技术领域
[0001] 本发明涉及数据处理技术领域，尤其涉及一种土地利用变化调查方法及系统。
相关背景技术
[0002] 人类社会通过不断与地域环境背景相互作用相互适应而共同进化，改变了区域的土地利用格局，使之呈现与特定社会经济发展阶段相对应的形态。土地利用变化可以反映一个地区的人类土地利用模式，并深刻影响着区域资源、社会、经济及生态环境，对区域可持续发展具有重要意义。调查土地利用变化情况及其影响，有利于全面把握区域土地利用变化模式及其效应，从而为区域土地利用规划提出合理有效的建议。
[0003] 土地利用变化相关研究业已成为深入了解人地关系、揭示社会经济发展问题及其环境效应的关键切入点。涉及土地利用变化的数量转换特征刻画、时空变化过程与机制、土地利用变化的生态效应与环境效应等方面，涵盖了变化的表现形式、规律及影响，并逐渐从土地利用变化本身向土地利用变化与其他社会问题的相互反馈及相互作用关系过渡。
[0004] 现有技术针对土地利用变化提出了监测系统、土地利用变化时空模拟系统、土地利用变化的生态环境效应评估方法及模拟系统，也提出了基于土地利用变化的碳排放评估方法和系统。从不同土地利用类型来看，全球经济社会的动态变革对各个用地系统都产生了较大的冲击，因此，针对不同用地的管理目标，学者们对城市用地、城乡建设用地、耕地、林地、草地及农村居民点用地都做了一定的探讨。
[0005] 综上，有关土地利用变化的研究从短期的土地利用变化，到对应特定社会经济发展历程的土地利用转型都开展较多，同时也逐渐从土地利用形态变化本身拓展到由此产生的生态及环境效应上，逐渐关注土地利用变化产生的实际影响。即现有技术形成了土地利用变化的具体表现特征与产生的部分生态环境影响总体论述，主要建立了土地利用变化的过程监测、趋势模拟及生态环境效应量化方法。
[0006] 但是现有关于土地利用变化的技术重在监测变化的发生及其表现，如各类用地的总量变化及地类之间的数量转换特征，重在变化特征或量变结果的刻画，忽略了变化过程发生对区域土地系统的后置影响，对土地利用变化产生的影响关注不够。其次，现有技术侧重于评估区域土地利用变化的生态环境效应，对经济、社会及其他效应考虑较少。最后，现有技术没有将变化过程与影响放在同一个体系下探讨，这使得区域土地利用变化的各种表现特征与其在区域尺度上产生的影响不明确，即难以把握土地利用变化的适应性，不利于全面评估区域土地利用政策实施的效果。
[0007] 综合来看，现有技术的缺陷导致其在理论维度上不利于从系统视角总结区域土地利用变化规律及挖掘其深层次机理；而在面向区域发展的实践维度上，由于现有技术难以全面把握土地利用变化引发的综合资源环境效应水平，则不利于为土地管理者提出切实有效的土地利用调整方案。
[0008] 由此，当前缺乏一套从系统视角出发，全面把握区域土地利用变化过程与多维影响的土地利用变化调查方法。
具体实施方式
[0051] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0052] 图1是本发明实施例提供的土地利用变化调查方法的流程示意图之一。
[0053] 图2是本发明实施例提供的土地利用变化调查方法的流程示意图之二。
[0054] 如图1和图2所示，本实施例提供了一种土地利用变化调查方法，包括：
[0055] 步骤101，收集目标土地的遥感影像数据，基于遥感影像数据确定目标土地的土地利用数据，目标土地为待调查土地；
[0056] 步骤102，基于土地利用数据，确定目标土地变化过程的测度指标，测度指标反映目标土地的土地利用变化过程；
[0057] 步骤103，基于预先构建的目标土地利用变化影响的评价体系对测度指标进行评价，确定目标土地变化过程与影响的相对发展程度和耦合协调程度，相对发展程度反映土地利用变化过程与影响的相对水平，耦合协调程度反映土地利用变化过程与影响的耦合协调程度；
[0058] 步骤104，基于目标土地变化过程与影响的相对发展程度和耦合协调程度，将目标土地利用变化情况进行划分。
[0059] 实际应用中，步骤101中，可以在收集得到目标土地的高分辨率遥感影像数据后，先对遥感影像数据进行预处理以及判别分析，并提取目标土地的各个时期的土地利用数据，以及按照目标土地的实际用途进行分类储存。
[0060] 实际应用中，对遥感影像数据进行预处理以及判别分析的过程可以包括：首先对原始影像进行图像投影变化、几何校正、图像增强、图像拼接等工作；其次利用矢量化后的研究区行政边界做掩膜对影像进行不规则裁剪，获取研究区遥感影像图；然后通过人工解译、自动分类、特征提取等操作对研究区遥感影像进行判别信息，获取土地利用信息。
[0061] 本实施例提供的土地利用变化调查方法中构建的评价体系可以对目标土地的利用变化进行评价，包括两个层次的内容，其一是体现在土地利用数量、用地结构及空间布局变化等维度的变化过程，是外部环境如自然条件、自然资源禀赋、社会经济发展及行为主体作用于区域土地利用物质空间所产生的直接影响，属于显性变化特征的范畴；其二是土地利用变化过程引发的土地利用效率提升以及土地功能和价值的转化，并由此产生的经济、社会乃至生态的变革及区域土地利用空间价值重塑，即土地利用变化的影响，进一步的，可以形成一种综合过程与影响的土地利用变化调查方法，以便反映区域土地利用变化的显性表现特征与对区域社会、经济、生态乃至空间的多维影响等隐性表现特征，从而全面调查区域土地利用变化的程度及其绩效。
[0062] 示例性实施例中，基于土地利用数据，确定目标土地变化过程的测度指标，包括：
[0063] 基于目标土地在不同时期的土地利用面积，确定目标土地利用的数量变化特征；
[0064] 基于目标土地在不同时期的聚散程度，确定目标土地利用的空间布局变化特征；
[0065] 基于目标土地在不同时期的用地类型变化，确定目标土地利用的结构变化特征。
[0066] 实际应用中，可以通过如下公式(5)构建数量变化指数，以测度土地利用的数量变化特征：
[0067]
[0068] 其中TQ为土地利用数量变化幅度，At2代表目标土地在期末时的土地利用面积，At1代表目标土地在期初时的土地利用面积，其中的期末可以用于表示项目周期结束的时间点，期初即项目周期开始的时间点。
[0069] 实际应用中，可以通过如下公式(6)和公式(7)构建用地空间聚散变化指数，以测度目标土地的空间布局变化特征：
[0070]
[0071]
[0072] 上述公式中是利用了加权聚合度‑接近度聚散程度指数WAC刻画土地斑块的聚散特征，其中WA指的是聚合度，C为接近度，WACo为期初土地利用斑块聚散程度指数，WACt为期末土地利用斑块聚散程度指数，当Rwac>0，说明土地利用布局的演变趋势趋向集聚化，当Rwac<0，说明土地利用布局的演变趋势趋向分散化，当Rwac>0，说明土地利用布局的聚散度未发生显著变化。
[0073] 实际应用中，土地利用结构信息熵能够准确有效反应区域土地利用信息，本实施例中可以通过如下公式(8)构建土地利用结构信息熵，即土地利用结构多样化指数，以测度土地利用结构变化特征：
[0074]
[0075] 上述公式中，Hi是第i个土地利用斑块的信息熵，土地利用类型越多，用地结构越复杂，各类型的百分比相差越小，信息熵越大。当区域土地只有一种用地类型时，Hmin＝0，当各土地利用类型趋于均衡时，Hmax＝log(n)。
[0076] 示例性实施例中，基于土地利用数据，确定目标土地变化过程的测度指标，还包括：
[0077] 构建三维空间坐标系，三维空间坐标系中X轴表征目标土地利用的数量变化特征，Y轴表征目标土地利用的空间布局变化特征，Z轴表征目标土地利用的结构变化特征。
[0078] 实施中，本实施例构建的三维空间坐标系可以参见如下公式(9)所示：
[0079]
[0080] 其中，上述公式中x表示数量变化指数，y表示空间聚散变化指数，z表示用结构多样化指数。
[0081] 在本实施例中，土地利用综合变化程度是由其在数量、空间及结构三个维度的变化水平共同决定的，在空间坐标系中，区域土地利用初始状态位于原点，其数量、空间、结构变化量分别为变化末期区域土地利用状态距离X，Y，Z轴的距离。
[0082] 示例性实施例中，目标土地利用变化影响的评价体系通过如下方式构建：
[0083] 收集目标土地的人文数据，人文数据包括人口数据和社会经济数据；
[0084] 基于人文数据，从多个维度构建评价体系，维度包括经济效应维度、社会效应维度、生态效应维度以及空间效应维度；
[0085] 使用耦合协调度模型，确定目标土地的土地利用变化过程与变化影响的耦合协调水平；
[0086] 使用相对发展度模型，确定目标土地的土地利用变化过程与变化影响的相对水平。
[0087] 下面举例说明本实施例从经济效应维度、社会效应维度、生态效应维度以及空间效应维度等多个维度构建的目标土地利用变化影响的评价体系，见下表1：
[0088]
[0089]
[0090]
[0091] 实施中，在上述评价体系的基础上，可以通过耦合协调度模型构建区域土地利用变化过程与变化影响的耦合协调水平，并引入相对发展度模型来确定变化过程与变化影响的相对水平，通过土地利用变化过程与变化影响的耦合协调度等级以及相对发展程度分级以形成评价结果。
[0092] 示例性实施例中，耦合协调度模型包括：
[0093] C＝[PiEi/(Pi+Ei)2]1/2 (1)
[0094] T＝αPi+βEi (2)
[0095]
[0096] 其中，C是土地利用变化过程与变化影响的耦合度，Pi表示变化过程指数，Ei表示变化影响指数，T是土地利用变化过程与变化影响的综合协调指数，α和β为权重系数，且α+β＝1，D表示土地利用变化过程与变化影响的耦合协调度。
[0097] 实际应用中，C值越高，说明二者之间的相互作用越明显，并且在本实施例中考虑到变化过程以及变化影响的重要程度相当，因此可以设置α＝β＝0.5。
[0098] 示例性实施例中，当0≤D≤0.3时，目标土地的耦合协调度为严重失调；当0.3
[0099] 示例性实施例中，相对发展度模型包括：
[0100] R＝pi/Ei (4)
[0101] 当R<0.9时，目标土地的变化过程滞后于变化影响，当0.9≤R≤1.2时，目标土地的变化过程同步于变化影响，当R>1.2时，目标土地的变化影响滞后于变化过程。
[0102] 示例性实施例中，基于目标土地变化过程与影响的相对发展程度和耦合协调程度，将目标土地利用变化情况进行划分，包括：
[0103] 将目标土地变化过程与影响的耦合协调度的划分结果与相对发展程度的划分结果进行自由组合，确定目标土地利用变化情况的划分结果。
[0104] 实际应用中，通过上述实施例可以确定耦合协调度可以划分为严重失调A、中度失调B、基本协调C、中等协调D以及高度协调E五种等级，相对发展度可以划分为变化过程滞后于变化影响a，变化过程同步于变化影响b，变化影响滞后于变化过程c，如此基于耦合协调度以及相对发展度两方面可以将土地利用变化划分为15种类型，具体如下表2所示：
[0105]
[0106] 另一方面，在进行土地利用变化情况划分时，还可以将土地利用的变化过程指数划分为低、中、高三类，以及将土地利用的变化影响指数划分为低、中、高三类，直接综合土地利用的变化过程指数以及变化影响指数将土地利用变化划分为九种类型，如下表3所示：
[0107]
[0108] 实际应用时，如果需要比较变化过程与变化影响的大小时，可以依照上述表3的划分方式划分为9种类型；如果需要从系统视角关注变化过程和变化影响的耦合协调水平时，可以依照上述表2的划分方式划分为15类。
[0109] 在理论层面，本实施例的方案中借鉴了土地利用转型理论中对于显性转型和隐性转型的划分，土地利用变化的过程是利用“数量、空间布局及内部结构”等多个特征变化，土地利用变化的影响则从变化过程发生对区域土地利用系统经济、社会、生态及空间的影响着手，重视其多维影响，一方面揭示了变化过程，另一方面通过测度变化的影响评价了土地利用变化的“质量”，是对现有技术的深化与拓展。
[0110] 在实践层面，本实施例的方案中在现有土地利用变化调查方法的基础上，从多维度刻画土地利用的变化过程，测度了变化的表现特征，并进一步评价了其绩效，即产生的影响，能从结果导向对变化过程进行评价，统筹过程与影响的土地利用变化测度方法更为综合，更具有实践价值。
[0111] 下面对本发明提供的土地利用变化调查系统进行描述，下文描述的土地利用变化调查系统与上文描述的土地利用变化调查方法可相互对应参照。
[0112] 图3是本发明实施例提供的土地利用变化调查系统的结构示意图。
[0113] 如图3所示，本实施例提供的土地利用变化调查系统包括：
[0114] 数据收集模块301，用于收集目标土地的遥感影像数据，基于遥感影像数据确定目标土地的土地利用数据，目标土地为待调查土地；
[0115] 指标确定模块302，用于基于土地利用数据，确定目标土地变化过程的测度指标，测度指标反映目标土地的土地利用变化过程；
[0116] 评价模块303，用于基于预先构建的目标土地利用变化影响的评价体系对测度指标进行评价，确定目标土地变化过程与影响的相对发展程度和耦合协调程度，相对发展程度反映土地利用变化过程与影响的相对水平，耦合协调程度反映土地利用变化过程与影响的耦合协调程度；
[0117] 划分模块304，用于基于目标土地变化过程与影响的相对发展程度和耦合协调程度，将目标土地利用变化情况进行划分。
[0118] 本实施例提供的土地利用变化调查系统的具体实施方法可以参照上述实施例进行实施，此处不再赘述。
[0119] 图4示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图4所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)410、通信接口(Communications Interface)420、存储器(memory)430和通信总线440，其中，处理器410，通信接口420，存储器430通过通信总线440完成相互间的通信。处理器410可以调用存储器430中的逻辑指令，以执行土地利用变化调查方法，该方法包括：
[0120] 收集目标土地的遥感影像数据，基于遥感影像数据确定目标土地的土地利用数据，目标土地为待调查土地；
[0121] 基于土地利用数据，确定目标土地变化过程的测度指标，测度指标反映目标土地的土地利用变化过程；
[0122] 基于预先构建的评价体系对测度指标进行评价，确定目标土地变化过程与影响的相对发展程度和耦合协调程度，相对发展程度反映土地利用变化过程与影响的相对水平，耦合协调程度反映土地利用变化过程与影响的耦合协调程度；
[0123] 基于目标土地变化过程与影响的相对发展程度和耦合协调程度，将目标土地利用变化情况进行划分。
[0124] 此外，上述的存储器430中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read‑Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0125] 另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的土地利用变化调查方法，该方法包括：
[0126] 收集目标土地的遥感影像数据，基于遥感影像数据确定目标土地的土地利用数据，目标土地为待调查土地；
[0127] 基于土地利用数据，确定目标土地变化过程的测度指标，测度指标反映目标土地的土地利用变化过程；
[0128] 基于预先构建的目标土地利用变化影响的评价体系对测度指标进行评价，确定目标土地变化过程与影响的相对发展程度和耦合协调程度，相对发展程度反映土地利用变化过程与影响的相对水平，耦合协调程度反映土地利用变化过程与影响的耦合协调程度；
[0129] 基于目标土地变化过程与影响的相对发展程度和耦合协调程度，将目标土地利用变化情况进行划分。
[0130] 又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法提供的土地利用变化调查方法，该方法包括：
[0131] 收集目标土地的遥感影像数据，基于遥感影像数据确定目标土地的土地利用数据，目标土地为待调查土地；
[0132] 基于土地利用数据，确定目标土地变化过程的测度指标，测度指标反映目标土地的土地利用变化过程；
[0133] 基于预先构建的目标土地利用变化影响的评价体系对测度指标进行评价，确定目标土地变化过程与影响的相对发展程度和耦合协调程度，相对发展程度反映土地利用变化过程与影响的相对水平，耦合协调程度反映土地利用变化过程与影响的耦合协调程度；
[0134] 基于目标土地变化过程与影响的相对发展程度和耦合协调程度，将目标土地利用变化情况进行划分。
[0135] 以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0136] 通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分的方法。
[0137] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
