土地消耗 (SDG 11.3.1)

  • 目标:了解如何以栅格格式计算 2000 年、2005 年、2010 年、2015 年的城市范围和人口,以及估计面积的表格输出。

  • 预计完成时间:40分钟

  • 互联网接入:必填

备注

关于 SDG 11.3.1 背后的概念、Trends.Earth 中使用的数据需求和方法的描述,请参阅背景部分:土地消耗和 SDG 11.3.1

备注

2019 年 7 月 20 日,我们推出了 ISI 数据集的更新版本。我们建议使用最新版本。但是,如果您在此日期之前用 Trends.Earth 对 SDG 11.3.1 运行分析,并想复制它们,则请使用以前的插件版本`此处<https://github.com/ConservationInternational/trends.earth/releases/tag/0.64>`_,并参考此`网站<https://github.com/ConservationInternational/trends.earth#development-version>`_ 以获取关于如何安装的说明。

探索城市制图仪

分析城市变化之前的第一步,是确定建成区的范围。为此,我们创建了一个名为 `Trends.Earth 城市制图仪<https://geflanddegradation.users.earthengine.app/view/trendsearth-urban-mapper>`_ 的交互式网站界面。这一步对于确保指标确定的建成区准确反映研究区域的情况至关重要。`Trends.Earth 城市制图仪<https://geflanddegradation.users.earthengine.app/view/trendsearth-urban-mapper>`_ 允许用户探索不同参数的变化如何影响建成区数据的范围,之后这些数据将用于定义城市范围的变化。

  1. 在 QGIS 中运行分析之前,导航到 `Trends.Earth 城市制图仪<https://geflanddegradation.users.earthengine.app/view/trendsearth-urban-mapper>`_

  2. 此工具可用于分析世界上几乎任何城市的建成区变化。单击页面顶部中心的 搜索地点 窗口,然后输入您要分析的城市。对于本教程,键入 乌干达坎帕拉 并单击下方显示的选项。

  3. 此工具允许您更改三个参数,以便正确识别最适合您的城市的建筑范围:不透水表面指数、夜间灯光指数和水频率。第一次在新城市运行此工具时,单击 运行分析 以查看默认参数的执行情况,然后您可以从中自定义分析。您可以使用背景中的高空间分辨率图像来评估产品。

现在,具有由默认参数定义的构建区域的地图,将以以下方式加载到地图颜色编码中:

  • 黑色:2000 年以前存在的建成区

  • 红色:2000 年至 2005 年间建造的建成区

  • 橙色:2005 年至 2010 年间建造的建成区

  • 黄色:2010 年至 2015 年间建造的建成区

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  1. 现在您应该使用对城市的了解来探索数据集。例如,我们可以放大坎帕拉西部的一个区域,以查看默认参数的执行情况 (ISI: 30, NTL: 10, WFR: 25):

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  1. 在此区域,数据集似乎缺少一些构造,因此我们可以将 ISI 阈值调整为较低的值,以将不透水表面密度较低的区域纳入我们对坎帕拉的构造的定义。让我们**将不透水表面指标阈值从 30 更改为 25,然后单击运行分析**

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  1. 这似乎向我们想要的方向增加了建筑面积,但我们现在可以在城市郊区看到一些直的不连续线,之后没有任何信息。这表明夜间灯光阈值过于严格。如果我们将参数设置为较低的值,我们将允许分析包括夜间光密度低的区域。将夜间灯光阈值从 10 更改为 2,然后单击运行分析。

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  1. 我们现在可以看到,构建区域信息扩展了我们正在探索的所有区域。我们可以根据需要多次运行分析。每次我们单击 运行分析 时,都会在地图中添加一个新图层。您可以在地图右上角的**图层菜单**中打开和关闭不同的图层,或更改每个图层的透明度。

../../_images/layers_menu.png
  1. 我们建议您花一些时间探索每个参数中不同值对您的城市的影响,因为您的结果很大程度上取决于它们。确保导航到城市的不同区域,以确保参数在靠近市中心的高密度区域以及中低密度区域运行良好。您可以在下方找到为测试的 224 个城市的样本选择的阈值参数的空间分布,这可以作为您确定哪些值可能与您感兴趣的城市最相关的指南。您一旦觉得已经确定了想要分析的城市的最佳价值,就可以转到 QGIS 运行分析了。

../../_images/sdg11_map_cities_isi.png ../../_images/sdg11_map_cities_ntl.png ../../_images/sdg11_map_cities_wfr.png

第 1 步:建成系列

  1. 从QGIS中的Trends.Earth插件中选择Calculate图标(| iconCalculator |)。

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  1. 计算指标**菜单将打开。在此窗口中,单击**城市变化和土地消耗指标(SDG 指标 11.3.1) 按钮。

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  1. 选择步骤 1:计算城市变化空间图层

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  1. 计算市区变化指标 菜单将打开。在此窗口中,您将逐步浏览四个选项卡以设置分析参数。在设置选项卡中,您将通过探索 Trends.Earth Urban Mapper,来输入您确定的最适合城市的参数。

  1. 通过选择 0–100 之间的值,来选择不透水表面指数 (ISI)。较低的值将包括低密度区域。

  2. 通过选择 0–100 之间的值,来选择夜间灯光指数 (NTL)。较低的值将包括低光照区域。

  3. 通过选择 0–100 之间的值,来选择水频率 (WFR)。较低的值将包括低频水体。

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在这种情况下,我们将它们更改为:ISI = 25、NTL = 2 和 WFR = 25,然后单击“下一步”。

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  1. 在“高级”选项卡上,您需要定义:

  1. 郊区和城市建成区的门槛。

  2. 定义最大占用空地面积 (ha),即比此区域更大的连续占用空地将被视为农村。

  3. 选择要用于分析的人口密度数据集。

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我们现在将使用默认选项,但您可以更改它们以适应您的分析需要。点击“下一步”。

  1. 在“区域”选项卡上,您可以从下拉列表中选择国家、地区或城市,或从文件上传区域。如果您选择城市或上传城市的点位置,请将缓冲区应用到所选区域,以便分析涵盖所有潜在的城市区域。

如果您使用自己的多边形进行分析,我们建议您不使用缓冲区,因为这会影响分析面积和最终面积计算。

../../_images/calc_indicators_area.png

备注

提供的边界来自`Natural Earth <http://www.naturalearthdata.com>`_,并且在 `公共域<https://creativecommons.org/publicdomain>`_中。Trends.Earth 中使用的边界、名称和称号并不代表保护国际基金会或其合作伙伴组织和贡献者的官方认可或接受。如果将 Trends.Earth 用于官方用途,建议用户选择其国家指定办事处提供的官方边界。

  1. 在“选项”选项卡上,您必须为任务指定一个名称,并就自定义分析参数的方式加上一些注释,以供将来参考。

当所有参数定义好后,点击“计算”,任务就会提交给 Google Earth Engine 进行计算。

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  1. 城市分析运行大约需要 30 分钟,具体取决于区域的大小和服务器的使用情况。要检查任务的状态,您可以单击 Trends.Earth 工具栏上的“下载”按钮。当窗口打开时,单击**刷新列表**。

../../_images/ldmt_toolbar_highlight_tasks.png ../../_images/task_running.png

当 Google Earth Engine 任务完成并且您收到电子邮件后,单击“刷新列表”,状态将显示“已完成”。

../../_images/task_completed.png
  1. 要下载结果,请单击任务并选择窗口底部的“下载结果”。将打开一个弹出窗口,让您选择保存图层的位置并为其指定名称。

../../_images/save_json.png

然后单击“保存”。图层将保存在您的计算机上,并自动加载到您当前的QGIS项目中。

../../_images/urban_area_change.png

步骤2:城市变化

  1. 您现在已将数据集下载到了本地计算机,但我们仍需要估算其随时间的变化,以计算 SDG 指标11.3.1。 为此,从 QGIS 中的 Trends.Earth 插件中选择计算图标 (iconCalculator)。

../../_images/ldmt_toolbar_highlight_calculate.png
  1. 计算指标**菜单将打开。在此窗口中,单击**城市变化和土地消耗指标(SDG 指标 11.3.1) 按钮。

../../_images/calc_indicators.png
  1. 选择步骤2:计算城市的城市变化汇总表。

../../_images/calc_urban2.png
  1. 输入:加载一个现有的.json文件,如果它没有从您的QGIS 项目自动填充到下拉列表中。

../../_images/summary_input.png
  1. 输出:选择浏览以导航到您计算机上的一个文件,并保存json文件和excel表格。

../../_images/summary_outputs.png
  1. 区域:定义分析区域

../../_images/summary_area.png
  1. 选项:为该分析输入任务名称和注释。 最后一步是在您的计算机上本地计算的,它将自动加载至您的QGIS项目窗口中。

../../_images/summary_options.png
  1. 查看结果:处理完成后将出现一个窗口。选择**确定**。

../../_images/success.png

单击“确定”后,四幅年度城市范围地图及其相应分区将加载到QGIS项目中。

备注

如果您选择了缓冲区选项来运行分析,您可能会注意到结果似乎不是完美的圆形。 我们在计算缓冲区时使用平面坐标来测量距离,同时以地理坐标显示结果。 这将导致您的区域距离赤道越远,就会造成明显的扭曲,但无需担心,结果是正确的。

../../_images/urban_change.png
  1. 要浏览汇总表,请导航到计算机中保存excel文件的文件夹,然后双击该文件夹打开。如果出现错误窗口,请选择**是**,然后汇总将运行打开。

../../_images/error1.png ../../_images/error2.png ../../_images/summary_table_sdg11.png
  1. 在本表中,您可以找到不同城市土地覆盖类型(城市、郊区、边缘开放空间、捕捉开放空间和水域)以及农村地区。您还可以找到所分析年份(2000年、2005年、2010年和2015年)的人口数量以及最终的SDG11.3.1。

备注

为了改进硬化地表指数以及我们为用户提供的指导,了解您为您所在城市选择的参数,以及您通过填写此“在线表格<https://docs.google.com/forms/d/e/1FAIpQLSdLRBzeQ5ZknHJKEtTTzd2VBo2lroPy2RLUSKFpfCyCBRqPKg/viewform>”对工具运行情况进行的评估,对我们将非常有帮助。您填写此表格所需的时间不会超过30秒,这将有助于我们改进工具。谢谢!

附加:水频参数

在本教程中,我们没有探讨第三个参数“城市映射页面<https://geflanddegradation.users.earthengine.app/view/trendsearth-urban-mapper>”的影响。让我们改变一下,水的频率。对于大多数城市,该参数将保持不变,但对于那些必须通过捕捉水的动态来了解城市如何变化的地方,该参数将非常有用。

水频参数应解释为:一个像素需要被水覆盖至少 X% 的时间才能被视为水域,否则将被视为陆地”。这意味着该值越高, 地图将显示更少的水域和更多的陆地(即,在此情况下才合成)。

要了解其中一个范例,请导航到“城市映射页面<https://geflanddegradation.users.earthengine.app/view/trendsearth-urban-mapper>”,然后我们前往**迪拜**。

../../_images/wfr_satellite.png

我们将注意到的一个主要特征是一组岛屿。然而,当我们单击**运行分析**时,数据集似乎没有找到它们

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如果我们将水频参数从25改为80,我们可以开始看到水域中最近合成的区域(ISI=30,NTL=10,WFR=80)。但我们仍然缺少一部分。

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  1. 在此情况下,这些新建岛屿的某些部分似乎没有太多灯光。 因此,如果我们将 NTL 阈值设置为较低的值(例如 5),我们将捕捉到它们。

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