農(nóng)村居民點(diǎn)遙感信息提取與時(shí)空演變規(guī)律研究.pdf

1、隨著城市化和新農(nóng)村建設(shè)的推進(jìn)，我國的農(nóng)村居民點(diǎn)，特別是在東部沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)區(qū)域，正在經(jīng)歷著巨大的變遷。如何經(jīng)濟(jì)、快速地掌握農(nóng)村居民點(diǎn)的數(shù)量、分布狀態(tài)，及其動(dòng)態(tài)規(guī)律，對(duì)城鄉(xiāng)統(tǒng)籌、節(jié)約集約用地、保護(hù)耕地、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展有著重要的意義。高空間分辨率的遙感數(shù)據(jù)，特別是國產(chǎn)高分系列衛(wèi)星數(shù)據(jù)，使農(nóng)村建設(shè)用地，特別是農(nóng)村居民點(diǎn)的提取和變化監(jiān)測成為可能。本研究以位于浙北河網(wǎng)平原的典型農(nóng)村為研究區(qū)，使用高分辨率遙感數(shù)據(jù)，提出了以農(nóng)村居民點(diǎn)為主要目標(biāo)的農(nóng)村建

2、設(shè)用地提取方法，研究了10年來桐鄉(xiāng)市域范圍內(nèi)農(nóng)村居民點(diǎn)的空間分布形態(tài)以及時(shí)空演變規(guī)律。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　(1)基于高分辨率遙感影像數(shù)據(jù)，構(gòu)建一套農(nóng)村建設(shè)用地信息的提取流程與分類體系，獲取關(guān)鍵的分類參數(shù)，精確獲得農(nóng)村土地覆蓋信息。在面向?qū)ο蠓指畛叨群Y選過程中，本文針對(duì)農(nóng)村居民點(diǎn)等建設(shè)用地類型斑塊面積較小的特點(diǎn)，使用對(duì)象區(qū)域方差變化率作為考察分割效果的指標(biāo)，從而確定適合農(nóng)村地區(qū)地物信息提取的最優(yōu)分割尺度，最大限度地利用國產(chǎn)

3、高分辨率影像所包含的豐富的地物信息，并建立了相應(yīng)的多尺度層次體系。結(jié)合基于支持向量機(jī)的特征空間篩選、分類器參數(shù)優(yōu)化等一系列方法，有效獲取農(nóng)村地區(qū)土地利用分類步驟中關(guān)鍵的光譜、形狀等特征空間子集和分類算法參數(shù)。精度評(píng)價(jià)結(jié)果表明，建設(shè)用地類型提取精度均達(dá)到80％以上，總體精度超過87％。為農(nóng)村居民點(diǎn)的精細(xì)提取、分類和變化監(jiān)測提供了基礎(chǔ)，為農(nóng)村居民點(diǎn)的管理和決策提供了有效的方法。
　　(2)在農(nóng)村土地利用分類的基礎(chǔ)上，使用空間上下文信息

4、，進(jìn)一步區(qū)分建設(shè)用地類型，精確、可靠地提取農(nóng)村居民點(diǎn)信息，并區(qū)分不同居民點(diǎn)類型。由于農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，農(nóng)村區(qū)域分散分布有獨(dú)立工礦用地，該地物類型容易與農(nóng)村居民點(diǎn)相混淆。同時(shí)隨著城鄉(xiāng)統(tǒng)籌及一體化發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，農(nóng)村居民點(diǎn)類型也趨于多樣，桐鄉(xiāng)市的農(nóng)村居民點(diǎn)可以分為低密度分散型和高密度集中型兩種。然而僅使用傳統(tǒng)的光譜、紋理、幾何等特征不足以區(qū)分不同類型的農(nóng)村居民點(diǎn)并提取獨(dú)立工礦用地，本研究提出一種基于對(duì)象的空間上下文信息提取手段，這一方法融

5、合了多尺度層次分割體系和景觀格局分析技術(shù)。根據(jù)獨(dú)立工礦用地以及集中型和分散型兩種農(nóng)村居民點(diǎn)在景觀尺度上具有的不同景觀格局特征，系統(tǒng)性地使用多種景觀格局指數(shù)來定量描述不同土地利用單元的景觀異質(zhì)性。首先以高分辨率遙感數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建立一高一低兩個(gè)尺度的分割體系，以及兩個(gè)分割尺度之間的垂直關(guān)系。在小尺度分割結(jié)果的基礎(chǔ)上，僅使用傳統(tǒng)的分類手段獲取初步的地物覆蓋信息。然后，利用初步分類結(jié)果和多尺度層次之間的垂直關(guān)系，獲得基于多尺度層次體系和景觀分析

6、的空間上下文信息。本研究將所提取的景觀上下文信息首先用于提取散落在居民點(diǎn)周圍的獨(dú)立工礦，以獲得精確可靠的農(nóng)居點(diǎn)分布情況，進(jìn)而利用上下文信息區(qū)分不同居民點(diǎn)類型。根據(jù)基于支持向量機(jī)特征篩選的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同類型的景觀格局指數(shù)可以有效描述不同土地利用類型在景觀單元尺度上的差異。不同類型的景觀單元在構(gòu)成上，地面覆蓋材料所占的面積比例不同。例如分散型的居民點(diǎn)單元內(nèi)分布有園地、林地，而集中型居民點(diǎn)單元中缺少植被覆蓋。同時(shí)，集中型居民點(diǎn)擁有科學(xué)的規(guī)劃和

7、建筑設(shè)計(jì)，建筑類型統(tǒng)一，排列整齊，集中安置，而分散型居民點(diǎn)分散度較高。這些景觀異質(zhì)性均在相應(yīng)的景觀指數(shù)中得以定量反映。對(duì)分類結(jié)果的精度評(píng)價(jià)表明，使用了空間上下文信息的分類手段可以有效提取獨(dú)立工礦和區(qū)分兩種不同類型農(nóng)村居民點(diǎn)，其中居民點(diǎn)細(xì)分精度超過90％，所提取的兩種土地利用類型圖斑的面積精度均超過90％。證明整個(gè)分類體系與分類流程可以有效、高精度地提取以農(nóng)居點(diǎn)為主要目標(biāo)的農(nóng)村建設(shè)用地面積以及分布情況。
　　(3)利用2005年航片

8、數(shù)據(jù)和2016年高分2號(hào)遙感影像所提取的精確的農(nóng)村居民點(diǎn)分布情況及居民點(diǎn)類型信息，對(duì)桐鄉(xiāng)市農(nóng)村居民點(diǎn)的時(shí)空動(dòng)態(tài)規(guī)律進(jìn)行研究。本研究從居民點(diǎn)數(shù)量以及構(gòu)成的變化入手，使用探索性空間數(shù)據(jù)分析中的空間自相關(guān)、核密度估算、標(biāo)準(zhǔn)差橢圓方法，以及景觀格局指數(shù)，分析不同時(shí)相、不同區(qū)域、不同類型的農(nóng)村居民點(diǎn)的時(shí)空演變規(guī)律，分析由于農(nóng)村居民點(diǎn)變化而引起的土地利用變化情況。結(jié)果顯示，10年內(nèi)農(nóng)村居民點(diǎn)面積減少了8.35％，其中分散型居民點(diǎn)顯著減少，而集中型居

9、民點(diǎn)呈現(xiàn)增長態(tài)勢(shì)。兩種類型的居民點(diǎn)分布存在較大地域性差異，集中型居民點(diǎn)主要分布于市區(qū)周圍。各鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道的農(nóng)村居民點(diǎn)拆除量越大，其集中型居民點(diǎn)新建量就越大。出現(xiàn)居民點(diǎn)面積明顯減少的地區(qū)，均是在拆除分散型居民點(diǎn)的基礎(chǔ)上，將居民點(diǎn)整合、歸并，同時(shí)新建集中型居民點(diǎn)，以達(dá)到減少居民點(diǎn)面積、節(jié)約集約用地的目的。農(nóng)村居民點(diǎn)增減情況也具有地域性，通過對(duì)農(nóng)村居民點(diǎn)變化熱點(diǎn)的研究，增長和減少的熱點(diǎn)區(qū)域都位于中心城區(qū)范圍內(nèi)或者是靠近中心城區(qū)的村落。多個(gè)景觀聚集

10、度指數(shù)的變化證明:研究區(qū)全域的居民點(diǎn)均呈現(xiàn)越來越集聚的趨勢(shì)。
　　從居民點(diǎn)空間分布形態(tài)來看，居民點(diǎn)密度呈現(xiàn)東北低而西南高的特點(diǎn)，遠(yuǎn)離中心城區(qū)范圍的西南部村落呈現(xiàn)整體性、區(qū)域性的增加居民點(diǎn)密度的情況。中心城區(qū)范圍內(nèi)以及靠近中心城區(qū)的村落在變化過程中形成了多個(gè)集聚中心。伴隨著這些高密度中心的形成，其周圍的居民點(diǎn)密度會(huì)出現(xiàn)不同程度的下降。
　　通過對(duì)典型區(qū)域的研究發(fā)現(xiàn)，新增集中型居民點(diǎn)較多的村落，其居民點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)差橢圓會(huì)發(fā)生明顯位移，