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题目:基于模型聚类和SVM的土地覆盖 分类研究——以黄土高原为例

关键词:模型聚类,支持向量机(SVM),土地覆盖,黄土高原,退耕还林

  摘要

本文选取我国植被气候比较敏感的黄土高原作为典型区域,选
取2000年、2005年、2010年三个年份的MODIS-EVI时间序列数据为基础。先对研究区数据做相应预处理,包括KPCA变换、缩放变换等。接着利用高斯混合模型对随机的20000+ 个样点进行聚类,然后利用SVM方法进行扩展到全区域,再结合辅助数据及Google Earth等信息进行类定义、合并、精度验证等操作。最后以2010年土地覆盖数据为基准,进行不同土地覆盖类型的特征曲线提取,结合LibSVM模型进行2000年和2005年土地覆盖自动判别归类。最终得到三期土地覆盖数据,并简要的说明了下这10年间黄土高原不同时期、不同区域的土地覆盖变化情况和土地覆盖类型转化情况。具体得出如下几个结果:
(1)建立了以黄土高原为例的基于模型聚类和SVM混合模型的土地覆盖分类体系,其验证结果显示总体精度达87%,Kappa系数为0.75;
(2)黄土高原区具有很强的植被地带性;总体上森林资源稀少;由东南向西北,自然植被主要包括阔叶落叶林、森林草原、草原以及荒漠草原为主;农作物主要包括渭河平原的两季作物,以冬小麦夏玉米为主;汾河平原西南以单季水稻为主,东北以小麦、棉花为的粮棉产区;河套平原以及宁夏以小麦为主的一季作物。其中林地、草地、农田、裸地、水体的面积依次为:97670:81km2; 399434:18km2; 105129:64km2; 14764:46km2; 3000:94km2。
(3)总体上以草地转为农田、林地、裸地,农田转草地、林地,裸地转草地等几种方式。其中近10年林地增幅最大,达105.411%,而裸地降幅最大,为-48.034%。从前后五年以及各类转化分式可以推出,存在农田到草地再到林地,以及裸地到草地再到林地这两种主要的复式转化方式。
(4)本文简要的分析了下该区域土地覆盖变化的驱动因素,结果表明在短期内除了人为的影响,主要包括复垦、退耕还林还草、宜林荒地造林等,降水对于黄土高原植被覆盖变化同样起到了关键作用。
本文的主要创新点:
整合了目前比较流行的混合模型聚类(Mclust)和支持向量机(SVM)两种
算法于一体,使得在土地覆利用/覆盖分类中不仅提高了精度,同时,也弱化了不同人员在土地利用/覆盖的差异性;
根据已得到的土地覆盖分类结果(2010),利用LibSVM模型对不同土地覆盖类型的特征曲线自动进行土地覆盖分类。这样不仅节约人力物力,同时不同年份之间不因为不同人的操作、不同时间的操作而造成混淆,更好的指示土地覆盖变化;
以复杂多样的黄土高原植被气候区为例,一方面从实际出发验证了上述方法的可行性,同时,为进一步研究黄土高原区的人地关系奠定了基础。