Detección y análisis por teledetección de cambios en el uso del suelo en Lijiang, Yunnan
(1. Instituto de Teledetección y Sistemas de Información Geográfica, Universidad de Pekín, Beijing, 100871; 2. Facultad de Ciencias y Recursos de la Tierra, Universidad de Geociencias de China, Beijing, 100083)
Usando las dos imágenes TM de 65438 en febrero de 1999 y abril de 2001 y otros datos auxiliares como fuentes de datos, se utilizaron computadoras para identificar automáticamente imágenes de sensores remotos procesadas mediante análisis de componentes principales, y se obtuvieron varios tipos de uso de la tierra a través de pruebas humanas. Interpretación de la interacción informática. Distribución de información. Utilizando las funciones de análisis espacial y estadística matemática del sistema de información geográfica, se analizaron las características de los cambios de uso de la tierra, las actitudes dinámicas hacia el uso de la tierra y la transformación entre tipos en el área de Bazi de Lijiang. Los resultados muestran que la superficie de tierra cultivada aumentó en 0,27 km2, la superficie de tierra urbana y rural aumentó en 0,19 km2, la superficie de agua disminuyó en 0,11 km2 y las tierras forestales y pastizales se mantuvieron básicamente sin cambios. Se destacan varios tipos de transformación como la transformación de zonas de agua en suelo urbano y rural, y la transformación de suelo en desuso en suelo urbano y rural y tierra cultivada.
Palabras clave: cambio de uso de la tierra; matriz de Markov; Lijiang, Yunnan; sistema de información geográfica y teledetección
El cambio de uso/cobertura regional de la tierra (LUCC) es un tema importante en el estudio de el cambio ambiental global es uno de los campos. Los datos sobre cambios en el uso de la tierra pueden proporcionar condiciones reales para estudiar las condiciones de uso de la tierra en la región, garantizar que el país capte los cambios en el uso de la tierra de manera oportuna y precisa y proporcionar una base científica para formular planes, planes y macrodecisiones de desarrollo económico nacional [1 ]. El cambio de uso de la tierra incluye tres aspectos: cambio temporal, cambio espacial y cambio de calidad. El cambio espacial refleja el tipo espacial de cambio de uso de la tierra, la distribución espacial de los tipos de cambio y las diferencias regionales, y es el foco de la gestión y planificación de la tierra [2]. La clave para resolver este problema radica en cómo extraer datos sobre el cambio de uso del suelo y cómo analizar y procesar científicamente la información obtenida. La tecnología de teledetección tiene las ventajas de rapidez, precisión y ciclo corto, y tiene ventajas obvias en el seguimiento de cambios de uso/cobertura de la tierra a gran y mediana escala. Este artículo utiliza un método que combina teledetección, SIG y análisis estadístico matemático para describir los cambios cuantitativos y espaciales en el uso de la tierra en el área de Bazi en Lijiang de 1999 a 2001, sentando las bases para las decisiones de gestión de la tierra, protección del medio ambiente ecológico y desarrollo racional de los recursos en la zona. El desarrollo sostenible y la utilización de la tierra regional son de gran importancia.
1 Descripción general del área de estudio
Lijiang se encuentra en el noroeste de la provincia de Yunnan [3] en el curso medio del río Jinsha, con coordenadas geográficas de 99° 23′e ~ 101° 31′e, 25° 59′n ~ 27° 56′n, limita con la prefectura de Diqing, la prefectura de Nujiang, la prefectura de Dali, la prefectura de Chuxiong, la ciudad de Panzhihua y la prefectura de Liangshan en la provincia de Sichuan, y gobierna el condado autónomo de Lijiang Naxi, Ninglang Condado autónomo de Yi, condado de Yongsheng y condado de Huaping. La superficie terrestre es de 931,02 km2. Está ubicado en el cruce de la meseta Qinghai-Tíbet y la meseta Yunnan-Guizhou. El terreno es complejo. Las montañas son altas y los valles son profundos. El entorno natural a largo plazo es relativamente cerrado, formando una zona natural vertical típica y un clima tridimensional. Los animales y plantas son extremadamente complejos y los animales salvajes raros son ricos en flora y fauna. La población total de la región es de 6,543,8 millones, incluidos 23 grupos étnicos, incluidos Han, Naxi, Yi, Lisu, Tibetanos, Bai y Pumi, de los cuales el 57% pertenecen a minorías étnicas [3].
2 Métodos de investigación
2.1 Datos de investigación
Las dos imágenes Landsat-TM fueron tomadas en febrero de 1999 y abril de 2001 respectivamente. La resolución terrestre es de 30 m, no hay nubes en el área de estudio y la calidad es buena. Además, se utilizaron mapas topográficos 1:1000 y mapas de uso del suelo 1:50000 para ayudar en la selección e interpretación visual de las áreas de muestra de capacitación. Hay otras estadísticas (meteorología, hidrología, población, suelos, socioeconómicas), etc.
2.2 Flujo de trabajo principal
Existen tres métodos principales para utilizar la información de imágenes de teledetección para la detección de cambios: método de comparación posterior a la clasificación, método de intersección directa de imágenes multitemporales e imagen multitemporal método de clasificación [4]. El método de intersección directa de imágenes multitemporales requiere que las dos fases estén cercanas. La información de cambio generalmente se detecta mediante el análisis de diferencia de imagen, proporción o componente principal. La operación es simple, pero no se puede obtener el tipo de característica específica del cambio.
La diferencia horaria de las imágenes de teledetección utilizadas en este artículo es cercana a los 3 meses, por lo que el método de intersección directa no es adecuado. La clasificación de imágenes multitemporales requiere tipos estáticos y las muestras de entrenamiento de tipos dinámicos generalmente son difíciles de determinar. Este artículo adopta principalmente el método de comparación posterior a la clasificación.
El flujo de trabajo principal de este estudio se muestra en la Figura 1: Primero, preprocese las dos imágenes de TM (como corrección geométrica, etc.) utilizando el software PCI y realice un análisis de componentes principales en las dos imágenes anteriores. Análisis y luego combinar completamente diversos conocimientos (como mapas topográficos, mapas de vegetación, etc.) para la clasificación supervisada. ) [3] En la clasificación de supervisión, se adoptaron las "Especificaciones técnicas para el estudio del uso de la tierra en China", y los tipos de uso de la tierra se dividieron en seis categorías: tierra cultivada, tierra forestal, pastizal, área de agua, industrial urbana y rural. y residenciales mineros, y terrenos baldíos. La interacción persona-computadora se utiliza para interpretar los resultados de la clasificación, y los resultados de la interpretación se transmiten al software del sistema de información geográfica ARC GIS en forma de cuadrícula para el procesamiento de datos. Realizar un análisis de superposición espacial de los datos de la segunda fase para obtener datos sobre el cambio de uso de la tierra y realizar un análisis de cambio dinámico del uso de la tierra sobre esta base.
Figura 1 Diagrama de flujo de trabajo principal del proyecto
2.3 Procesamiento de varias tecnologías clave
2.3.1 Registro geométrico de imágenes de teledetección
El registro geométrico de dos imágenes de teledetección de fases temporales es la base para el estudio de los cambios dinámicos. Para utilizar información geocientífica para análisis auxiliares, las imágenes de teledetección se pueden registrar en el sistema de coordenadas geodésicas. Este artículo selecciona un mapa topográfico 1:1000 como punto de referencia y selecciona 12 puntos de control terrestre de manera uniforme en la imagen de detección remota. Se utiliza un ajuste polinómico cuadrático y el método de muestreo en escala de grises es la convolución bicúbica para el registro geométrico y el remuestreo en escala de grises. El error general de los resultados es 0,624 y el error de registro es inferior a 1 píxel, lo que cumple con los requisitos del monitoreo dinámico del uso de la tierra.
2.3.2 Análisis de componentes principales de imágenes de teledetección
El análisis de componentes principales (también llamado transformación de componentes principales) es un método que utiliza varios métodos integrales sin perder la mayor cantidad de información posible. Los indicadores son métodos para describir valores medidos de múltiples variables [5]. En imágenes multiespectrales, dado que existen muchas correlaciones entre los datos de cada banda, la mayor parte de la información de la imagen se puede expresar en unas pocas bandas mediante el análisis de componentes principales, de modo que casi no se pierde información pero se puede reducir la cantidad de datos. Este artículo realiza un análisis de componentes principales en las seis bandas infrarrojas de la segunda imagen Landsat-TM y realiza una síntesis de color del primero al tercer componente principal para obtener la imagen procesada.
2.3.3 Generar datos de resultados
De acuerdo con varios datos auxiliares, se seleccionaron seis muestras de entrenamiento de tipos de uso de la tierra a partir de las imágenes de detección remota de la segunda fase que se sometieron a un análisis de componentes principales, y se utilizó la fluctuación máxima. No existe ningún método para la identificación automática por computadora. Dado que existen diferentes espectros del mismo objeto, diferentes espectros de objetos extraños y píxeles mezclados en las imágenes de teledetección, el reconocimiento automático por computadora no es ideal para distinguir algunas categorías, como terrenos no utilizados y terrenos urbanos. En el trabajo real, es necesario ayudar en la corrección visual de varios datos medidos para obtener los resultados de clasificación finales de las dos fases y luego transferir los resultados de la clasificación al software del sistema de información geográfica ARC GIS en forma de cuadrícula para realizar mediciones espaciales. superponer análisis sobre los datos de la segunda fase, obtener datos de cambio de uso de la tierra y realizar las estadísticas matemáticas necesarias para el análisis y uso de los resultados.
3 Análisis de resultados
3.1 Análisis del alcance del cambio de uso de la tierra
El alcance del cambio de uso de la tierra regional se refleja principalmente en el cambio de área total de diferentes usos de la tierra. tipos Puede ser Proporcionar información general sobre cambios regionales en el uso de la tierra y cambios en la estructura del uso de la tierra.
Basado en la segunda fase de datos de teledetección, se realizó un análisis estadístico de las dos fases de datos de uso de la tierra en el área de Bazi en Lijiang. Los resultados se muestran en la Tabla 1.
Cuadro 1 Tabla de cambio de uso de suelo de 1999 a 2001
El Cuadro 1 muestra que en los últimos tres años, la superficie de tierra cultivada en esta región ha aumentado en 0,27km2, la superficie de suelo urbano y rural aumentó en 0,19 km2, la superficie de agua aumentó en 0,27 km2 y disminuyó en 0,11 km2, y los bosques y pastizales se mantuvieron básicamente sin cambios.
3.2 Análisis de la actitud dinámica del uso de la tierra
La actitud dinámica del uso de la tierra se puede describir simplemente mediante una actitud dinámica de uso de la tierra única y una actitud dinámica de uso de la tierra integral [6].
Entre ellos, una sola actitud dinámica del uso de la tierra puede describir cuantitativamente la velocidad del cambio de un determinado tipo de uso de la tierra dentro de un cierto rango de tiempo, y puede proporcionar diferencias regionales en los cambios de uso de la tierra y predecir tendencias futuras de cambios de uso de la tierra; Se utiliza para caracterizar la velocidad de los cambios regionales en el uso del suelo.
La fórmula que expresa una actitud dinámica de uso único de la tierra es:
Innovación en tecnología de la información sobre la tierra y desarrollo de ciencia y tecnología de la tierra: Actas de la Conferencia Académica Anual de 2006 de la Sociedad China de la Tierra Ciencia.
En la fórmula, Ua y Ub representan la cantidad de un determinado tipo de uso de la tierra al inicio y al final del estudio respectivamente;
La expresión de una actitud dinámica integral del uso de la tierra es:
Innovación en tecnología de la información territorial y desarrollo de ciencia y tecnología territorial: Actas de la Conferencia Académica Anual de 2006 de la Sociedad China de Ciencias Territoriales.
En la fórmula, LUi representa el área convertida a otros usos del suelo al final del estudio inicial de características del suelo Clase I; LUi representa el área convertida a otros tipos de uso del suelo al final del estudio de Características del terreno de clase I; t representa durante el período de estudio.
Según las fórmulas (1) y (2), se calcularon las tasas de cambio anual de seis tipos de uso de la tierra en el área de Lijiang Bazi. Los resultados muestran que de 1999 a 2001, la tasa de cambio anual del uso de la tierra en el área de Bazi en Lijiang fue de 0,17. Entre ellos, las tasas de cambio de tierra urbana y rural y tierra no utilizada fueron las más rápidas, alcanzando 0,36 y 0,21 respectivamente. Los bosques y pastizales se mantuvieron básicamente sin cambios, y las superficies de tierras cultivadas y aguas se mantuvieron sin cambios. Las tasas de variación anual son 0,07 respectivamente.
3.3 Análisis de las diferencias regionales en el uso de la tierra
Debido a las diferencias en la topografía, el clima y otras condiciones naturales, así como a las diferencias en el desarrollo económico y las tasas de crecimiento demográfico, las diferencias regionales en la tierra uso son significativos. Las diferencias regionales en el cambio de uso de la tierra pueden expresarse mediante la tasa de cambio relativa de tipos específicos de uso de la tierra. La tasa de cambio relativo es una buena manera de reflejar las diferencias regionales en el cambio de uso de la tierra. Su expresión es:
Innovación en tecnología de la información sobre la tierra y desarrollo de ciencia y tecnología de la tierra: Actas de la Conferencia Académica Anual de 2006 de la Sociedad China de. Ciencia de la tierra.
En la fórmula, Kb y Ka representan respectivamente el área de un tipo de uso de suelo específico en una determinada región al inicio y al final del estudio, Cb y Ca representan respectivamente el área de una; tipo de uso de suelo específico en toda la región al inicio y al final del estudio.
Según las divisiones administrativas, Lijiang se divide en cuatro regiones: el condado de Lijiang, el condado de Ninglang, el condado de Yongsheng y el condado de Huaping. Con base en datos de teledetección, se calcularon las tasas de cambio relativo de los seis tipos de uso de la tierra y los resultados se muestran en la Tabla 2.
Tabla 2 Diferencias regionales en el uso de la tierra de 1999 a 2001
Como puede verse en la Tabla 2, las diferencias en los cambios de uso de la tierra son obvias: ① En términos de tierra cultivada, Lijiang El condado tiene el área más grande, alcanzando 1,53, lo cual es obvio. Más grande que el condado de Yongsheng, el condado de Ninglang y el condado de Huaping también son más grandes que el condado de Yongsheng ② Hay poca diferencia regional en los cambios en el área de bosques, pastizales y agua; y el uso de la tierra rural es el más obvio, y el condado de Lijiang es mucho más grande que los otros tres condados, llegando a 5,36; ④La tierra no utilizada en el condado de Huaping ha cambiado significativamente, alrededor de 4,89, casi tres veces la del condado de Yongsheng.
3.4 Análisis de la matriz de conversión de tipos de uso de la tierra
La transformación mutua entre tipos de uso de la tierra se puede describir con más detalle mediante el modelo de matriz de transferencia de Markov [7]. La cadena de Markov es un proceso estocástico especial "sin efectos secundarios", que refleja una serie de procesos en los que un sistema metaestable cambia del tiempo n al tiempo n 1 dentro de una serie de intervalos de tiempo específicos, y n 1 El estado en el tiempo solo está relacionado con el estado en el momento n. Porque la evolución de los tipos de uso de la tierra tiene las propiedades del proceso estocástico de Markov: ① En un área determinada, diferentes tipos de uso de la tierra se pueden convertir entre sí ② Entre los tipos de uso de la tierra hay muchos eventos en el mutuo; proceso de transformación que son difíciles de describir con precisión con relaciones funcionales, por lo que el modelo de matriz de transferencia de Markov se puede utilizar para describir la transformación dinámica de los tipos de uso de la tierra.
La clave para aplicar el modelo de Markov en la conversión de tipos de uso de suelo es determinar la matriz de probabilidad de transición P entre tipos de uso de suelo. Si la probabilidad de transición del área entre sectores se utiliza como elemento de la matriz, el modelo de matriz de transferencia es:
Innovación en tecnología de la información terrestre y desarrollo de ciencia y tecnología territorial: Actas de la Conferencia Académica Anual de 2006 de la Sociedad China de Ciencias de la Tierra.
Entre ellos, Pij es la probabilidad de transición del uso de suelo tipo I al uso de suelo tipo j.
La matriz de probabilidad de transición de cambio de uso del suelo obtenida mediante el reconocimiento automático por computadora de imágenes de teledetección se muestra en la Tabla 3.
Cuadro 3 Unidades de la matriz de probabilidad de transferencia de cambio de uso de suelo de 1999 a 2001:
Se puede observar en el Cuadro 3:
(1) Aumento de la superficie cultivada tierra Principalmente de pastizales y tierras no utilizadas, que representan 1,51 y 0,21 respectivamente. La mayor parte de la disminución se convirtió en tierras no utilizadas y pastizales, representando 4,46 y 2,10 respectivamente.
(2) El aumento de las superficies forestales proviene principalmente de pastizales y tierras cultivadas, que son 4,06 y 1,06 respectivamente, y 1 superficie forestal se convierte en pastizales.
(3) El 2,10 y el 1,00 del aumento de pastos proceden de tierras cultivadas y tierras forestales, y el 4,06 y el 1,51 de la disminución se convierten en tierras forestales y tierras cultivadas respectivamente.
(4) El 2,32% de las superficies acuáticas se convirtieron en suelo urbano y rural, el 0,36% en suelo baldío y el 0,18% en suelo forestal, lo que indica que la reducción de masas de agua se ve afectada principalmente por factores humanos.
(5) El incremento del suelo urbano y rural proviene principalmente de tierras cultivadas, terrenos baldíos y aguas, que suponen el 0,74, el 0,61 y el 0,39 respectivamente.
(6) 17,06, 4,46, 0,93 y 0,58 de tierras urbanas y rurales, tierras cultivadas, pastizales y tierras forestales se convirtieron en tierras no utilizadas, respectivamente, lo que indica que el estado de uso de la tierra en esta región no es Muy bueno, y una gran cantidad de tierra cultivada está ocupada pero no se obtiene un desarrollo racional.
4Conclusiones
La investigación sobre cambios en el uso de la tierra y la cobertura del suelo (LUCC) tiene como objetivo obtener una comprensión profunda del estado actual del uso de la tierra y los procesos dinámicos, las causas dominantes y los mecanismos de evolución. de los cambios en el uso de la tierra, a fin de mejorar la capacidad de las personas para predecir, gestionar, tomar decisiones y regular los cambios en el uso de la tierra es crucial para la recopilación, el análisis y el procesamiento de datos. Al analizar los datos obtenidos en este estudio, se pueden sacar las siguientes conclusiones:
Durante (1) 1999 ~ 2001, las condiciones de uso de la tierra en el área de Bazi de Lijiang, provincia de Yunnan cambiaron a un cierto medida. En los últimos tres años, la superficie de tierra cultivada aumentó en 0,27 km2, la superficie de tierra urbana y rural aumentó en 0,19 km2, la superficie de agua disminuyó en 0,11 km2 y las tierras forestales y pastizales básicamente se mantuvieron sin cambios. La conversión de superficies de agua en suelo urbano y rural, de suelo no utilizado en suelo urbano y rural y de suelo cultivado pone de relieve varios tipos de conversión.
(2) La tasa de cambio anual del uso del suelo es de 0,17. Entre ellos, el suelo urbano y rural creció más rápido, con una tasa de crecimiento anual promedio de 0,36, el suelo no utilizado disminuyó a un ritmo de 0,21 y las tierras forestales y pastizales se mantuvieron básicamente sin cambios.
(3) La transformación entre tipos de uso del suelo es de zonas de agua a suelo urbano y rural, y de suelo en desuso a suelo urbano y rural y suelo cultivado. En los últimos tres años, 0,068 km2 (2,32) del área de agua de esta región se han convertido en suelo urbano y rural, y 0,14 km2 y 0,07 km2 de tierra no utilizada se han convertido en suelo urbano y rural y en tierra cultivada, lo que representa 17,06 y 5,46 de la superficie de terreno no utilizada respectivamente.
Referencias
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[3]Oficina de Crónicas Locales de la ciudad de Lijiang. Anuario de Lijiang (1997) [M]. Kunming: Editorial de Nacionalidades de Yunnan, 1997, 293 ~ 294
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