一种大规模土地利用/覆被变化转移矩阵装置及使用方法与流程

本发明涉及地理空间信息处理与分析领域，特别涉及一种大规模土地利用/覆被变化转移矩阵装置及使用方法。

背景技术：

1、人类活动对地理环境的影响与塑造随着科学技术的不断进步越发显著，土壤侵蚀、水土流失等改变也导致许多环境问题日益突出。土地利用/覆盖(lucc)作为全球环境变化研究的关键问题，已成为越来越多国际研究机构日益关注的课题，它的变化较为直观的反映了已有的工业化、城市化过程，是未来土壤变化预测和模拟不可或缺的基础。研究一个地区的土地利用变化有助于更好的评估该地区的生态环境及合理的国土空间规划。

2、土地利用转移矩阵根据当前土地覆被在同一区域不同时相的变化关系得到的二维矩阵。通过分析得到的转移矩阵进行，能够得到多个时相不同地类之间的相互转化关系，反映了不同的土地利用类型在不同年份的变化以及发生变化的位置和变化面积。通过分析土地利用类型的总量变化，可了解土地利用变化和土地利用结构变化的总体趋势。

3、目前，计算转移矩阵的研究主要集中于对同一地区不同时相的两个矢量数据进行计算得到不同的地类之间相互转化关系表。如中国专利cn114969646a公布的一种利用土地利用转移矩阵计算土地利用净变化量和双向等量变化量的方法，涉及一种计算土地利用净变化量和双向等量变化量的方法。其解决土地利用转移矩阵无法直接表征土地利用变化过程中净变化与双向等量变化两种参量的技术问题，针对土地利用转移矩阵繁琐复杂，将土地利用转移矩阵进一步拓展，清晰表达土地利用类型的净变化量以及任意两种类型之间的等量变化数量(面积)；但是采用此方法虽然精度高，但是效率低、易出错，而且耗费时间长。

4、再如中国专利cn107562693a提出一种土地利用/覆被要素多特征变化转移矩阵矢量化提取方法，其中，方法包括：预处理得到形式一致的研究期初与期末两组矢量数据集；通过单项匹配获取匹配要素，计算匹配要素之间的重叠面积记录在要素匹配变化表；识别匹配要素在所选特征上的变化情况，补充记录；选择拟进行变化转移分析的要素属性特征，对其变化转移矩阵进行初始化设置；定义dictionary类型变量，将矩阵对应的单元格添加到变量中；逐条读取记录，重叠面积进行累加计算，并赋给对应单元格的值；对转移矩阵内的剩余信息内容进行汇总计算和赋值，以形成完整的变化转移矩阵；该方法可以从不同时期土地利用/覆被矢量数据集中自动挖掘生成多个特征的变化转移矩阵，但是对于计算大规模土地利用/覆被变化来说，这种方法虽然精度高，但是效率低、易出错，而且耗费时间长。

5、因此，针对现有土地利用/覆被变化计算方法的效率低、易出错，而且耗费时间长的弊端，急需要一种大规模土地利用/覆被变化转移矩阵装置及使用方法，进而解决大数据量土地利用/覆被变化的问题，提高运算效率。

技术实现思路

1、为了解决现有土地利用/覆被变化计算方法的效率低、易出错，而且耗费时间长的弊端，进而解决大数据量土地利用/覆被变化的问题，提高运算效率，本申请设计了一种大规模土地利用/覆被变化转移矩阵装置及使用方法。

2、一种大规模土地利用/覆被变化转移矩阵装置，其包括获取单元、第一计算单元、第二计算单元、第三计算单元和第四计算单元；

3、所述获取单元，用于获取同一时空研究期初与研究期末土地利用矢量数据；

4、所述第一计算单元，用于对获取的同一时空研究期初与研究期末土地利用矢量数据进行预处理，包括坐标系统或模式结构或属性编码差异一致化处理，得到形式一致的研究期初与研究期末两组土地利用矢量数据；

5、所述第二计算单元，用于将所得到的两组土地利用矢量数据转化为栅格数据；

6、所述第三计算单元，用于将所得到的两组栅格数据，基于栅格代数方法，采用并行计算土地利用类型变化情况；

7、所述第四计算单元，用于基于栅格计算结果，生成土地利用转移矩阵报表。

8、一种大规模土地利用/覆被变化转移矩阵方法，包括以下步骤：

9、步骤s1、采用获取单元和第一计算单元对获取的同一时空研究期初与研究期末土地利用矢量数据进行预处理，得到形式一致的研究期初与研究期末两组土地利用矢量数据；

10、步骤s2、使用第二计算单元，设置合适的参数，将土地利用/覆被矢量数据转化为栅格数据；

11、步骤s3、使用第三计算单元并将所得到的两组栅格数据，基于栅格代数方法并行计算所有像元的变化情况；

12、步骤s4、使用第四计算单元并基于栅格计算结果，生成土地利用转移矩阵报表。

13、优选地，所述步骤s1中，预处理包括坐标系统或模式结构或属性编码差异一致化处理。

14、优选地，所述步骤s2中，矢量数据转化为栅格数据的方法为：将原始比例尺为1：1000～2000矢量数据的空间特征转换为离散的栅格单元，即将地图坐标转换为栅格单元的行列号，使用边界代数算法进行多边形填充，并设置输出像元的大小，在矢量表示的多边形内部的所有格点上赋予正确的多边形编号，形成栅格数据阵列，栅格单元的属性通过属性赋值获得。

15、优选地，所述步骤s3中，将所得到的两组栅格数据基于栅格代数方法，通过并行计算所有像元来获取土地利用类型变化情况。

16、优选地，所述步骤s3的具体方法为：根据对应的地物类型，使用分类后比较法，基于分类基础上，通过分类结果进行逐个像元的比较，直接发现变化信息，推断变化状况来进行土地利用类型变化情况；并行计算所有像元的土地利用变化，在同一时间由不同执行部件同时执行多个任务，将计算所有像元的土地利用变化分解成若干个部分，各部分均由一个执行部件并行计算。

17、本发明所获得的有益效果：

18、1、本申请设计的一种大规模土地利用/覆被变化转移矩阵装置及使用方法，通过获取单元、第一计算单元、第二计算单元、第三计算单元和第四计算单元设计了4个步骤，将土地利用矢量数据栅格化，对于计算大规模土地利用/覆被变化来说，不仅仅具备精度高的技术效果，还具备效率高、精确，省时的技术效果，因此能够在解决大数据量土地利用/覆被变化的问题同时，提高运算效率。

19、2、本申请提出的一种大规模土地利用/覆被变化转移矩阵方法与装置，将土地利用矢量数据栅格化，采用并行计算方法，基于栅格代数运算方法计算所有像元的变化，大幅度的提高转移矩阵运算效率。

20、上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，从而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下以本申请的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

21、根据下文结合附图对本申请具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本申请的上述及其他目的、优点和特征。

技术特征：

1.一种大规模土地利用/覆被变化转移矩阵装置，其特征在于，其包括获取单元、第一计算单元、第二计算单元、第三计算单元和第四计算单元；

2.根据权利要求1所述的一种大规模土地利用/覆被变化转移矩阵装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种大规模土地利用/覆被变化转移矩阵装置的使用方法，其特征在于，所述步骤s1中，预处理包括坐标系统或模式结构或属性编码差异一致化处理。

4.根据权利要求2或3任一项所述的一种大规模土地利用/覆被变化转移矩阵装置的使用方法，其特征在于，所述步骤s2中，矢量数据转化为栅格数据的方法为：将原始比例尺为1：1000～2000矢量数据的空间特征转换为离散的栅格单元，即将地图坐标转换为栅格单元的行列号，使用边界代数算法进行多边形填充，并设置输出像元的大小，在矢量表示的多边形内部的所有格点上赋予正确的多边形编号，形成栅格数据阵列，栅格单元的属性通过属性赋值获得。

5.根据权利要求2或3任一项所述的一种大规模土地利用/覆被变化转移矩阵装置的使用方法，其特征在于，所述步骤s3中，将所得到的两组栅格数据基于栅格代数方法，通过并行计算所有像元来获取土地利用类型变化情况。

6.根据权利要求5所述的一种大规模土地利用/覆被变化转移矩阵装置的使用方法，其特征在于，所述步骤s3的具体方法为：根据对应的地物类型，使用分类后比较法，基于分类基础上，通过分类结果进行逐个像元的比较，直接发现变化信息，推断变化状况来进行土地利用类型变化情况；并行计算所有像元的土地利用变化，在同一时间由不同执行部件同时执行多个任务，将计算所有像元的土地利用变化分解成若干个部分，各部分均由一个执行部件并行计算。

技术总结
本发明介绍了一种一种大规模土地利用/覆被变化转移矩阵装置及使用方法，其中，方法包括以下步骤：步骤S1、对获取的同一时空研究期初与研究期末土地利用矢量数据进行预处理，得到形式一致的研究期初与研究期末两组土地利用矢量数据；步骤S2、设置合适的参数，将土地利用/覆被矢量数据转化为栅格数据；步骤S3、将所得到的两组栅格数据，基于栅格代数方法并行计算所有像元的变化情况；步骤S4、基于栅格计算结果，生成土地利用转移矩阵报表。本申请设计的一种大规模土地利用/覆被变化转移矩阵装置及其方法，将土地利用矢量数据栅格化，采用并行计算方法，基于栅格代数运算方法计算所有像元的变化，大幅度的提高转移矩阵运算效率。

技术研发人员：刘坡,王颖,胡楚丽,马照亭
受保护的技术使用者：中国测绘科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13