基于Markov模型的松嫩平原西南部土地盐碱化预测研究

摘要：以松嫩平原西南部土地盐碱化典型区之一的吉林省大安市为研究对象,该区土地盐碱化的主要动态变化因子是草地、耕地、水域、林地与盐碱地之间的转化,采用时间尺度为12年的1989年和2001年两期遥感影像,结合野外调查、各种图件和文字资料,利用GIS软件人机交互式解译提取大安市盐碱地、草地、耕地、水域、林地信息,获取统计数据,并以此为基础利用马尔柯夫模型预测和分析大安市未来10年土地利用格局的演化。结果表明。在保持当前人为干扰条件不变的情况下,2010年该区盐碱化土地面积占上述5种土地利用类型总面积的比例将达到38．67％,2015年将达到40．75％,土地盐碱化严重。因此,这一问题不容忽视,必须采取有效措施,维护该区生态环境的健康发展。图2,表4,参12。     

基于WebGIS的农户耕地管理与施肥决策支持系统的构建

以双城市中兴村为例,利用遥感数据、农户调查信息及土壤采样点数据,结合专家施肥知识模型和Java语言,在WebGIS平台上开发并建立农户耕地管理与施肥决策支持系统。本系统实现了农户耕地资源可视化的管理,决策者可以通过网络平台了解耕地管理和土壤肥力状况;实现了合理施肥指导,农户可以通过该系统了解地块信息并获得专家推荐施肥指导。该项研究对信息化农业的推进,对提高农民收益和保护生态环境有着重要意义。图5,参13。     

面向查询点的遥感影像哈希检索方法

由于存储成本低,查询速度快,哈希检索算法已被广泛应用于大规模影像检索。针对大规模遥感影像数据集训练低效问题,提出了面向查询点进行特征学习的遥感影像检索方法。首先,利用深度卷积网络对具有多语义标签的遥感影像数据训练集提取遥感影像特征;然后,面向查询点学习得到哈希函数并生成查询点的二进制哈希码;最后,通过迭代学习得到整个数据库的二进制哈希码来实现影像检索,有利于提高检索精度;同时,该方法避免了对整个数据库进行特征提取,从而可以更有效地利用大规模数据库中的监督信息。在3个不同数据集上的实验结果表明,该方法检索性能优于其他多种先进方法。     

阜康市土地利用变化的景观格局特征分析

以1998年和2006年两期卫星遥感影像数据为基础,结合野外实地调查,利用ARCGIS等图像处理软件,完成影像的解译。运用数理统计方法,通过计算研究区各景观指数,对阜康市土地利用的景观格局特征进行分析,探讨了人类活动对土地利用类型的影响。研究表明：阜康市各土地利用类型面积都有不同程度的变化,除草地和未利用土地有所减少,其他土地利用类型都有不同程度的增加;斑块形状指数总体趋于下降,说明阜康市人类活动对土地利用格局的影响逐步加强。在类型水平上,癍块的自相似性减小,几何形状趋于复杂化;人类活动驱使土地利用景观类型呈现出离散分布的趋势。从景观水平上看,在自然和人为因素的共同驱动下,土地利用格局变化主要表现为景观破碎度,多样性指数和均匀度指数增加。而优势度指数呈减小趋势。总体来看,人类活动破坏了阜康市绿洲内部的整体性和完整性,并且这种趋势还在加强。图2,表4,参19。     

长江三角洲土地利用结构演化区域差异分析

应用1985-2000年的遥感资料及其相关数据，以锡山市和安吉县为例，分析了长江三角洲典型地区土地利用结构演变及其差异。结果表明：与安吉县相比，锡山市各种土地利用类型相对均衡且土地利用程度高；由于未利用地少，土地后备资源数量有限，两地区的耕地总量平衡难度很大；锡山市土地利用结构的变化幅度远比安吉县大；导致长江三角洲土地利用结构演化区域差异的主要因素是交通条件、经济发展水平等。     

福建省生态系统服务价值变化对土地利用变化驱动因子的敏感性分析

应用谢高地等人的生态系统服务价值系数,分析了1995—2005年福建省土地利用变化及其所引起的生态系统服务价值变化,以及生态系统服务价值变化对影响土地利用变化的总人口数、GDP和城市化水平3个驱动因子之间的敏感性。研究结果表明：①1995年以来福建省耕地、林地、草地的生态系统服务价值显著减少,而园地、建设用地、水域的生态系统服务价值明显增加,由于前者大于后者,因而导致总生态系统服务价值不断降低;②福建省生态系统服务总价值变化对人口增长、经济发展和城市扩展3个因素均缺乏敏感性,但相对来说其对人口增长最为敏感,其次为城市扩展,而对经济发展的敏感性最弱;11a来其对总人口、GDP、城市化水平的敏感性程度分别增加了24．45倍、39．67倍和23．67倍。③建设用地和园地的生态系统服务价值变化对人口增长具有敏感性,而各种土地利用类型的生态系统服务价值变化对城市化水平和GDP的变化均缺乏敏感性,且它们对总人口的敏感性系数要远大于它们对城市化水平和GDP的敏感性系数。表6,参22．     

贵州省粮食安全与耕地压力时空动态变化及驱动因素分析

运用耕地压力指数模型、粮食平衡系数和主成分分析的研究方法,对贵州省及9个地市1989—2005年的粮食生产、耕地压力指数、粮食平衡系数作动态变化分析,及对粮食生产的综合条件进行了主成分分析,分析研究结果表明：①贵州粮食产量迅速增加。从1989年的708．25万t增加至2005年的1288万t,通过主成分分析,贵州的粮食产量与投入粮食生产的资本、技术和劳动与粮食产出密切相关。②人口增长与耕地面积减少的矛盾突出。人口数量呈直线型增长,从1989年的3134．94万人增加至3931．12万人,16a间增加了800万人;耕地面积呈减少趋势,从1989年的185．38万hm^2减少至175．35万hm^2。③耕地压力指数下降,从1989年的1．77降至2005年的1．22,主要原因是耕地综合生产力提高的结果,粮食平衡系数相应提高,但仍低于临界水平1,区域粮食生产相对全国平均水平未能自给。④各个地区的耕地压力减小,遵义市耕地压力系数最小,近年来小于1;粮食平衡系数上升,除遵义市外,其他地区仍小于1,人均粮食占有量为达到全国平均水平,同时各地区之间的粮食安全与耕地压力存在差异性。图4,表1,参16。     

基于几何映射的遥感成像光照仿真方法

光照条件是影响可见光遥感成像结果的重要因素,是成像仿真领域的一项重要研究内容。提出一种基于几何映射的遥感成像光照仿真方法,以单幅遥感图像样本和三维模型为输入,获取不同光照条件仿真图像。对输入的样本图像进行几何定标,并通过逆向渲染提取场景的可见光反射特性数据;利用场景几何模型,通过几何映射方法获取样本图像各像素点的几何信息;根据设定的光照条件在图像空间进行成像仿真计算,获取不同光照条件的仿真结果。实验表明,该方法能够实现较为真实的光照仿真。     

基于邻域加权模糊C均值的遥感影像分割

遥感影像分割是遥感影像识别和理解的前提和基础,遥感影像分割的结果直接决定着后续像分析和理解的质量。针对经典模糊C均值(Fuzzy C-Means,FCM)聚类算法分割图像时存在的不足,即该算法只考虑图像中像素自身的灰度值信息而没有考虑其邻域内的像素空间信息从而对噪声比较敏感,提出了一种邻域加权FCM(Neighboring Weighted FCM,NW-FCM)的遥感影像分割算法,该算法中邻域窗口内各系数(权)的值是根据图像自身的特性而自适应确定的。通过分割合成图像和实际的高分辨率遥感影像的实验结果表明,相对于其他几种方法,所提的方法取得了更好的分割效果。     

1954-2005年三江平原生态系统服务价值损失评估

在遥感和地理信息系统技术支持下,通过历史时期地图数字化和遥感图像解译得到三江平原1954-2005年的6期土地利用数据,分析了过去50 a三江平原土地利用结构变化及其原因,定量评估了三江平原生态系统服务价值的变化趋势,并分析了其变化的空间差异。结果表明：1954-2005年间,三江平原土地利用变化剧烈,沼泽湿地面积比例从32.58%减少到7.44%,耕地面积比例从15.84%增加到55.16%。过去50 a间生态系统服务价值总量不断减少,减少幅度达48.00%。通过空间变化统计分析得出,生态系统服务价值减少、增加、没有变化的区域分别占58.16%、26.62%、15.22%。生态系统服务价值减少的区域内多发生由单位生态服务价值较高的沼泽湿地、林地和草地向耕地的转化;生态系统服务价值增加的区域发生了由单位生态服务价值较低的耕地向草地和林地的转化;生态系统服务价值基本不变的区域多为难以开垦的林地所覆盖。以上结果表明,人类活动是造成三江平原生态系统服务价值损失的主导因素。图5,表3,参15。     

武汉城市圈耕地非农化时空特征及其与粮食产量的关系

城市化和工业化的发展促使部分耕地非农化,必将对粮食安全产生影响。以城市化和工业化发展较快的武汉城市圈为例,探索了1992—2007年间该区域耕地非农化的时空特征及其对粮食产量的影响。研究结论如下：①武汉城市圈耕地非农化速度高于湖北省的整体水平;该区域大部分县域单元的耕地面积和人均耕地面积均呈现减少态势。②各县域单元耕地非农化速度与区位有密切的联系;区位好的县域单元,耕地非农化速度相对较快,反之则反。③从等级划分角度分析,大部分县域单元的耕地非农化规模与耕地非农化速度相一致。④属于高、中产田的县域单元耕地非农化的数量相对较少。⑤耕地非农化不一定会引起粮食产量的减少,还取决于粮食单产的变化方向和变化程度等因素。⑥因耕地非农化而造成的粮食减产规模与耕地非农化规模在空间上基本保持一致;每年武汉城市圈因耕地非农化而造成的粮食减产,相当于147万人的粮食消费量。图2,表4,参16。     

阜康市绿洲耕地变化与人口关系研究

以新疆干旱区中等城市——阜康市为研究区,采用1949～2005年的统计资料,运用Statistica 6．0统计软件,对其绿洲耕地的时空变化以及人口变化进行定量分析,得出50多年来人口对阜康市绿洲耕地数量和质量的影响。鉴于该绿洲的发展现状,提出了解决人地矛盾的对策和建议：控制人口总量、有效地保护耕地、提高耕地的利用效益、努力保护和节约使用水资源、提高土地的开发整理潜力等措施来减轻人口因子给耕地变化带来的影响。充分体现严格保护耕地、增加农业投入、促进农业科技进步、增强农业综合生产能力。图2,表1,参13。     

基于分形理论的北京市土地利用空间格局变化研究

为了增进对土地利用空间格局变化理解,以分形理论为指导,在遥感和地理信息技术的支持下,对北京市土地利用空间格局的变化进行了研究.首先对来自遥感影像建立起的北京市土地利用空间数据库进行提取,然后运用土地利用空间格局的分形模型,获得了1995年和2000年两个时期各个土地类型的分形维数和不稳定性指数,并且参照了常用的景观指数——多样性指数、破碎度指数和分离度指数,对土地利用空间格局变化进行了定量分析,为区域土地资源合理利用以及区域景观格局的持续发展提供了若干参考.     

土地利用监测策略对策论模型

通过处罚力度等因子构建中央政府与地方的对策论模型,从经济学角度分析国家应当采用的监测频率策略,综合考虑了经济效益和社会效益,同时分析了地方可能发生的用地违法频率.最后,举例演示了所建立模型的具体应用.     

基于空谱信息协同与Gram-Schmidt变换的多源遥感图像融合方法

多光谱和合成孔径雷达图像的融合可以保留每个数据的优势, 有利于提高土地覆盖分类精度。然而, 当前的一些图像融合方法不能完全利用原始数据的光谱信息与纹理细节。为了克服上述问题, 提出一种基于空谱信息协同和Gram-Schmidt变换的融合方法。在所提方法中, Sentinel-2A图像和高分三号(GaoFen-3, GF-3)图像分别经过不同的预处理操作。由于灰度共生矩阵能有效提取图像的纹理信息, 因此将其应用于Sentinel-2A图像以提取结构特征, 并将空谱信息协同的多光谱图像与GF-3图像通过Gram-Schmidt变换进行融合。实验采用主成分分析法和传统的Gram-Schmidt变换作为比较方法。为了确定融合算法的有效性, 采用5项评价指标(包括平均梯度、空间频率、均值、标准差和相关系数)来衡量融合图像的质量。此外, 由于随机森林具有优秀的训练速度和出色的分类性能, 将其用于土地覆盖分类。随机森林的分类精度、Kappa系数和分类结果图作为融合方法的评价标准。实验结果表明, 与单独使用原始Sentinel-2A相比, 所提方法可以将整体精度提高多达5%, 具有提高遥感卫星图像土地覆盖分类精度的潜力。     

基于熵权TOPSIS模型的天水市土地利用结构合理性评判

利用天水市1996—2007年土地利用变化调查数据,采用熵权TOPSIS方法对天水市土地利用结构的合理性进行了综合评价。结果表明：①1996—2007年期间天水市土地利用结构合理度总体上较高,均在90％以上,在时间上的变化呈波动趋势,并且可以明显地分为3个变化阶段。②不同土地利用类型的变化对土地利用结构的合理性影响不同,居民点及工矿用地、牧草地、交通用地与土地利用结构合理度的关联度最高。③控制交通用地和居民点及工矿用地的过快增长,严格保护水域,调整牧草地的比例,对优化天水市土地利用结构具有决定性的作用。④该方法计算简便,思路清晰,结果令人满意。适合于土地利用结构合理度评价。图2,表4,参9。     

基于耕地保护外部性的湖南省耕地保有量预测

在分析耕地保护外部性的基础上,预测了规划期间湖南省在保障粮食安全、经济发展和生态环境保护三大目标下的耕地需求量;根据现有耕地数量、规划期间可能增加量和减少量预测了耕地供给量;然后对耕地供需平衡进行了综合分析并确定了规划期间湖南省的耕地保有量：2010—2015年为353．17万hm2～375．67万hm2,2016—2023年为371．03万hm2～375．84万hm2。该预测结果可为湖南省土地利用总体规划确定耕地保有量目标提供参考依据。图1,表1,参15。     

基于土地利用结构调整的广西平果铝土矿区耕地总量动态平衡研究

以广西平果铝土矿区为研究对象,分析矿区的土地利用结构现状及存在的主要问题,提出土地利用结构调整方案;在此基础上构建了耕地总量动态平衡综合指数,并对矿区的耕地总量情况进行了定量评价。结果表明：矿区的耕地总量已从1995、2002年的极不平衡状态提高到了2008的不平衡状态。随后分析了影响矿区耕地总量变化的因素及矿区实现耕地总量动态平衡的可行性与潜力,最后提出了实现矿区耕地总量动态平衡的对策。土地利用结构调整方案及耕地总量动态平衡的定量评价结果可为地方政府制定耕地总量动态平衡实施措施提供科学依据,并有利于平果铝矿区土地资源的可持续开发与利用。表6,参22。     

黄河滩区土地资源可持续利用研究——以河南省焦作市黄河滩区为例

以焦作市黄河滩区为例,在实地调查的基础上,结合第二次土地调查成果,分析了黄河滩区土地资源的特点、开发潜力及其可持续利用的影响因素,提出了实现黄河滩区土地资源可持续利用的对策。     

平果铝矿高效复垦示范区土壤质量评价

以平果铝矿高效复垦示范区为例,由于平果铝矿在土地复垦时已经考虑了机械作业对土壤的滚压,所以忽略土壤紧实度指标,而只选择土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾、pH值、含水率、密度和EC等8项指标对复垦土壤质量进行了综合评价。平果铝矿自1999年开始高效复垦示范区建设,在研究区分别对高效复垦1a、3a、5a、7a、9a的不同示范区土地上采集了5种不同示范区的土壤样品,分层次分别进行评价土壤质量。利用matlab7．0软件对数据进行处理与分析,结果显示：不同高效复垦示范区土壤质量差异较大,经济农作物、甘蔗示范区土壤较好,蔬菜、木薯示范区次之,桉树示范区较差;随着复垦年限的增加,土壤质量不断提高,但桉树出现异常现象,对于桉树示范区土壤质量的改善有待进一步研究。图2,表10,参16。