基于面状特征参数的多源土地利用/覆盖制图结果一致性评价-以河南省为例

摘要

土地覆盖是对地表状况的表征。土地利用/覆盖数据反映了自然与人文耦合过程以及空间模式的多样性，是进行资源环境评估、地理国情监测、宏观调控分析等不可或缺的基础信息和关键参量。近年来采用多种遥感获取技术及其他数据源的全球及区域尺度的土地覆盖制图数据在世界多个国家及国际组织的推动下相继投入研究应用。由于自然环境的复杂性、遥感技术中同谱异物和同物异谱现象、土地利用分类体系的欠科学完整性以及解译人员对光谱图斑认识差异等原因，使得土地利用/覆盖制图产品与实地以及不同土地利用/覆盖制图产品之间存在一定程度的不一致。因此，在选择利用土地覆盖数据进行全球或区域尺度的研究应用前，对数据产品制图质量进行验证评价是完全必要的。定量的数据质量评估以及同类产品之间的一致性对比不仅能够丰富数据本身的内容信息，而且有助于发现制图质量问题，阐明数据产品及遥感分类算法的优劣情况，为数据应用人员选择提供参考，并为生产者进行数据更新与改进提供反馈，促进土地覆盖制图技术与质量评价方法的发展。
　　当前土地利用/覆盖遥感制图产品的质量评价研究多基于栅格象元。基于矢量的土地利用/覆盖数据的质量评价也多基于点状参考数据，而以面状特征参数为评价指标的研究则十分缺乏，不同来源、不同比例尺土地利用/土地覆盖产品之间的制图结果一致性评价更是少之又少。基于点参数的质量评价客观可靠，但在数据集全部范围内代表性有限且无法反映制图质量的空间差异。而基于面状特征参数的质量评价相对更能反映数据产品的全局特征，尤其对于多源土地利用/覆盖遥感制图产品之间的制图结果一致性评价更具有对比意义。基于此，本文以面状特征参数为评价指标，对河南省1：25万土地覆盖数据、河南省1：10万土地利用数据以及河南省30m分辨率地表覆盖数据进行制图结果的一致性评价。通过统一分类系统，并根据研究区确定合适的子区作为评价单元，基于地图制图综合质量评价思想，采用空间一致性、结构相似性及语义完整性等作为一致性评价指标，研究多源土地覆盖制图产品一致性的空间分布特征和数量特征，以图谱形式分析对比数据集在地类分布上的一致性和异质性，并探讨影响多源土地利用/土地覆盖数据集之间制图结果一致性的原因。同时探索得出对于采用不同分类系统、不同比例尺的土地利用/覆盖数据之间制图结果一致性对比的技术与方法，丰富土地覆盖遥感制图产品质量评价的内容，实现评价区域的全覆盖。
　　论文取得的主要成果与结论如下：
　　（1）确定最适宜的评价单元。本文对河南省划分评价单元（子区），以评价单元为分析单位进行计算。在矢量状态下，分别采用2km?2km，4km?4km，8km?8km，12km?12km，16km?16km大小作为评价单元进行实验。结果表明，评价单元的大小定与评价结果直接相关，评价单元越大，每个单元包含的地类更加丰富，评价指标直方图会更趋向正态分布。但评价单元也并不是越大越好，应在保证评价结果呈正态分布趋势的前提下尽量选择较小的评价单元，以表达更细致的制图结果一致性信息。本文综合评价结果直方图分布特征，确定12km?12km作为评价单元的大小。
　　（2）从空间一致性、结构相似性及语义完整性三个方面进行一致性评价。根据数据内容与研究目标，借鉴地图制图综合中的质量评价方法，将本文一致性评价指标分解为空间一致性、结构相似性及语义完整性。基于评价单元，分别将河南省1：25万全国土地覆盖遥感制图与河南省1：10万土地利用数据（2005年），河南省30m地表覆盖数据与河南省1：10万土地利用数据（2010年）进行两两对比，得到各个评价指标的空间图谱。通过图谱分析发现：不同比例尺的土地利用/覆盖制图反映的景观结构存在一定的差异，面积较小或分布较为分散的土地覆盖类型在不同尺度表达中往往会出现信息损失。除了草地与裸地外，三套数据集反映河南省土地覆盖的整体空间格局是一致的，其中1：25万土地覆盖制图与1：10万土地利用数据制图结果一致性相对较高。但两套对比数据集在地类边界、各地类图斑形状、数量上等都存在不同程度的差异。
　　（3）不同制图产品间地类面积的统计分析。对不同土地利用/覆盖产品集各地类面积、组成结构上进行汇总分析，统计三套数据产品集在河南省的各地类面积及相应面积差异，建立不同数据产品之间地类面积对比矩阵，探索地类分布差异规律。
　　（4）不同制图产品间制图结果不一致性的原因探讨。使用数字高程数据，探索海拔高度及坡度对不同制图产品间制图结果一致性的影响。结果表明，三套数据在不同地类总面积特征上存在不同差异，进行相关研究时应对地类面积参数对应用结果的影响给予考虑。河南省30m地表覆盖数据与河南省1：10万土地利用数据的空间一致性与海拔高度及坡度有一定关系。地形和土地利用/覆盖的复杂程度是引起制图结果不确定性的两个重要因素，在平原与山区、丘陵交界地带，不同的信息提取方法在识别地类及表达空间位置分布上还是存在一定差异的。

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1绪论

1.1研究背景

1.2研究进展

1.3 研究意义

1.4研究内容与论文组织

2研究区概况及数据

2.1研究区概况

2.2待评价土地利用/覆盖数据

3制图结果一致性评价方法

3.1统一分类体系

3.2一致性评价指标

3.3制图结果一致性评价单元

4一致性评价结果与分析

4.1 空间一致性评价分析

4.2结构相似性评价分析

4.3语义完整性评价分析

4.4不同制图产品面积对比分析

4.5制图结果不一致性原因探讨

5总结与展望

5.1研究总结

5.2论文的特色与创新

5.3研究展望

参考文献

致谢

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