基本信息
- 项目名称：
- 北京市各区县土地利用变化检测
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 在全国经济高速发展的条件下，北京市政府越来越重视各区县土地利用的分配。由此，我们从土地利用变化入手，通过分析、处理02年、10年TM影像数据得出北京市各区县的土地利用变化情况，并且为其他学科提供了分析问题基本而又可靠的数据。
- 详细介绍：
- 1 朝阳区 利用TM的4、3、2波段合成标准假彩色影像，在其上选择样本训练进行监督分类，共分为6类，即水体、道路、建设用地、农田、裸地及绿地。其中绿地指城市中的绿地，建设用地主要是城市建筑区及其附属区域，裸地在城区是广场或正在施工的建筑场地，在农村则为裸土。 从分类结果中可以看出，从2002到2010年，朝阳区的城市绿地、道路和建设用地都有很大程度的增加，而水体、农田和裸地则有很大程度的下降。从总体上看，从2002到2010，朝阳区呈城市化进程加剧的状态。 2 东城区 利用TM的4、3、2波段合成标准假彩色影像，在其上选择样本训练进行监督分类，共分为4类，即水体、绿地、建设用地及裸地。因为在城市中，道路很难区分，因此，将城市道路划分到城市建设用地中，而裸地则主要是广场或正在施工的建筑场地。 从分类结果中可以看出，从2002到2010年，东城区的城市水体和建设用地都有很大程度的增加，而绿地和裸地则有很大程度的下降。从总体上看，从2002到2010，东城区呈城市化进程加剧的状态。但是在城市化过程中，虽然水体的面积得以保留，但绿地面积则明显降低。 3 西城区 利用TM的4、3、2波段合成标准假彩色影像，在其上选择样本训练进行监督分类，共分为5类，即水体、绿地、裸地、道路及建设用地。 从分类结果中可以看出，从2002到2010年，西城区的城市水体和道路用地都有很大程度的增加，而其他用地则有很大程度的下降。从总体上看，从2002到2010，西城区呈城市化进程不明显。这主要是由于西城是北京的旧城，且受城市政策的影响，旧城得到了保护。 4 丰台区 利用TM的4、3、2波段合成标准假彩色影像，在其上选择样本训练进行监督分类，共分为5类，即水体、绿地、裸地、道路及建设用地。 从分类结果中可以看出，从2002到2010年，丰台区的城市水体、道路及建设用地都有很大程度的增加，而绿地和裸地则有很大程度的下降，绿地主要是城市郊区的农田被转变为建设用地。从总体上看，从2002到2010，丰台区的城市化进程明显。 5 海淀区 利用TM的4、3、2波段合成标准假彩色影像，在林地与农田及城市绿地的区分上很困难，因此，选择TM的5、4、3波段合成假彩色影像，通过在其上选择样本训练进行监督分类，共分为8类，即水体、绿地、裸地、道路、建设用地、农田、水田及林地。 从分类结果中可以看出，从2002到2010年，海淀区的城市裸地、道路及建设用地都有很大程度的增加，而绿地、农田及林地等则有很大程度的下降，可见，城市建设牺牲了农田及林地和绿地。从总体上看，从2002到2010，海淀区的城市化进程明显。 6 门头沟区 利用5、4、3波段合成假彩色影像，从影像上可以看出，从2002到2010年该区域城市建设不明显，这主要首先于该区域的地形以山区为主。 7 石景山区 利用TM的5、4、3波段合成假彩色影像，通过在其上选择样本训练进行监督分类，共分为5类，即水体、绿地、裸地、建设用地、及林地。 从分类结果中可以看出，从2002到2010年，石景山区的城市建设用地有很大程度的增加，而其他用地等则有很大程度的下降，可见，城市建设牺牲了林地、农田及绿地。从总体上看，从2002到2010，石景山区的城市化进程明显。 8 通州区 利用TM的5、4、3波段合成假彩色影像，通过在其上选择样本训练进行监督分类，共分为5类，即水体、绿地、建设用地、农田及水田。 从分类结果中可以看出，从2002到2010年，该区的城市建设用地及水田有很大程度的增加，而其他用地等则有很大程度的下降，可见，城市建设牺牲了农田、水体及绿地。从总体上看，从2002到2010，该区的城市化进程明显。02年时，通州区土地利用以农业为主，耕地、林地比重较大，园地面积小，农用地内部结构仍不尽合理。建设用地布局凌乱、需进一步整合。按照本区的具体可能条件，种植业以外的土地资源还有很大发展潜力，生态农业、立体农业等现代农业仍有待于合理规划发展。10年后，原本土地利用类型之间存在较为明显的相互交叉现象得到了削弱，集约化达到了更高的程度，但远不是经济效益最大化的情况。整体的城市化加速也一定程度上造成了人地间矛盾，激增的人口数量也亟待着日益减少的农田用地使用达到高效化。 9 昌平区 利用TM的5、4、3波段合成假彩色影像，通过在其上选择样本训练进行监督分类，共分为7类，即水体、绿地、裸地、建设用地、农田及林地。 从分类结果中可以看出，从2002到2010年，该区的城市建设用地、绿地及裸地有很大程度的增加，而其他用地等则有很大程度的下降，可见，城市建设牺牲了农田、水体及林地。从总体上看，从2002到2010，该区的城市化进程明显。由于特殊的地理位置，使得昌平区在各大郊区中的地位非常重要，所以我们看到02年至10年城市化提速，而且建筑用地与耕地已经明显分隔开，更加集约化，很大程度上促进了土地利用的合理化，但是由于众多的中央单位、市属单位、国防单位，由于层次差别，隶属不同，形成昌平区内的一块块相对独立的“孤岛”，这使得昌平区进一步加强集约化有很大的阻碍作用，经过合理的土地利用规划还是可以避免不足。 10 怀柔区 利用TM的5、4、3波段合成假彩色影像，通过在其上选择样本训练进行监督分类，共分为4类，即水体、建设用地、农田及林地。 从分类结果中可以看出，从2002到2010年，该区的城市建设用地、水体及林地有很大程度的增加，而农田等则有很大程度的下降，可见，城市建设以牺牲农田为代价，受该区域政策的保护，林地和水体没有遭到破坏。从总体上看，从2002到2010，该区的城市化进程明显。怀柔区很好地发展了自己的旅游业，增加了水林面积比例，但是这些却造成了耕地的进一步下降，业内部结构需要进一步改善。 11 密云区 利用TM的5、4、3波段合成假彩色影像，通过在其上选择样本训练进行监督分类，共分为4类，即水体、建设用地、农田及林地。 从分类结果中可以看出，从2002到2010年，该区的城市建设用地及林地有很大程度的增加，而农田、水体等则有很大程度的下降，可见，城市建设以牺牲农田为代价，受该区域政策的保护，林地没有遭到破坏。从总体上看，从2002到2010，该区的城市化进程明显，且减少了部分北京市的饮用水水源。 12 平谷区 利用TM的5、4、3波段合成假彩色影像，通过在其上选择样本训练进行监督分类，共分为4类，即水体、建设用地、农田及林地。 从分类结果中可以看出，从2002到2010年，该区的城市建设用地有很大程度的增加，而农田、水体及林地等等则有很大程度的下降，可见，城市建设以牺牲农田等为代价。从总体上看，从2002到2010，该区的城市化进程明显。 13 顺义区 利用TM的5、4、3波段合成假彩色影像，通过在其上选择样本训练进行监督分类，共分为4类，即水体、建设用地、农田及林地。 从分类结果中可以看出，从2002到2010年，该区的城市建设用地和林地有很大程度的增加，而农田及水体等等则有很大程度的下降，可见，城市建设以牺牲农田等为代价。从总体上看，从2002到2010，该区的城市化进程明显。 14 延庆区 利用TM的5、4、3波段合成假彩色影像，通过在其上选择样本训练进行监督分类，共分为4类，即水体、建设用地、农田及林地。 从分类结果中可以看出，从2002到2010年，该区的城市建设用地得到一定程度的降低，而农田及水体及林地等则有一定程度的上升，这可能是由于该区域的政策使然。从总体上看，从2002到2010，该区的城市化进程减弱。 总结 本项目研究表明： 1，从2002到2010年，总体上北京市的城市化进程明显，除了少部分区域如门头沟、延庆等区域为，朝阳、通州、昌平、海淀、丰台等地区建设用地均有很大程度的上升，这也在一定程度上反映了北京市的城市建设情况。城市化加速对于经济产业结构必然会造成很大影响，不同的区县会产生不同的问题，只有切合各区县实际情况制定出不同方法，使得土地利用效益最大化。 2，本项目研究受限于TM影像的空间分辨率及光谱分辨率，对地物分类的详尽程度只能在定位在大类上，同时，分类的精度需要进一步野外勘察予以验证，此外，土地利用变化的驱动因素及土地利用的预测也需要进一步探讨，这也是我们下一步的主要工作。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 利用TM影像对2002到2010年的北京市各区县土地利用的变化进行检测，同时对检测的结果进行分析。分析结果可以从总体上把握近9年来北京市土地利用的变迁，并为今后北京市城市规划和管理部门制定相关决策时提供参考。
科学性、先进性及独特之处
- ①TM影像30米的分辨率保证了用地分类的精度。 ②2002-2010年9年跨度的数据分析具有很好的代表性。 ③基于ArcGIS平台对各用地类别从分布和面积上进行分析和统计，分析结果具有很好的说服力。 ④将分析结果与北京市城市化进程、城市政策等联系起来，具有很好的现实意义和实用价值。
应用价值和现实意义
- 作品从宏观上对2002-2010年间北京市各区县的土地利用变化进行了详细的检测，并利用GIS工具对检测结果进行了分析。该分析结果可以为北京市城市建设、管理和规划部门提供参考，同时通过城市用地与城市规模、城市化进程进行对比，可以为建设生态宜居的北京提供支持。
学术论文摘要
- 作者利用2002-2010年两年初季的一景具有30米空间分辨率的TM数据，在正射纠正的基础上，利用监督分类中的最大似然方法对北京市各区县的土地利用进行了分类。对于不同区县不同的土地利用类型，分别采用TM数据的432波段和543波段进行假彩色合成，在此基础上进行用地分类。根据TM30米分辨率的分辨能力，可识别出植被、水体、绿地、建设用地、道路、农田、林地等土地利用类别。在训练样本的选择上，每类地物均选择6-10处样本进行训练。每一类的样本总数在700-1000个像素之间。根据训练结果对全图基于最大似然方法对其进行分类。在分类结果的基础上，利用GIS软件现有的转移矩阵功能进行结果的对比分析。并对检测结果与北京市的城市化进程、城市扩张进行了简要分析。分析结果表明从2002到2010年，总体上北京市的城市化进程明显，除了少部分区域如门头沟、延庆等区域为，朝阳、通州、昌平、海淀、丰台等地区建设用地均有很大程度的上升，这也在一定程度上反映了北京市的城市建设情况。
获奖情况
- 待发表
鉴定结果
- 无
参考文献
- 1.曹晓晨, 景海涛, 赵明富，基于TM影像的徐州市绿地信息提取及现状分析，苏州科技学院学报：自然科学版，2009，vol.26(3):72-76 2.常德娥,应用RS、GIS技术提取广州市绿地信息的方法, 地理空间信息,2009,vol.7(4):66-68 3.于明洋, 崔健, 徐秋晓, 基于遥感技术的龙口市绿地覆盖监测与分析, 山东建筑大学学报, 2007, Vol.22(1):85-88 4.W.L.Stefanov, M.S.Ramsey, P.R.Christensen, Monitoring urban land cover change: An expert system approach to land cover classification of semiarid to arid urban centers, Remote Sensing of Environment, Elsevier, New York, 2001, pp. 173-185 5.C., Weber and A., Puissant, Urbanization pressure and modeling of urban growth: Example of the Tunis metropolitan area, Remote Sensing of Environment, Elsevier, New York, 2003, pp.341-352 6.M.K., Ridd, J.Liu, A comparison of four algorithms for change detection in an urban environment, Remote Sensing of Environment, Elsevier, New York, 1999, pp. 95-100
同类课题研究水平概述
- 国外土地利用与土地覆盖（LUCC）研究只要集中在几个关键性的领域：土地利用的动力机制、土地覆盖变化、LUCC的区域与全球模型、LUCC的生态环境效应以及要管技术在LUCC研究中的应用等。LUCC的变化状况及其驱动力研究开展的较早，成果也比较丰富，随着研究重点的转移，LUCC的效应研究也在近期得到的更多的关注和重视；而在模型研究方面，一直有学者在进行尝试，弹少有突破性的成果，这除了普适模型构建和可持续性研究本身的难度外，还受制于前三个方便的成效与进展。 我国系统研究土地利用与土地覆盖变化及其对全球变化相应的时间还不长，主要是借鉴国际研究方法，结合我国地域特点，侧重于在一些代表性地区，通过遥感、野外观测与调查统计数据的模型计算与分析，探讨LUCC过程、驱动机制与环境效应。遇有多因素的复杂性，对于驱动机制常常采取的是“暗箱式”的研究方法，即一般只是在对驱动力的分析基础上，通过解释和描述来分析驱动机制，真正对驱动机制进行研究的还不多。解释LUCC变化的过程与机制需要一定精度与深度的土地利用/覆盖及其变化数据，而LUCC研究目前面临的最大困难也正是数据问题，中国的情况同样如此。具有多光谱与多时相特征的遥感（RS）是中国当前获取LUCC信息的最有效和最可靠工具。借助于GPS、GIS、计算机等现在先进技术，国内学者以历史土、 调查资料、NOAA-AVHRR、Landsat TM等多源数据为基础，进行了中国区域的多尺度LUCC动态监测研究。
