基于高分遥感影像与空间大数据的土地利用信息提取及空间格局分析

来源 :四川师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liuya
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近年来,随着中国经济进入新常态,我国的城市化进程加快,城市人口的快速增长、建设用地的无序扩建,给自然环境带来的不良影响,使城市发展面临着巨大的挑战。城市土地利用信息能够更加全面、直观的展示城市内部空间结构,对解决城市发展问题具有重要意义。随着遥感技术的快速发展,越来越多高分辨率遥感影像的出现,为快速准确获取地面信息创造了有利条件。面向对象的分类方法在进行地物信息提取时,考虑到了更多的分类特征,且能与地学知识以及其他专题特征相结合,使分类过程与人类的认知过程更加接近,已成为土地利用信息提取研究的主流方向之一。然而,在对城市内部建设用地信息进行提取时,仅依靠遥感影像难以获取不同用地类型的语义功能信息,具有一定的局限性。随着信息技术、知识工程的发展,对于空间大数据的应用逐渐增多,为城市内部建设用地信息提取提供了新的思路。基于此,本研究以高分二号、高分六号影像为基础,探索多尺度分割最优参数的选取方法,构建了影像分类特征空间并对其进行优化。基于多层次分类体系提取土地利用信息,并进行精度评价。通过空间大数据对建设用地信息进行细分,并对其空间分布特征进行分析。在此基础上,分析新都区的土地利用空间结构,并实现城市功能分区。主要结论如下:(1)综合运用最大面积法和基于ESP最优尺度评价法,选取各土地利用类型的最优分割尺度,以控制变量法为基础选取不同分割尺度下的均质性因子,并在分割尺度基础上建立影像分类的多层次结构。GF-2影像各层次分割参数分别为[179,0.5,0.6];[133,0.4,0.5];[65,0.5,0.5]。GF-6影像的各层次最优分割参数分别为[178,0.4,0.6];[123,0.3,0.5];[61,0.6,0.5]。(2)通过对典型地物采样,比较不同土地利用类型的光谱特征、纹理特征、指数特征以及几何特征差异。针对土地利用分类特点,共选取46个特征构建初始特征空间,并采用地物目标特征值差异分析与索尔福德预测模型(SPM)相结合的方式对特征参数进行优选。从结果来看,光谱特征在影像的各层次分类参数中的占比较大。当采用光谱特征无法有效区分地物时,进一步引入纹理特征、指数特征以及几何特征。(3)基于CART决策树算法和随机森林算法,分别对GF-2影像和GF-6影像进行土地利用分类。结果表明GF-2影像分类精度整体上优于GF-6影像,CART决策树与随机森林两种算法的分类精度也有一定差异。总体上,随机森林算法的分类精度要高于CART决策树算法。通过目视解译法对土地利用信息提取结果进行修正后,总体分类精度达95.16%,总Kappa系数为0.9320。(4)通过POI数据对土地利用分类结果中的建设用地信息进行细分,分别提取了商服用地、住宅用地、交通服务场站用地、工矿仓储用地、特殊用地、机关团体用地、医疗卫生用地、教育科研用地、体育用地。以成都市智慧城市时空大数据与云平台以及“天地图”国家地理信息公共服务平台为辅助,在高德电子地图上选取样本点,对分类结果进行精度评价。结果表明基于空间大数据的建设用地专项信息提取精度较高,总体分类精度达91.82%,总Kappa系数为0.8980。(5)通过统计分析可知,与建设用地相比,非建设用地在新都区土地利用中所占的比重更大,占新都区主城区土地总面积的64.24%。非建设用地中各土地利用类型的面积排序为:林地>耕地>交通用地>裸地>水域>设施农用地。建设用地的占地面积为38.47 km~2,占新都区主城区土地总面积的35.76%。各类建设用地的面积排序为:工矿仓储用地>住宅用地>商服用地>教育科研用地>交通服务场站用地>特殊用地>医疗卫生用地>体育用地>机关团体用地。(6)从新都区主城区的土地利用空间结构来看,住宅用地、工矿仓储用地的地块数量较多,且分布较为集中;公共管理与公共服务用地、商服用地分布较为零散;而特殊用地和交通服务场站用地的地块数量较少。通过城市功能分区,将研究区划分为以住宅用地为主导的功能区、以商服用地为主导的功能区、以工矿仓储用地为主导的功能区、耕地保护区、生态保护区6类。
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