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清华地学系牵头推动完成“中国基本城市土地利

作者:澳门巴黎人发布时间:2019-12-26 18:49

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清华地学系牵头推动完成“中国基本城市土地利用类型制图”

清华新闻网12月25日电 12月23日,清华大学地球系统科学系宫鹏、徐冰教授牵头在《科学通报》(Science Bulletin)在线发表题为《中国基本城市土地利用类型制图:2018年结果》(Mapping Essential Urban Land Use Categories in China (EULUC-China): Preliminary Results for 2018)的通讯文章。该研究联合了国内30余家科研单位,70名作者,首次实现了全国范围内地块尺度的城市土地利用制图,揭示了地区和城市间的土地利用差异, 为国家高质量城市建设和城市体检、健康城市研究工作提供更加详细的数据支持。

土地利用是人类活动在土地空间的重要表现形式,由于人口增长和城市化进程的加速,城市土地利用正发生着迅速的变化。如何获取准确的城市土地利用动态制图,了解不同用地类型的布局、规模和变化趋势,对于合理配置城市土地资源,为国家宏观调控提供基础性数据和决策支持具有重要的社会和经济效益。然而,由于数据和资金支持的限制,全国或全球尺度城市土地利用的遥感制图研究仍相对缺乏。

针对这一难题,本文提出了涵盖居住-休闲-交通-工业-办公五大类用地的“基本城市土地利用类型(EULUC)”的概念,并综合利用2018年的10米哨兵遥感数据、OpenStreetMap数据、珞珈一号夜间灯光数据、以及腾讯移动定位和高德导航兴趣点(POI)等社会大数据,首次实现了全国范围内城市土地利用制图。本文的EULUC制图主要包括以下四个技术步骤:(1)利用30米城市轮廓数据和OpenStreeMap路网数据生成全国地块,作为基本城市土地利用类型的最小分类单元;(2)利用多源遥感和社会大数据提取地块尺度的分类特征,包括遥感光谱特征、夜间灯光特征、POI数量和腾讯定位人群变化特征;(3)联合21个研究团队,在全国范围内27个城市开展训练和验证样本的“众智”采集;(4)利用随机森林算法生成2018年全国基本城市土地利用类型制图,并进行两级分类体系的精度评价。 

由30米城市不透水层数据生成城市边界的示例图(北京、天津、唐山及其他四个城市)

第一版中国基本城市土地利用制图结果共包括440798个地块(除道路用地),一级总体分类精度为61.2% ,二级总体分类精度为 57.5%。统计结果表明:在2018年全国166338 Km2的城市不透水层范围内,居住用地占比25.0%(41576 Km2),商业用地占比4.4%(7317 Km2),工业用地占比40.6%(67588 Km2),交通用地占比11.2%(18576 Km2),公共管理和服务用地占比18.8%(31281 Km2)。 

基于《土地利用现状分类》GBT 21010-2017分类体系的基本土地利用图

作者们完成中国首套结合卫星遥感和众源大数据,以城市地块尺度生产的面向对象的高分辨率城市土地利用制图, 希望与世界共享中国的城市土地利用制图经验和智慧。同时,本文从地块质量的改善、分类样本-特征-算法的系统性测试、分类策略的优化等角度对进一步深化城市基本土地利用制图作了展望,将继续致力于中国多期城市土地利用的制图和更新,获取近实时动态的土地利用监测数据,以期更好地服务于国家城市土地利用规划、管理和监测需求。

该研究得到了国内外众多科研单位和相关机构的支持和合作,包括:清华大学、中国科学院、兰州大学、同济大学、山东科技大学、西南大学、浙江大学、南京大学、河海大学、武汉大学、华中科技大学、华中师范大学、中山大学、广州大学、福建师范大学、江西师范大学、中南林业科技大学、重庆师范大学、河南大学、吉林大学、香港大学、香港浸会大学、香港理工大学、台湾成功大学、美国加州大学戴维斯分校、爱荷华州立大学、肯塔基大学、深圳市数字城市工程研究中心、哈尔滨海航、谷歌公司和美国地质调查局等单位。值得一提的是,作为国内外多单位快速合作的一次尝试,该研究从想法构思到制图成文仅花了3个月时间,这种新型的众智合作方式,为城市科学研究提供了一种灵活、高效的合作模式。