基于遥感的太和县农村居民点空间分布特征研究.docx
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基于遥感的太和县农村居民点空间分布特征研究
本科生毕业论文
（申请学士学位）
论文题目基于遥感的太和县农村居民点空间分布特征研究
作者姓名
所学专业名称地理信息系统
指导教师
20011年5月2日
学号：
2007210505
论文答辩日期：
2011年5月2日
指导教师：
（签字）
滁州学院本科毕业设计（论文）原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的设计（论文）是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：
年月
目录
摘要2
Abstract2
1引言3
1.1研究背景3
1.2国内外研究现状3
1.3研究意义3
2研究区概况和研究数据4
2.1研究区概括4
2.2研究数据5
2.2.1TM影像数据5
2.2.2居民点数据5
3太和县农村居民点遥感影像信息提取5
3.1TM影像数据处理5
3.1.1TM影像数据处理方法5
3.1.2太和县TM影像图6
3.2Arcgis提取农村居民点6
4太和县农村居民点空间分布特征分析7
4.1叠置分析8
4.1.1提取相交部分8
4.1.2居民点变化对比9
4.2分布密度分析9
4.2.1居民点面状转换为点状10
4.2.2居民点密度分布图10
4.3地物信息分析13
4.3.1河流、道路与居民点分布特征13
4.3.2居民点用地面积、人口与居民点变化16
5结论20
参考文献21
致谢22
基于遥感的太和县农村居民点
空间分布特征研究
摘要：
本文结合运用遥感和地理信息技术，对研究区——太和县四期TM遥感影像进行精校正和判读解释，提取出研究区域内的农村居民点分布信息，并结合太和县土地利用现状图、各类专题研究成果等方面对县域境内农村居民点进行空间分析，如叠置分析。
我们得到，通过叠加分析得出相交点数共2250个，其中80年代居民点2430个，2009年2532个，太和县农村居民点总体个数变化不大；河流缓冲区500米内居民点个数占总数26%，居民点沿河流分布特征明显；居民点整体上分布稠密，面积比重由80年代14%增长到2009年的17.4%，人口增多，居民点面积较大，可耕地面积较少。
这些信息为农村居民点的优化提供依据。
关键词：
太和县，遥感，农村居民点，空间分析
TheAnalysisofSpacialDistributionCharacteristicsof
RuralSettlementinTaiheCountyBasedonRS
Abstract:
Thistextcombinesremotesensingandgeographyinformationtechnique,madeacorrectandjudgeoffourperiodTMimagesofTaiheCounty,pickupthevillagedistributinginformation,andcombinethelandusediagram,eachkindofspecialsubjectresearchresult,ordertocarryonspacedistributecharacteristicanalysisofthevillageresidents,suchasOverlayanalysis.Soweget,theintersectionpointsobtainedbysuperpositionofatotalof2,250,ofwhich1980ssettlementsin2430,sothenumberofruralsettlementsinTaiheCountyhaslittlechangeintheoverall.Withintheriverbufferzone500meters26%ofthetotalnumberofsettlementsalongtheriversdistributionchangeswasclear.Theoveralldistributionofdenseresidentialarearosefrom1980stogrowto14%to17.4%in2009,thepopulationincreased,settlementslarger,lessarableland.Andtheinformationforruralsettlementsprovideabasisfortheoptimization.
Keywords:
TaiheCounty,RemoteSensing,RuralResidentialArea,SpatialAnalysis
1引言
1.1研究背景
居民点是人与自然相互作用的产物，是人类从生产和生活的需要而集聚定居的居住场所，它包括房屋建筑物，以及与居住直接相关的其它生活设施（如道路、公共设施、园林绿化、港站等）和生产设施。
经济的快速发展、政策逐渐开放带来了城镇快速扩张及乡村城镇化现象,大片农田被用来满足城镇开发需要。
粮食生产的经济效益远低于工业及房地产开发，“经济技术开发区”、“房地产热”等使城镇甚至区位较好的乡村快速扩展,大量农田被城镇扩展所占用【7】。
农村居民点是社会经济发展到一定历史阶段的产物,是我国农村土地利用的重要组成部分【3】。
由于过去农村居民点大多缺乏统一规划或者有规划但规划执行力度不够,导致目前农村居民点空间布局零乱分散,集聚能力差,这种松散无序的农村居民点空间分布造成农村土地资源的严重浪费和建设用地结构的不合理,影响了农村产业化、城镇化和现代化进程【5】。
重新规划时，由于技术上的原因及经济利益的考虑,地方部门上报的统计数据往往有偏低的现象。
遥感技术具有快速、高技术、新信息源、动态变化等特点,为研究城镇用地及其扩展提供了良好的平台,是监测耕地资源流失的重要技术手段【7】。
1.2国内外研究现状
目前，研究农村居民点规划及布局的方法较多，基于GIS空间数据分析运用十分广泛，国外学者对GIS空间分析与应用已有较高层次的研究，并已经逐渐进入应用层次。
而国内学者相关的研究稍显滞后，例如梁会民、赵军对黄土塬区居民点空间分布研究，张军、倪绍祥等对三江并流区居民点空间分布规律的研究，张小军、李雪妍等对西部生态脆弱区居民点空间信息分析研究；孙华生、范红梅等利用GIS空间分析对县域居民点分布特征进行了研究，主要是海拔高度、坡度、坡向与居民点分布关系的定量说明；韩荣青、傅新等利用GIS技术对城市农村居民点居住适宜性研究；孟令娜、刘英等对农村居民点的优化布局进行了研究；于淼将GIS与RS技术相结合研究农村居民点景观格局与空间分布特征【9】。
虽然他们从多个角度对农村居民点空间格局及其变化规律进行了探讨，但针对皖北农村居民点空间布局的特征未有详细的研究。
1.3研究意义
到目前，我国农村居民点在建设过程中往往都是各自为之，直接导致今天的农村居民点普遍存在布局散、乱，人口规模小，占用土地面积大，基础设施建设落后，居住环境恶劣的弊病；在经济发展的推动下，农村人口大量进城，原来的农村居民点又出现荒、废、弃、空等问题。
在新一轮农村建设发展高潮中，应该对现有的众多农村居民点进行优化布局，规划有潜力的农村居民点进行重点发展，使人口相对集中，促进基础设施建设，推动农村发展。
在对农村居民点空间要素提取的基础上,对相应的目标地物的空间结构进行分析,研究不同要素的结构组成及其空间配置关系,从而为村镇规划服务。
利用遥感图像提取城镇、农村居民地信息国内外已有大量研究【8】。
但是对于人口比较稠密、农业人口比例较大、城市化发展速度较慢【6】、农村家庭小型化、农民传统建房习惯及农村基础工作薄弱【4】，问题严重的太和地区，缺乏实际的对照性和实践性，无法进行合理规划，因此有必要通过分析了解研究区农村人口分布和居民点位置，使政府对当地农村居民点现状条件有正确、全面的把握，并从经济、社会、生态等方面综合考虑，制定符合太和县实际情况的农村居民点发展规划方案，为政府的农村居民点优化决策提供科学的依据，以减少农村居民点规划过程中的主观性和盲目性，为改变不合理的农村居民点布局，改善研究区农村生活环境提供依据，在正确把握农村居民点现状条件的前提下，确保农村居民点规划工作才能沿着正确方向开展，政府和当地居民才能得到最大的利益。
这也是本论文的意义之所在。
2研究区概况和研究数据
2.1研究区概括
太和县位于安徽省西北部，地理坐标东经115°25′~115°55′，北纬33°04′~33°35′。
地处黄淮平原腹地，位于阜阳、亳州两市之间，面积1882平方公里。
东临涡阳、利辛，南依阜阳，西接界首，北与亳州为邻，西北与河南郸城接壤。
东南经凤台、淮南去合肥330公里，西北经淮阳、西华去郑州307公里。
东去津浦路之蚌埠209公里，西去平汉路之漯
图2-1太和行政边界图
河210公里。
县境南北长52公里、东西宽60公里。
太和交通便利，基础设施完善。
京九铁路、漯阜铁路穿境而过，境内建有火车站；105国道、308省道和界蚌高速公路在县内纵横交织，颍河黄金大道经过太和40多公里，县城距阜阳4C级机场和京九铁路阜阳编组站仅37公里，形成了立体交通网络。
2.2研究数据
2.2.1TM影像数据
LandsatTM遥感影像精度较高,目前已广泛应用于土地利用调查等领域。
1990～2000年土地利用资源动态调查中,按照国家土地分类标准将土地资源分为耕地、林地、草地、城乡工矿建设用地、水域和未利用地等6个一级类型。
在二级分类中,将城乡工矿建设用地分为城镇用地、农村居民点和交通及独立工矿用地。
本论文使用的具体影像数据分别为安徽省80年代TM数据、2000年TM数据、2005年TM数据、2009年TM数据。
2.2.2居民点数据
1）太和县行政区划图
2）2005年太和县土地利用矢量图（ld341222polygon），2009年太和县土地利用矢量图
3太和县农村居民点遥感影像信息提取
3.1TM影像数据处理
3.1.1TM影像数据处理方法
遥感影像需要进行一系列处理的操作后才能使用，处理过程包括对遥感影像目视判读或利用图像处理系统对各种遥感信息进行增强与几何纠正、识别、分类和制图等过程，以求达到预期目的的技术称做遥感影像处理。
例如：
对图像进行操作以改善图像的视觉效果，或校正误差，或对图像进行压缩编码；对图像中感兴趣的目标进行检测和测量，从而建立对图像的描述，从而为生产、科研提供真实的、全面的客观世界方面的信息【9】。
我们得到的19世纪80年代、1995年、2000年、2005年的安徽省TM影像数据是经过配准、校正处理过后的数据，我们只需要在其基础上提取农村居民点。
3.1.2太和县TM影像图
在安徽省影像图的基础上依据太和县行政边界图，裁剪出太和县TM影像图，为下一步农村居民点的提取做准备。
80年代太和TM数据
2000年太和TM数据
2008年太和TM数据
2009年太和TM数据
图3-1太和TM影像图
3.2Arcgis提取农村居民点
由于取样点是范围较小，数据精度不高，根据目视判读，只能得到遥感图像中包括植被、水库、河流、居民点、道路。
通过从卫星图像中选取各种主要地物在各个波段经绝对辐射校正后的平均DN值作光谱特征曲线，分析它们在各个波段上亮度差异。
地物间的灰度差异越大利用阈值分割法分类的效果越好，因此要尽量扩大居民点与背景的差异。
信息的提取需要在分类之前根据所要达到的目的对遥感图像进行增强处理【9】。
利用2009年安徽的TM遥感图像,经过辐射校正、几何校正、人工判读解译,得到2009年矢量图;以2009年土地利用矢量图为底图,对2000年、80年代TM遥感图像进行解译,得到80年代～2009年土地利用动态变化矢量图【7】。
利用ARC/INFO下RESELECT命令提取城镇用地及其动态变化数据,利用MAPJOIN命令拼接成太和城镇用地及其动态变化矢量数据。
同样的方法，得到80年代的太和县矢量图，将80年代太和居民点用地及动态变化数据与城镇数据迭加,分析各自然分区农村居民点用地及扩展的空间特征。
80年代太和土地利用图
2009年太和土地利用图
图3-3太和县土地利用图
由此看出，对比80年代和2009农村居民点整体格局变化不大，但数量明显增多，居民点面积明显扩大，居民房建设大量占用耕地。
4太和县农村居民点空间分布特征分析
GIS是研究地理信息空间分布规律的有效技术手段，它为定量描述区域地理环境特征提供了科学分析方法。
GIS的空间分析功能不仅可以分析矢量图形，也可对栅格图象进行分析。
但在土地利用变化研究中，通常是利用空间叠置分析功能，对不同时段的土地利用矢量图件进行空间比较，揭示土地利用变化的空间特点。
所以其数据基础主要是矢量图形数据。
但矢量数据根本上又是来源于对栅格图象的矢量化和对遥感图象的分类识别【10】。
太和县农村居民点形成、发展及形态规模与其特定的自然地理环境、社会经济因素密切相关，本文利用GIS技术从时间、密度、人口分布、交通等方面进行农村居民点空间分布特征的定量分析。
4.1叠置分析
叠置分析是地理信息系统中常用的用来提取空间隐含信息的方法之一，叠置分析是将有关主题层组成的各个数据层面进行叠置产生一个新的数据层面，其结果综合了原来两个或多个层面要素所具有的属性，同时叠置分析不仅生成了新的空间关系，而且还将输入的多个数据层的属性联系起来产生了新的属性关系。
其中，被叠加的要素层面必须是基于相同坐标系统的，同一地带，还必须查验叠加层面之间的基准面是否相同。
从原理上来说，叠置分析是对新要素的属性按一定的数学模型进行计算分析，其中往往涉及到逻辑交、逻辑并、逻辑差等的运算。
根据操作要素的不同，叠置分析可以分成点与多边形叠加、线与多边形叠加、多边形与多边形叠加；根据操作形式的不同，叠置分析可以分为图层擦除、识别叠加、交集操作、均匀差值、图层合并和修正更新【11】，此处，本论文对居民点进行交集操作：
4.1.1提取相交部分
交集操作是得到两个图层的交集部分，并且原图层的所有属性将同时在得到的新的图层上显示出来。
在数学运算上表现如，x∈AB（A,B分别是进行交集的两个图层）。
由于点，线，面三种要素都有可能获得交集所以它们的交集的情形有七种，多边形与多边形、线与多边形等。
居民点的相交分析运用的是多边形与多边形相交。
图4-1多边形与多边形相交
图4-2四期居民点相交部分
由四期居民点相交图可以看出，二十年来，太和县农村居民点整体格局变化不大，相交部分占大多数，共2250个，其中80年代居民点2430个，2009年2532个。
这显示出，由于太和县地形和社会因素等各方面的影响，居民点呈特殊状态分布。
4.1.2居民点变化对比
1、在交集分析的基础上对比居民点动态分布特征，以1980年居民点矢量图为底图,得到80年代到2000年农村居民点的变化特征，然后以2005年居民点矢量图为底图，研究2005年到2009年四年间农村居民点的细节变化。
图4-3（a）2000年对比80年代图4-3（b）2009年对比2005年
小结
1）由图4-3（a）可知：
80年代的居民点分布是聚落自然发展形成，稠密均匀。
而80年代到2000年来，居民点整体变化规模比较小，分布较为均匀。
但同时也呈现出明显的区域变化（如图4-3（a））。
据太和县行政区划图可知，这片区域是太和县的主要城区，城关镇和旧县镇。
随着城区社会经济的发展，由于城区具有良好的教育、交通设施，农村居民点明显向城镇聚拢。
2）由图4-3（b）可知：
由于县内南部地区居民点发展较早，居民点分布已达到最高值，城镇周边居民点占地严重超标，南部地区没有太多发展空间。
但随着社会经济的发展，人口的不断增多，交通设施不断完善，政府加强管理力度，北部村镇发展迅速，2005年到2009年，北部农村居民点个数明显增多，面积不断增大。
4.2分布密度分析
截止1999年底,全国城镇用地2.94×106hm2,占城乡居民点用地的15.12%;农村居民点用地1.65×107hm2,占城乡居民点用地的84.88%[13],农村居民点用地是城镇建设用地的5.6倍。
按照1999年底人口统计,农村居民人均建设用地是城镇人均建设用地的2.5倍。
因此,农村居民点用地在中国居民地中占比重较大,我们在强调城市化过程中城市用地扩大的同时,必须加强对农村居民点用地的研究和管理。
其中，居民点的密度是研究农村居民点分布的一个重要指标。
我们利用农村居民点密度来分析居民点地区间的差异。
农村居民点密度PD（PatchDensity）
PD=n/A
其中，n为农村居民点数量，具体为太和县土地利用矢量图中的农村居民地个数；
A为研究区面积，具体为本县行政界线内的土地面积【12】。
4.2.1居民点面状转换为点状
居民点密度分析需要将居民点由面状转换为点状。
具体做法：
在ArcToolboxFeature中找到
，将四期面状居民点转换为点状形式，为下一步密度分析做准备。
图4-4太和县农村居民点点状分布80年代、2000年、2005年、2009年
4.2.2居民点密度分布图
利用Arcgis空间分析中的密度分析，得到四期农村居民点的密度分布图。
来观察二十年来，农村居民点的分布特征的变化。
提取四期点状农村居民点，得到四期居民点空间分布图，制作成地图，如下：
（a）（b）
（c）（d）
图4-580年代、2000年、2005年、2009年太和县农村居民点密度图
小结：
对比80年代和2009年居民点密度图总体来说，太和县由于地形因素、社会历史因素的影响，居民点呈自然状态分布，不存在趋向河流的带状分布和地形因素下的面状的明显分布特征，变化较小。
但我们同样也可以看到，2005年以前南部密度较大，但2005年对比2009年，我们可以看出北部也呈现出大片高密度的居民点分布，居民点趋向东部和北部发展。
这与南部地区的自然、社会因素有着密切关系。
以80年代和2009年密度图为例：
（a）（b）
图4-680年代、2009年太和县农村居民点密度分布与社会因素
小结：
1）由图4-6（a）可知：
80年代的居民点分布是聚落自然发展形成，分布稠密均匀。
南部由于沙河流经此处居民点生活需要，农村居民点沿河分布稠密，呈现出沿河居住的条带式的分布特征。
且由于靠近城区，这也是这片区域农村居民点分布稠密的社会因素。
2）对比图4-6（b），2009年农村居民点密度呈现出明显变化：
农村居民点密度较高的区域在城区的东北方向。
这主要原因是因为肖口铅工业园的影响。
新世纪以来，太和县工业迅速发展，经济开发区、工业园区等迅速建立起来，工业总产值突破100亿元，其中肖口县的工业总值就占据45%。
由于铅对人体有害，园区附近居民点大量撤离，向北部和东部城区迁移，这就出现了城区北部和东部地区高密度的现状。
4.3地物信息分析
农村居民点用地在中国居民地中占比重较大,我们在强调城市化过程中城市用地扩大的同时,必须加强对农村居民点用地的研究和管理。
这里的统计分析，主要利用Arcgis中空间分析中的缓冲区分析来显示太和县农村居民点的空间分布特征，以及依据收集到的太和县统计数据来研究太和县农村居民点的时间变化特征，从时间和空间上，来分析太和县农村居民点的变化。
4.3.1河流、道路与居民点分布特征
缓冲区是地理空间，目标的一种影响范围或服务范围在尺度上的表现。
它是一种因变量，由所研究的要素的形态而发生改变。
从数学的角度来看，缓冲区是给定空间对象或集合后获得的它们的领域，而邻域的大小由邻域的半径或缓冲区建立条件来决定。
缓冲区建立的形态多种多样，常用的对于点状要素有圆形，也有三角形、矩形和环形等；对于线状要素有双侧对称、双侧不对称或单侧缓冲区；对于面状要素有内侧和外侧缓冲区，虽然这些形体各异，但是可以适合不同的应用要求，建立的原理都是一样的。
缓冲区分析（Buffer）是对选中的一组或一类地图要素（点、线或面）按设定的距离条件，围绕其要素而形成一定缓冲区多边形实体，从而实现数据在二维空间得以扩展的信息分析方法。
缓冲区应用的实例有如：
污染源对其周围的污染量随距离而减小，确定污染的区域；为失火建筑找到距其500米范围内所有的消防水管等【11】。
此处，我们应用缓冲区的知识来分析距离道路、河流1500米内农村居民点的空间分布特征。
1、以河流为中心做河流500米、1000米、1500米、2500米缓冲区，并提取不同缓冲区间农村居民点个数，进行分析对比：
图4-780年代河流500米、1000米、1500米、2500米缓冲区分布图
居民点个数
占总居民点比例
<500米
622
26%
>500m米，<1000米
463
19%
>1000米，<1500米
369
14%
>1500米，<2000米
286
11%
>2000米
976
40%
总计
2430
100%
表4-1河流缓冲区不同区间居民点数
小结：
80年代时，由于缺乏合理的村镇规划和政府支持等，社会因素对农村居民点影响较小。
居民点大多呈自然状态分布。
由缓冲区图可以看出，80年代时居民点呈沿河流分布密集，缓冲区500米内居民点个数达到26%，500米到2000米内随着距河流越远呈递减状态。
距离河流偏远的地方呈自然状态均匀分布，但河流缓冲区2000米以外的居民点个数占总居民点数的40%，可以看出河流对居民点的吸引力较小。
这主要与太和县处于黄淮平原腹地，降水充足有直接关系。
2、以道路为中心做道路500米、1000米、1500米缓冲区，并提取不同缓冲区间农村居民点个数，进行分析对比：
图4-880年代道路500米、1000米、1500米缓冲区分布图
居民点个数
占总居民点数比例
<500米
754
31%
>500m米,<1000米
543
22%
>1000米，<1500米
390
16%
>1500
743
31%
总计
2430
100%
表4-2道路缓冲区不同区间居民点数
小结：
80年代时，由于缺乏合理的村镇规划和政府支持等，农村主要的使用的交通设施的道路。
随着工业、农业发展的要求，道路对农村居民点的影响越来越大，所以农村居民点呈现沿道路分布密集，距离道路500米以内的农村居民点达到754个，占总居民点数的31%，相当于1500米缓冲区外所有居民点个数的比重，说明道路对居民点影响较大，随着距离道路越远，居民点个数逐渐减少，与河流对居民点影响相比吸引力较大。
这与80年代太和县交通设施发展不完善有关，随着社会经济的发展，居民对道路的需求较高。
所以我们可以得到结论：
太和县农村居民点聚落在自然聚拢的过程中，受道路的影响相对较大。
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