农村居民点遥感信息提取与时空演变规律研究

发布时间：2018-10-05 11:49

【摘要】：随着城市化和新农村建设的推进,我国的农村居民点,特别是在东部沿海经济发达区域,正在经历着巨大的变迁。如何经济、快速地掌握农村居民点的数量、分布状态,及其动态规律,对城乡统筹、节约集约用地、保护耕地、实现可持续发展有着重要的意义。高空间分辨率的遥感数据,特别是国产高分系列卫星数据,使农村建设用地,特别是农村居民点的提取和变化监测成为可能。本研究以位于浙北河网平原的典型农村为研究区,使用高分辨率遥感数据,提出了以农村居民点为主要目标的农村建设用地提取方法,研究了 10年来桐乡市域范围内农村居民点的空间分布形态以及时空演变规律。主要研究内容和结论如下:(1)基于高分辨率遥感影像数据,构建一套农村建设用地信息的提取流程与分类体系,获取关键的分类参数,精确获得农村土地覆盖信息。在面向对象分割尺度筛选过程中,本文针对农村居民点等建设用地类型斑块面积较小的特点,使用对象区域方差变化率作为考察分割效果的指标,从而确定适合农村地区地物信息提取的最优分割尺度,最大限度地利用国产高分辨率影像所包含的丰富的地物信息,并建立了相应的多尺度层次体系。结合基于支持向量机的特征空间筛选、分类器参数优化等一系列方法,有效获取农村地区土地利用分类步骤中关键的光谱、形状等特征空间子集和分类算法参数。精度评价结果表明,建设用地类型提取精度均达到80%以上,总体精度超过87%。为农村居民点的精细提取、分类和变化监测提供了基础,为农村居民点的管理和决策提供了有效的方法。(2)在农村土地利用分类的基础上,使用空间上下文信息,进一步区分建设用地类型,精确、可靠地提取农村居民点信息,并区分不同居民点类型。由于农村经济的飞速发展,农村区域分散分布有独立工矿用地,该地物类型容易与农村居民点相混淆。同时随着城乡统筹及一体化发展战略的实施,农村居民点类型也趋于多样,桐乡市的农村居民点可以分为低密度分散型和高密度集中型两种。然而仅使用传统的光谱、纹理、几何等特征不足以区分不同类型的农村居民点并提取独立工矿用地,本研究提出一种基于对象的空间上下文信息提取手段,这一方法融合了多尺度层次分割体系和景观格局分析技术。根据独立工矿用地以及集中型和分散型两种农村居民点在景观尺度上具有的不同景观格局特征,系统性地使用多种景观格局指数来定量描述不同土地利用单元的景观异质性。首先以高分辨率遥感数据为基础,建立一高一低两个尺度的分割体系,以及两个分割尺度之间的垂直关系。在小尺度分割结果的基础上,仅使用传统的分类手段获取初步的地物覆盖信息。然后,利用初步分类结果和多尺度层次之间的垂直关系,获得基于多尺度层次体系和景观分析的空间上下文信息。本研究将所提取的景观上下文信息首先用于提取散落在居民点周围的独立工矿,以获得精确可靠的农居点分布情况,进而利用上下文信息区分不同居民点类型。根据基于支持向量机特征筛选的结果发现,不同类型的景观格局指数可以有效描述不同土地利用类型在景观单元尺度上的差异。不同类型的景观单元在构成上,地面覆盖材料所占的面积比例不同。例如分散型的居民点单元内分布有园地、林地,而集中型居民点单元中缺少植被覆盖。同时,集中型居民点拥有科学的规划和建筑设计,建筑类型统一,排列整齐,集中安置,而分散型居民点分散度较高。这些景观异质性均在相应的景观指数中得以定量反映。对分类结果的精度评价表明,使用了空间上下文信息的分类手段可以有效提取独立工矿和区分两种不同类型农村居民点,其中居民点细分精度超过9 0 %,所提取的两种土地利用类型图斑的面积精度均超过9 0 %。证明整个分类体系与分类流程可以有效、高精度地提取以农居点为主要目标的农村建设用地面积以及分布情况。(3)利用2005年航片数据和2016年高分2号遥感影像所提取的精确的农村居民点分布情况及居民点类型信息,对桐乡市农村居民点的时空动态规律进行研究。本研究从居民点数量以及构成的变化入手,使用探索性空间数据分析中的空间自相关、核密度估算、标准差椭圆方法,以及景观格局指数,分析不同时相、不同区域、不同类型的农村居民点的时空演变规律,分析由于农村居民点变化而引起的土地利用变化情况。结果显示,10年内农村居民点面积减少了 8.35%,其中分散型居民点显著减少,而集中型居民点呈现增长态势。两种类型的居民点分布存在较大地域性差异,集中型居民点主要分布于市区周围。各乡镇街道的农村居民点拆除量越大,其集中型居民点新建量就越大。出现居民点面积明显减少的地区,均是在拆除分散型居民点的基础上,将居民点整合、归并,同时新建集中型居民点,以达到减少居民点面积、节约集约用地的目的。农村居民点增减情况也具有地域性,通过对农村居民点变化热点的研究,增长和减少的热点区域都位于中心城区范围内或者是靠近中心城区的村落。多个景观聚集度指数的变化证明:研究区全域的居民点均呈现越来越集聚的趋势。从居民点空间分布形态来看,居民点密度呈现东北低而西南高的特点,远离中心城区范围的西南部村落呈现整体性、区域性的增加居民点密度的情况。中心城区范围内以及靠近中心城区的村落在变化过程中形成了多个集聚中心。伴随着这些高密度中心的形成,其周围的居民点密度会出现不同程度的下降。通过对典型区域的研究发现,新增集中型居民点较多的村落,其居民点标准差椭圆会发生明显位移,其平均中心更加趋近于镇区中心,呈现中心化、集聚化态势。而处于居民点减少量较少的村落,其居民点标准差椭圆变化较小,且平均中心距离镇区中心位置较远。减少的农村居民点用地流向主要为旱地和水田,这说明大量居民点在拆除后被用于复垦,在减少居民点面积的同时,使耕地面积增加,达到集中连片的效果,有利于耕地保护目标的实现。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：P237;F321.1

【参考文献】