基于RS与GIS的哈密地区土地利用现状分析..docx
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1、华北科技学院毕业设计(论文)基于RS和GIS的哈密地区土地利用现状分析 摘要31 绪论41.1研究背景与意义41.2国内外研究现状41.2.1国内研究现状 41.2.2国外研究现状 51.3研究的内容与方法61.3.1研究内容 61.3.2研究方法 71.3.3研究流程图72 研究区概况及遥感数据来源82.1研究区概况82.2遥感数据来源103 遥感影像数据处理133.1辐射定标133.2大气校正143.3影像拼接143.4遥感影像分类154 结果分析224.1土地利用变化幅度224.2土地利用的特点及其存在的问题244.3今后土地再利用的建议25参考文献26总结与展望27基于RS与GIS的哈
2、密地区土地利用现状分析摘要:土地利用是当前全球变化研究的前沿和热点问题,随着全球气候的变暖,土地的利用情况也随之发生了深刻的变化,气象和一些其他自然原因及社会原因对土地的影响导致土地退化和土地荒漠化;随着3S技术和计算机技术的快速发展,通过获得遥感数据对土地利用情况进行研究调查已经成为土地利用分析的一个重要方法和趋势。因此,通过遥感技术对土地利用情况进行研究并分析其变化原因和规律,并针对具体情况对土地资源的配置提出合理有效的规划,维护土地资源的可持续发展。本篇论文选择哈密地区当作研究对象,使用RS,GIS技术,和与其对应的处理软件和一些相关资料,对哈密地区1990年,2000年,2006年的遥
3、感影像进行研究与分析,对哈密地区土地利用现状进行分析。关键词:RS;GIS;土地利用;变化Abstract:Land use is the frontier and hot topic in the current global change research. With the global climate warming, the land use has undergone profound changes. The impact of meteorological and some other natural and social reasons on land has led to
4、land degradation and desertification. With the rapid development of 3S technology and computer technology, it has become an important method and trend of land use analysis to study and investigate the land use situation by obtaining remote sensing data. Therefore, remote sensing technology is used t
5、o study the land use situation and analyze the causes and laws of its changes, and to put forward reasonable and effective plans for the allocation of land resources according to the specific situation, so as to maintain the sustainable development of land resources.This paper chooses Hami region as
6、 the research object, uses RS,GIS technology, it is corresponding processing software and some related data to study and analyze the remote sensing images of Hami region in 1990, 2000 and 2006, and analyzes the present situation of land use in Hami region.Key words: RS;GIS;land use;change1绪论1.1研究背景与
7、意义土地作为一种自然资源,从古至今,在人类的生产和生活活动中都扮演着一个十分重要的角色,土地的利用变化情况可以导致地球内部结构的改变,打破生态环境的循环和平衡系统,对人类社会的生存和发展产生着直接的影响。随着我国人口不断的增长和城市化进程的加快,土地利用和覆盖变化正在迅速增加,对环境的影响比较大,生态环境迎来的压力也愈来愈大,因此对其研究也成为许多学者研究的热点问题。RS和GIS技术的发展对土地利用变化趋势分析和土地规划决策产生了积极影响。为了更准确的估算土地面积,分析土地的利用结构,研究农业生产的水平和潜力,其中通过调查和制图是一种基础的方法。由于自然因素和社会因素的双重影响,土地利用情况是
8、一个快速变化的过程。遥感影像具有周期性、时效性和数据综合可比性的特点,可以大面积同步观测,利用不同地物的波谱反射特征,不同的土地利用类型在遥感影像上具有明显不同的覆盖要素,利用遥感技术可以大大缩短土地利用的室外调查和室内分析的时间的周期,降低时间成本和经济成本,特别是对于实地调查存在客观困难的区域,遥感技术具有不可比拟的优势。该选题选取哈密地区为研究区,选择1990年,2000年,2006年三期的遥感影像,利用RS和GIS等先进技术研究和分析哈密地区的土地利用变化,希望能发现其土地利用变化特征,为哈密地区未来土地利用规划提供参考。1.2研究现状 1.2.1国内研究现状我国对土地使用的研究始于上
9、个世纪50年代末期,那时候国家开始着重调研究土地利用的种类并绘制相关图集。到了上个世纪70年代后期,我国着重评估了城市的土地资源类型,对农村土地利用问题展开探讨并对未来发展目标做了一些研究,主要是根据不同的土地利用类型的质量以及它们间的比较关系,考察了它的发展方向。到了1980年,中国科学院数字地球研究所通过对我国土地利用现状进行调查,整理并绘制相关图集,利用相关技术对资源环境的状况进行全天监测。到了1993年,我国相关部门利用一些高分辨率遥感数据展开了遥感监测工作,直至1996年结束。通过这四年的监测工作,主要分析了我国的耕地变化情况。20世纪80年代中期,着重对我国城市用地的使用状进行了一
10、些研究,主要分析了国家建设的变化情况。1998年,相关国际组织展开了一项调查,着重调查我国的食品安全和环境与生态问题与社会发展状况之间的联系。土地利用和可持续发展是我国21世纪初研究的重中之重,有关部门还将土地利用调查项目定为该年的一个重点项目。随着科学技术的不断进步,RS和GIS的研究也越来越深。在我国,土地利用研究主要向三个方面发展,分别为土地利用变化的驱动机制研究;土地利用变化对生态系统的影响;土地利用的时空动态变换。1.2.2国外研究现状国外对土地利用的研究始于1920年,重点探索方向为土地利用图,以便为土地实地调查做必要的准备。到了20世纪30年代,韦伯着重于研究美国的农村土地,特定
11、地区的土地利用类型受到该地区的干旱程度影响。1992年,美国的李描述了自然因素与人为因素之间的关系并且撰写了从空中看到的地球表面。在过去,人们缺乏对土地使用的真正系统研究。20世纪90年代,国外相关部门开设了一个对欧洲地区和北亚地区的研究的项目,此项目分析上述地区的空间分布状况并对它展开未来的探讨。在多种外来因素的影响下,在联合商议之下拟定了今后50年该区域地皮使用的发展趋向,并拟定了相应的措施。随后,两个主要的组织(IGBP和HDP)联合开发了科学利用土地的规划。从那时起,土地利用研究逐渐在世界研究范畴当中变成一种主流。 1999年,IGBP和HDP提出了实施土地使用调查的策略,重点关注地皮
12、使用过程及其对全球环境变化的影响,作为调查的重点。2001年Maxim Shoshany(以色列理工学院)分析了1950年至1990年以色列土地利用变化与人口密度的关系,发现了一个区域内的人口数量多,该区域内的土地使用量就越多的趋势。并在 2002年,发表了一份基于土地利用调查的论文。在研究内容和研究范围方面取得了一些进展。2003年阿尔梅达使用细胞自动机模型分析了1979年到1988年巴西圣保罗的土地利用动态变化情况。2004年,IGU-LUCC(土地利用变化委员会)重点关注土地利用地理调查。2007年,卡斯特拉研究了越南北边的土地使用情况,并对日后长时间发展进行了探讨。最近几年,海外对土地
13、使用的研究着重于对它的效应,驱动力,模型和可持续使用方面的调查。1.3研究内容与方法1.3.1研究内容 本文以哈密地区为研究对象,采用1990年,2000年和2006年的遥感影像图作为数据源,在相应处理软件的操作下,分析了哈密地区1990年,2000年,2006年的这三年的土地使用变化情况。找到变化的特点,为今后正常开发自然资源和生态环境的合理利用提供参考价值,详情如下所示:(1)土地利用数据的获取:将获取的遥感影像在ENVI软件中打开,然后对其进行预处理,完成之后,得到了研究区域的遥感影像,然后对其分类得到了哈密地区1990年,2000年,2006年三期的土地利用现状图。(2)土地利用变化动
14、态分析:利用ArcGIS软件根据哈密地区三期的土地利用现状图,发现土地利用的变化程度。发现土地利用的特点和在利用过程中存在的一些问题。(3)可持续发展探讨:根据统计数据,数据和研究成果并结合哈密地区的地方特色,得到了日后再利用的方法,为干涸的地方今后治理和其用途调查作为参照。1.3.2研究方法(1)通过阅读大量国内外相关文献,通过学习之后,为本次课程设计有所认识,然后切身体会到研究区域中,慢慢投入其中。(2)利用ENVI5.3软件,对从中国科学院遥感与数字地球研究所获取的哈密地区三期的遥感影像进行预处理,然后对预处理完成后得遥感影像采用非监督分类,完成之后,得出成果图。(3)通过观察并结合数据
15、资料分析了哈密地区1990年,2000年,2006年的土地利用变化幅度。然后通过比对分析,得出结论。研究流程图如下: 图1.1 研究流程图2 研究区概况及遥感数据来源 2.1研究区概况哈密地区是新疆维吾尔族自治区最东边的城市,经度为东经910633至962300,纬度为北纬405247至450533。东西距离404公里,南北距离440公里。东邻甘肃省酒泉市,西邻吐鲁番市,昌吉回族自治州,南接巴音盖蒙古族自治州,北接蒙古国。总面积为138919平方公里。哈密地区因其独特的地貌而延伸至天山北麓,被称为“新疆微型”。其中,占总面积的4.5为山地,1.5沙漠,27.9戈壁,65.5丘陵,1水域,0.5
16、农业耕地,29.35已开发的耕地牧场,70.65未被利用的戈壁和山区。图2.1研究区范围图哈密地区的气候是大陆性干旱气候,地面十分干燥,并且少雨。一年内的降水量仅33.8毫米,但是蒸发量达到了3300毫米。一年内平均气温为9.8度。光能资源十分充足,一年内的日照时间达到3358小时。春天多风、冷暖多变;夏天炎热、蒸发强烈;秋天晴朗、降温迅速;冬天寒冷、低空气层稳定。一年当中最热的时候达到了43,最冷的时候达到了-32,温差较大。空气中的水分比较小,空气质量好,天空湛蓝,光能资源丰富。在全国范围内,光照资源充沛,整年光照时间为3300至3500小时,是全国日照时间最多的区域。哈密地区是一个多民族
17、聚集地,截至2017年末,哈密地区人口达到54.62万人,较5年钱相比,增加了0.43万人。城镇化率为57.4%。总共有37个少数民族,主要是维族,哈族,回族。汉族人口占了七成。截止2017年底,整个哈密地区户籍人数达到56.11万人,其中城市人数达到342500人,农村人数达到218500人。登记城镇化率为61.05%。整个地区出生人数达到0.73万人,死亡人数达到0.84万人。2017年,整个哈密地区全年生产总数达到478.14亿元,和上年相比,增加了8.3%。当中,首批产业增长了38.58亿元,增长5.4%;次批产业增加了274.82亿元,增长9.5%;再次批产业增加了164.74亿元,
18、增长7.0%。它们的结构调整为:8.1:57.5:34.4。土地是人类生产和生存的源泉,不但是最基本的天然资源,也是非常宝贵的物质财富。要想开发并利用一个地方,首先要了解一个地方的土地结构,然后根据它的结构来划分它的类型,最后对其分析出结论。本次毕业设计,选择哈密地区当作研究区,想为今后的家乡建设做一定的贡献。2.2遥感数据来源自1957年10月4日世界上首颗人造卫星发射以来,许多卫星已经在太空旅行,卫星的多样性也在增加。到目前为止,已有数十种卫星。本文中所用到的数据主要来自地球资源卫星。以下为常见的地球资源卫星: 1.欧洲资源卫星(ERS12)在1991年成功发射ERS-1卫星之后,EU航天
19、局于1995年发射了 ERS-2卫星。卫星上配备了各种遥感设备,包含侧视合成孔径雷达(SAR)和风散射仪。因为ERS-1卫星和ERS-2卫星都使用最好的遥感技术手段来提供全天的遥感图像,因此它们具有独特的优势,比以前的光学遥感图像更好。轨道是椭圆形太阳同步轨道,高 780千米,宽100千米,空间分辨率小于30米,距离小于26.3米。 2.法国SPOT卫星法国的SPOT卫星发展研究比较迟,但随着独特的理念和先进科技的引入,法国的SPOT卫星很快的获得了显着的市场份额。SPOT卫星拥有允许立体成像的倾斜扫描。前三代SPOT卫星都配备有传感器HRV,并且三者都使用了CCD(电荷耦合器件)作为检测部件
20、来捕捉地面目标物体的图像。HRV共有多光谱检测手段XS和PA检测手段,其它的全色波段的空间分辨率为10米,多光谱的空间分辨率为20米。SPOT4配备了HRVIR传感器和植被仪表。SPOT5卫星的有效载荷包含有高分辩几何设备(HRG)和一个高分辨率立体图像(HRS)。3.加拿大RADARSAT系列卫星加拿大在地球观测领域中开辟了自己的道路,重点是雷达卫星的发展。该计划始于1980年, radarsat-1的开发始于1989年,并于1995年升空进入太阳同步轨道,有效负载是(SAR)。Radarsat SAR的特征选择非常灵活,允许用户选择入射角、分辨率和宽度等参数。选择入射角度范围为20至50,
21、辨别率为10米至100米,选择宽度范围为45千米至500千米。工作不受时间和天气条件的限制,并且有能力全天工作。4.美国Landsat系列卫星自1972年7月23日第一颗Landsat卫星成功升空以来,Landsat计划(称为地球资源技术-自1975年以前的ERTS)一共发射了8颗卫星(第6颗因为故障原因发射失败)。Landsat卫星的轨道是与太阳同步的近极地圆形轨道,提供中北太平洋仰角(25-30)的北半球中纬度遥感通过同一区域,便于多个图像之间的比较,以确保遥感观测条件的一致性。例如,Landsat 4和Landsat5的运行高度为705千米它的倾角为98.2,以16天为一个覆盖周期,穿过
22、赤道的时间为9点45分,覆盖地球范围从北纬81到南纬81.5。表3.1显示了Landsat系列卫星的状态。由于Landsat数据获取简单,重复几率较低,因此适用于研究该地区内的土地利用变化的特征,因此本次研究使用了1990年,2006年两期的Landsat-5TM图像和2000年一期的Landsast-7ETM+获取哈密地区各类土地利用类型的数据。Landsat5 TM图像一共有7个带,除了第六带波段分辩率是大于120米,其它带都是30米,和它相比,Landsat-7ETM+多了一个第8波段,它的分辨率为15米,第六带波段分辨率60米,其它带波段都是30米。具体见表3.2。表3.2 传感器参数
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