亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        基于改進型決策樹遙感分類的土地利用變化研究

        2016-12-27 09:07:41馬驪馳王金亮劉廣杰高文杰
        地理空間信息 2016年7期
        關(guān)鍵詞:決策樹坡度土地利用

        馬驪馳,王金亮*,劉廣杰,高文杰

        (1.云南師范大學(xué) 旅游與地理科學(xué)學(xué)院,云南 昆明 650500)

        基于改進型決策樹遙感分類的土地利用變化研究

        馬驪馳1,王金亮1*,劉廣杰1,高文杰1

        (1.云南師范大學(xué) 旅游與地理科學(xué)學(xué)院,云南 昆明 650500)

        在遙感和GIS技術(shù)支持下,以香格里拉建塘鎮(zhèn)為研究區(qū),以2000年、2009年Landsat TM影像為基礎(chǔ)數(shù)據(jù),運用光譜特征和地學(xué)輔助知識相結(jié)合的改進型決策樹分類方法分別對研究區(qū)2個年份的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行土地利用信息提取和變化分析。研究結(jié)果顯示:①基于改進型決策樹遙感分類法與最大似然法相比分類精度有明顯提高;②10 a間,香格里拉建塘鎮(zhèn)城鎮(zhèn)建筑用地、裸地面積呈上升趨勢且變化最大,灌草地面積小幅增加,耕地、林地、水體、雪地冰川呈減少趨勢,土地利用變化速度和綜合程度越來越快。

        改進型決策樹;遙感分類技術(shù);土地利用變化;香格里拉縣

        隨著3S技術(shù)的日新月異,借助遙感方法提取大范圍的土地利用/覆被信息成為研究土地利用變化的主要技術(shù)手段。傳統(tǒng)的監(jiān)督分類方法對訓(xùn)練樣區(qū)選取的要求較高,必須具有典型代表,否則分類結(jié)果將與實際情況相去甚遠;而且受“同物異譜”和“異物同譜”現(xiàn)象的影響,傳統(tǒng)監(jiān)督分類中較容易出現(xiàn)大量錯分、漏分等情況。而現(xiàn)在普遍適用的決策樹法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、模糊法等新方法在土地利用/覆被的分類精度上有較大程度的提高。目前已有許多專家學(xué)者將決策樹分類方法廣泛運用到各種遙感影像的信息提取和土地利用分類中,并取得了很大的進展。史澤鵬[1]等運用J48決策樹算法提取土地利用信息;杜麗英[2]對C4.5決策樹法的構(gòu)建和剪枝進行了闡釋;孫靜雯[3]等運用決策樹法進行土地利用分類并計算出土地利用變化的驅(qū)動力因子;王書玉[4]等利用分類回歸樹算法建立決策樹模型,對其分類結(jié)果進行了精度評價并證實該方法有利于分類精度的提高。本文以決策樹法為基本方法,將地學(xué)知識融入決策樹規(guī)則的建立中,對研究區(qū)遙感影像進行分類,提高分類精度,以期研究10 a間土地利用變化情況,為當(dāng)?shù)卣贫沙掷m(xù)發(fā)展相關(guān)政策提供依據(jù)。

        1 研究區(qū)概況

        香格里拉縣地處青藏高原東南緣橫斷山脈三江縱谷區(qū)東部,是三江并流區(qū)的一部分,屬于迪慶藏族自治州的管轄范圍。東與四川省稻城縣、木里縣和云南省麗江市毗鄰,南與麗江隔江相望,西與德欽縣、維西縣相連,北與四川省德榮縣、鄉(xiāng)城縣接壤[5-6]。全境呈柳葉狀的狹長地帶,是云南省土地面積最大的縣。山地是研究區(qū)面積最廣的地貌類型,垂直分異的山地自然景觀顯著。建塘鎮(zhèn)是香格里拉縣州、縣府所在地,是全縣乃至全州政治、經(jīng)濟、文化中心,是“香格里拉”腹心地,平均海拔3 300 m,最低海拔2 800 m,面積為1 611 km2,四周群山環(huán)繞,中間地勢平坦,是農(nóng)村和城鎮(zhèn)相結(jié)合的半農(nóng)半牧鎮(zhèn),也是茶馬古道和滇藏公路的必經(jīng)重鎮(zhèn)。

        近年來,隨著社會經(jīng)濟特別是旅游業(yè)的快速發(fā)展,以及天然林保護工程和退耕還林工程的實施,研究區(qū)土地利用/土地覆蓋發(fā)生了劇烈變化,引起生態(tài)要素的變化,通過遙感技術(shù)方法開展土地利用/土地覆蓋變化研究,具有重要意義。

        2 研究方法

        2.1 數(shù)據(jù)選擇與預(yù)處理

        在綜合考慮研究區(qū)的季節(jié)性、數(shù)據(jù)源的可使用性和研究目的后,使用的數(shù)據(jù)為2000年12月和2010年11月Landsat5TM數(shù)據(jù)、SRTM DEM數(shù)據(jù)以及香格里拉縣建塘鎮(zhèn)行政邊界矢量圖。數(shù)據(jù)處理平臺為ENVI4.8和ArcGIS10.1。

        為了消除遙感影像受地球曲率、大氣折射等影響而產(chǎn)生的幾何變形和受地形因子、大氣衰減等影響而產(chǎn)生的輻射變形,需對研究區(qū)圖像進行幾何精校正、輻射校正以及拼接裁剪等預(yù)處理。在確定研究區(qū)分類系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,利用TM影像光譜特征和地學(xué)輔助知識建立土地分類規(guī)則,對影像進行土地利用分類,并將其分類結(jié)果與最大似然法分類結(jié)果進行精度比較。

        2.2 分類系統(tǒng)的建立

        建立研究區(qū)分類系統(tǒng)是土地利用變化研究的基礎(chǔ)工作。在野外調(diào)查的基礎(chǔ)上,綜合考慮研究目的、研究區(qū)整體景觀格局以及分類系統(tǒng)的相對完整性,并參照2007年8月頒布的《土地利用現(xiàn)狀》國家標(biāo)準(zhǔn)[7],將研究區(qū)土地利用類型分為耕地、林地、灌草地、城鎮(zhèn)建設(shè)用地、水體、冰川雪地以及裸地7類。

        2.3 決策樹分類規(guī)則的建立

        2.3.1 決策樹LUCC信息提取原理

        決策樹屬于無參數(shù)分類方法,是多層次識別系統(tǒng)的一種組織形式。它并不是使用一種算法、一個決策規(guī)則去把多個類別一次性分開,而是采用分級的形式,將復(fù)雜的多分類問題轉(zhuǎn)化為一個個簡單的分類問題而逐步解決[8]。

        本文決策樹分類是根據(jù)影像地物類別的光譜特征、NDVI值和比值型指數(shù),參照DEM和坡度值所提取的地學(xué)輔助信息尋找一類地物不同于另一類地物的典型特征,構(gòu)造二叉樹分類系統(tǒng),對研究區(qū)土地利用類型進行分類,尋求比傳統(tǒng)監(jiān)督分類方法更高的分類精度。

        2.3.2 NDVI指數(shù)分類規(guī)則

        NDVI是反映地表植被覆蓋情況的遙感指標(biāo)之一,取值在-1~1之間,主要用于檢測植被生長狀態(tài)、植被覆蓋度以及土地覆被等方面的研究,其公式為:

        (NIR-R)/(NIR+R)

        式中,NIR表示近紅外波段;R表示紅光波段。在TM影像中近紅外波段即TM4波段,而紅光波段即TM3波段。

        在實際分類中,以NDVI指數(shù)為0來確定的巖石、裸土類地物的判別不準(zhǔn)確,因此本文NDVI指數(shù)僅用來區(qū)分植被與非植被。反復(fù)設(shè)定NDVI的閾值,并把所得的植被覆蓋情況與研究區(qū)土地利用圖、野外考察樣點等進行對比,尋找最接近實際情況的NDVI值作為區(qū)分植被與非植被的條件,最終選取NDVI>0.4作為判別植被與非植被的條件。

        2.3.3 光譜特征分類規(guī)則

        根據(jù)研究區(qū)確立的分類系統(tǒng),分別選擇一定數(shù)量的7種土地利用類型的ROI,測定各波段光譜的最大值、最小值、均值和均方差,獲取不同土地利用類型之間的光譜差異信息,從而得到不同土地利用類型的提取條件[9]。經(jīng)測定比較發(fā)現(xiàn),TM影像的7波段中以2、3、4、5、7波段所包含的信息量最為豐富,選取這5個波段對光譜信息進行統(tǒng)計分析。由于涉及到2期影像,因此在提取光譜信息時采用取均值的方法,以便獲取的信息更準(zhǔn)確,經(jīng)整理得到表1,由此繪出圖1。

        表1 地類樣點亮度值統(tǒng)計表

        圖1 典型地物波譜圖

        對各類地物的DN值進行統(tǒng)計分析后發(fā)現(xiàn),各類土地利用類型的亮度值存在以下特點:耕地:TM5>TM3>TM7>TM4>TM2;林地:TM4>TM5> TM2>TM3>TM7;灌草地:TM5>TM7>TM4>TM3>TM2;水體:TM2>TM3>TM4>TM5>TM7;裸地:TM5>TM3>TM7>TM4>TM2;冰川:TM3>TM2>TM4>TM5>TM7和城鎮(zhèn)建設(shè)用地:TM3>TM5>TM2>TM7>TM4。根據(jù)7種地物類型的光譜亮度值的大小順序,可選取一些條件作為確定某類地物的決策規(guī)則閾值。將灰度值TM4>TM5的區(qū)域提取出來,可作為區(qū)分林地與耕地和灌草地的決策條件。

        2.3.4 比值型指數(shù)分類規(guī)則

        在研究中有學(xué)者發(fā)現(xiàn),水體、居民地具有(TM2+TM3)>(TM4+TM5)的規(guī)律,但它們比值的差異卻比較大[10],根據(jù)表2選取的各類地物的訓(xùn)練樣區(qū),分別計算它們的比值型指數(shù)并進行統(tǒng)計分析。

        從表2可知,水體比值型指數(shù)(RWI)遠高于其他地類,可利用(TM2+TM3)/(TM4+TM5)≥2作為提取水體的決策條件,此外,還發(fā)現(xiàn)冰雪比值型指數(shù)(RISI)也相對較高,因此將1<(TM2+TM3)/(TM4+TM5)<2作為提取冰川雪地的決策條件。

        表2 地類樣點比值型指數(shù)統(tǒng)計表

        2.3.5 地學(xué)輔助知識分類規(guī)則

        DEM數(shù)據(jù)能很直觀地反映地表起伏的輪廓形態(tài),不同土地利用類型在空間分布上也隨海拔和坡度的變化而有所不同。把研究區(qū)DEM數(shù)據(jù)疊加到遙感影像中可以發(fā)現(xiàn)一些基本分布規(guī)律。耕地、城鎮(zhèn)建設(shè)用地、水體一般分布在海拔相對較低、坡度和緩的區(qū)域;而冰川雪地、裸地則一般分布在海拔較高、略有緩坡的區(qū)域;林地和灌草地則在整個研究區(qū)內(nèi)呈大面積分布趨勢。因此,在決策樹分類過程中加入地學(xué)輔助信息,對提高影像分類精度具有重要意義。在本研究中,依據(jù)研究區(qū)景觀格局特征,采用了高程和坡度2種地學(xué)信息參與決策樹分類。

        表3 高程、坡度分級標(biāo)準(zhǔn)

        表4 土地利用類型與高程關(guān)系

        表5 土地利用類型與坡度關(guān)系

        將研究區(qū)2000年和2009年土地利用類型圖、高程圖以及坡度圖進行空間疊加分析,并結(jié)合香格里拉野外實地調(diào)查采樣點[11],綜合考慮研究區(qū)土地利用類型空間分布特征后,將研究區(qū)按高程和坡度進行分級(表3),按不同地類的空間分布特點在決策樹分類時加入地學(xué)知識以輔助分類。在ArcGIS中對研究區(qū)土地利用現(xiàn)狀圖與高程圖、坡度圖分別進行空間相交分析以及頻數(shù)統(tǒng)計,得到土地利用類型與高程和坡度的關(guān)系表(表4、5),尋找土地利用類型空間分布特點,參與到分類中。

        耕地主要集中在高程≤3 600 m范圍內(nèi),這是因為研究區(qū)具有較特殊的景觀格局,平均海拔較高,而耕地則需要較好的水熱條件,海拔越高水熱條件越差,因而耕地分布帶海拔相對較低,主要在研究區(qū)的城鎮(zhèn)邊緣地帶。另一方面,坡度因子對耕地的分布有較大的影響,陡坡不適宜發(fā)展種植業(yè),從表5也可以看出耕地均分布在坡度≤25°范圍內(nèi),因此高程≤3 600 m且坡度≤25°可作為建塘鎮(zhèn)耕地的決策樹閾值。城鎮(zhèn)建設(shè)用地均分布在高程≤3 900 m且坡度≤25°范圍內(nèi),海拔較低且坡度平緩的區(qū)域適宜生產(chǎn)發(fā)展和人類居住,因此該條件可作為城鎮(zhèn)建設(shè)用地的決策樹閾值。此外,水體只分布在海拔≤3 900 m且坡度≤25°的區(qū)域,而冰川雪地則僅分布在海拔≥3 900 m的區(qū)域,以上條件均可作為參與分類的地學(xué)輔助知識。

        本文通過分析典型地物光譜特征、NDVI值、比值型指數(shù)以及高程、坡度等地學(xué)信息,找到不同地物類型的決策樹閾值,然后用構(gòu)建的分類器進行遙感分類,從而得到分類結(jié)果(圖2)。

        圖2 改進型決策樹遙感分類技術(shù)流程圖

        3 精度評價

        在野外實地考察資料的基礎(chǔ)上,以2009年遙感影像為基本數(shù)據(jù),選取300個真實地物采樣點,分別對改進型決策樹和最大似然法進行分類精度評價,發(fā)現(xiàn)基于改進型決策樹遙感分類結(jié)果在分類精度上遠優(yōu)于最大似然法(表6)。因此本文采用改進型決策樹遙感分類結(jié)果對香格里拉縣建塘鎮(zhèn)2000年和2009年遙感影像進行分類并對10 a間土地利用變化進行探討和分析。

        表6 分類精度評價表

        4 土地利用變化分析

        運用改進型決策樹遙感分類方法分別對研究區(qū)2000年和2009年土地利用類型進行分類,分類結(jié)果如圖3、4所示。在ArcGIS里對各類地物進行面積統(tǒng)計,并計算各類地物變化幅度,探討香格里拉建塘鎮(zhèn)2000~2009年土地利用變化情況(表7)。

        2000~2009年間,香格里拉建塘鎮(zhèn)土地利用變化趨勢大致表現(xiàn)為:耕地、林地、水體、冰川雪地面積呈減少趨勢,而灌草地、城鎮(zhèn)建設(shè)用地和裸地面積則呈大幅上升趨勢,城市化進程加快,土地利用變化程度和綜合程度越來越快。水體與冰川雪地減少幅度最大,均超過了50%。10 a間,城鎮(zhèn)規(guī)模的擴大、土地利用方式和人類生活方式的改變等,都對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了極大的負面影響,造成了氣候變暖、水土流失等一系列嚴重的后果,表現(xiàn)在年降雪量日益減少,雪線隨海拔不斷升高,終年積雪帶面積日漸縮小,高原湖泊面積不斷減小,濕地沼澤日漸干涸等方面。耕地面積減少了10.92%,其原因大致可歸納為2點:耕作業(yè)機械化水平的顯著改進,使耕作效率明顯提高,節(jié)省了土地空間資源;人類不合理的生產(chǎn)方式導(dǎo)致土地生產(chǎn)力下降、土壤結(jié)構(gòu)以及養(yǎng)分的破壞導(dǎo)致土地資源可利用周期縮短,一部分耕地變得不適宜農(nóng)作物生長,轉(zhuǎn)而投入其他用途的使用,從而造成耕地面積減少。林地面積小幅減少,主要原因是人類生產(chǎn)生活對森林植被造成了一定程度的破壞。隨著城鎮(zhèn)化的發(fā)展,建塘鎮(zhèn)城鎮(zhèn)建設(shè)用地面積大幅增加,增長率為122.92%。土地利用類型日益多樣化,在土地利用程度越來越大的情況下,伴隨而來的是低下的土地利用效率,不顧長遠發(fā)展的土地利用方式導(dǎo)致土地嚴重退化,一部分耕地、灌草地、林地等轉(zhuǎn)化為不可利用土地,因此裸地面積大幅度增加,高達88.88%。部分林地和水體沼澤植被退化,覆蓋度降低,這也是灌草地面積小幅增加的原因之一。

        圖3 2000年建塘鎮(zhèn)土地利用類型圖

        圖4 2009年建塘鎮(zhèn)土地利用類型圖

        表7 2000~2009年土地利用變化表

        5 結(jié) 語

        地學(xué)輔助信息參與決策樹分類的方法對分類精度的提高有顯著的改善作用,通過改進型決策樹分類方法可得出以下結(jié)論:香格里拉建塘鎮(zhèn)在2000~2009年10 a間,城鎮(zhèn)建設(shè)用地、裸地面積呈上升趨勢且變化最大,灌草地面積小幅增加,耕地、林地、水體、冰川雪地呈減少趨勢,尤其是水體和冰川雪地減少幅度較大,土地利用變化速度和綜合程度越來越快。

        為了實現(xiàn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟建設(shè)和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展,必須由粗放型的生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變?yōu)楣?jié)約型、可持續(xù)發(fā)展的生產(chǎn)方式,合理利用土地資源,適當(dāng)控制城鎮(zhèn)化規(guī)模,嚴保耕地紅線,相關(guān)部門應(yīng)該制定符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的政策,大力防治水土流失,加大不可利用地的治理力度,確保當(dāng)?shù)亟?jīng)濟與環(huán)境建設(shè)協(xié)調(diào)發(fā)展。

        [1] 史澤鵬,馬中文,馬友華,等.基于J48決策樹算法的遙感土地利用變化分析[J].遙感信息,2014,29(1):78-84

        [2] 杜麗英.基于決策樹的C4.5算法[J].輕工科技,2013(10):59-60

        [3] 孫靜雯,王紅旗,張欣,等.基于決策樹分類的根河市土地利用變化及驅(qū)動力分析[J].中國人口·資源與環(huán)境,2014,24(3):449-452

        [4] 王玉書,于振華,于丹丹.基于決策樹方法的遙感影像分類[J].哈爾濱師范大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報,2014,30(2):61-64

        [5] WANG Jinliang, JIANG Lianfang, LI Ruilin. Land-use Change and Its Driving Forces of “Three Parallel Rivers” in Northwest Yunnan Province[J]. Yunnan Geographic Environment Research,2005,17(1):5-12

        [6] 韓文萍,王金亮,可華明,等.基于GIS的遙感影像土地利用/土地覆蓋信息提取研究:以滇西北香格里拉縣為例[J].云南地理環(huán)境研究,2007,19(2):98-102

        [7] GB/T 21010-2007.土地利用現(xiàn)狀分類[S].

        [8] 陳民,王寧,段國賓,等.基于決策樹理論的土地利用分類[J].測繪與空間地理信息,2014,37(1):69-72

        [9] 領(lǐng)梅,安慧君,賀曉輝,等.基于決策樹的涼城縣土地利用分類研究[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2013,34(6):43-48

        [10] 曾維軍,侯明明,楊偉.一種改進的決策樹分類方法在土地利用信息提取中的應(yīng)用[J].貴州大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2013,30(6):39-46

        [11] 可華明,王金亮,韓文萍,等.香格里拉縣土地利用/土地覆蓋變化與趨勢預(yù)測研究[J].云南地理環(huán)境研究,2006, 18(6):11-15

        P237

        B

        1672-4623(2016)07-0012-05

        10.3969/j.issn.1672-4623.2016.07.004

        馬驪馳,碩士研究生,研究方向為資源環(huán)境信息系統(tǒng)。

        2015-06-03。

        項目來源:國家自然科學(xué)基金資助項目(41271230、40861009)。(*為通訊作者)

        猜你喜歡
        決策樹坡度土地利用
        一種針對不均衡數(shù)據(jù)集的SVM決策樹算法
        關(guān)于公路超高漸變段合成坡度解析與應(yīng)用
        決策樹和隨機森林方法在管理決策中的應(yīng)用
        電子制作(2018年16期)2018-09-26 03:27:06
        土地利用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究進展及啟示
        基于決策樹的出租車乘客出行目的識別
        基于圖像處理的定位器坡度計算
        電氣化鐵道(2016年4期)2016-04-16 05:59:46
        濱??h土地利用挖潛方向在哪里
        坡度在巖石風(fēng)化層解譯中的應(yīng)用
        河北遙感(2015年2期)2015-07-18 11:11:14
        CT和MR對人上脛腓關(guān)節(jié)面坡度的比較研究
        基于肺癌CT的決策樹模型在肺癌診斷中的應(yīng)用
        精品水蜜桃久久久久久久| 草青青视频手机免费观看 | 国产精品无码翘臀在线观看| 大又大粗又爽又黄少妇毛片| 日韩欧美区| 免费的黄网站精品久久| 成人一区二区人妻少妇| 亚洲伊人一本大道中文字幕| 北条麻妃毛片在线视频| 日韩女优中文字幕在线| 日本免费在线一区二区三区| 人妻丰满熟妇av无码区| 一本大道香蕉视频在线观看| 日韩精品国产一区二区| 麻豆69视频在线观看| 久久精品国产视频在热| 精品国产亚洲一区二区在线3d| 乱人伦人妻中文字幕无码| 人妻 日韩精品 中文字幕| 免费观看久久精品日本视频| 亚洲中文字幕视频第一二区| 午夜成人理论福利片| 最近免费中文字幕| 国产裸体AV久无码无遮挡| 亚洲av毛片在线免费看| 亚洲中文字幕久久无码精品| 欧美视频第一页| 亚洲福利视频一区二区三区| 噜噜综合亚洲av中文无码| 国产免费午夜a无码v视频| 日本国产在线一区二区| 精品国产三级a在线观看不卡| 久久99精品久久久久久秒播| 久久精品一品道久久精品9| 高清不卡av在线播放| 偷拍激情视频一区二区三区| 国产精品一区二区久久精品| 日本岛国一区二区三区| 无人区乱码一区二区三区| 国产精品高潮呻吟av久久4虎| 无码8090精品久久一区|