-21-第一章緒論1.1選題目的與意義土地利用是指人類(lèi)及其生境利用土地的方式，一般通常強(qiáng)調(diào)土地對(duì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的功能作用。一個(gè)地區(qū)的土地利用模式是自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素以及人類(lèi)在時(shí)間和空間上利用這些因素的結(jié)果[1]。分析歷年來(lái)區(qū)域不同種地表類(lèi)型之間的轉(zhuǎn)換以及城市化進(jìn)程對(duì)土地利用的影響，研究土地利用變化對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的作用力。研究土地利用變化可以分應(yīng)一個(gè)地區(qū)的人類(lèi)勞動(dòng)與土地結(jié)合獲得物質(zhì)產(chǎn)品和服務(wù)的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)問(wèn)題，也可以反應(yīng)這個(gè)地區(qū)土地質(zhì)量特性和社會(huì)土地需求協(xié)調(diào)所決定的土地功能過(guò)程，還可以反映當(dāng)?shù)刈匀粴夂驐l件對(duì)生態(tài)變化的影響?？傊芯客恋乩脤?duì)于協(xié)調(diào)\t"/item/%E5%9C%9F%E5%9C%B0%E5%88%A9%E7%94%A8/_blank"人地關(guān)系、發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)有重要的作用。除地理學(xué)以外，經(jīng)濟(jì)科學(xué)、農(nóng)業(yè)科學(xué)、城市科學(xué)等學(xué)科也以不同方式研究土地利用。因此本文以甘肅省蘭州市西固區(qū)馬圈溝為例，馬圈溝地區(qū)泥石流問(wèn)題不但影響當(dāng)?shù)嘏c外界聯(lián)系的道路及蘭州市環(huán)城公路的暢通，而且還影響當(dāng)?shù)鼐用竦纳a(chǎn)生存問(wèn)題，甚至在上世紀(jì)六十年代造成六十余人喪命。因此馬圈溝地區(qū)土地利用變化以及原因分析對(duì)泥石流等重大地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)的工作十分重要。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者利用遙感數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)在不同分辨率下提取土地利用覆蓋信息，這些信息對(duì)于農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)，災(zāi)害監(jiān)測(cè)，城市擴(kuò)張分析，礦點(diǎn)分布提取等具有重要的應(yīng)用價(jià)值。ElGammal[2]等利用遙感數(shù)據(jù)提取的分類(lèi)結(jié)果使用了多個(gè)不同時(shí)間段（1972、1982、1987、2000、2003和2008）的陸地衛(wèi)星圖像，并在ERDAS和ARCGIS軟件中處理這些圖像，以分析湖岸及其水量的變化。Bhagawa[3]根據(jù)加德滿(mǎn)都大都會(huì)四個(gè)土地利用/土地覆蓋圖中使用地理信息系統(tǒng)提取的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了變化分析。他認(rèn)為，土地利用統(tǒng)計(jì)和過(guò)渡矩陣是分析土地利用變化的重要信息。ElAsmar等ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>El-Asmar</Author><Year>2013</Year><RecNum>392</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[8]</style></DisplayText><record><rec-number>392</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tz0twd09s599vaere26pv2doxz5xrtrwvvww"timestamp="1554294710">392</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>El-Asmar,HeshamM</author><author>Hereher,MohamedE</author><author>ElKafrawy,SamehB</author></authors></contributors><titles><title>SurfaceareachangedetectionoftheBurullusLagoon,NorthoftheNileDelta,Egypt,usingwaterindices:Aremotesensingapproach</title><secondary-title>TheEgyptianJournalofRemoteSensingandSpaceScience</secondary-title></titles><periodical><full-title>TheEgyptianJournalofRemoteSensingandSpaceScience</full-title></periodical><pages>119-123</pages><volume>16</volume><number>1</number><dates><year>2013</year></dates><isbn>1110-9823</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[4]在埃及尼羅河三角洲北部的Burullus瀉湖應(yīng)用了遙感指數(shù)，即歸一化差水指數(shù)（ndwi）和修正的歸一化差水指數(shù)（mndwi），以量化1973至2011年間瀉湖水體面積的變化。Rawat等ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Rawat</Author><Year>2013</Year><RecNum>397</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[13]</style></DisplayText><record><rec-number>397</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tz0twd09s599vaere26pv2doxz5xrtrwvvww"timestamp="1554295106">397</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Rawat,JS</author><author>Biswas,Vivekanand</author><author>Kumar,Manish</author></authors></contributors><titles><title>Changesinlanduse/coverusinggeospatialtechniques:acasestudyofRamnagartownarea,districtNainital,Uttarakhand,India</title><secondary-title>TheEgyptianJournalofRemoteSensingandSpaceScience</secondary-title></titles><periodical><full-title>TheEgyptianJournalofRemoteSensingandSpaceScience</full-title></periodical><pages>111-117</pages><volume>16</volume><number>1</number><dates><year>2013</year></dates><isbn>1110-9823</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[5]對(duì)印度北方卡罕（印度）Kumaun喜馬拉雅的五個(gè)主要城鎮(zhèn)（即Ramnagar、Nainital、Bhimtal、Almora和Haldwani）的土地利用/土地覆蓋進(jìn)行了研究。根據(jù)1990年至2010年土地利用/土地覆蓋變化的20年衛(wèi)星數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)，由于在農(nóng)業(yè)和植被土地上建造新建筑，建成面積急劇增加。Amin等ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Arshad</Author><Year>2012</Year><RecNum>398</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[14]</style></DisplayText><record><rec-number>398</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tz0twd09s599vaere26pv2doxz5xrtrwvvww"timestamp="1554295112">398</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Arshad,Amin</author><author>Arif,Amin</author><author>Singh,SudhirKumar</author></authors></contributors><titles><title>StudyofurbanlandusedynamicsinSrinagarcityusinggeospatialapproach</title><secondary-title>Bulletinofenvironmentalandscientificresearch</secondary-title></titles><periodical><full-title>Bulletinofenvironmentalandscientificresearch</full-title></periodical><pages>18-24</pages><volume>1</volume><number>2</number><dates><year>2012</year></dates><isbn>2278-5205</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[6]對(duì)克什米爾河谷斯利那加市的土地利用/土地覆蓋圖進(jìn)行了研究。他們觀察到，從1990年到2007年，斯利那加市發(fā)生了重大變化。分析還表明，土地利用方式的變化導(dǎo)致了森林面積、空地等的損失。Kumar等ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Kumar</Author><Year>2013</Year><RecNum>399</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[15]</style></DisplayText><record><rec-number>399</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tz0twd09s599vaere26pv2doxz5xrtrwvvww"timestamp="1554295118">399</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Kumar,Pavan</author><author>Sharma,LaxmiKant</author><author>Pandey,PremChandra</author><author>Sinha,Suman</author><author>Nathawat,MahendraSingh</author></authors></contributors><titles><title>Geospatialstrategyfortropicalforest-wildlifereservebiomassestimation</title><secondary-title>IEEEJournalofSelectedTopicsinAppliedEarthObservationsandRemoteSensing</secondary-title></titles><periodical><full-title>IEEEJournalofSelectedTopicsinAppliedEarthObservationsandRemoteSensing</full-title></periodical><pages>917-923</pages><volume>6</volume><number>2</number><dates><year>2013</year></dates><isbn>1939-1404</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[7]利用森林調(diào)查和地理空間方法，開(kāi)展了關(guān)于沙里卡野生動(dòng)物保護(hù)區(qū)生物量估算的研究，以根據(jù)在地塊級(jí)別測(cè)量的生物量與相關(guān)光譜特征之間的統(tǒng)計(jì)相關(guān)性，開(kāi)發(fā)了一個(gè)地面分布生物量與光譜特征的識(shí)別模型。盧曉峰ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>盧曉峰</Author><Year>2008</Year><RecNum>394</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[17]</style></DisplayText><record><rec-number>394</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tz0twd09s599vaere26pv2doxz5xrtrwvvww"timestamp="1554294745">394</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>盧曉峰</author></authors></contributors><titles><title>基于RS和GIS的鄭州市城市擴(kuò)展研究</title></titles><dates><year>2008</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[8]利用RS和GIS技術(shù)，使用1988年和2001年的TM/ETM+遙感影像鄭州市城市分類(lèi)以及擴(kuò)展情況進(jìn)行了研究。將歸一化建筑指數(shù)(NDBI)、歸一化水體指數(shù)(NDWI)和土壤調(diào)節(jié)植被指數(shù)(SAVI)作為鄭州市城市地表覆蓋類(lèi)型城鎮(zhèn)用地、水體和植被的判別指數(shù)。采用最大似然法基于Envi掩膜功能和Arcgis工具的空間疊加分析功能對(duì)城市擴(kuò)展的面積、方向及速率等信息進(jìn)行了提取，最終分析城市擴(kuò)展情況。結(jié)果表明：1988年-2001年鄭州城區(qū)面積共擴(kuò)展61.33平方公里，平均每年擴(kuò)展4.7平方公里，可近似看作是以二七廣場(chǎng)為中心向四周呈同心圓式蔓延擴(kuò)展。張帥ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>張帥</Author><Year>2012</Year><RecNum>395</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[18]</style></DisplayText><record><rec-number>395</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tz0twd09s599vaere26pv2doxz5xrtrwvvww"timestamp="1554294750">395</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>張帥</author><author>邵全琴</author><author>劉紀(jì)遠(yuǎn)</author><author>徐新良</author></authors></contributors><titles><title>黃河源區(qū)瑪多縣土地利用/覆被及景觀格局變化的遙感分析</title><secondary-title>地球信息科學(xué)學(xué)報(bào)</secondary-title></titles><periodical><full-title>地球信息科學(xué)學(xué)報(bào)</full-title></periodical><pages>109-115,128,141</pages><volume>9</volume><number>4</number><dates><year>2012</year></dates><isbn>1560-8999</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[9]利用1977、1990及2003年MSS、TM多時(shí)相遙感數(shù)據(jù)，借助機(jī)交互的解譯與GIS技術(shù)，成功提取黃河源地區(qū)瑪多縣土地利用/覆蓋信息，另外通過(guò)FRAGSTATS軟件對(duì)瑪多縣景觀級(jí)別的動(dòng)態(tài)特征進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：草地地表是瑪多縣的土地利用/覆被類(lèi)型的主要分布，占該縣總面積的77.92%，在這期間，這一主要覆蓋地表出現(xiàn)了嚴(yán)重的退化現(xiàn)象，草地沙化嚴(yán)重，進(jìn)而導(dǎo)致草地植被覆蓋度大大降低。景觀破碎化程度呈現(xiàn)先下降后上升的變化趨勢(shì)，并且朝著越來(lái)越多樣化的方向發(fā)展?？偠灾?，學(xué)者們分別從那些方面利用遙感影像，運(yùn)用了那些手段，解決了那些問(wèn)題，為今后利用遙感信息，研究那些問(wèn)題提供了有益的探索。遙感數(shù)據(jù)的應(yīng)用可以使研究土地利用變化的時(shí)間更短、成本更低、準(zhǔn)確度更好成為可能，與提供數(shù)據(jù)分析、更新和檢索適當(dāng)平臺(tái)的地理信息系統(tǒng)。高空間分辨率衛(wèi)星圖像和更先進(jìn)的圖像處理和地理信息系統(tǒng)技術(shù)的出現(xiàn)，導(dǎo)致了對(duì)土地利用模式進(jìn)行更為常規(guī)和一致的監(jiān)測(cè)和建模的轉(zhuǎn)變。遙感已廣泛應(yīng)用于土地利用圖的更新，土地利用圖已成為遙感最重要的應(yīng)用之一ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Lo</Author><Year>2004</Year><RecNum>382</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[5]</style></DisplayText><record><rec-number>382</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tz0twd09s599vaere26pv2doxz5xrtrwvvww"timestamp="1554294515">382</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Lo,CP</author><author>Choi,Jinmu</author></authors></contributors><titles><title>Ahybridapproachtourbanlanduse/covermappingusingLandsat7EnhancedThematicMapperPlus(ETM+)images</title><secondary-title>InternationalJournalofRemoteSensing</secondary-title></titles><periodical><full-title>Internationaljournalofremotesensing</full-title></periodical><pages>2687-2700</pages><volume>25</volume><number>14</number><dates><year>2004</year></dates><isbn>0143-1161</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[10]。Landsat系列遙感衛(wèi)星能夠全面展現(xiàn)過(guò)去40多年地球表面的土地變化信息，同時(shí)該數(shù)據(jù)對(duì)用戶(hù)免費(fèi)開(kāi)放，代表了識(shí)別和監(jiān)測(cè)人造和物理環(huán)境變化的大量信息ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Bastawesy</Author><Year>2014</Year><RecNum>384</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[6,7]</style></DisplayText><record><rec-number>384</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tz0twd09s599vaere26pv2doxz5xrtrwvvww"timestamp="1554294553">384</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Bastawesy,MohammedEl</author></authors></contributors><titles><title>HydrologicalscenariosoftheRenaissanceDaminEthiopiaanditshydro-environmentalimpactontheNiledownstream</title><secondary-title>JournalofHydrologicEngineering</secondary-title></titles><periodical><full-title>JournalofHydrologicEngineering</full-title></periodical><pages>04014083</pages><volume>20</volume><number>7</number><dates><year>2014</year></dates><isbn>1084-0699</isbn><urls></urls></record></Cite><Cite><Author>Chander</Author><Year>2009</Year><RecNum>383</RecNum><record><rec-number>383</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tz0twd09s599vaere26pv2doxz5xrtrwvvww"timestamp="1554294547">383</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Chander,Gyanesh</author><author>Markham,BrianL</author><author>Helder,DennisL</author></authors></contributors><titles><title>SummaryofcurrentradiometriccalibrationcoefficientsforLandsatMSS,TM,ETM+,andEO-1ALIsensors</title><secondary-title>Remotesensingofenvironment</secondary-title></titles><periodical><full-title>RemoteSensingofEnvironment</full-title></periodical><pages>893-903</pages><volume>113</volume><number>5</number><dates><year>2009</year></dates><isbn>0034-4257</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[11,12]。大量研究已經(jīng)表明，Landsat系列數(shù)據(jù)在進(jìn)行準(zhǔn)確可靠的變化檢測(cè)分析中的重要性ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>El-Asmar</Author><Year>2013</Year><RecNum>385</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[8]</style></DisplayText><record><rec-number>385</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tz0twd09s599vaere26pv2doxz5xrtrwvvww"timestamp="1554294558">385</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>El-Asmar,HeshamM</author><author>Hereher,MohamedE</author><author>ElKafrawy,SamehB</author></authors></contributors><titles><title>SurfaceareachangedetectionoftheBurullusLagoon,NorthoftheNileDelta,Egypt,usingwaterindices:Aremotesensingapproach</title><secondary-title>TheEgyptianJournalofRemoteSensingandSpaceScience</secondary-title></titles><periodical><full-title>TheEgyptianJournalofRemoteSensingandSpaceScience</full-title></periodical><pages>119-123</pages><volume>16</volume><number>1</number><dates><year>2013</year></dates><isbn>1110-9823</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[13]。對(duì)于馬圈溝這一泥石流災(zāi)害頻發(fā)的地區(qū)，土地利用提取信息的價(jià)值得以體現(xiàn)，通過(guò)高分辨率數(shù)據(jù)得到的分類(lèi)結(jié)果，可以總結(jié)年時(shí)間序列上馬圈溝土地利用變化特征，對(duì)泥石流災(zāi)害發(fā)生前后的圖例變化特征進(jìn)行分析，構(gòu)建災(zāi)害預(yù)測(cè)模型對(duì)馬家溝地區(qū)具有重要意義。1.3主要研究?jī)?nèi)容與技術(shù)路線(xiàn)1.3.1研究?jī)?nèi)容本研究利用NASA的陸地衛(wèi)星（Landsat）1991、2000以及2016年不同時(shí)間的Landsat圖像，在26年的時(shí)間內(nèi)量化自1991年以來(lái)馬圈溝土地利用覆蓋的變化。，致力于甘肅省西固區(qū)馬圈溝的歷史土地利用并研究該地區(qū)泥石流與土地利用變化之間的關(guān)系。本研究在采用通過(guò)在基于對(duì)象和像素的圖像分析框架中使用谷歌衛(wèi)星影像統(tǒng)計(jì)研究區(qū)內(nèi)建筑用地、耕地、林地、山體四種地表類(lèi)型的訓(xùn)練樣點(diǎn)，每個(gè)時(shí)相的影像各統(tǒng)計(jì)一次，得到各自的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，根據(jù)不同地表類(lèi)型樣點(diǎn)在三波段合成圖像中不同時(shí)期的反射特征和空間差異特征信息，基于最大似然分類(lèi)方法對(duì)整個(gè)馬圈溝地表覆蓋類(lèi)型進(jìn)行區(qū)分，得到五個(gè)時(shí)期馬圈溝地表覆蓋類(lèi)型分類(lèi)圖，根據(jù)不同時(shí)期的地表利用分類(lèi)圖根據(jù)不同時(shí)期的土地利用分類(lèi)圖，對(duì)馬圈溝土地利用變化及其進(jìn)行分析。最后結(jié)合西固區(qū)統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)對(duì)馬圈溝土地利用變化情況的驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行分析。1.3.2技術(shù)路線(xiàn)1.本文的技術(shù)路線(xiàn)圖如下所示：21.查閱馬圈溝相關(guān)地質(zhì)資料，收集研究數(shù)據(jù)，分別為三景Landsat遙感影像。制定相應(yīng)的土地調(diào)查利用分析方案，以最大似然法的監(jiān)督方法進(jìn)行分類(lèi)。2.收集研究數(shù)據(jù)，分別為三景Landsat遙感影像。。提取遙感影像土地利用信息，最大似然法的監(jiān)督方法進(jìn)行分類(lèi)，提取歷年來(lái)土地利用類(lèi)型信息3.，分析土地利用面積變化特征，并土地利用變化原因進(jìn)行分析3.對(duì)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，基于Envi中的FLAASH模塊進(jìn)行大氣校正，然后進(jìn)行假彩色合成。4.在研究區(qū)假彩色圖中選擇相應(yīng)的感興趣區(qū)域，使用最大似然法進(jìn)行分類(lèi)。5.使用混淆矩陣對(duì)分類(lèi)結(jié)果進(jìn)行精度評(píng)價(jià)。6.根據(jù)分類(lèi)結(jié)果提取相應(yīng)的土地利用面積進(jìn)行變化特征分析。7.結(jié)合遙感數(shù)據(jù)與調(diào)查資料對(duì)土地利用變化原因進(jìn)行分析。圖2.1技術(shù)路線(xiàn)圖第二章研究區(qū)概況2.1研究區(qū)自然地理馬圈溝位于甘肅省蘭州市西固區(qū)的南部，西固區(qū)是蘭州市西大門(mén)，是甘肅省和蘭州市的核心工業(yè)區(qū)、中國(guó)西部最大的石油化工基地，目前已成為西部地區(qū)生產(chǎn)要素最密集的區(qū)域之一。西固區(qū)地勢(shì)總特征是西南及南部高、東北低，黃河由西向東橫穿全境，南北兩山對(duì)峙并向黃河谷地傾斜。而本文的研究區(qū)馬圈溝位于西固區(qū)南部，馬圈溝主溝道總長(zhǎng)6.1km，溝口據(jù)黃河主河道4.4km，溝道最寬處不超過(guò)50m。馬圈溝流域東西向最寬處長(zhǎng)約2.3km，最窄處長(zhǎng)約0.4km，流域面積為9.3km2。馬圈溝占地面積約900萬(wàn)平方米，北緯36°1′至36°5′，東經(jīng)103°36′至103°38′（如圖2.1）。2.1蘭州馬圈溝地理位置圖2.2研究區(qū)水文氣象馬圈溝地處大陸內(nèi)地，遠(yuǎn)離海洋，大陸性氣候顯著。日照較為充足，降水少，蒸發(fā)量比較大，春季干燥且干旱多風(fēng)；夏季熱且降水較為集中；秋季溫度適宜；到了冬季溫度低但降雪少。馬圈溝是我國(guó)東部地區(qū)，蒙新和新疆地區(qū)，青藏高原三大地理區(qū)就氣溫而言的過(guò)渡地帶，氣候溫和的時(shí)間占全年一半以上，夏季一般不會(huì)出現(xiàn)高溫。比同緯度的東部地區(qū)涼爽得多是因?yàn)橐虻貏?shì)與泰山的海拔相差不大，最熱的七月，平均氣溫也僅22.6℃。而在冬季，四周環(huán)山，特別是祁連山東段擋住了南下的寒潮，故較附近的黃土高原暖和，最冷的一月份。年均降水量329mm，集中在夏季。65年來(lái)馬圈溝流域年降水量總體呈逐下降趨勢(shì)，降水量每10年大約減少8.2mm；流域全年日照時(shí)數(shù)平均2446小時(shí)，無(wú)霜期180天以上，最大凍土深度1.07m，最大風(fēng)速21.4m/s，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)楸北睎|，次風(fēng)向?yàn)槟衔?。馬圈溝地處大陸內(nèi)地，遠(yuǎn)離海洋，大陸性氣候顯著。降水偏少，日照充足，蒸發(fā)量大，氣候干燥。春季干旱多風(fēng)；夏季酷暑，降水集中；秋季涼爽；冬季寒冷少雪。就氣溫來(lái)說(shuō)，馬圈溝是中國(guó)東部地區(qū)、蒙新地區(qū)和青藏高原三大自然地理區(qū)的過(guò)渡地帶，一年當(dāng)中的大部分時(shí)間氣候溫和，夏季沒(méi)有酷熱的暑天，因地勢(shì)相當(dāng)于泰山的海拔高度，所以比同緯度的東部地區(qū)涼爽得多，最熱的七月，平均氣溫也僅22.6℃。而在冬季，四周環(huán)山，特別是祁連山東段擋住了南下的寒潮，故較附近的黃土高原暖和，最冷的一月份。年均降水量328mm，主要集中在6—9月，其降水量約占全年降水量的60%以上，流域年降水量最大值為537mm（1978年），最小值為168mm（2006年），降水最多及最少年份的年降水量相差368mm，春季平均降水量為61.08mm，夏季平均降水量為171.87mm，秋季平均降水量為72.49mm，冬季平均降水量為5.2mm（表2.1），流域日最大降水量96.8mm，小時(shí)最大降水量52.0mm，10分鐘最大降水量18.6mm，近65年來(lái)馬圈溝流域年降水量總體呈下降趨勢(shì)，降水量每10年大約減少8.2mm；流域全年日照時(shí)數(shù)平均2446小時(shí)，無(wú)霜期180天以上，最大凍土深度1.07m，最大風(fēng)速21.4m/s，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)楸北睎|，次風(fēng)向?yàn)槟衔?。?.1馬圈溝流域1951—2015年降水量統(tǒng)計(jì)表時(shí)間平均值/mm最小值/mm最大值/mm極值比春季62.081218615.5夏季171.88503416.82秋季72.49171589.29冬季5.2021—全年311.651695363.17馬圈溝所屬黃河流域，黃河蘭州段全長(zhǎng)152km，由西向東彎曲呈“W”形自城區(qū)北部流過(guò)，其中流經(jīng)市區(qū)45km，河道平均比降為1.02‰，黃河蘭州段河面較寬，一般在200~500m，水深一般在1.5~3m，河水平均含沙量為1.57kg/m3，多年平均輸沙率為2761kg/s，蘭州站小水年年平均流量為681m3/s，多水年年平均流量為1360m3/s，中水年年平均流量為1060m3/s，河水平均流速1.0m/s，最大流速5.75m/s，最小流速0.42m/s。黃河上游徑流主要為流域內(nèi)降水形成，以雨水補(bǔ)給為主，融雪補(bǔ)給為輔，徑流量中地表徑流約占60%，地下徑流約占40%。馬圈溝為黃河右岸一級(jí)支溝，其中上游有泉水溢出，流量為0.03m3/s（2009年）。2.3研究區(qū)地質(zhì)條件2.3.1馬圈溝出露地層主要有：：（一）前第四系1.奧陶系中上統(tǒng)霧宿山群（O2-3wx）：主要出露于流域西南部山地。其巖性為變質(zhì)安山巖、凝灰質(zhì)角礫巖、變質(zhì)砂巖和結(jié)晶灰?guī)r等。2.白堊系（K）：出露于馬圈溝王家營(yíng)一帶溝道中，分布范圍較小。巖性為棕紅色、紫紅色及銹黃色泥巖、砂礫巖互層，底部為灰綠色砂質(zhì)礫巖或砂巖，其中以棕紅色、紫紅色厚層-塊狀粉砂質(zhì)泥巖占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，夾紫灰、紫紅色薄層至巨厚層的中細(xì)粒砂巖和少量棕紅色薄層泥質(zhì)粉砂巖，偶夾綠灰色薄層粉砂巖。砂巖巖層穩(wěn)定，并見(jiàn)有粒序?qū)永怼⑿睂永怼⒔诲e(cuò)層理、龜裂、蟲(chóng)跡和植物化石碎片，常見(jiàn)0.5~1cm厚的裂隙和夾層石膏。（二）第四系1.上更新統(tǒng)風(fēng)積黃土（Q3eol）：廣泛分布于流域的丘陵、Ⅳ級(jí)階地及其以上的高階地殘塬地帶，厚度一般10~30m，疏松，具垂直節(jié)理和大空隙。夾厚度在10m左右的砂礫卵石透鏡體，疏松、半膠結(jié)，分選較差，磨圓度次棱角狀。2.上更新統(tǒng)沖積粉土、砂礫石層（Q3al）：下伏于流域黃河Ⅳ級(jí)及其以上階地黃土之下，具二元結(jié)構(gòu)。自下而上砂礫石層厚5~10m，松散，磨圓度較好，分選性差，礫石成分復(fù)雜；粉土厚10~20m，疏松，孔隙發(fā)育，具清晰的水平層理。3.全新統(tǒng)沖洪積粉土、砂礫石層（Q4al-pl）：主要有分布于北部河谷及溝口以下溝道、排導(dǎo)渠內(nèi)。河谷Ⅰ、Ⅱ級(jí)階地及漫灘的粉土、砂礫石層，厚度一般幾米到十幾米，是地下潛水的主要賦存場(chǎng)所；溝谷地帶的碎石土，厚2~3m，松散，土質(zhì)含量高。2.3.2土地工程地質(zhì)類(lèi)型土體的工程地質(zhì)特征決定于組成土體的各類(lèi)土的工程地質(zhì)特征和土體結(jié)構(gòu)，流域內(nèi)土體大致可劃分為風(fēng)力堆積、水力堆積及重力堆積三類(lèi)，可進(jìn)一步劃分土型：1.砂土～碎礫土雙層土體（Q4al-pl）：主要分布于黃河Ⅰ~Ⅱ級(jí)階地及一級(jí)支溝溝谷中，具有二元結(jié)構(gòu)，上部為砂土，下部為碎礫土。上部砂土基本特征值為γ=15.0KN/m3，φ=20°，c=10kPa，?ak=140kPa；下部為砂礫卵石基本特征值為γ=19.0KN/m3，φ=40°，?ak=400kPa。2.碎石土單層土體（Q4del）：為滑坡、泥石流堆積物，分布于山前、溝坡及溝谷漫灘和溝口一帶，成分復(fù)雜，其巖性與溝谷中出露巖性一致。物理力學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，工程地質(zhì)性質(zhì)差。3.粘性土～砂土～砂礫石多層土體（Q4al）：分布于黃河Ⅲ~ⅤⅢ級(jí)階地底部。上部為粘性土，下部為砂土、碎礫土。上部粘性土密實(shí)～稍密，可塑。上部粘性土基本特征值為γ=17.0KN/m3，φ=26°，c=10kPa，?ak=140kPa；下部礫卵石基本特征值為γ=21.0KN/m3，φ=40°，?ak=500kPa。4.粉土-粉質(zhì)粘土-粉性土多層土體（Q4eol）：流域內(nèi)廣泛分布，為馬蘭黃土。土體具有大孔隙，結(jié)構(gòu)疏松，垂直節(jié)理發(fā)育，無(wú)層理。隨原始地形的起伏厚度變化較大，一般厚50~100m。其成分主要由石英和長(zhǎng)石組成，土體處于軟塑-可塑狀態(tài)，具強(qiáng)濕陷性。粉土基本特征值為γ=15.4KN/m3，φ=26°，c=7.0kPa，?ak=180kPa；粉質(zhì)粘土，基本特征值為γ=18.8KN/m3，φ=28°，c=8.0kPa，?ak=190kPa。丘陵區(qū)粉土基本特征值為γ=14.0KN/m3，φ=22°，c=14.0kPa，?ak=140kPa。該類(lèi)土體是馬圈溝流域崩塌、滑坡災(zāi)害的多發(fā)地層和易滑巖組。2.3.3巖體工程地質(zhì)類(lèi)型依據(jù)巖體建造類(lèi)型、巖體結(jié)構(gòu)、巖相類(lèi)型及其力學(xué)性質(zhì)，馬圈溝流域可分為兩類(lèi)工程地質(zhì)巖組：1.層狀堅(jiān)硬變質(zhì)安山巖、硅質(zhì)千枚巖巖組（O）分布于流域西南部山地，由奧陶系地層組成，巖性為變質(zhì)安山巖、凝灰角礫巖、變質(zhì)砂巖、結(jié)晶灰?guī)r。層塊狀結(jié)構(gòu)，抗壓強(qiáng)度80~180MPa，為較好的工程地質(zhì)巖組。2.層狀軟弱～半堅(jiān)硬泥巖、砂巖巖組（k）為流域內(nèi)丘陵、河谷地帶主要基座巖體，僅在馬圈溝王家營(yíng)一帶溝道中出露。由白堊系地層組成，巖性主要為紫紅色砂巖、泥巖互層夾透鏡狀砂巖。中厚層～薄層狀結(jié)構(gòu)。該巖組中砂巖質(zhì)地堅(jiān)硬，而泥巖則較軟弱，為不良工程地質(zhì)巖組。砂巖基本特征值為γ=24.32KN/m3，φ=36°，?ak=1500kPa；泥巖基本特征值為γ=24.93KN/m3，φ=26°，?ak=2000kPa。近年來(lái)，人類(lèi)工程活動(dòng)的增加對(duì)馬圈溝溝谷內(nèi)工程地質(zhì)條件產(chǎn)生了一定影響：一是以公路建設(shè)、天然氣輸氣管道工程、電力線(xiàn)路工程、綠化上水工程、綠化土地平整、采砂取土及其它建設(shè)項(xiàng)目等為主的工程活動(dòng)近年來(lái)強(qiáng)度不斷增大，形成大量棄土，對(duì)山坡的穩(wěn)定也產(chǎn)生了長(zhǎng)期的不利影響，誘發(fā)崩塌、滑坡，大大增加了溝谷內(nèi)泥石流松散固體物質(zhì)的來(lái)源；二是以城市生活、建筑垃圾為主的大量廢棄物堆積于溝道及排導(dǎo)渠，嚴(yán)重堵塞溝道和排導(dǎo)渠，既增加了溝谷內(nèi)泥石流松散固體物質(zhì)的來(lái)源，又加大了泥石流災(zāi)害的強(qiáng)度；三是城區(qū)開(kāi)發(fā)建設(shè)，存在占用、改造排洪道，降低其排洪能力的現(xiàn)象。2.4研究區(qū)泥流發(fā)育史甘肅省是全國(guó)為數(shù)不多的幾個(gè)大泥石流地質(zhì)災(zāi)害危害區(qū)其中之一，其中有53個(gè)縣發(fā)生過(guò)泥石流地質(zhì)災(zāi)害。據(jù)統(tǒng)計(jì)，境內(nèi)有泥石流溝六千余條，其中溝谷型和河谷型泥流溝5120條，大約占總數(shù)的八成，這些泥石流溝大部分集中在東部地區(qū)，河西地區(qū)較少，剩下為山坡型泥石流，而山坡型泥石流大部分分布在隴南市。受降水分布及暴雨出現(xiàn)次數(shù)的影響，甘肅省泥石流分布密度和暴發(fā)頻率由南向北呈遞減趨勢(shì)，大致可分為3個(gè)泥石流分布區(qū)：隴南黏性泥石流分布區(qū)；黃土高原泥流分布區(qū)；河西內(nèi)陸河流域稀性泥石流區(qū)蘭州西固區(qū)南部低山、丘陵及高階地地形切割強(qiáng)烈，溝坡陡峭，巖土體破碎、松散，崩塌、滑坡等不良地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育，諸溝道內(nèi)固體松散物質(zhì)豐富，泥石流災(zāi)害發(fā)育，若遇暴雨，往往形成破壞性極強(qiáng)的泥石流。曾于1958年、1964年、1979年、1984年、1986年、1996年及2004年，普遍發(fā)生洪水、泥石流災(zāi)害，淹沒(méi)城區(qū)、毀壞房屋、沖斷公路鐵路及橋梁，危害最為嚴(yán)重的是1965年7月20日、8月11日和8月19日，南部一帶連續(xù)幾次發(fā)生了大規(guī)模泥流，其中以65年7月20日爆發(fā)的泥流災(zāi)害最嚴(yán)重，由于杏胡臺(tái)及馬耳山區(qū)4小時(shí)降水達(dá)150mm，元托帽溝、馬圈溝和腦地溝等7條溝同時(shí)發(fā)生泥流，從西固福利區(qū)至陳官營(yíng)車(chē)站淤積面積達(dá)4km2，死亡約260余人、傷50余人，埋沒(méi)住宅20余棟、埋毀鐵路3.36km，中斷行車(chē)三十多個(gè)小時(shí)，直接經(jīng)濟(jì)損失將近億元。上世紀(jì)五十年代至今，馬圈溝歷史泥石流災(zāi)害共造成200人死亡、30人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)1500萬(wàn)元，在甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院編制的《蘭州市西固南山泥石流特大型地質(zhì)災(zāi)害—綜合防治前期（可行性）勘查報(bào)告》（2009年）中，將馬圈溝泥流災(zāi)情及險(xiǎn)情等級(jí)均劃分為特大級(jí)甘肅省是全國(guó)4大泥石流地質(zhì)災(zāi)害危害區(qū)之一，全省87個(gè)縣（市、區(qū)）中，其中有53個(gè)不同程度地發(fā)生過(guò)泥石流地質(zhì)災(zāi)害。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全省共有泥石流溝6260條，其中溝谷型和河谷型泥石流溝共5120條，占總數(shù)的82%（表2-1），這些泥石流溝大部分集中在東部地區(qū)，河西地區(qū)較少，其余為山坡型泥石流，而山坡型泥石流主要分布在隴南市。受降水分布和暴雨出現(xiàn)次數(shù)的影響，甘肅省泥石流分布密度和暴發(fā)頻率由南向北呈遞減趨勢(shì)，大致可分為3個(gè)泥石流分布區(qū)：隴南黏性泥石流分布區(qū)；黃土高原泥流分布區(qū)；河西內(nèi)陸河流域稀性泥石流區(qū)蘭州西固區(qū)南部低山、丘陵及高階地地形切割強(qiáng)烈，溝坡陡峭，巖土體破碎、松散，崩塌、滑坡等不良地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育，諸溝道內(nèi)固體松散物質(zhì)豐富，泥石流災(zāi)害發(fā)育，若遇暴雨，往往形成破壞性極強(qiáng)的泥石流。曾于1958年、1964年、1979年、1984年、1986年、1996年及2004年，普遍發(fā)生洪水、泥石流災(zāi)害，淹沒(méi)城區(qū)、毀壞房屋、沖斷公路鐵路及橋梁，危害最為嚴(yán)重的是1964年7月20日、8月12日和8月19日，南部一帶連續(xù)三次發(fā)生了大規(guī)模泥流，其中以7月20日凌晨爆發(fā)的泥流災(zāi)害最為嚴(yán)重，由于杏胡臺(tái)、馬耳山區(qū)4小時(shí)降水達(dá)150mm，元托帽溝、馬圈溝、腦地溝等7條溝同時(shí)發(fā)生泥流，沖出的泥砂量約60×104m3，從西固福利區(qū)至陳官營(yíng)車(chē)站淤積面積達(dá)4km2，死亡約250余人、傷60余人，埋沒(méi)住宅21棟、埋毀鐵路3.36km，中斷行車(chē)34小時(shí)之久，直接經(jīng)濟(jì)損失近億元。上世紀(jì)五十年代至今，馬圈溝歷史泥石流災(zāi)害共造成200人死亡、30人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)1500萬(wàn)元，在甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院編制的《蘭州市西固南山泥石流特大型地質(zhì)災(zāi)害—綜合防治前期（可行性）勘查報(bào)告》（2009年）中，將馬圈溝泥流災(zāi)情及險(xiǎn)情等級(jí)均劃分為特大級(jí)遙感影像信息提取與分析3.1數(shù)據(jù)與預(yù)處理本研究使用的遙感數(shù)據(jù)為1991年7月11日的LandsatThematicMapper（TM）影像數(shù)據(jù)、2000年8月12日的LandsatEnhancedThematicMapperPlus（ETM+）影像數(shù)據(jù)以及2016年7月31日的LandsatOLI數(shù)據(jù)。TM是Landsat5衛(wèi)星上的傳感器，是環(huán)境研究中最常用的數(shù)據(jù)之一。TM由七個(gè)波段組成，其中六個(gè)在可見(jiàn)光和近紅外波段，只有一個(gè)波段位于熱紅外區(qū)。TM1波段（中心波長(zhǎng)0.49μm）用于沿海水域研究，TM2（0.56μm）用于作物鑒定和植被階段研究，TM和TM4（分別為0.66和0.83μm）用于計(jì)算植被指數(shù)，即歸一化差異植被指數(shù)（NDVI）、TM5和TM7（1.65和2.22μm）可分別用于云、冰、雪和地質(zhì)構(gòu)造的判別，最后TM6波段（有效波長(zhǎng)11.457μm）用于進(jìn)行地表溫度（LST）反演。Landsat7衛(wèi)星于1999年發(fā)射，裝備有ETM+設(shè)備，ETM+被動(dòng)感應(yīng)地表反射的太陽(yáng)輻射和散發(fā)的熱輻射，有8個(gè)波段的感應(yīng)器，覆蓋了從紅外到可見(jiàn)光的不同波長(zhǎng)范圍。ETM+比起在Landsat4、5上裝備的TM設(shè)備在紅外波段的分辨率更高，因此有更高的準(zhǔn)確性。Landsat8衛(wèi)星于2013年2月11號(hào)發(fā)射，其攜帶有兩個(gè)主要載荷：OLI和TIRS。OLI陸地成像儀包括9個(gè)波段，空間分辨率為30米，其中包括一個(gè)15米的全色波段，成像寬幅為185x185km。OLI包括了ETM+傳感器所有的波段，為了避免大氣吸收特征，OLI對(duì)波段進(jìn)行了重新調(diào)整，比較大的調(diào)整是OLIBand5(0.845–0.885μm)，排除了0.825μm處水汽吸收特征；OLI全色波段Band8波段范圍較窄，這種方式可以在全色圖像上更好區(qū)分植被和無(wú)植被特征。此外，還有兩個(gè)新增的波段：藍(lán)色波段(band1;0.433–0.453μm)主要應(yīng)用海岸帶觀測(cè)，短波紅外波段(band9;1.360–1.390μm)包括水汽強(qiáng)吸收特征可用于云檢測(cè)；近紅外band5和短波紅外band9與MODIS對(duì)應(yīng)的波段接近。本研究下載的Landsat數(shù)據(jù)為T(mén)IF格式的數(shù)據(jù)，在使用前使用Envi對(duì)其進(jìn)行大氣校正以及地形校正。在下載數(shù)據(jù)之前，我們對(duì)數(shù)據(jù)的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制，根據(jù)研究區(qū)范圍選擇云量低于0.5%的Landsat影像，研究區(qū)內(nèi)云量幾乎沒(méi)有，因此不需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行去云處理。使用Arcgis在西固區(qū)矢量圖中提取馬圈溝的矢量shp圖，然后根據(jù)馬圈溝矢量shp圖對(duì)Landsat數(shù)據(jù)進(jìn)行裁剪，得到馬圈溝的各波段影像數(shù)據(jù)。圖3.1為馬圈溝1991年7月11日LandsatTM影像RGB合成假彩色圖、2000年8月12日LandsatETM+影像RGB合成假彩色圖、2016年7月31日LandsatOLI影像RGB合成假彩色圖。圖3.1馬圈溝各時(shí)期Landsat影像RGB假彩色合成圖3.2信息提取方法本文研究馬家溝地區(qū)土地利用變化采用監(jiān)督分類(lèi)中的最大似然分類(lèi)法，它是較為普遍使用的監(jiān)督分類(lèi)方法之一，也稱(chēng)為最大概似估計(jì)，也叫極大似然估計(jì)，是一種具有理論性的點(diǎn)估計(jì)法，最大似然分類(lèi)法基本思想是：通過(guò)求出每個(gè)像元對(duì)于各類(lèi)別歸屬概率，也稱(chēng)似然度，把該像元分到歸屬概率最大的類(lèi)別中去的方法。最大似然法假定訓(xùn)練區(qū)地物的光譜特征和自然界大部分隨機(jī)現(xiàn)象一樣，近似服從正態(tài)分布，利用訓(xùn)練區(qū)可求出均值、方差以及協(xié)方差等特征參數(shù)，從而可求出總體的先驗(yàn)概率密度函數(shù)。當(dāng)總體分布不符合正態(tài)分布時(shí)，其分類(lèi)可靠性將下降，這種情況下不宜采用最大似然分類(lèi)法。最大似然分類(lèi)法在多類(lèi)別分類(lèi)時(shí)，普遍采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法建立起一個(gè)判別函數(shù)集，然后依據(jù)這個(gè)判別函數(shù)集計(jì)算各待分象元的歸屬概率。本文研究馬家溝地區(qū)土地利用變化采用監(jiān)督分類(lèi)中的最大似然分類(lèi)法，它是較為普遍使用的監(jiān)督分類(lèi)方法之一，也稱(chēng)為最大概似估計(jì)，也叫極大似然估計(jì)，是一種具有理論性的點(diǎn)估計(jì)法，最大似然分類(lèi)法基本思想是：通過(guò)求出每個(gè)像元對(duì)于各類(lèi)別歸屬概率，也稱(chēng)似然度，把該像元分到歸屬概率最大的類(lèi)別中去的方法。最大似然法假定訓(xùn)練區(qū)地物的光譜特征和自然界大部分隨機(jī)現(xiàn)象一樣，近似服從正態(tài)分布，利用訓(xùn)練區(qū)可求出均值、方差以及協(xié)方差等特征參數(shù)，從而可求出總體的先驗(yàn)概率密度函數(shù)。當(dāng)總體分布不符合正態(tài)分布時(shí)，其分類(lèi)可靠性將下降，這種情況下不宜采用最大似然分類(lèi)法。最大似然分類(lèi)法在多類(lèi)別分類(lèi)時(shí)，普遍采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法建立起一個(gè)判別函數(shù)集，然后依據(jù)這個(gè)判別函數(shù)集計(jì)算各待分象元的歸屬概率。3.3解譯標(biāo)志土地利用分類(lèi)有其較為固定的解譯標(biāo)志，例如從遙感影像中看到淡綠色，收獲后呈灰黑色，形狀規(guī)則，邊界明顯，或淡綠色，收獲后呈亮白或亮粉色，形狀規(guī)則，邊界明顯，則該地區(qū)可以判定為耕地；看到暗綠色，NDVI高于120低于200，這該地區(qū)可以判定為草地；看到暗綠色，NDVI高于198低于255，主要呈斑塊狀和線(xiàn)狀分布，紋理呈顆粒狀或綠色，NDVI高于110低于200，主要呈斑塊狀和線(xiàn)狀分布，紋理呈顆粒狀，則可以判定為林地；看到灰黑色、青灰色中夾紫紅色、白色，內(nèi)部色調(diào)不均，折線(xiàn)輪廓不明顯，形狀不規(guī)則，則可以判定為建筑用地。具體內(nèi)容如表3.1土地利用現(xiàn)狀分類(lèi)體系及解譯標(biāo)志。表3.1土地利用現(xiàn)狀分類(lèi)體系及解譯標(biāo)志名稱(chēng)名稱(chēng)分類(lèi)體系解譯標(biāo)志耕地011水田指用于種植水稻、蓮藕等水生農(nóng)作物的耕地。包括實(shí)行水生、旱生農(nóng)作物輪種的耕地淡綠色，收獲后呈灰黑色，形狀規(guī)則，邊界明顯。012旱地指無(wú)灌溉設(shè)施，主要靠天然降水種植旱生家作物的耕地，包括沒(méi)有灌溉設(shè)施，僅靠引洪淤灌的耕地淡綠色，收獲后呈亮白或亮粉色，形狀規(guī)則，邊界明顯。草地043其它草地指樹(shù)林郁閉度＜0.1，表層為土質(zhì)，生長(zhǎng)草本植物為主，不用于畜牧業(yè)的草地暗綠色，NDVI高于120低于200。林地031有林地指樹(shù)木郁閉度≥0.2的喬木林地暗綠色，NDVI高于198低于255，主要呈斑塊狀和線(xiàn)狀分布，紋理呈顆粒狀。033其它林地包括疏林地（指樹(shù)木郁閉度≥0.1、＜0.2的林地）、未成林地、跡地、苗圊等林地綠色，NDVI高于110低于200，主要呈斑塊狀和線(xiàn)狀分布，紋理呈顆粒狀。建筑用地072農(nóng)村宅基地農(nóng)村用于生活居住的宅基地灰黑色、青灰色中夾紫紅色、白色，內(nèi)部色調(diào)不均，折線(xiàn)輪廓不明顯，形狀不規(guī)則3.4土地利用分類(lèi)結(jié)果使用Envi軟件進(jìn)入菜單點(diǎn)擊Classification--Supercised--LikelihoodClassification功能，對(duì)馬圈溝各期影像進(jìn)行土地利用分類(lèi)。在紅、綠、藍(lán)假彩色合成圖像上選擇感興趣區(qū)域，選擇過(guò)程借助于已經(jīng)授權(quán)的BIGEMAP提供的谷歌衛(wèi)星地圖，空間分辨率為0.97米，感興趣區(qū)域盡可能的的分布盡可能密集，包括建筑用地、耕地、林地、山體草地，計(jì)算樣本的可分離性，當(dāng)可分離性>1.9則滿(mǎn)足要求。紅色代表建筑用地，黃色代表耕地，淺綠色代表林地，深綠色代表山體。然后分別基于ENVI使用最大似然的分類(lèi)方法進(jìn)行分類(lèi)，將分類(lèi)結(jié)果結(jié)合研究區(qū)坐標(biāo)系信息輸出，借助Arcgis軟件生成馬圈溝不同時(shí)期的土地利用分類(lèi)結(jié)果圖，最大似然的分類(lèi)結(jié)果如下圖3.2所示。圖3.2為馬圈溝1991年7月11日土地利用分類(lèi)結(jié)果圖、2000年8月12日土地利用分類(lèi)結(jié)果圖、2016年7月31日土地利用分類(lèi)結(jié)果圖。圖3.2馬圈溝各時(shí)期土地利用分類(lèi)結(jié)果圖得到了根據(jù)1991年、2000年、2016年馬圈溝土地利用分類(lèi)圖。從圖中我們，可看出，近26年來(lái)，馬圈溝農(nóng)業(yè)和城市都得到了較為迅速的發(fā)展。在2000年以前，由于地形的原因，馬圈溝海拔較高，主要以山上的稀少的草地為主，平坦地表較少，土地利用情況主要以草地、耕地為主，草地占據(jù)了大半以上的土地。在海拔相對(duì)較低的周邊，分布有規(guī)劃較為平整的農(nóng)田以及密集的林地，在圖中以黃色和淺綠色表示。從1991年到2000年，耕地分布逐漸從周?chē)蛑虚g擴(kuò)展，根據(jù)谷歌衛(wèi)星地圖如圖3.3所示，擴(kuò)張的耕地地表主要為山地上的梯田，占用了早年的裸露山地以及分布有草木的山體。在馬圈溝南部，1991年分布了較多的林地，而在2000年一部分最南部的林地變更為了耕地，另一部分林地分布基本無(wú)大的面積和格局的變化。從2000年到2016年，西固區(qū)的城市分布擴(kuò)張到了馬圈溝的北部，以往分布的林地和農(nóng)田被占用為建筑用地，從衛(wèi)星地圖來(lái)看，在馬圈溝南部，一條較為寬闊的公路橫穿南部地區(qū)，以南是城區(qū)，以北主要為其他非建筑用地，在農(nóng)田密集分布的地區(qū)也出現(xiàn)了少量的建筑用地。同時(shí)，農(nóng)田面積進(jìn)一步擴(kuò)大，以近城區(qū)擴(kuò)大最為明顯，土地利用的變更主要來(lái)源于草地和林地。圖3.3馬圈溝谷歌衛(wèi)星地圖土地利用變化及原因分析4.1土地利用變化特征分析利用不同時(shí)期Landsat遙感影像和最大似然分類(lèi)方法。土地不同時(shí)期象元個(gè)數(shù)以及所占面積比進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（以馬圈溝經(jīng)緯度范圍內(nèi)為總面積），統(tǒng)計(jì)結(jié)果如以下表所示。表4.1為馬圈溝1991年7月11日土地利用象元個(gè)數(shù)以及所占面積比統(tǒng)計(jì)結(jié)果，圖表4.2為馬圈溝2000年8月12日土地利用象元個(gè)數(shù)以及所占面積比統(tǒng)計(jì)結(jié)果，表4.3為馬圈溝2016年7月3日土地利用象元個(gè)數(shù)以及所占面積比統(tǒng)計(jì)結(jié)果。表4.11991年7月11日土地利用分類(lèi)表ClasssummaryPixelCountpercent林地189210.200011草地715538.58429耕地9575.148526表4.22000年8月12日土地利用分類(lèi)表ClasssummaryPixelCountpercent耕地189710.226966林地113038.58429草地69778.148526表4.32016年7月31日土地利用分類(lèi)表ClasssummaryPixelCountpercent建筑用地5542.896624耕地214511.563922林地7063.806135草地695535.576024Landat影像的像素分辨率為30米，根據(jù)各土地利用類(lèi)別所占象元個(gè)數(shù)，可以計(jì)算出不同類(lèi)別地表所占面積以及變化的數(shù)據(jù)。計(jì)算結(jié)果如表1所示。表4.4馬圈溝基本土地利用面積統(tǒng)計(jì)表年份/地類(lèi)建筑用地（m2）耕地（m2）草地（m2）林地（m2）1991028650214710567602000056910209310339002016166206435019791021180增加1662035700-16800-35580統(tǒng)計(jì)資料來(lái)源于使用最大似然的監(jiān)督分類(lèi)方法對(duì)馬圈溝TM/ETM+/OLI影像的分類(lèi)結(jié)果。從表4.4對(duì)馬圈溝基本土地利用面積統(tǒng)計(jì)結(jié)果，我們可以更加清楚的看到土地利用面積的變化情況，從1991-2016年，馬圈溝建筑用地顯著增加，耕地面積呈顯著上升趨勢(shì)，草地面積呈緩慢下降趨勢(shì)，林地面積呈顯著下降趨勢(shì)。近26年來(lái)，馬圈溝地區(qū)人工地表面積增加了16620平方米，耕地面積增加了35700平方米，草地面積減少了16800平方米，林地面積減少了35580平方米。4.2土地利用變化原因分析據(jù)人類(lèi)活動(dòng)對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)影響程度的景觀表現(xiàn)，建筑用地是人類(lèi)干預(yù)強(qiáng)度最為顯著的一類(lèi)。從分類(lèi)結(jié)果圖中我們可看出，近26年來(lái)，馬圈溝建筑地面積從無(wú)到有，并且在2016年擴(kuò)張至16620平方米，占據(jù)了馬圈溝總土地利用面積的5.54%，隨后建筑地主要集中在馬圈溝北部城區(qū)范圍。在2000年以前，城市規(guī)劃并未擴(kuò)展至該地區(qū)，周邊鄉(xiāng)下可能零星分布一些建筑用地，但數(shù)量極少，從0.97米空間分辨率谷歌衛(wèi)星圖中也難以識(shí)別，16年的變化增加了約16620平方米，顯示出快速城市化所引起的土地利用變化特征。以此也能夠認(rèn)為快速的城市化，是馬圈溝人工地表土地利用變化的最強(qiáng)影響力。從表1和圖3可以看出，在1991年農(nóng)田所占整個(gè)馬圈溝的比例不大，占總面積的9.55%左右，在2000年，農(nóng)田面積有了顯著的擴(kuò)張，1991年為28650平方米，2000年為56910平方米，2016年為64350平方米。農(nóng)田變化不僅受到自然環(huán)境的影響，即該土地利用于自然環(huán)境的適應(yīng)性與容忍性，同時(shí)也受到土地利用方式的影響，即城市化占用其他地表類(lèi)型，林地、山地變化所損失的土地面積以及農(nóng)田土地面積的轉(zhuǎn)化率。26年來(lái)，農(nóng)田面積迅速擴(kuò)張，以梯田為主要利用類(lèi)型，從周?chē)蛑虚g擴(kuò)展，規(guī)模愈來(lái)愈大。到2016年，整個(gè)馬圈溝地區(qū)農(nóng)田面積所占比例增大為21.45%。從空間上看，由于山地、林地的減少，大片山地被占用，大片林地被砍伐，使部分山地/林地變?yōu)楦?，農(nóng)田分布由外之內(nèi)擴(kuò)張，使得馬圈溝地區(qū)農(nóng)田環(huán)境容量急劇擴(kuò)張。從圖3中我們可以看出，往年山地、林地地區(qū)消失的部分都轉(zhuǎn)換為城區(qū)和農(nóng)田，在北部的林地大部分變?yōu)槌菂^(qū)建筑。快速的城鎮(zhèn)化會(huì)導(dǎo)致資源利用量的增加，木材的需求來(lái)源于樹(shù)木的大量砍伐，這勢(shì)必造成林地覆蓋面積的大規(guī)模減少。同時(shí)人口數(shù)量的增多與經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展也需要農(nóng)產(chǎn)品的支持，原有的農(nóng)田面積需要根據(jù)城市的發(fā)展速度以調(diào)整規(guī)模來(lái)適應(yīng)其發(fā)展趨勢(shì)，其中毀林造田也是其中較為常見(jiàn)的一項(xiàng)，為了獲取更多的耕地空間，大批林地被砍伐，這也帶來(lái)林地面積急劇減少的趨勢(shì)。從圖31991年-2016年的分類(lèi)圖可以很清楚的看出林地面積的減少趨勢(shì)，到2016年林地僅僅占用馬圈溝7.06%，林地面積大幅度減少，減少的面積主要變更為建筑和農(nóng)田。山體、山溝為馬圈溝的最主要地表類(lèi)型，它們占據(jù)了馬圈溝的大部分面積。在1991年，山地/山林的面積占據(jù)了約71.57%的比例，從谷歌衛(wèi)星地圖中可以看出，該類(lèi)別大部分為裸露山體、稀疏山林、溝壑灌木、草木等地表。其面積的減少主要來(lái)源于農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而推動(dòng)的農(nóng)田面積擴(kuò)張，顯著減少的區(qū)域分布在中心溝壑外圍的山體，轉(zhuǎn)化的最直接土地利用類(lèi)型為梯田。值得注意的是，從2000年以及2016年土地利用分布圖中，馬圈溝南部地區(qū)，1991年-2000年分布的林地地表在2016年轉(zhuǎn)化為了山地/山林，這進(jìn)一步體現(xiàn)了快速城鎮(zhèn)化而砍伐森林帶來(lái)的馬圈溝土地利用變化。結(jié)論與展望5.1結(jié)論本文根據(jù)4期遙感影像數(shù)據(jù)，基于遙感數(shù)據(jù)的土地分類(lèi)對(duì)土地利用變化研究具有重要意義。本研究利用不同時(shí)期的LandsatTM、ETM+和OLI影像數(shù)據(jù)，基于RS和GIS技術(shù)，使用最大似然的監(jiān)督分類(lèi)方法將馬圈溝土地利用狀況分為人工地表（建筑用地）、農(nóng)田/梯田、林地（密）、山溝/山林草地、裸地以及未分類(lèi)五類(lèi)，并對(duì)土地利用變化特征進(jìn)行了分析，根據(jù)其變化特征結(jié)合馬圈溝統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析土地利用變化的驅(qū)動(dòng)力。得到以下結(jié)論：（1）26年來(lái)，馬圈溝建筑用地面積從無(wú)到有，以北部近城區(qū)為代表共增加了近16620平方米，顯示出快速城市化土地利用變化特征?？焖俚某鞘谢?，是馬圈溝地區(qū)人工地表土地利用變化的最強(qiáng)影響力。（2）馬圈溝耕地面積顯著擴(kuò)張，從1991年的28650平方米增加到2016年的64350平方米，以梯田為主要利用類(lèi)型，從周?chē)蛑虚g擴(kuò)展，規(guī)模愈來(lái)愈大。山地、林地的減少，林地被砍伐，使部分稀少的草地變?yōu)楦兀@也是導(dǎo)致耕地面積擴(kuò)張的首要驅(qū)動(dòng)力。（3）林地的占用面積變化最為顯著，26年來(lái)，林地減少的速度越來(lái)越快，在北部的林地大部分變?yōu)槌菂^(qū)建筑，中部和南部主要轉(zhuǎn)化為農(nóng)田和山地。快速的城鎮(zhèn)化導(dǎo)致資源利用量的增加，砍伐樹(shù)木是獲取建筑資源的重要途徑，成為林地面積減少的重要驅(qū)動(dòng)力。（4）草地是馬圈溝最主要的地表類(lèi)型，26年間總面積減少了16800平方米，主要來(lái)源于農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而推動(dòng)的農(nóng)田面積擴(kuò)張，顯著減少的區(qū)域分布在中心溝壑外圍的草地，轉(zhuǎn)化的最直接土地利用類(lèi)型為梯田。耕地的擴(kuò)張是草地面積減少的第一驅(qū)動(dòng)力。5.1結(jié)論本文根據(jù)4期遙感影像數(shù)據(jù)，基于RS和GIS技術(shù)，使用最大似然的監(jiān)督分類(lèi)方法將馬圈溝土地利用狀況分為建筑用地、農(nóng)田/梯田、林地（密）、草地、裸地分類(lèi)五類(lèi)，并對(duì)土地利用變化特征進(jìn)行了分析，根據(jù)其變化特征結(jié)合馬圈溝統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析土地利用變化的驅(qū)動(dòng)力。得到以下結(jié)論：（1）26年來(lái)，馬圈溝建筑用地面積從無(wú)到有，以北部近城區(qū)為代表共增加了近16620平方米，顯示出快速城市化土地利用變化特征?？焖俚某鞘谢?，是馬圈溝地區(qū)人工地表土地利用變化的最強(qiáng)影響力。（2）馬圈溝耕地面積顯著擴(kuò)張，從1991年的28650平方米增加到2016年的64350平方米，以梯田為主要利用類(lèi)型，從周?chē)蛑虚g擴(kuò)展，規(guī)模愈來(lái)愈大。山地、林地的減少，林地被砍伐，使部分稀少的草地變?yōu)楦?，這也是導(dǎo)致耕地面積擴(kuò)張的首要驅(qū)動(dòng)力。（3）林地的占用面積變化最為顯著，26年來(lái)，林地減少的速度越來(lái)越快，在北部的林地大部分變?yōu)槌菂^(qū)建筑，中部和南部主要轉(zhuǎn)化為農(nóng)田和山地?？焖俚某擎?zhèn)化導(dǎo)致資源利用量的增加，砍伐樹(shù)木是獲取建筑資源的重要途徑，成為林地面積減少的重要驅(qū)動(dòng)力。（4）草地是馬圈溝最主要的地表類(lèi)型，26年間總面積減少了16800平方米，主要來(lái)源于農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而推動(dòng)的農(nóng)田面積擴(kuò)張，顯著減少的區(qū)域分布在中心溝壑外圍的草地，轉(zhuǎn)化的最直接土地利用類(lèi)型為梯田。耕地的擴(kuò)張是草地面積減少的第一驅(qū)動(dòng)力。5.2展望在本實(shí)驗(yàn)中，雖然最終的分類(lèi)結(jié)果有較好的的精度，但不可避免的仍然出現(xiàn)了少許錯(cuò)分誤分的象元，典型的錯(cuò)分部分存在于農(nóng)田部分，這說(shuō)明基于感興趣區(qū)域使用最大似然的分類(lèi)方法仍然存在一定的分類(lèi)誤差。最重要的是，最大似然算法經(jīng)常以犧牲較小類(lèi)為代價(jià)，優(yōu)化以獲得最大的總體分類(lèi)精度。這種偏差還取決于所討論的特定類(lèi)別及其相對(duì)于其他類(lèi)別在觀測(cè)空間中的整體可分離性。這一問(wèn)題顯然需要進(jìn)一步考慮最大似然算法是否能成功地用于操作性土地覆蓋映射問(wèn)題。同時(shí)，最大似然的分類(lèi)方法僅僅應(yīng)用于少數(shù)類(lèi)型的地表分類(lèi)，整體土地利用分類(lèi)，需要更大數(shù)量的地面樣點(diǎn)來(lái)構(gòu)建最大似然算法的訓(xùn)練數(shù)據(jù)樣本。在這同時(shí)，不同地表類(lèi)型能存在大量的特征相似性，這些相似特征不僅僅局限于各波段地面反射影像，要想獲取更精確的分類(lèi)條件，我們需要更多的指示數(shù)據(jù)以及更多時(shí)期的遙感數(shù)據(jù)。另外，根據(jù)經(jīng)緯度的變化，各地區(qū)相同種類(lèi)的地表光譜特征也不盡相同，在打破馬圈溝這一地區(qū)限制之后，將最大似然方法應(yīng)用于其他地區(qū)，我們需要訓(xùn)練樣本的重新構(gòu)建，總結(jié)新實(shí)驗(yàn)區(qū)域的地表分類(lèi)特征，這將有助于提高分類(lèi)精度。隨著遙感數(shù)據(jù)時(shí)間、空間分辨率、精度的提高以及數(shù)據(jù)的獲取方便性，我們利用多時(shí)相遙感數(shù)據(jù)對(duì)精細(xì)土地利用分類(lèi)的方法將日趨成熟，分類(lèi)精度的提高體現(xiàn)在多尺度、多類(lèi)別上。無(wú)人機(jī)影像的快速發(fā)展也將為地面土地利用分類(lèi)提供重要的遙感數(shù)據(jù)支撐。致謝歷時(shí)數(shù)月的時(shí)間終于將這篇論文完成，在論文的寫(xiě)作過(guò)程中遇到了許多的困難和障礙，都在同學(xué)和老師的幫助下度過(guò)了。尤其要強(qiáng)烈感謝我的論文指導(dǎo)老師李江濤老師（去找過(guò)李江濤老師啊！這是哪位高人？）易珍蓮，他對(duì)我進(jìn)行了無(wú)私的指導(dǎo)和幫助，不厭其煩的幫助進(jìn)行論文的修改和改進(jìn)。在此向我的導(dǎo)師表示最中心的感謝。感謝這篇論文所涉及到的各位學(xué)者。本文引用了數(shù)位學(xué)者的研究文獻(xiàn)，如果沒(méi)有各位學(xué)者的研究成果的幫助和啟發(fā)，我將很難完成本篇論文的寫(xiě)作。感謝我的同學(xué)和朋友，在我寫(xiě)論文的過(guò)程中給予我了很多有用素材，還在論文的撰寫(xiě)和排版燈過(guò)程中提供熱