面向对象分类的珠海市香洲区土地利用景观格局变化研究

张军

摘 要：本文通过面向对象的分类方法解译2016-2018年珠海市香洲区遥感影像，结合景观空间格局分析软件，选择斑块类型面积、景观类型比例面积、面积加权平均分维指数、散布与并列式指数以及聚集度指数等景观特征指数，分析珠海市香洲区土地利用变化和景观格局进行总体特征及时空变化。

关键词：土地利用;景观指数;珠海市香洲区

土地利用变化对景观格局与人类生产生活所需环境有着深远的影響，研究土地利用变化可以合理评估和预测土地资源与人类活动空间关系，实现土地利用的可持续发展。随着越来越多中高分辨率遥感卫星发射，解译遥感影像已成为获取土地利用数据主要手段之一。传统基于像元的遥感影像分类方法往往只考虑像元在不同光谱的反射程度，而忽略其形状、纹理等信息，易导致“椒盐”现象，对土地利用景观格局分析带来误差。面向对象的遥感影像解译可大大改善该影响，较好避免“同谱异物”“同物异谱”等带来的分类误差。

20世纪80年代，人们已用简单数字描述复杂的景观格局，逐渐产生景观格局指数。为定量研究景观结构组成和空间变化，学者总结景观指数分析法，以衡量景观格局和生态过程之间关联。本研究采用常规的景观指数分析方法对珠海市香洲区的土地利用变化和景观格局指数变化进行分析。结合本研究重点，在面积与边长指数类中，选取斑块类型面积（CA）直观说明斑块类型组成，并将其作为计算更复杂指数的基础。选取景观类型比例面积（PLAND）反应衡量不同类型的斑块在景观中的丰度比。参考田晶和布仁仓等学者的论文，利用面积加权平均分维指数（FRAC-AM）反应形状复杂性。在聚集度指数类中，选取斑块类型尺度中的聚集度指数（AI）反应景观分布的格局，选取景观尺度上选取蔓延度指数（CONTAG）以及散布与并列式指数（IJI），主要表征类型和景观级别上斑块或者景观的聚集程度，以有效说明一个城市的不同类型斑块空间发展分布状态。

1 研究区与数据来源

香洲区是珠海市市的主城区，位于南海之滨、珠江口西岸，处于北纬21°48'至22°27′，东经113°3′至114°18′之间，行政区域面积555.29平方千米，属低纬度亚热带季风区，日照充足，雨量充沛，年平均气温22.4℃。香洲区是珠海市经济、政治、文化、科技中心，毗邻港澳，东与香港隔海相望，南与澳门陆路相连，背倚经济发达的珠江三角洲腹地，港珠澳大桥建成后，香洲成为内地唯一与香港、澳门路桥相连的城区，作为澳门后花园城市的主城区，香洲区的土地利用景观格局具有一定研究价值。

本研究使用的数据为珠海市香洲区2016、2018年的Landsat-8遥感影像，数据来源于中国科学院计算机网络信息中心地理空间数据云平台（http：//www.gscloud.cn）。

2 研究方法

2.1 监督分类法

监督分类是一种通过被确认类别的样本像元去识别其他未知类别像元的遥感图像分类方法，包括最大似然法和支持向量机。最大似然法根据训练样本的均值和方差来评价其他像元和训练类别之间的相似性;支持向量机是一种按监督学习方式对数据进行二元分类的广义线性分类器。

在ENVI5.3软件对数据进行预处理后，通过目视解译选取样本区的监督分类方法获取珠海市香洲区2016-2018年2期土地利用变化数据。根据珠海市香洲区土地利用的特点，参考《土地利用现状分类GB/T 2110-2017》国家标准以及《生态环境遥感调查分类规范》，将研究区土地利用景观类型划分为耕地、绿地、建设用地、水体和未利用地五类，监督分类方法选用基于面向对象的SVM（Support Vector Machine）分类器与传统的基于像元的最大似然分类法。

2.2 景观指数法

景观指数指高度概括景观格局信息，准确反映景观构成和空间布局等特征的一系列指数的定量指标。其选取应与研究中景观格局匹配，需要对指数进行筛选和搭配。本研究共选取五种景观指数，分别为斑块类型面积（CA）、景观类型比例面积（PLAND）、面积加权平均分维指数（FRAC-AM）、散布与并列式指数（IJI）以及聚集度指数（AI）。

3 结果与分析

3.1 景观格局基本特征

分别用最大似然分类和面向对象分割的SVM分类方法对遥感影像进行分类，将珠海市香洲区土地利用分为耕地、绿地、建设用地、水域、未利用地（图1）。基于面向对象的SVM分类方法生成的结果中“椒盐效应”明显降低，景观指数计算过程中的误差减少。在每一期的各分类结果中随机选取50个验证点，以Google-Earth影像为基准进行精度验证，采用总体精度进行分析，最终得出总体精度为82.7%，满足监督分类要求。

由表1可得，2016-2018年香洲区耕地面积减少17.07km2，斑块类型比重下降3.56%。2017年珠海市受台风影响较大，政府开展灾后恢复工作，种植树木并铺设草坪，绿地面积有所上升，总面积增加20.85 km2，比重上升2.26%。建设用地面积增加13.78 km2，比重增加2.88%。水体面积减少5.14 km2，比重下降1.08%。未利用地面积减少2.4 km2，比重减少5%。总体上，2016年—2018年珠海市香洲区耕地、水体与未利用地面积有所减少，绿地和建设用地面积增加，说明香洲区经济不断发展，在进行城市建设的同时也兼顾生态环境保护与人居环境的美化。

3.1.1 类型水平分析

香洲区耕地面积减少，面积加权平均分维指数稍有下降，表示农田斑块的边缘复杂度降低。散布与并列指数由71.28%降低至66.25%，表示在香洲区城镇化进程中，与耕地斑块邻接的其他斑块的分布均衡度下降。而聚集度指数从64.78%降低至63.17%，农地斑块之间的聚集程度有轻微降低，表明农地分布更加分散，或者大片集聚的农地转为其他用地。香洲区正处于土地利用政策变化的过渡时期以及城市发展建设的黄金期，城乡建设用地规模增加，对耕地保有量进行调控。