基于时空关联规则的南昌市湿地景观演变规律研究

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湿地属于地球上的三大生态系统之一,是一种介于水体和陆地之间特殊的过渡型生态系统。城市湿地作为城市空间结构的重要组成部分,不但发挥着环境调节、资源供给和灾害防控等重要的生态服务功能,而且为城市居民提供了良好的生活环境。南昌市湿地资源丰富,但随着其社会经济的快速发展,南昌市的湿地景观格局也不断发生变化,对其生态功能的正常发挥产生一定的影响。因此,研究南昌市湿地景观格局变化规律并挖掘其演变特点,对其湿地保护工作具有重要意义。近年来,湿地生态监测的数据量不断增长,已渐渐超出传统数据处理方法能承受的数据量的范围。而时空关联规则挖掘领域的相关研究为如何从海量的数据中挖掘出有价值的信息,从而揭示各种湿地生态现象的变化规律提供了有效的解决方案。本文研究了1995-2016年南昌市的湿地景观格局变化及其演变轨迹规律。以1995-2016年间6期的南昌市Landsat遥感影像作为数据源,在参考土地利用现状图等辅助数据的情况下,采用最大似然分类法和目视解译相结合的方法,获取各期影像中的湿地信息。根据这些湿地信息,对南昌市的湿地总体变化趋势、湿地景观格局指数分析和湿地演变的驱动机制分析。并采用FP-growth算法从南昌市的湿地演变轨迹时空事务数据库中,挖掘其湿地景观的演变轨迹与变化特征。研究结果主要得到以下结论:(1)本文采用监督分类(最大似然法)、决策树分类和面相对象分类对南昌市的遥感影像进行解译,发现监督分类(最大似然法)的分类效果最好,其总体分类精度为83.82%,Kappa系数达到0.8。面相对象的分类效果次之,其总体分类精度为81.61%,Kappa系数为0.76。决策树分类的效果最差,其总体分类精度为71.64%,Kappa系数为0.65。综合考虑后,本文最终选用采用最大似然分类和目视解译相结合的方法,对各时期的南昌市遥感影像进行分类,从而提取南昌市的湿地信息。(2)1995-2001年间南昌市的湿地总面积逐渐上升,而在2001-2016年间其湿地总面积呈下降趋势。南昌市的自然湿地面积变化趋势平稳,其占南昌市面积的平均比例为17.69%,湖泊和沼泽是自然湿地的主要构成成分。南昌市的人工湿地面积在从1995-2001年间呈上升趋势,在2001-2016年间呈下降趋势,其占南昌市面积的平均比例为44.22%。水田在人工湿地中占据主导地位。(3)湿地景观格局的斑块类型指数分析结果表明,水田的平均景观比例指数和平均最大斑块指数都最大,说明其在整个湿地景观中的优势度最高。并且水田的破碎度也最大,其平均PD值为2.72个/hm~2,边界复杂程度也最高。养殖塘和水库的受人类活动影响显著,湖泊和水田的空间连通性较强,湖泊空间聚集性最强(4)湿地景观格局的景观总体指数分析结果表明,在1995-2001年期间,南昌市湿地景观的破碎度降低,最大斑块的影响力增强。1995-2001年期间,破碎度上升,最大斑块影响力减弱。总体湿地景观受人类活动的影响呈现先减弱后加剧再减弱的趋势,各类型湿地景观的联通性则与之相反。景观分布的均衡性在2001年之后逐渐提升,各类湿地景观的聚集度则呈现先增强后减弱再增强再减弱的趋势。(5)采用主成分分析法对湿地景观的驱动机制分析发现,经济发展、人口变化、第二产业结构、降水量和气温变化是南昌市湿地景观变化的主要驱动力。(6)从南昌市的湿地演变轨迹时空事务数据库中共计挖掘出9386条强关联规则。其中,有941条关联规则符合正确性、时序性和演变性的评价标准。统计分析这些有趣关联规则,发现在1995-2016年间,湿地类型土地主要向建设用地和沼泽这两种土地类型演变。其中转变成建设用地的湿地最多,总计有285条向建设用地演变的轨迹,也表明了南昌市的城市化建设和降水量对其湿地演变的影响最为显著。随着湿地演变轨迹关联规则维度的升高,其平均置信度也随之升高。在五维湿地演变轨迹关联规则中,转向建设用地的轨迹数最多,并且水田是主要发生演变的类型。
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