道;草原,主要分布在北部山丘地区。

 4.2。分析2005年土地利用的分布状况

通过目视判读和修订,2005年土地利用分布状态可以通过利用2005年的遥感图像和引用2000年的土地利用分布结果。通过质量检查后,2005年在研究区土地利用分布结果如图所示 3 (b)。土地利用类型的面积和比例2005年计算,如表所示 1。

图 3 (b)和表 1显示2005年土地利用的分布状态:整个2005年土地利用分布状态类似于2000年。至于细节,总面积增加了338.3公里2,这主要是由于增加了沿海土地毗邻渤海;旱地和林地增加显著;相反,稻田、闲置土地,和草地减少明显;其他土地利用类型,建设用地和水域的分布没有明显的变化。

 4.3。分析2010年土地利用的分布状况

引用视觉解释土地利用分布结果在2000年和2005年土地利用分布状况在2010年研究区是视觉解释基于遥感图像和辅助数据,如图所示 3 (c)。通过计算每2010年土地利用类型的面积,统计结果如表所示 1。

从图 3和表 1我们可以看到,整个2010年土地利用分布状态类似于2000年和2005年。土地利用分布状态相比,在2000年和2005年,2010年土地利用分布状态有以下变化:面积不断增加从2000年到2010年,这主要是由于沿海建设;水田面积的增加从2005年到2010年,但从2000年到2010年减少;旱地减少的面积从2005年到2010年,但有一个小的增加从2000年到2010年;林地的面积增加从2005年到2010年,但减少一点从2000年到2010年;草原的面积已从2000年到2010年明显减少;水域的面积持续增加从2000年到2010年;建设用地的面积也不断增加,从2000年到2010年,尤其是从2005年到2010年;未使用的土地不断减少的面积从2000年到2010年,这显示了快速变化的土地利用分布状态。

 5。分析土地利用转换规则从2000年到2010年

土地利用转换是由于一种土地利用类型在这个阶段可能改变其他土地利用类型在以后的阶段。所以土地利用转换状态主要是通过计算每个土地利用类型的土地利用转换区域在两个阶段。通常,每两mutual-transformative土地利用类型之间的转换,这样旱地和水田可能变换亦然在两个阶段。为了消除mutual-transformative情况下,绝对转换状态提出和定义,所获得的减法计算每个土地利用类型的转出和转入区域在两个阶段。

因此,基于土地利用分布状态,2000年,2005年和2010年在研究区,土地利用转换状态从2000年到2005年,从2005年到2010年,从2000年到2010年,计算和分析了基于GIS空间分析功能;此外,绝对转换状态是获得和分析从2000年到2010年每一个土地利用类型。

5.1。分析了从2000年到2005年土地利用转换状态

从2000年到2005年土地利用转换状态可以通过重叠计算2000年和2005年的土地利用分布结果。作为2000年和2005年的地区分布不完全一致,结合函数是用来代替剪切功能。土地利用转换处理分布状况从2000年到2005年,研究区如图所示 4(一)。

从2000年到2010年土地利用转换状态((一)从2000年到2005年;(b)从2005年到2010年;(c)从2000年到2010年)。

在图 4(一)前,短线代表了2000年的土地利用类型,早期阶段;短线后面的数字代表了2005年的土地利用类型,后者阶段。土地利用类型由这些数字可以检索图表示 3。它所代表的数字“0”的土地利用类型不存在相应的阶段但存在于其他阶段;这个地区主要存在于渤海和被定义为海填海区。

使土地利用面积统计转换类型,计算结果如表所示 2。

土地利用转换面积从2000年到2005年(×104公里2)。

2000年 2005年
无效 稻田 旱地 林地 草原 水域 建筑用地 未利用土地 总和
无效 0.0 0.0 0.4 0.0 0.0 300.0 39.6 0.0 340.1
稻田 0.0 2136.3 1856.5 57.6 39.5 76.3 200.1 38.7 4405.0
旱地 0.0 312.3 14026.7 682.0 261.3 235.6 755.7 7.4 16280.9
林地 4.0 6.6 401.8 8263.2 463.6 34.4 76.1 1。9 9251.6
草原 0.0 40.5 235.9 828.3 1445.3 30.4 43.9 3所示。6 2627.8
水域 0.0 125.3 271.7 70.1 28.5 2474.6 185.9 13.7 3170.0
建筑用地 0.3 81.6 692.6 80.5 42.1 324.9 5441.7 4.9 6668.7
未利用土地 0.0 42.1 310.9 19.5 6.9 8.1 22.1 90.2 500.0
总和 4.3 2744.7 17796.4 10001.3 2287.3 3484.4 6765.2 160.5 43244.1

在表 2右列,2000年土地利用类型的地区;最低线显示了2005年土地利用类型的地区;中间部分显示了土地利用转换状态;孔隙类型对应于“0”号在图 4。

图 4(一)和表 2显示,从2000年到2005年,稻田主要旱地转换,所以稻田的面积增加,旱地减少;林地主要来源于草原和陆地,所以林地的面积增加和草地的减少。未使用的土地主要旱地转换。毫无疑问,转换后的旱地土地闲置的低质量。

 5.2。分析了从2005年到2010年土地利用转换状态

处理土地利用分布状态在2005年和2010年的函数,从2005年到2010年土地利用转换状态可以实现如图 4 (b)。图的解释 4 (b)可以参考图吗 4(一)。使土地利用面积统计图转换状态 4 (b)结果如表所示 3。

土地利用转换面积从2005年到2010年(×104公里2)。

2005年 2010年
无效 稻田 旱地 林地 草原 水域 建筑用地 未利用土地 总和
无效 0.0 0.0 0.0 4.0 2.6 63.7 247.0 0.0 317.3
稻田 0.0 2340.9 176.7 5。5 3所示。5 13.7 203.4 0.9 2744.7
旱地 0.0 1249.4 14952.0 275.1 130.6 500.8 678.1 10.3 17796.4
林地 0.0 10.5 600.3 8975.0 297.2 38.4 72.8 7.1 10001.3
草原 0.0 4.1 198.1 189.1 1856.8 10.0 25.2 4.1 2287.3
水域 32.9 29.8 134.3 17.2 46.5 2958.0 250.8 14.9 3484.4
建筑用地 0.1 96.4 418.6 28.3 39.6 36.9 6139.0 6.3 6765.2
未利用土地 0.0 24.1 12.7 5。7 7.5 5。1 20.0 85.5 160.5
总和 33.0 3755.1 16492.8 9499.8 2384.4 3626.4 7636.4 129.1 43557.1

解释表 3可以引用表 2。图 4 (b)和表 3显示,从2005年到2010年,水田和旱田逆变化趋势相比,他们从2000年到2005年;大面积的旱地变换稻田导致增加的水田和旱地的减少;林地主要变换草原和陆地,所以林地的面积减少,但草原增加。建设用地的面积明显增加,主要从农田和海填海区。

 5.3。分析了从2000年到2010年土地利用转换状态

重叠在2000年和2010年土地利用分布状态联盟功能,土地利用转换状态在整个时期从2000年到2010年计算,如图 4 (c)。图的解释 4 (c)可以参考图吗 4(一)。使土地利用面积统计数据转换类型图 4 (c)结果如表所示 4。

土地利用转换面积从2000年到2010年(×104公里2)。

2000年 2010年
无效 稻田 旱地 林地 草原 水域 建筑用地 未利用土地 总和
无效 0.0 0.0 0.1 0.0 2.6 230.0 391.6 0.0 624.3
稻田 0.0 2057.7 1790.9 32.7 28.8 66.9 423.8 3所示。0 4403.8
旱地 0.0 1337.4 12762.1 340.9 220.7 611.4 994.0 14.3 16280.8
林地 0.0 18.9 308.3 8292.0 510.7 37.7 76.6 7.3 9251.5
草原 0.0 34.0 289.6 699.9 1506.2 33.2 59.4 5。5 2627.8
水域 3所示。5 120.2 285.4 57.4 48.8 2332.3 304.6 17.8 3170.0
建筑用地 0.6 162.8 734.4 65.2 60.7 304.9 5330.7 8.5 6667.8
未利用土地 0.0 23.9 321.9 11.9 5。8 9.9 53.9 72.6 499.9
总和 4.1 3754.9 16492.7 9500.0 2384.3 3626.3 7634.6 129.0 43526.0

解释表 4可以引用表 2。图 4 (c)和表 5显示,从2000年到2010年,稻田主要变换旱地和建设用地;水田旱地主要变换,建立土地、草原;林地主要变换草原和旱地;草原主要变换林地和旱地;水域主要变换建筑用地和旱地;建设用地主要变换旱地和水域;未利用土地的面积明显减少,主要是转换旱地和建设用地。

土地使用绝对转换面积从2000年到2010年(×104公里2)。

2000年 2010年
无效 稻田 旱地 林地 草原 水域 建筑用地 未利用土地 总和
无效 0 0 0.1 0 2.6 226.5 391.0 0 620.2
稻田 0 0 453.5 13.8 −5.2 −53.3 261.0 −20.9 648.9
旱地 −0.1 −453.5 0 32.6 −68.9 326年 259.6 −307.6 −211.9
林地 0 −13.8 −32.6 0 −189.2 −19.7 11.4 −4.6 −248.5
草原 −2.6 5。2 68.9 189.2 0 −15.6 −1.3 −0.3 243.5
水域 −226.5 53.3 −326 19.7 15.6 0 −0.3 7.9 −456.3
建筑用地 −391.0 −261.0 −259.6 −11.4 1。3 0.3 0 −45.4 −966.8
未利用土地 0 20.9 307.6 4.6 0.3 −7.9 45.4 0 370.9
总和 −620.2 −648.9 −211.9 248.5 −243.5 456.3 966.8 370.9 0
5.4。分析土地利用的绝对转换从2000年到2010年

上述三部分分析转换状态三个时期从2000年到2005年,从2005年到2010年,从2000年到2010年。在转换状态分析,土地利用类型转换是相互的,所以很难找到绝对的每两个土地利用类型之间的转换区。针对这一点,绝对的变换区域代表减法计算区域之间的转出区和滚入区每两种土地利用类型,见表 5。

在表 5,正确的列表示的区域的土地利用类型转换到其他土地利用类型从2000年到2010年;较低的线代表的区域土地利用类型转换从其他土地利用类型从2000年到2010年;中间部分代表了绝对的每两个土地利用类型之间的转换区域。

表 5显示了绝对转换状态从2000年到2010年,研究区:水田面积最大的减少, 648.9 × 1 0 4 公里2,主要变换旱地和建设用地;相反,建设用地增加,最多 996.8 × 1 0 4 公里2,主要从农田(水田和旱田);旱地略有增加,这是因为大量的水田和旱地土地闲置变换,但干了转换的一部分建筑用地;增加林地和草地的减少主要是由于林地、草原转换的一部分 189.2 × 1 0 4 公里2;水域有明显增加,主要源于大海填海区;土地闲置,有大量减少,主要旱地转换;大面积的填海面积利用,主要将建设用地和水域。的水域也属于建设用地,例如池塘的公园,建设用地的面积增加更大;建设用地的大量增加和减少农田土地利用经济发展的快速变化过程;同时,大面积的稻田变换旱地和建设用地,代表的恶化情况耕地在数量和质量方面。林地和草地的变化表明,不改变生态环境恶化可能导致研究区从大型活动,如2008年奥运会。

 6。讨论

本研究有一些突破土地利用转换规则分析从2000年到2010年在研究区,但还需要一些改进。所以本研究的创新和前景将在下面讨论。

6.1。创新

(1)重要的研究领域。与其他研究相比,本研究选择Beijing-Tianjin-Tangshan都市圈为研究区域,在中国有更大的面积比其他研究地区研究[ 10, 26, 27]。此外,深度开放和改革政策,经济的快速发展,和托管网站为2008年奥运会做研究在这个研究领域有很大的意义和必要的土地利用动态研究。

(2)土地利用分布采集方法。本研究选择传统遥感方法,直观地解释结合实地调查数据获取土地利用分布数据。虽然这种方法消耗巨大的劳动力,时间,和金钱,获得数据精度最高的现状( 28]。基于采样点,估计精度高于85%,保证分析结果的质量和可用性。

(3)实现土地利用转换规则。在大多数土地利用动态监测研究、土地利用分布变化矩阵通常是采用( 7, 29日),但改变矩阵只给每两种土地利用类型之间的相互过渡状态,和绝对的每两个土地利用类型之间的过渡很少介绍和分析。在这个研究中,绝对的成就转换有助于理解真正的土地利用类型转换状态。

 6.2。研究前景

(1)提高土地利用数据。尽管作者做了他们的最好的质量和精度尽可能高的土地利用数据,数据也可以在某些方面得到改善。例如,土地被水覆盖被列为水域;有时,分类水域应转变为建设用地,如池塘,小湖泊位于建筑用地。土地利用数据的改善将使更合理的结果。深刻理解土地利用情况和类的系统是重要的发展的研究,可以用来获得更好的数据。

(2)进一步分析土地利用数据。基本土地利用分布数据在本研究的三个阶段是,和土地利用转换规则计算和分析是研究地区从2000年到2010年。然而,数据可以在未来学习更深,如获取土地利用转换的驱动因素 30.),分析土地利用分布的时空模式( 26, 31日),等等。

 7所示。结论

从这个研究,可以得出以下结论。

(1)在研究区,土地利用类型的分布状况表明,旱地分布最广泛的类型和主要分布在中部和南部;林地主要分布在西部和北部山区和希尔地区;接下来的是建设用地,包括各级主要居民区和沿海地区;稻田主要分布在东部地区,尤其是东北地区;其他土地利用类型,包括水域、草地和未利用土地,分布稀疏。

(2)从2000年到2005年,然后到2010年,土地利用类型的面积变化如下:首先旱地增加然后减少,有一个小的区域增加在整个期间;林地增加显然首先然后减少的区域有一个小的增加在整个期间;建设用地不断增加,尤其是从2005年到2010年;稻田增加显然首先然后减少的区域显示下降趋势在整个期间;草地和未利用土地减少明显;水域,它显示了一个增加趋势,尤其是从2005年到2010年。

(3)在整个时期土地利用转换规则如下:建设用地最大增幅,主要从海洋填海区,水稻,和旱地;相反,稻田里有最大限度的减少,主要将干燥的提出和建设用地。土地利用类型的转换规则显示经济的快速发展和农田的情况恶化,在质量和数量方面。

 利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

 确认

本研究是国家自然科学基金委的支持下(41301469,41171332),中国的开放基础LREIS,国家科学技术支持计划项目(2012 bah28b01-03),和太原理工大学的人才基础(QPFT) (tyut-rc201221a)。作者想表达自己的真诚感谢匿名编辑和审稿人。

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