基于多源遥感的沛北矿区景观格局演变与模拟研究

摘要

本文以遥感技术为主要手段，对徐州市沛北矿区进行景观格局多尺度效应研究，分析了景观格局演变与煤炭开采的协同关系，以耕地为主要研究对象，探讨煤炭开采力度与耕地破坏的关系。模拟在不同情境下矿区的土地空间格局演变状况。研究成果如下：
　　（1）基于IDL平台实现随机森林分类法，将沛北矿区分为水田、旱地、林地、园地、交通用地、水域、住宅用地、工矿用地、未利用地。同时，结合D-InSar地表塌陷信息和2010年实际塌陷水域分布图，将水域分为自然水域与塌陷水域。各期遥感影像的总分类精度均在91％以上，Kappa精度均在0.90以上。
　　（2）采用尺度-格局-过程模式分析了矿区景观演变状况，基于Ripley-L和O-ring函数分析了景观格局多尺度效应。根据景观类型的特征尺度计算景观格局指数，利用 Mann-Kendall法检测突变点，排除自然波动，分析煤炭开采与景观格局变化的协同关系。通过建立SD模型，分析煤矿区耕地变化与煤炭开采的协同关系。结果显示2006和2010年分别为煤炭开采扰动影响最大时期和景观格局状况恢复时期，煤炭开采系数最佳范围为0.8-1.2。
　　（3）利用遥感处理方法反演了矿区农作物 NPP值和土壤湿度，并构建ANN-CLUE-S模型模拟了矿区在不同情景下2025年土地利用空间格局。模拟结果表明，在自然发展情景下，建筑用地增速缓慢，塌陷水域面积有所减少，耕地损毁状况有所缓解，多数煤矿进入稳产期，矿区经济稳步发展；在可持续发展情景中，各生产活动以土地利用保护为主，经济发展为辅，矿区土地景观状况得到极大恢复，相反，矿区经济状况受到很大制约；经济发展情景中，矿区建筑用地量显著增加，塌陷水域范围迅速扩大，区域耕地状况进一步恶化。因此，在当前各煤矿稳产阶段合理规划土地利用格局，能有效的兼顾矿区经济发展和土地生态保护。

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变量注释表

1 绪论

1.1研究背景及意义(Research Background and Significance)

1.2国内外研究进展(Research Progress at Home and Abroad)

1.3研究内容与技术路线(Research Contents and Technical Route)

2 研究区概况与遥感数据处理

2.1矿区的定义(Definition of MiningArea)

2.2研究区概况(General Situation of StudyArea)

2.3 数据源选取(Data Source Selection)

2.4 遥感数据预处理(Remote Sensing Data Preprocessing)

2.5 本章小结(Summary)

3 矿区地表塌陷信息提取及遥感解译

3.1 基于 D-InSAR 技术的矿区地表沉陷信息提取(Information Extraction of Surface Subsidence inMining Area Based on D-InSAR Technology)

3.2基于随机森林分类法的矿区土地利用分类(Classification of LandUse in Mining Areas Based onRandom Forest Classification)

3.3 本章小结(Summary)

4 矿区景观格局演变与煤炭资源开采协同关系分析

4.1 基于Ripley-L和O-ring函数的景观格局尺度效应分析(Scale Effect Analysis of Landscape Pattern Based on Ripley-L and O-ring Function)

4.2沛北矿区景观格局演变分析(Analysis of the Pei Bei Mine Landscape Pattern Evolution)

4.3矿区煤炭开采与景观格局变化协同关系分析(Analysis on the Relationship Between Coal Mining and Landscape Pattern Change in Mining Area)

4.4 本章小结(Summary)

5 基于ANN-CLUE-S模型的矿区土地利用空间格局模拟分析

5.1ANN-CLUE-S模型的构建(Construction of ANN-CLUE-S Model)

5.2ANN-CLUE-S模型驱动因子的选取(Selection of Driving Factors of ANN-CLUE-SModel)

5.3ANN-CLUE-S模型的验证(Validation of ANN-CLUE-S Model)

5.4矿区土地利用情景模拟(Scene Simulation of Land Use in Mining Area)

5.5 本章小结(Summary)

6 结论与展望

6.1 主要研究结论(Main Research Conclusions)

6.2论文不足与展望(Deficiency and Prospect of the Paper)

参考文献

作者简历

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