基于遙感影像決策樹分類的土地利用景觀格局變化特征研究

胡紅兵，詹玉蘭

(1.黃岡師范學院 地理與旅游學院，湖北 黃岡 438000；2.黃岡師范學院 圖書館，湖北 黃岡 438000)

1 引言

土地資源是人類生產生活的重要物質基礎，隨著人類社會的發展，土地資源的不合理開發與利用產生了一系列生態安全問題，土地利用變化研究一直是全球變化研究的核心領域。土地利用變化影響著地表的景觀過程[1]，而景觀變化亦是土地利用變化最直觀的標志[2]。土地利用景觀格局分析方法逐漸被引入到土地利用變化研究中。通過計算景觀格局指數來獲取景觀的結構組成特征、空間格局特征和時間演化特征，可以直觀地了解自然過程和人類活動對區域景觀造成的影響。遙感是新興的對地觀測技術，可以周期性地獲得地表土地利用景觀格局的變化數據，能夠對同一時期不同地區、同一地區不同時期的景觀格局變化進行橫向以及縱向的分析。目前，對土地利用景觀格局變化的研究主要集中在大尺度、宏觀領域的研究[3～8]，局部或區域的實例研究較少[9]。大別山地區是國家重點生態功能區和長江流域重要的生態屏障，為了理解大別山地區土地利用變化與環境變化之間的關系，迫切需要開展該地區的個案研究[10]。

本文以湖北省蘄春縣為研究對象，以利用1990年、2000年、2015年TM和OLI遙感影像，運用決策樹分類方法獲得蘄春縣3個時期的土地利用類型的空間分布，在此基礎上建立3個時期的土地利用轉移矩陣，并從景觀破碎度、景觀優勢度、景觀多樣性3個方面對該地區土地利用的景觀格局進行分析，可以為該地區土地資源的可持續利用、生態環境的保護提供參考。

2 研究區域概況

蘄春縣坐落于湖北省東南部，大別山南麓，長江中游北岸，隸屬于湖北省黃岡市，位于東經115°12′～115°56′、北緯29°59′～30°40′之間。全縣國土面積2394.08 km2。蘄春縣東部、北部主要為山地地形，地勢較高；中部地區平原廣布，地形平坦，利于耕作；南部河湖密布，主要包括赤東湖、赤西湖等。長江自西北向東南流經蘄春縣，蘄水自東北向西南貫通并匯入長江。蘄春縣是國家層面農產品主產區，其中漕河鎮、蘄州鎮、橫車鎮和管窯鎮是國家層面重點開發區域。

3 數據來源與研究方法

3.1 數據來源

本文所用的數據主要包括以下內容。

1.3.2 肺動脈收縮壓（PAPs）檢測 在治療前后應用彩色多普勒儀測定與計算三尖瓣區最大返流速度（Vmax）和肺動脈壓（PAPs），測定3次取平均值。

(1)遙感影像。1990年10月18日TM遙感影像、2000年11月1日ETM+遙感影像和2015年10月12日的OLI遙感影像，來源于地理空間數據云(http://www.gscloud.cn/)；Google Earth歷史影像。

陶瓷山水畫同中國山水畫一樣，利用富有變化的線條來描繪山水，把料色的濃淡虛實與曲折、具有節奏感的線條相結合，用獨特的藝術手法，將山水樹石的質感、云霧繚繞的動感展現出來，在質地潔白的陶瓷上表現出生動的藝術形象。要做到這一點，就要對真山真水進行深入的觀察和研究，以客觀事物中汲取創作元素，忠實于所描繪的對象，進行分析、研究、評價，在頭腦中加工改造，達到取之于自然，而超于自然的境地，正如隋唐時期的畫家張璪，所說的一句名言“外師造化，中得心源”。因此陶瓷山水畫創作既是對古人的學習和傳承，也是對西方繪畫理念的吸收。

(3)基礎地理數據。蘄春縣行政區矢量圖，來源于國家基礎地理信息中心(http://ngcc.sbsm.gov.cn/)。

(4)社會經濟數據。來源于中國統計年鑒、湖北省統計年鑒、湖北省城市經濟統計年鑒、黃岡市統計年鑒等。

3.2 研究方法

利用蘄春縣1990年、2000年和2015年3個時期的遙感影像，以歸一化植被指數(NDVI)、改進的歸一化水域指數(MNDWI)、歸一化不透水面指數(NDISI)、數字高程模型(DEM)等特征因子建立規則進行決策樹分類(圖1)，將蘄春縣土地利用類型分為五類：水域、耕地、林地、建設用地以及未利用地，利用Fragstats軟件進行景觀指數的運算。進行景觀格局變化分析的關鍵是選擇景觀指數，景觀指數從斑塊層次(patch-level)、斑塊類型層次(class-level)以及景觀層次(landscape-level)三個層次反映出景觀格局的空間特征。本文選取了7個景觀指數對景觀格局的變化進行分析，景觀形狀指數(LSI)、相似鄰接比例度(PLADJ)、蔓延度(CONTAG)三個指數主要用于景觀破碎度分析；斑塊類型面積比重(PLAND)、最大斑塊指數(LPI)主要用于景觀優勢度分析；香農多樣性指數(SHDI)、香農均勻度指數(SHEI)主要用于多樣性分析(圖2)。

4 結果分析

4.1 土地利用類型變化時空特征分析

根據上文建立的決策樹模型對研究區域的遙感影像進行分類，獲得1990年、2000年和2015年土地利用類型分布圖(圖3)。利用Google Earth歷史影像和野外實測地面控制點對遙感影像的分類結果進行精度檢驗，3個年份分類圖像的Kappa系數分別為0.8577、0.9058、0.8909，均大于0.85，達到分析的精度要求。

圖1 決策樹模型

圖2 技術路線

(a)1990年；(b)2000年；(c)2015年

4.1.1 土地利用類型面積變化

利用ENVI5.0軟件得出蘄春縣1990年、2000年、2015年各土地利用類型面積如表1所示。

從表1可以看出在1990～2000年期間，水域、耕地、建設用地的面積都有不同程度的增加，而林地、未利用地則是在減少的；2000～2015年期間，水域、林地、建設用地以及未利用地的面積都是有所增加的，而耕地的面積有較大幅度的減少。

4.1.3 土地利用變化驅動因素分析

由LSI、CONTAG指標分析可得：LSI值呈現出了先減小后增大的趨勢，LSI值越大就說明景觀邊緣越不規則，受干擾的程度越大。由分析可知，1990～2000年期間，LSI值是在減小的。說明在這一時期，土地利用類型受到干擾的程度不高，而在2000～2015年期間，LSI值是增大的，說明在這一時期內，土地利用收到干擾的程度加大，各種景觀類型邊界越來越不規則。CONTAG值在這近20年間一直處于減小趨勢，說明景觀中聯通度較高的斑塊減少了，同種土地類別之間的間隔加大。

現階段，我國一些對于互聯網技術的應用不夠重視，對其運用也不熟練，所以很多企業并沒有設置管理會計這一崗位。因為他們信息不完善，沒有意識到這一職位對企業的影響力，公司的整理體制不夠完善，導致了企業數據信息不合理與不可靠，不注重先進技術給公司帶來的效益，讓企業在根本上就失去了核心競爭力。所以現下的企業要想謀求發展，就必須從根本上進行改變，要學會應用技術簡化工作流程。

表1 蘄春縣1990年、2000年、2015年土地利用類型面積 km2

由表2可知蘄春縣1990～2000年土地利用變化情況，水域、耕地、林地、建設用地以及未利用地這五種土地利用類型之間都有不同程度的交換。

2000～2015年期間，耕地向水域、林地、建設用地和未利用地都有轉換，其中，有11 km2的耕地轉換為林地、43.28 km2轉換為建設用地以及13.64 km2的耕地轉換為未利用地。同時，1.67 km2的林地、11.18 km2的建設用地以及2.41 km2的未利用地轉換為了耕地。總體來說，耕地的面積減少了67.47 km2。

1990～2000年期間，耕地向水域、林地、建設用地和未利用地都有轉換，其中，有1.4 km2的耕地轉換為林地、25.05 km2轉換為建設用地以及2.75 km2的耕地轉換為未利用地。同時，31.83 km2的林地、13.99 km2的建設用地以及9.16 km2的未利用地轉換為了耕地。總體來說，耕地的面積增加了13.64 km2。

1990～2000年間，林地向建設用地轉換了5.02 km2，向未利用地轉換了1.05 km2。同時，2.10 km2的建設用地、1.61 km2的未利用地轉換成了林地。總體來說，林地凈減少了45.89 km2。

對于建設用地以及未利用地來說，有0.23 km2的未利用地轉換為了建設用地，同時有0.47 km2的建設用地轉換為了未利用地。建設用地增加了10.55 km2，而未利用地減少了7.05 km2。

(1)社會驅動因素。蘄春縣1990年年末總人口為86.37萬人，從業人員僅30.8萬人；到2015年年末總人口達到了103.4萬人，凈增加了17.03萬人，從業人員為42.55萬人。人口的增加導致人地矛盾突出，對城鎮建設用地的要求越來越大，因此，在近25年間有45.54 km2的耕地轉換為了建設用地，建設用地總面積從28.42 km2增加到66.05 km2，凈增加了38.63 km2。

表2 蘄春縣1990～2000年土地利用轉移矩陣 km2

表3 蘄春縣2000～2015年土地利用轉移矩陣 km2

由表3可知蘄春縣2000～2015年土地利用變化情況，水域、耕地、林地、建設用地以及未利用地這五種土地利用類型之間都有不同程度的交換。

2000～2015年期間，水域向耕地轉換了6.49 km2，向林地轉換了1.32 km2，向建設用地轉換了5.35 km2，向未利用地轉換了2.02 km2。而又有21.31 km2的耕地、2.17 km2的林地、4.88 km2的建設用地以及2.95 km2的未利用地轉換為了水域。總體來說，水域增加了16.13 km2。

1990～2000年期間，水域向耕地轉換了6.9 km2，向林地轉換了0.68 km2，向建設用地轉換了1.38 km2，向未利用地轉換了1.36 km2。而又有19.04 km2的耕地、13.78 km2的林地、4.57 km2的建設用地以及1.68 km2的未利用地轉換為了水域。總體來說，水域增加了28.76 km2。

ANN模型對CODeff和SSeff兩個輸出變量的網絡總層數為3層，分別為1個輸入層、1個隱含層和1個輸出層，其中輸入層節點數為6個，隱含層節點數為3個，輸出層節點數為1個。仿真結果如圖11～圖14所示。

2000～2015年間，林地向建設用地轉換了2.94 km2，向未利用地轉換了1.54 km2。同時，2.92 km2的建設用地、0.69 km2的未利用地轉換成了林地。總體來說，林地凈增加了12.09 km2。

對于建設用地以及未利用地來說，有0.71 km2的未利用地轉換為了建設用地，同時有1.74 km2的建設用地轉換為了未利用地。建設用地與未利用地分別增加了27.09 km2和12.16 km2。

由表4可知蘄春縣1990年至2015年土地利用變化情況，水域、耕地、林地、建設用地以及未利用地這五種土地利用類型之間都有不同程度的交換。

1990～2015年期間，水域向耕地轉換了4.12 km2，向林地轉換了0.69 km2，向建設用地轉換了2.63 km2，向未利用地轉換了2.02 km2。而又有28.25 km2的耕地、16.91 km2的林地、5.89 km2的建設用地以及3.30 km2的未利用地轉換為了水域。總體來說，水域增加了44.89 km2。

1990～2015年期間，有14.53 km2的耕地轉換為林地、45.54 km2轉換為建設用地以及13.26 km2的耕地轉換為未利用地。同時，25.58 km2的林地、9.83 km2的建設用地以及8.22 km2的未利用地轉換為了耕地。總體來說，耕地的面積減少了53.83 km2。

表4 蘄春縣1990～2015年土地利用轉移矩陣 km2

1990～2015年間，林地向建設用地轉換了8.39 km2，向未利用地轉換了2.65 km2。同時，2.88 km2的建設用地、1.63 km2的未利用地轉換成了林地。總體來說，林地凈減少了33.80 km2。

對于建設用地以及未利用地來說，有0.31 km2的未利用地轉換為了建設用地，同時有0.64 km2的建設用地轉換為了未利用地。建設用地增加了37.63 km2，而未利用地減少了5.11 km2。

4.1.2 土地利用類型轉換

通過對蘄春縣近25年來的土地利用景觀格局分析，結合地方志、蘄春縣統計年鑒、蘄春縣環境質量報告書等資料，將蘄春縣土地利用變化的驅動因子分為自然驅動因子和人為驅動因子。

4.1.3.1 自然驅動因素

土地自然特性以及環境特性的好壞影響著其適宜的利用方式。蘄春縣東北高西南低，東北部為西北-東南向的大別山脈，中部主要為平原地區。蘄春縣氣候屬于亞熱帶季風氣候，熱量充足、降水豐沛，同時，平均每年夏季都要經歷梅雨以及伏旱天氣，易發生旱澇災害。

從蘄春縣坡度分級圖計算出蘄春縣小于6°的平地、6°～25°之間的緩坡地以及大于25°的陡坡地分別占蘄春縣國土面積的54.38%、39.78%以及5.83%。考慮到土地資源的可持續利用，在大于25°的陡坡地上開墾的耕地已經陸續進行退耕還林還草。

蘄春縣對國家生態安全具有重要的意義，為了響應國家保護生態安全的政策，蘄春縣大力退耕還林、植樹造林。從上文分析得出林地的相似鄰接比例度(PLADJ)數值最大，說明蘄春縣林地之間的連通性最大，營林面積有所增加。這正體現了蘄春縣為維護國家生態安全所做出的努力。

第一，制約語言文字工作定位因素研究，有利于處理好各民族語言之間的關系，處理好共同語與方言之間的關系，處理好母語同外語的關系，處理好普通話的國內推廣和國際傳播之間的關系。能夠充分認識到語言規劃越來越走近人們的真實生活，健康和諧的語言生活是推進社會科學發展的重要因素。

4.1.3.2 人為驅動因素

一是明確新建工程的所有權。新建的小型水利工程明確要求先建機制、后建工程，財政補助資金所形成的資產歸農民用水合作組織和農村集體所有，由縣級人民政府核準頒發工程的產權證書，所有權主體可以自主選擇承包管理、委托專業機構管理等多種形式。

本文的研究目的是從企業生命周期的視角出發，實證檢驗碳信息披露對企業融資約束的動態影響，研究的關鍵之一在于對企業融資約束的衡量。

由于條件的限制，本次研究分3個部分2個板塊來實施。3個部分是指分別針對視覺障礙、聽覺障礙和老年人設計的課程，2個板塊是指在同樣的條件下實驗組運用設計好的無障礙模式進行學習，對照組則是用普通模式進行學習。

(2)經濟發展驅動因素。經濟發展是土地利用變化的核心驅動力，1990年蘄春縣國內生產總值為8.39億元，其中，第一產業增加值為4.00億元，第二產業增加值為2.49億元，第三產業增加值為1.90億元，占有率分別為：47.68%、29.68%、22.64%。2015年，國內生產總值達到193.50億元，其中，第一產業增加值為44.54億元、第二產業增加值為76.47億元、第三產業增加值為72.49億元，占有率分別為：23.02%、39.52%、37.46%。從中可以得出在近25年中第一產業在國內生產總值中的比重有明顯的下降，而第二、三產業有大幅度的增加，這一經濟轉型的過程勢必會導致蘄春縣土地利用格局的變化。

(3)政策驅動因素。蘄春縣屬于中國“中三角”中心地帶，與武漢、南昌同屬一小時城市圈，是武漢城市圈的一部分，受到武漢市的經濟輻射影響，積極參與武漢都市圈的建設，耕地向魚池、建設用地、園地等土地利用類型轉變，改變了蘄春縣的土地利用狀況。

式中，為核密度方程，h為閾值，n為閾值范圍內的聚落點數，d為數據的維數.當d=2時，常見的核密度方程即可以定義為：

由圖3和圖4可知，當黃精浸提液添加量為0.5%時，黃精酸奶的各項指標較好，酸度達到適宜值，口感相對良好，堅實度適宜，稠度相對較好，且黃精酸奶的稠度和堅實度測量值與感官評分具有較好的相關性。

4.2 土地利用景觀格局變化分析

4.2.1 景觀破碎度分析

景觀破碎度反映了研究區內景觀的破碎程度，一定程度上反映出人類對景觀的干擾程度。用于景觀破碎度分析主要有3個指標，即景觀形狀指數(LSI)、相似鄰接比例度(PLADJ)和蔓延度(CONTAG)。其數值分析見表5和表6。

表5 不同時期的PLADJ數值分析 %

由PLADJ指標分析可得：水域的PLADJ值從1990～2000年、2000～2015年均減小；耕地和林地的PLADJ值在1990～2000年期間是處于增加的趨勢，而在2000～2015年期間，耕地和林地的PLADJ值均下降；建設用地的PLADJ值在1990年至2015年期間的趨勢為先降低后增大；未利用地的PLADJ值在近25年間一直處于下降的趨勢。1990年、2000年以及2015年PLADJ值的最大值都為林地，分別為95.2109、96.3141、96.0537；1990年、2000年PLADJ值的最小值都為建設用地，分別為55.412、51.8557，而2015年PLADJ值的最小值為未利用地的55.6744。PLADJ值越大，景觀斑塊就越大，從而形狀就越簡單。從上述分析可知在近25年間，林地的破碎化程度最小；建設用地的破碎化程度在1990～2000年期間最大，在2000～2015年期間未利用地的破碎化程度最大。

本篇故事貌似客觀描寫了家族歷史，實際上通過情景再現的方式，極其幽默而帶有諷刺意味地展現了家族歷史上的士兵們在戰場上貪生怕死的樣子，我們通過陳譯本的翻譯來感受一下其中的幽默感：

(2)數字高程模型。Aster GDEM，空間分辨率為30 m，來源于地理空間數據云(http://www.gscloud.cn/)。

土地利用轉移矩陣是從面積入手分析土地利用類型變化的一種模型。根據蘄春縣1990年、2000年、2015年三年的土地利用類型分布圖，獲取蘄春縣1990～2000年、2000～2015年以及1990～2015年的土地利用轉移矩陣(表2～表4)。

表6 不同時期的LSI、CONTAG數值分析

4.2.2 景觀優勢度分析

景觀優勢度是為了研究景觀空間格局中各種景觀類型占支配地位的程度。本研究中主要運用了斑塊類型面積比重(PLAND)、最大斑塊指數(LPI)。其數值分析見表7。

表7 不同時期PLAND、LPI數值分析 %

由PLAND指標分析可得：在1990～2015年期間，水域和建設用地的面積比重在持續增加；耕地在1990～2000年期間處于增加趨勢，而在2000～2015年期間則為下降態勢；林地和未利用地在前十年為減少的，而在后十五年處于增加的狀態。LPI的取值范圍為0至100，LPI越小說明斑塊面積就越小，當LPI為100時，則在一定景觀面積中只包含了一個景觀類型。有上述圖表可知：1990年景觀優勢度由小到大排列為：未利用地<建設用地<水域<耕地<林地；2000年景觀優勢度由小到大排列為：未利用地<建設用地<水域<林地<耕地；2015年景觀優勢度從小到大排列為：未利用地<建設用地<水域<林地<耕地。林地的優勢地位發生了改變，從2000年開始，林地的優勢地位被耕地取代。但是，從縱向比較而言，耕地的優勢度是在逐漸減小的，而林地的優勢度是在逐年增加的。

4.2.3 景觀多樣性和均勻度分析

景觀格局的多樣性是指景觀中斑塊的復雜性、多樣化狀況[16]。本研究主要運用香農多樣性指數(SHDI)、香農均勻度指數(SHEI)兩個指標進行分析(表8)。

在玉米的生長過程中，土壤的耕翻深度對玉米的生長有著重要的作用，故此，在耕種中要加強對土壤耕種的管理，做好耕翻管理。根系的發展對于玉米的生長有著重要的作用，而根系的發展對土壤的要求較高，深度耕翻讓土壤變得更加深厚，其活土層最好在30-40 cm，保障根系對水分的吸收。翻耕時需要逐年深耕，可以有效防止在翻耕層中會出現過多的生土。

表8 不同時期SHDI、SHEI數值分析

由表8可知，蘄春縣1990年至2015年多樣性和均勻性都有一定程度的增加。香農多樣性指數提高說明景觀破碎度加大，人類對該地區土地利用類型的影響加大。香農均勻度指數的提高說明在一定景觀區域內，景觀類型增多，每種景觀類型的面積比例差異縮小。說明研究區內各土地利用類型的面積比重呈現均衡化趨勢。

5 結語

通過對蘄春縣1990年、2000年以及2015年三個時期的遙感影像進行決策樹分類，獲得了蘄春縣1990年至2015年間水域、耕地、林地、建設用地以及未利用地的時空變化情況，在此基礎上對土地利用景觀格局的變化特征進行了分析，結果如下。

近25年來，蘄春縣水域的面積從89.74 km2增加為134.63 km2，凈增加了44.89 km2；耕地從1086.79 km2減少為1032.96 km2，凈減少了53.83 km2；林地從1172.74 km2減少到1138.94 km2，凈減少了33.8 km2；建設用地從28.42 km2增加為38.97 km2，凈增加了37.63 km2；未利用地凈增加了5.11 km2，從16.38 km2增加21.49 km2。整體來看，為了適應經濟結構的調整，蘄春縣土地利用格局發生了較大的變化。

新進檢驗員一般都經過一段短暫的實習期，但他們對食品藥品檢驗檢測工作沒有具體的概念，不清楚此類單位的工作性質。他們對工作的現實感還不強，可能有人還抱有非常高的理想，個人主義濃厚，偏離單位的工作實際或自己另起爐灶，舍近求遠追求科研和各種榮譽。

從景觀破碎度方面分析，林地的破碎化程度最小；建設用地的破碎化程度在1990～2000年期間最大，而在2000～2015年期間未利用地的破碎化程度是最大的。同時，1990～2000年期間，土地利用類型受干擾的程度不高，而在2000～2015年期間，土地利用收到干擾的程度在加大，各種景觀類型邊界越來越不規則。

從景觀優勢度方面分析，1990年景觀優勢度由小到大排列為：未利用地<建設用地<水域<耕地<林地；2000年景觀優勢度由小到大排列為：未利用地<建設用地<水域<林地<耕地；2015年景觀優勢度從小到大排列為：未利用地<建設用地<水域<林地<耕地。林地的優勢地位發生了改變，從2000年開始，林地的優勢地位被耕地取代。但從縱向比較而言，耕地的優勢度是在逐漸減小的，而林地的優勢度是在逐年增加的。

從景觀多樣性和均勻性方面分析，蘄春縣自1990～2015年來，景觀多樣性和均勻性都有所增加，但增長幅度不大，這說明，在這近25年來蘄春縣土地利用類型呈均衡化方向發展。

總體來說，蘄春縣土地利用類型與景觀格局的變化反映了人類對該地區土地利用的干擾日益加大，從而對該地區生態環境質量和生態系統的穩定性都會造成一定的影響。