基于地理时空数据库的中国近期土地利用/土地覆盖变化研究

【摘要】： 遥感技术与地理信息系统技术的发展，为研究全球变化和可持续发展提供了信息源和技术手段。而土地利用／土地覆盖作为地球表层系统最突出的景观标志，其变化是近年来全球变化研究的重要领域。面对海量的土地利用／土地覆盖的时空数据，研究如何更好的存贮这些数据，如何从这些海量信息中发掘有用的、能提供辅助决策支持的信息是本文研究的重点。本文首先对地理时空数据库的关键技术进行了探讨；并基于中国资源环境时空数据库，对中国近期土地利用／覆盖格局及其变化进行了分析。具体包括如下内容： ①土地利用／覆盖信息的存贮方式——地理时空数据库的概念、模型以及系统组织结构 从时空地理实体出发，对地理时空数据模犁的基本概念与方法(包括地理信息的时间特性、空间特性以及地理信息的时空检索与拓扑关系)进行研究。针对国土时空信启、数据量巨大，数据格式不同，存贮方式多样，提出一种面向对象改进基态修正模型的分层次时空数据库模型。该模型分别由现时数据库、过程数据库和历史数据库组成，现时库、历史库分别分层次存储土地利用／土地覆盖各类型现状数据和历史数据，过程库则存储时空数据库操作的各个过程，同时进行过程操作验证，以及建立存贮土地利用／覆盖的元数据库等，并完成一些必要的计算。整个模型顾及到海量的地理时空数据管理、存储与检索、分析，具有较大实用性。 ②纳入GIS信息的遥感影像综合理解模型及土地利用／覆盖信息的自动识别与提取 本文从遥感影像理解模型出发，探讨了遥感信息的知识发现，特征提取问题，特别针对土地利用／土地覆盖研究领域，提出了纳入地学辅助信息的遥感影像综合理解模型，基于该模型，开发了相应软件系统，对土地利用／土地覆盖信息进行自动识别与提取。 ③中国土地利用／土地覆盖时空变化及驱动因子分析 由于土地利用／土地覆盖的变化涉及因素繁多，过程错综复杂，因而以减少和抽象化为特征的各种模型对于理解和预测土地利用／土地覆盖的格局具有不可替代的作用。本文分别以土地利用动态度模型、土地利用程度时空演变模型、土地利用分类指数演变模型、土地利用重心迁移模型、土地利用类型转移模型等来研究近十年中国土地利用／土地覆盖的时空演变。从景观生态学的角度考虑土地利用／覆盖变化，不仅可以反映土地利用／覆盖变化的自然过程，而且可以更有效地反映人类驱动下的土地利用／覆盖变化过程，从而更好地把握土地利用／覆盖变化的现代过程。本文通过选择景观多样性指数、优势度指数、均匀度指数以及破碎度指数等景观指数，来分析近十年中国土地利用的景观格局及其演变过程。最后，通过典型相关分析，选择43项与自然和社会经济条件有关的变量，对中国土地利用／土地覆盖变化的驱动因子进行分析。 ④基于样带的土地利用时空特征以及驱动因子分析 样带是指在全球变化或区域环境变化中具有代表性的地带和敏感地带。首先，针对土地利用／土地覆盖时空变化研究，通过分析中国自然生态环境的综合特点，选择有代表性的五 条样带；而后，在各样带内，通过对土地利用／土地覆盖的样带内土地利用变化研究，及其 与社会经济发展水平、样带生态环境背景状况的相关研究，发现空间特点的形成原因和区域 分异规律。并通过模型的建立来实现这种规律的数学语言描述，以数学信息实现空间规律与 区域特点的比较与差异程度描述。 ⑤基于神经网络的中国生态环境综合分区 在GIS技术支持下，选用自然气候因于和地形地貌因子，利用主成分分析法进行多源－t 空间信息复合，生成自然生态综合因子图，而后利用神经网络分区法进行自然分区，生成中 国土地利用自然分区图。在综合考虑分区原则的基础下，把中国分为 9个区域，分别为：东·＠ 北寒温带、温带湿润地区；东北北亚热带半湿润地区：华北暖温带半湿润地区；内蒙温带半 湿润半干旱地区；华中、华南亚热带湿润地区；华东亚热带湿润地区：华南热带、亚热带湿 润地区：曲北温带干旱极干旱地区；青藏高原及西北高寒区。 ⑤基于分区的土地利用／土地覆盖景观格局演变研究 在神经网络分区法生成的中国生态环境综合分区的基础上，由于在不同的自然气候条件 以及地形地貌条件作用下，不同的分区具有各自不同的景观格局及演变特点。通过选川各类 景观指数（如景观斑块个数、斑块面积、斑块周长、景观分维数、景观多样性、均匀度、优 势度、聚集度、分离度、破碎度指数等），来对不同分区的士地利用／土地覆盖景观格局及演 变进行分析。