基于遥感影像决策树分类的土地利用景观格局变化特征研究

胡红兵，詹玉兰

(1.黄冈师范学院 地理与旅游学院，湖北 黄冈 438000；2.黄冈师范学院 图书馆，湖北 黄冈 438000)

1 引言

土地资源是人类生产生活的重要物质基础，随着人类社会的发展，土地资源的不合理开发与利用产生了一系列生态安全问题，土地利用变化研究一直是全球变化研究的核心领域。土地利用变化影响着地表的景观过程[1]，而景观变化亦是土地利用变化最直观的标志[2]。土地利用景观格局分析方法逐渐被引入到土地利用变化研究中。通过计算景观格局指数来获取景观的结构组成特征、空间格局特征和时间演化特征，可以直观地了解自然过程和人类活动对区域景观造成的影响。遥感是新兴的对地观测技术，可以周期性地获得地表土地利用景观格局的变化数据，能够对同一时期不同地区、同一地区不同时期的景观格局变化进行横向以及纵向的分析。目前，对土地利用景观格局变化的研究主要集中在大尺度、宏观领域的研究[3～8]，局部或区域的实例研究较少[9]。大别山地区是国家重点生态功能区和长江流域重要的生态屏障，为了理解大别山地区土地利用变化与环境变化之间的关系，迫切需要开展该地区的个案研究[10]。

本文以湖北省蕲春县为研究对象，以利用1990年、2000年、2015年TM和OLI遥感影像，运用决策树分类方法获得蕲春县3个时期的土地利用类型的空间分布，在此基础上建立3个时期的土地利用转移矩阵，并从景观破碎度、景观优势度、景观多样性3个方面对该地区土地利用的景观格局进行分析，可以为该地区土地资源的可持续利用、生态环境的保护提供参考。

2 研究区域概况

蕲春县坐落于湖北省东南部，大别山南麓，长江中游北岸，隶属于湖北省黄冈市，位于东经115°12′～115°56′、北纬29°59′～30°40′之间。全县国土面积2394.08 km2。蕲春县东部、北部主要为山地地形，地势较高；中部地区平原广布，地形平坦，利于耕作；南部河湖密布，主要包括赤东湖、赤西湖等。长江自西北向东南流经蕲春县，蕲水自东北向西南贯通并汇入长江。蕲春县是国家层面农产品主产区，其中漕河镇、蕲州镇、横车镇和管窑镇是国家层面重点开发区域。

3 数据来源与研究方法

3.1 数据来源

本文所用的数据主要包括以下内容。

1.3.2 肺动脉收缩压（PAPs）检测 在治疗前后应用彩色多普勒仪测定与计算三尖瓣区最大返流速度（Vmax）和肺动脉压（PAPs），测定3次取平均值。

(1)遥感影像。1990年10月18日TM遥感影像、2000年11月1日ETM+遥感影像和2015年10月12日的OLI遥感影像，来源于地理空间数据云(http://www.gscloud.cn/)；Google Earth历史影像。

陶瓷山水画同中国山水画一样，利用富有变化的线条来描绘山水，把料色的浓淡虚实与曲折、具有节奏感的线条相结合，用独特的艺术手法，将山水树石的质感、云雾缭绕的动感展现出来，在质地洁白的陶瓷上表现出生动的艺术形象。要做到这一点，就要对真山真水进行深入的观察和研究，以客观事物中汲取创作元素，忠实于所描绘的对象，进行分析、研究、评价，在头脑中加工改造，达到取之于自然，而超于自然的境地，正如隋唐时期的画家张璪，所说的一句名言“外师造化，中得心源”。因此陶瓷山水画创作既是对古人的学习和传承，也是对西方绘画理念的吸收。

(3)基础地理数据。蕲春县行政区矢量图，来源于国家基础地理信息中心(http://ngcc.sbsm.gov.cn/)。

(4)社会经济数据。来源于中国统计年鉴、湖北省统计年鉴、湖北省城市经济统计年鉴、黄冈市统计年鉴等。

3.2 研究方法

利用蕲春县1990年、2000年和2015年3个时期的遥感影像，以归一化植被指数(NDVI)、改进的归一化水域指数(MNDWI)、归一化不透水面指数(NDISI)、数字高程模型(DEM)等特征因子建立规则进行决策树分类(图1)，将蕲春县土地利用类型分为五类：水域、耕地、林地、建设用地以及未利用地，利用Fragstats软件进行景观指数的运算。进行景观格局变化分析的关键是选择景观指数，景观指数从斑块层次(patch-level)、斑块类型层次(class-level)以及景观层次(landscape-level)三个层次反映出景观格局的空间特征。本文选取了7个景观指数对景观格局的变化进行分析，景观形状指数(LSI)、相似邻接比例度(PLADJ)、蔓延度(CONTAG)三个指数主要用于景观破碎度分析；斑块类型面积比重(PLAND)、最大斑块指数(LPI)主要用于景观优势度分析；香农多样性指数(SHDI)、香农均匀度指数(SHEI)主要用于多样性分析(图2)。

4 结果分析

4.1 土地利用类型变化时空特征分析

根据上文建立的决策树模型对研究区域的遥感影像进行分类，获得1990年、2000年和2015年土地利用类型分布图(图3)。利用Google Earth历史影像和野外实测地面控制点对遥感影像的分类结果进行精度检验，3个年份分类图像的Kappa系数分别为0.8577、0.9058、0.8909，均大于0.85，达到分析的精度要求。

图1 决策树模型

图2 技术路线

(a)1990年；(b)2000年；(c)2015年

4.1.1 土地利用类型面积变化

利用ENVI5.0软件得出蕲春县1990年、2000年、2015年各土地利用类型面积如表1所示。

从表1可以看出在1990～2000年期间，水域、耕地、建设用地的面积都有不同程度的增加，而林地、未利用地则是在减少的；2000～2015年期间，水域、林地、建设用地以及未利用地的面积都是有所增加的，而耕地的面积有较大幅度的减少。

4.1.3 土地利用变化驱动因素分析

由LSI、CONTAG指标分析可得：LSI值呈现出了先减小后增大的趋势，LSI值越大就说明景观边缘越不规则，受干扰的程度越大。由分析可知，1990～2000年期间，LSI值是在减小的。说明在这一时期，土地利用类型受到干扰的程度不高，而在2000～2015年期间，LSI值是增大的，说明在这一时期内，土地利用收到干扰的程度加大，各种景观类型边界越来越不规则。CONTAG值在这近20年间一直处于减小趋势，说明景观中联通度较高的斑块减少了，同种土地类别之间的间隔加大。

现阶段，我国一些对于互联网技术的应用不够重视，对其运用也不熟练，所以很多企业并没有设置管理会计这一岗位。因为他们信息不完善，没有意识到这一职位对企业的影响力，公司的整理体制不够完善，导致了企业数据信息不合理与不可靠，不注重先进技术给公司带来的效益，让企业在根本上就失去了核心竞争力。所以现下的企业要想谋求发展，就必须从根本上进行改变，要学会应用技术简化工作流程。

表1 蕲春县1990年、2000年、2015年土地利用类型面积 km2

由表2可知蕲春县1990～2000年土地利用变化情况，水域、耕地、林地、建设用地以及未利用地这五种土地利用类型之间都有不同程度的交换。

2000～2015年期间，耕地向水域、林地、建设用地和未利用地都有转换，其中，有11 km2的耕地转换为林地、43.28 km2转换为建设用地以及13.64 km2的耕地转换为未利用地。同时，1.67 km2的林地、11.18 km2的建设用地以及2.41 km2的未利用地转换为了耕地。总体来说，耕地的面积减少了67.47 km2。

1990～2000年期间，耕地向水域、林地、建设用地和未利用地都有转换，其中，有1.4 km2的耕地转换为林地、25.05 km2转换为建设用地以及2.75 km2的耕地转换为未利用地。同时，31.83 km2的林地、13.99 km2的建设用地以及9.16 km2的未利用地转换为了耕地。总体来说，耕地的面积增加了13.64 km2。

1990～2000年间，林地向建设用地转换了5.02 km2，向未利用地转换了1.05 km2。同时，2.10 km2的建设用地、1.61 km2的未利用地转换成了林地。总体来说，林地净减少了45.89 km2。

对于建设用地以及未利用地来说，有0.23 km2的未利用地转换为了建设用地，同时有0.47 km2的建设用地转换为了未利用地。建设用地增加了10.55 km2，而未利用地减少了7.05 km2。

(1)社会驱动因素。蕲春县1990年年末总人口为86.37万人，从业人员仅30.8万人；到2015年年末总人口达到了103.4万人，净增加了17.03万人，从业人员为42.55万人。人口的增加导致人地矛盾突出，对城镇建设用地的要求越来越大，因此，在近25年间有45.54 km2的耕地转换为了建设用地，建设用地总面积从28.42 km2增加到66.05 km2，净增加了38.63 km2。

表2 蕲春县1990～2000年土地利用转移矩阵 km2

表3 蕲春县2000～2015年土地利用转移矩阵 km2

由表3可知蕲春县2000～2015年土地利用变化情况，水域、耕地、林地、建设用地以及未利用地这五种土地利用类型之间都有不同程度的交换。

2000～2015年期间，水域向耕地转换了6.49 km2，向林地转换了1.32 km2，向建设用地转换了5.35 km2，向未利用地转换了2.02 km2。而又有21.31 km2的耕地、2.17 km2的林地、4.88 km2的建设用地以及2.95 km2的未利用地转换为了水域。总体来说，水域增加了16.13 km2。

1990～2000年期间，水域向耕地转换了6.9 km2，向林地转换了0.68 km2，向建设用地转换了1.38 km2，向未利用地转换了1.36 km2。而又有19.04 km2的耕地、13.78 km2的林地、4.57 km2的建设用地以及1.68 km2的未利用地转换为了水域。总体来说，水域增加了28.76 km2。

ANN模型对CODeff和SSeff两个输出变量的网络总层数为3层，分别为1个输入层、1个隐含层和1个输出层，其中输入层节点数为6个，隐含层节点数为3个，输出层节点数为1个。仿真结果如图11～图14所示。

2000～2015年间，林地向建设用地转换了2.94 km2，向未利用地转换了1.54 km2。同时，2.92 km2的建设用地、0.69 km2的未利用地转换成了林地。总体来说，林地净增加了12.09 km2。

对于建设用地以及未利用地来说，有0.71 km2的未利用地转换为了建设用地，同时有1.74 km2的建设用地转换为了未利用地。建设用地与未利用地分别增加了27.09 km2和12.16 km2。

由表4可知蕲春县1990年至2015年土地利用变化情况，水域、耕地、林地、建设用地以及未利用地这五种土地利用类型之间都有不同程度的交换。

1990～2015年期间，水域向耕地转换了4.12 km2，向林地转换了0.69 km2，向建设用地转换了2.63 km2，向未利用地转换了2.02 km2。而又有28.25 km2的耕地、16.91 km2的林地、5.89 km2的建设用地以及3.30 km2的未利用地转换为了水域。总体来说，水域增加了44.89 km2。

1990～2015年期间，有14.53 km2的耕地转换为林地、45.54 km2转换为建设用地以及13.26 km2的耕地转换为未利用地。同时，25.58 km2的林地、9.83 km2的建设用地以及8.22 km2的未利用地转换为了耕地。总体来说，耕地的面积减少了53.83 km2。

表4 蕲春县1990～2015年土地利用转移矩阵 km2

1990～2015年间，林地向建设用地转换了8.39 km2，向未利用地转换了2.65 km2。同时，2.88 km2的建设用地、1.63 km2的未利用地转换成了林地。总体来说，林地净减少了33.80 km2。

对于建设用地以及未利用地来说，有0.31 km2的未利用地转换为了建设用地，同时有0.64 km2的建设用地转换为了未利用地。建设用地增加了37.63 km2，而未利用地减少了5.11 km2。

4.1.2 土地利用类型转换

通过对蕲春县近25年来的土地利用景观格局分析，结合地方志、蕲春县统计年鉴、蕲春县环境质量报告书等资料，将蕲春县土地利用变化的驱动因子分为自然驱动因子和人为驱动因子。

4.1.3.1 自然驱动因素

土地自然特性以及环境特性的好坏影响着其适宜的利用方式。蕲春县东北高西南低，东北部为西北-东南向的大别山脉，中部主要为平原地区。蕲春县气候属于亚热带季风气候，热量充足、降水丰沛，同时，平均每年夏季都要经历梅雨以及伏旱天气，易发生旱涝灾害。

从蕲春县坡度分级图计算出蕲春县小于6°的平地、6°～25°之间的缓坡地以及大于25°的陡坡地分别占蕲春县国土面积的54.38%、39.78%以及5.83%。考虑到土地资源的可持续利用，在大于25°的陡坡地上开垦的耕地已经陆续进行退耕还林还草。

蕲春县对国家生态安全具有重要的意义，为了响应国家保护生态安全的政策，蕲春县大力退耕还林、植树造林。从上文分析得出林地的相似邻接比例度(PLADJ)数值最大，说明蕲春县林地之间的连通性最大，营林面积有所增加。这正体现了蕲春县为维护国家生态安全所做出的努力。

第一，制约语言文字工作定位因素研究，有利于处理好各民族语言之间的关系，处理好共同语与方言之间的关系，处理好母语同外语的关系，处理好普通话的国内推广和国际传播之间的关系。能够充分认识到语言规划越来越走近人们的真实生活，健康和谐的语言生活是推进社会科学发展的重要因素。

4.1.3.2 人为驱动因素

一是明确新建工程的所有权。新建的小型水利工程明确要求先建机制、后建工程，财政补助资金所形成的资产归农民用水合作组织和农村集体所有，由县级人民政府核准颁发工程的产权证书，所有权主体可以自主选择承包管理、委托专业机构管理等多种形式。

本文的研究目的是从企业生命周期的视角出发，实证检验碳信息披露对企业融资约束的动态影响，研究的关键之一在于对企业融资约束的衡量。

由于条件的限制，本次研究分3个部分2个板块来实施。3个部分是指分别针对视觉障碍、听觉障碍和老年人设计的课程，2个板块是指在同样的条件下实验组运用设计好的无障碍模式进行学习，对照组则是用普通模式进行学习。

(2)经济发展驱动因素。经济发展是土地利用变化的核心驱动力，1990年蕲春县国内生产总值为8.39亿元，其中，第一产业增加值为4.00亿元，第二产业增加值为2.49亿元，第三产业增加值为1.90亿元，占有率分别为：47.68%、29.68%、22.64%。2015年，国内生产总值达到193.50亿元，其中，第一产业增加值为44.54亿元、第二产业增加值为76.47亿元、第三产业增加值为72.49亿元，占有率分别为：23.02%、39.52%、37.46%。从中可以得出在近25年中第一产业在国内生产总值中的比重有明显的下降，而第二、三产业有大幅度的增加，这一经济转型的过程势必会导致蕲春县土地利用格局的变化。

(3)政策驱动因素。蕲春县属于中国“中三角”中心地带，与武汉、南昌同属一小时城市圈，是武汉城市圈的一部分，受到武汉市的经济辐射影响，积极参与武汉都市圈的建设，耕地向鱼池、建设用地、园地等土地利用类型转变，改变了蕲春县的土地利用状况。

式中，为核密度方程，h为阈值，n为阈值范围内的聚落点数，d为数据的维数.当d=2时，常见的核密度方程即可以定义为：

由图3和图4可知，当黄精浸提液添加量为0.5%时，黄精酸奶的各项指标较好，酸度达到适宜值，口感相对良好，坚实度适宜，稠度相对较好，且黄精酸奶的稠度和坚实度测量值与感官评分具有较好的相关性。

4.2 土地利用景观格局变化分析

4.2.1 景观破碎度分析

景观破碎度反映了研究区内景观的破碎程度，一定程度上反映出人类对景观的干扰程度。用于景观破碎度分析主要有3个指标，即景观形状指数(LSI)、相似邻接比例度(PLADJ)和蔓延度(CONTAG)。其数值分析见表5和表6。

表5 不同时期的PLADJ数值分析 %

由PLADJ指标分析可得：水域的PLADJ值从1990～2000年、2000～2015年均减小；耕地和林地的PLADJ值在1990～2000年期间是处于增加的趋势，而在2000～2015年期间，耕地和林地的PLADJ值均下降；建设用地的PLADJ值在1990年至2015年期间的趋势为先降低后增大；未利用地的PLADJ值在近25年间一直处于下降的趋势。1990年、2000年以及2015年PLADJ值的最大值都为林地，分别为95.2109、96.3141、96.0537；1990年、2000年PLADJ值的最小值都为建设用地，分别为55.412、51.8557，而2015年PLADJ值的最小值为未利用地的55.6744。PLADJ值越大，景观斑块就越大，从而形状就越简单。从上述分析可知在近25年间，林地的破碎化程度最小；建设用地的破碎化程度在1990～2000年期间最大，在2000～2015年期间未利用地的破碎化程度最大。

本篇故事貌似客观描写了家族历史，实际上通过情景再现的方式，极其幽默而带有讽刺意味地展现了家族历史上的士兵们在战场上贪生怕死的样子，我们通过陈译本的翻译来感受一下其中的幽默感：

(2)数字高程模型。Aster GDEM，空间分辨率为30 m，来源于地理空间数据云(http://www.gscloud.cn/)。

土地利用转移矩阵是从面积入手分析土地利用类型变化的一种模型。根据蕲春县1990年、2000年、2015年三年的土地利用类型分布图，获取蕲春县1990～2000年、2000～2015年以及1990～2015年的土地利用转移矩阵(表2～表4)。

表6 不同时期的LSI、CONTAG数值分析

4.2.2 景观优势度分析

景观优势度是为了研究景观空间格局中各种景观类型占支配地位的程度。本研究中主要运用了斑块类型面积比重(PLAND)、最大斑块指数(LPI)。其数值分析见表7。

表7 不同时期PLAND、LPI数值分析 %

由PLAND指标分析可得：在1990～2015年期间，水域和建设用地的面积比重在持续增加；耕地在1990～2000年期间处于增加趋势，而在2000～2015年期间则为下降态势；林地和未利用地在前十年为减少的，而在后十五年处于增加的状态。LPI的取值范围为0至100，LPI越小说明斑块面积就越小，当LPI为100时，则在一定景观面积中只包含了一个景观类型。有上述图表可知：1990年景观优势度由小到大排列为：未利用地<建设用地<水域<耕地<林地；2000年景观优势度由小到大排列为：未利用地<建设用地<水域<林地<耕地；2015年景观优势度从小到大排列为：未利用地<建设用地<水域<林地<耕地。林地的优势地位发生了改变，从2000年开始，林地的优势地位被耕地取代。但是，从纵向比较而言，耕地的优势度是在逐渐减小的，而林地的优势度是在逐年增加的。

4.2.3 景观多样性和均匀度分析

景观格局的多样性是指景观中斑块的复杂性、多样化状况[16]。本研究主要运用香农多样性指数(SHDI)、香农均匀度指数(SHEI)两个指标进行分析(表8)。

在玉米的生长过程中，土壤的耕翻深度对玉米的生长有着重要的作用，故此，在耕种中要加强对土壤耕种的管理，做好耕翻管理。根系的发展对于玉米的生长有着重要的作用，而根系的发展对土壤的要求较高，深度耕翻让土壤变得更加深厚，其活土层最好在30-40 cm，保障根系对水分的吸收。翻耕时需要逐年深耕，可以有效防止在翻耕层中会出现过多的生土。

表8 不同时期SHDI、SHEI数值分析

由表8可知，蕲春县1990年至2015年多样性和均匀性都有一定程度的增加。香农多样性指数提高说明景观破碎度加大，人类对该地区土地利用类型的影响加大。香农均匀度指数的提高说明在一定景观区域内，景观类型增多，每种景观类型的面积比例差异缩小。说明研究区内各土地利用类型的面积比重呈现均衡化趋势。

5 结语

通过对蕲春县1990年、2000年以及2015年三个时期的遥感影像进行决策树分类，获得了蕲春县1990年至2015年间水域、耕地、林地、建设用地以及未利用地的时空变化情况，在此基础上对土地利用景观格局的变化特征进行了分析，结果如下。

近25年来，蕲春县水域的面积从89.74 km2增加为134.63 km2，净增加了44.89 km2；耕地从1086.79 km2减少为1032.96 km2，净减少了53.83 km2；林地从1172.74 km2减少到1138.94 km2，净减少了33.8 km2；建设用地从28.42 km2增加为38.97 km2，净增加了37.63 km2；未利用地净增加了5.11 km2，从16.38 km2增加21.49 km2。整体来看，为了适应经济结构的调整，蕲春县土地利用格局发生了较大的变化。

新进检验员一般都经过一段短暂的实习期，但他们对食品药品检验检测工作没有具体的概念，不清楚此类单位的工作性质。他们对工作的现实感还不强，可能有人还抱有非常高的理想，个人主义浓厚，偏离单位的工作实际或自己另起炉灶，舍近求远追求科研和各种荣誉。

从景观破碎度方面分析，林地的破碎化程度最小；建设用地的破碎化程度在1990～2000年期间最大，而在2000～2015年期间未利用地的破碎化程度是最大的。同时，1990～2000年期间，土地利用类型受干扰的程度不高，而在2000～2015年期间，土地利用收到干扰的程度在加大，各种景观类型边界越来越不规则。

从景观优势度方面分析，1990年景观优势度由小到大排列为：未利用地<建设用地<水域<耕地<林地；2000年景观优势度由小到大排列为：未利用地<建设用地<水域<林地<耕地；2015年景观优势度从小到大排列为：未利用地<建设用地<水域<林地<耕地。林地的优势地位发生了改变，从2000年开始，林地的优势地位被耕地取代。但从纵向比较而言，耕地的优势度是在逐渐减小的，而林地的优势度是在逐年增加的。

从景观多样性和均匀性方面分析，蕲春县自1990～2015年来，景观多样性和均匀性都有所增加，但增长幅度不大，这说明，在这近25年来蕲春县土地利用类型呈均衡化方向发展。

总体来说，蕲春县土地利用类型与景观格局的变化反映了人类对该地区土地利用的干扰日益加大，从而对该地区生态环境质量和生态系统的稳定性都会造成一定的影响。