空间模拟模型获取未来土地覆盖教程

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空间模拟模型获取未来土地覆盖教程

缘起

我这几天翻自己以前的博客，翻到了这一篇：

当时不求甚解，没有深入的探索，直到我看到了YouTube有一位up主发了空间预测模拟的教程（参考网址中），因此激起了我的兴趣。

简介

空间预测模型具有空间模拟的优势，反映位置变化信息，预测空间格局的分布变化，能够模拟复杂系统的时空演变过程这类模型主要用于确定土地利用／土地覆盖变化的模式和过程，并预测未来变化的位置。

该类模型是在时间、空间和状态上离散的网格动态模型，能够从经验数据推导出土地利用／覆盖变化的过渡规则，可以在复杂和动态的环境中完成一系列任务，并且可以适应和感知环境的变化，这些特征被广泛用于模拟不同活动之间的相互作用。空间预测模型的相关原理可以参考：

技术路线

操作流程

影像预处理

数据准备

进行土地覆盖数据的空间模型预测需准备多年的土地覆盖数据，道路数据和DEM数据。

选取的研究区为四川省资阳市乐至县（怎么**又是这？**因为乐至县是我老家，哈哈）。

DEM数据为30m分辨率的NASA DEM，道路数据选取的是2020年open street map的道路矢量。土地覆盖数据是2009年、2014年、2019年的武汉大学数据集。

影像因子不仅可以包括交通距离、dem，你也可以添加土壤数据、气象数据等。这里为了展示，不深入研究。

研究目的是通过2009年和2014年的乐至县土地覆盖数据训练空间预测模型，获得2019年的乐至县预测土地覆盖影像，并对结果进行评价。

投影与分辨率处理

栅格数据处理

使用GCS_WGS_1984地理坐标系与WGS_1984_UTM_Zone_48N投影坐标系，对所有数据进行坐标系转换与重新投影：

栅格数据的投影转换使用导出功能中附带的数据框，并将分辨率设置为30m：

矢量数据的处理：

矢量数据的转换使用投影功能

道路数据做完投影之后，需计算交通距离图，即计算在乐至县内的每一个像素点到最近道路的距离。这里需使用欧氏距离计算工具：

需要注意分辨率设置为30m：

并在环境工具中设置空间处理范围为乐至县：

为防止出现bug，需要在环境设置中将并行处理因素设置为0：

点击运行，获得交通距离栅格图：

数据裁剪与像元对齐

使用栅格裁剪工具（数据管理-栅格-栅格处理-裁剪），不要选掩膜提取：

对2009年土地覆盖、2014年土地覆盖影像、dem影像和交通距离影像进行裁剪

为保证各个数据的像元个数相同并实现像元对齐，裁剪时必须勾选上裁剪几何和保持裁剪范围。这时打开所有影像的属性，这时输入数据都为相同行列号和分辨率。

空间模拟

工具介绍

MOLUSCE，Methods Of Land Use Chande Evaluation，是一个用于土地利用变化评估的 QGIS 插件,主要有以下功能：

• 获取时间段 A（过去）的土地利用类别栅格、时间段 B（现在）的土地利用类别栅格以及解释变量的栅格。
• 训练一个模型来预测从过去到现在的土地利用变化。
• 使用派生模型、土地利用现状和当前因素预测未来土地利用变化。

模型训练

安装qgis（需要降级到2系列版本，不要使用3版本），在插件中心安装该插件。

添加土地覆盖数据以及空间影响要素，

点击检查几何。检查几何最主要是对比数据的坐标系、分辨率、像素对齐这三个内容，一定要按照我上面的数据处理预处理步骤，这一步才能通过检查。如果没有问题才能进入下一步预测。

选中check all raster，并计算各个影像因子相关系数，算法的选择可以随意，我这里选的算法是皮尔逊积矩相关系数：

再进入下一步，计算乐至县2009年到2014年的土地变化矩阵，变化影像需要导出：

完成上诉步骤，即可开始训练模型：

模型预测

待数据训练完毕后，即可模拟预测影像：

这个模拟过程耗时较长，耐心等待：

精度评价

待预测完毕后，即可使用工具进行精度评价：

操作视频

分为两部分影像预处理与空间模拟，由于我的耳机麦有杂音，我就不做相关语言介绍：

预处理的视频如下：

空间预测模拟-数据预处理

空间模拟的视频如下：

空间预测模拟-模型预测部分

写在最后

由于我之前没有接触过空间预测模拟这一个领域，难免有不妥之处，欢迎留言讨论。
查看更多数据教程，可以使用“遥感地信数据汇”：
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参考

[1]陆雨婷. 基于遥感时空融合的合肥市土地利用/土地覆盖变化分析与模拟[D].安徽大学,2019.

[2]李婧,范泽孟,岳天祥.中国西南地区土地覆盖情景的时空模拟[J].生态学报,2014,34(12):3266-3275.

[3]Prediction of Land Use/Land Cover Change using QGIS and ArcGIS (2010-2020-2030).=07_Z4JraSFc&list=PL-oOgWm8Lw-9Ck1vAmku9m1mZNACrzXz7&index=7&ab_channel=GIS%26RSSolution