兴凯湖地区土地利用遥感监测及景观格局变化

第1章绪论

1.1研究背景

1.1.1课趣来源

论文课题来源于中国地质调查局的项目由中国国土资源航空物探遥感中心实施、吉林大学承担的东北界河地区国土资源遥感综合调查与监测;项目。本项目围绕兴凯湖一松阿察河段的界河地区存在的生态地质环境问题、国土安全形势、界河变迁现状和边疆建设与稳定的需要，以遥感为主要技术手段，进行兴凯湖松阿察河段界河地区国土资源遥感综合调查与监测，开展东北界河地区河湖湿地、河道冲刷、塌岸地质灾害、土地覆被、矿产资源开发等国土资源与环境专题因子遥感调查，监测动态变化，研究基础地质与资源环境变化多我国东北地区国土开发安全和国防建设的影响，为东北界河地区社会经济、国防建设及外交提供基础数据和具体的研究分析。

1.1.2研究意义

兴凯湖地区位于我国重要粮食基地黑龙江省三江平原的南部，拥有丰富的动、植物资源，素有三江平原基因库;的美称，属于国家级重点自然保护区之一。兴凯湖自然保护区在涵养水源、补充地下水、调解地表径流、削减洪峰、净化空气、调节气候、降解污染和维持水平衡方面都起着巨大的作用。

20世纪70年代至今，兴凯湖地区土地利用覆被变化已经发生了翻天覆地的变化：兴凯湖地区曾被大力开发，一直以来都以农场、耕地规模化经营为主；十二五我国又明确提出农村土地流转、逐步实现规模化土地经营政策，等等。目前兴凯湖地区不仅是湿地自然保护区，也是我国粮食生产的重要基地。该区湿地与耕地共存现象十分普遍，农业发展给当地带来经济利益，并且成为该区主要的经济来源，在农业收益不断攀升的情况下，该区环境将如何发生变化，是否会形成水土流失、岸塌、河道变迁等问题，如何解决这些问题呢？本文从兴凯湖地区土地利用变化的角度出发，深入研究该区景观格局特征的变化，找出该区环境变化的根本驱动因素，这不仅对当地自然资源保护有重要帮助，而且有助于农业生产、粮食安全等社会可持续发展问题的探讨。

1.2国内外研究进展

1.2.1土地利用土地覆被变化研究进展

1.、国外研究进展

1990年全球变化委员会最早提出了全球性LUCC研究框架；1992年联合国提出将加强LUCC研究作为21世纪工作的重点；1994年联合国环境署开展了亚太地区环境评价计划启动了土地覆被的评价与模拟（研究，采用了美国宇航局高分辨率雷达影像进行区域土地覆被制图和监测年国际应用系统与分析研究所对欧洲和北亚的进行了模拟研宄，预测未来的变化50a趋势，1996年美国学者开展了北美洲土地覆被变化的研宄，监测土地覆被变化及其与温室气体排放的关系，美国将土地覆被变化与气候变化、臭氧层损耗列为全球变化研究主要领域日本国家科学院全球环境研究中心提出了为全球环境保护的土地利用研究;项目，主要研究亚太地区可持续的土地利用；IGBP与IHDP对LUCC研究起到了关键性作用，1995年IGBP与IHDP土地利用覆被变化研究计划启动，并组织发布了纲领性文件LUCC研究计划，1999年该组织机构又提出LUCC研究实施战略，将地利用过程、土地利用覆被变化的自然及人文响应、全球和区域的综合模型作为研究的主要方向；之后的2003年IGBP进一步提出了土地计划项目研究重点并提炼了相关科学问题；2005年IGBP和IHDP又联合推出了全球土地计划，该科学计划是全球变化与陆地生态系统研究计划和研LUCC究计划的综合，其目标是量测、模拟和理解人类与环境耦合的陆地生态系统，这些计划项目的开展将LUCC研究推向了高潮，并逐渐呈现出3个重要趋向：地理信息技术应用、遥感数据应用和强调对区域自然要素及社会经济要素综合的研究。国外已成功开发完成基于NOAA/AVHRR全球尺度的遥感数据集，其包括1m空间分辨率的全球土地覆被数据库、1个经纬度间距的全球地表生物物理量数据库和全球土地覆被类型图等，它为以后的LUCC研究提供了大量的数据资料支持但在建立数据库时，或多或少的都存在系统性和实验性误差，例如以国家、区域与局域尺度开展的LUCC监测研究偏重以遥感和GIS为技术依托，缺少野外实地验证因此不应忽视传统获取信息的方法。

国际上按照研究目的、方法以及研究区域等方面的差异，将LUCC领域研究分为：①宏观模型的北美流派，研究侧重于大尺度上的LUCC状况及其与全球变化之间的关系；②基于福利分析的欧洲流派，重视对土地资源与食品政策的分析，并进行相应的情景模拟研究；③数量及经济学模型的日本流派，其更侧重对研究区的定量研究与预测。

第2章研究区概况与数据处理

2.1研究区概况

2.1.1地理位置

研究区（兴凯湖地区）主要位于黑龙江省鸡西市密山县的东南部地区，仅少数区域归属虎林市行政区内，介于E131°52'53''~133°10'24''，N45°00'24''~45。32'08''之间，东西长约100m，南北宽约45m，共涉及面积359750.03hm2，如图2.1中红色框所示范围。研究区西起白棱河口，北邻穆棱河、与虎林市相接，东、南以松阿察河和大兴凯湖与俄罗斯相望；其覆盖了中国境内的兴凯湖自然保护区，在国界处向境外扩充了一定的距离。

2.1.2水文气候

兴凯湖地区属于中温带湿润气候。该区春季冰雪融化、吸收大量热量、回暖较晚，气温比周围地区低1°C左右；夏天天气凉爽、雨量充沛、昼夜温差小；秋季多雨、湖水放热、温度较高，气温比周围地区高1°C左右；冬季极其寒冷、湖面冰层厚度0.8-1.5m，积雪可达20cm。兴凯湖地区年平均气温31°C，7月气温最高，平均21.2°C，1月气温最低，平均-19.2°C，最低达-39°C；年平均降水量750mm，降雨集中于夏天，约占全年降水量的70%；年平均日照2574h，活动积温2250°C，无霜期147天。

2.2数据源及其预处理

2.2.1遥感数据

1、遥感数据源的选取

本文选用2005年、2021年2个时相的SPOT5遥感影像作为信息获取的基础数据源，极少云雾覆盖，无噪声和条带。其空间分辨率为2.5m。

2、时相的选择

由于东北地区季节性明显，时相选择尽可能为夏天，其次为春季和秋季，无积雪和少量植物覆盖，期遥感数据的时相尽可能接近。

3、数学基准

空间参考系统选择克拉索夫椭球体，高斯克吕格投影，3度分带，44带，向东平移500m。

4、波段组合

根据SPOT5各波段亮度值分布范围、均值和标准差特征以及各波段间的相关系数大小，采用不同波段组合进行对比试验，最终确定本文RGB合成方案为：红色波段（R）采用原来的红波段B2；绿色波（G）采用绿波段B1和近红外波段B3的加权算术平均值，即（B1*3+B3B）/4；蓝色波段（B）采用绿波段B1。

5、大气校正

利用ENVI图像处理软件的FLAASH大气校正模块的改进型MORTRAN4模型，对影像进行大气校正，并得到地物反射光谱信息。

6、几何纠正

为了使2期遥感解译数据在空间上有可比性，本文需要将所有的数据源与地理位置严格匹配，并且2期遥感图像之间彼此相互吻合。

首先基于ERDAS软件的Geometric Correction模块精校正1：5万地形图，与地理位置相匹配；其次以地形图作为参考，分别对2005年和2021年SPOT5遥感影像进行几何精校正。在校正过程中GCP点每景不少于40个点，并且均匀分布，校正精度误差不大于1.5像元，采用二次多项式纠正方法进行，重采样选择立方卷积方法。

7、正射纠正

考虑高分遥感影像地形地貌细节丰富，而且研宄区西部有较大高差，本研究通过DEM对其进行了正射纠正，用以消除中心投影造成的由地形高差引起的平面误差，从而真实体现了全区监测目标的形态特征。拟合中误差控制在1个像元以内。

8、数字镶嵌

采用曲面拟合、折线;镶嵌、立方卷积等方法，色调归一化处理采用直方图匹配（直方图规定化，色阶拉伸、亮度对比度、色彩平衡、色度饱和度调整等方法对遥感图像进行数字镶嵌。在镶嵌过程中力求达到同名地物对准（误差在1个像元左右）。接缝平滑镶嵌选定20~100个重叠像元范围做均值法接缝平滑，消除接缝效应;以保证整幅图像色调一致、亮度值自然过渡（图2.2）。

9、三维遥感影像图制作

加载DEM数据，完成SPOT5三维影像图的制作，以便土地利用信息的解译及后续分析。

第3章兴凯湖地区土地利用信息提取..........15

3.1土地利用类型分类系统及其解译标志........15

3.1.1分类系统的建立........15

3.1.2解译标志的建立.......15

第4章兴凯湖地区土地利用时空变化分析.........23

4.1土地利用动态变化分析........23

第5章兴凯湖地区景观格局特征变化分析........51

5.1区域景观格局特征动态变化........51

第6章兴凯湖地区土地利用变化驱动因子分析

6.1自然因子分析

6.1.1地形对土地利用方式的影晌

1、高程

以ArcGIS为平台，将兴凯湖地区20052021年土地利用类型变化图与高程分级图进行叠加，获得兴凯湖地区各土地利用变化的高程分布情况，并统计6个不同等级高程的土地利用类型的面积变化（表6.1）。

研宄表明，兴凯湖地区海拔高度在55-561m，总体地势为西高东低。土地利用变化主要集中在低海拔地区，该高程等级中主要分布有沼泽和耕地，人类活动较多、干扰较大；而在海拔相对较高地区主要分布有植被，由于受人类活动影响小，该区的土地利用类型趋向稳定。

第7章结论与展望

7.1结论

1、兴凯湖研究区土地利用类型面积由大到小依次主要以耕地、天然水体和沼泽类型为主，三者面积占全区面积的90%以上，其中水田和旱田比例约2：1。湖泊和水渠分别在天然水体和人工水体中占居主导地位。整体来看，研宄区从西到东依次以植被、旱田、水田、沼泽、再到水田、然后沼泽为主的土地利用类型成片分布。

2、2005-2021年兴凯湖地区大部分变化的斑块都较细碎；沼泽、植被和湖泊的变化面积较大，但变化速度较小；与人类活动关于的土地利用类型（如工矿用地、耕地）的变化速度较大。道路、居民用地和水渠面积的增加使土地利用结构在西区呈无序化发展，而在自然保护区内大部分向有序化方向发展、小部分存在低程度的无序化；西部工矿居民用地的增加明显大于东部地区。6a期间兴凯湖地区土地利用变化主要受到人类活动的影响，人类对自然景观的改造程度逐渐增强；但是在自然保护区内，人类活动强度呈减弱趋势。

3、6a期间，沼泽的转入转出较频繁，基本在每一种地物类型的转换过程中沼泽的贡献率都较大。湿地保护政策使该区出现较多退耕还湿、退耕还林的现象，但是沼泽的农田化进程仍不断深入。总体来看，兴凯湖地区沼泽和水田彼此之间相互转换量大；旱田主要与植被进行相互转化，同时有部分旱田逐步转换为水田。

4、2005-2021年兴凯湖地区沼泽和植被斑块呈现消失或面积减少的趋势；河流有萎缩趋势；而耕地、湖泊和池塘连通性增强，正处于成片化发展的初期；大兴凯湖对研宄区内水域的影响随距离的增加，影响程度总体呈现出逐渐减弱的趋势；按西区、内区和东区的顺序来看，工矿居民用地分布越来越少；由大兴凯湖岸线向湖外，居民用地分布越来越零散。

参考文献（略）