基于随机森林的广西土地覆盖格局遥感监测与预测研究

来源 :南宁师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wenshengfang1985
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广西作为我国南疆的大门,拥有“天然港群海岸”,具有良好的经济发展潜力。近年来全区生态环境状况有所好转,但同时也面临诸多挑战,由于广西生态环境的脆弱性和敏感性,干旱、洪涝等自然灾害频繁,石漠化现象突出,城镇化发展迅速,这些都有可能加剧土地系统不平衡发展、生态环境质量下降等问题。因此,探究过去土地覆盖格局变化机理,模拟预测未来土地覆盖格局对广西生态环境保护、社会经济发展具有重要的现实意义。本文以遥感影像数据、自然环境数据、社会经济数据、基础地理信息数据和政策规划数据等作为数据支撑。以广西壮族自治区为研究区,基于GEE云平台高效的遥感处理和地理分析能力,构建研究区六期最小云量年合成Landsat TM/OLI影像集,引入光谱+纹理+地形特征等多维分类特征,采用随机森林分类算法及云端-本地相结合的方式提取出广西1999年、2003年、2007年、2011年、2015年和2019年六期土地覆盖类型数据,并借助GIS技术、土地利用动态度模型、社会网络分析及空间自相关分析等技术手段分析广西土地覆盖数量结构和空间格局的变化特征及规律;利用空间自相关分析、共线性诊断和地理探测器模型分析影响广西土地覆盖格局的主要驱动因素;在此基础上,利用FLUS模型对广西2019年土地覆盖格局进行仿真模拟,进而预测广西2023年、2027年、2031年和2035年土地覆盖类型时空分布特征。主要的研究成果如下:(1)通过GEE云平台编程能够实现快速准确的最小云量年合成数据集获取,有效弥补了广西多云雨地区高质量长时间光学遥感影像获取困难的缺陷,缩短了做长时间序列分析的试验周期。本文基于GEE云平台,采用随机森林分类算法解译的六期土地覆盖分类数据OA与Kappa精度值均高于80%,分类效果较理想,可作为下一步土地覆盖变化特征分析的基础数据。(2)基于土地覆盖分类数据,可以看出2019年广西以森林为主,约占总面积的65.19%,其次为农田21.18%、草地8.06%、城镇3.27%、湿地1.71%、其他0.59%。1999-2019年间,农田与城镇动态变化量最大,城镇与森林面积呈增长态势。其中,城镇主要由农田转化,农田主要由森林、草地转化,森林主要由农田转化。将坡度与分类数据进行叠加分析发现,坡度等级在6°以上区域内的城镇面积逐年升高,农田增长面积主要出现在坡度为6°~15°之间的山地、丘陵地区;森林主要分布在坡度等级为6°~25°之间,但面积增长主要出现在0°~6°平原地区。广西基本农田范围内土地覆盖类型间的转移主要表现为,城镇主要由农田转化,表明城镇不断向外扩张侵蚀农田;森林主要由农田流入,近71%的森林增加面积由农田转换而来;农田主要由森林流入,其次是城镇,这与基本农田保护政策和建设用地复垦的要求相符。(3)根据定量化分析结果,各驱动因子对广西土地覆盖空间分布异质性的影响程度存在较大的差异,影响力由大到小可排序为:坡度>高程>土壤类型>年均气温>地均GDP>距铁路的距离>年均降雨量>POI核密度>距水系的距离>距公路的距离>距村镇(乡)中心的距离>火点核密度。(4)利用FLUS模型进行仿真模拟实验,检验Kappa系数值为0.79。由于研究区范围较大,这个精度基本符合要求,表明FLUS模型对广西大尺度复杂环境下土地覆盖格局模拟的适应性较好,可用于广西未来土地覆盖格局的模拟预测研究。(5)预测结果表明,2023-2035年间广西土地覆盖结构仍然是以森林和农田为主,随着社会经济的发展以及广西林业发展规划的实施,城镇和森林将继续侵蚀农田,形成“农退林扩城扩”变化格局,城镇、森林面积增长,农田面积不断减少,森林侵蚀农田主要出现在海拔较高的北部山区以及中南部的丘陵地区,城镇侵蚀农田则主要出现在建成区及乡镇驻地的周边地区。
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