城市扩张与土地利用动态分析（urban-expansion-analysis）

1. 技能概述

量化分析城市扩张速度、方向、模式以及土地利用结构演变规律，辅助国土空间规划实施评估、 城市增长边界（UGB）优化与紧凑城市策略制定。

2. 输入要求

变量名	类型	必需	说明
classified_images	list[file]	是	多个年份的土地利用分类栅格 GeoTIFF（像素值=类别编码）
years	list[int]	是	与 classified_images 同长度的年份列表
class_mapping	dict / file	否	类别编码 → 名称映射，不提供则使用默认
urban_classes	list[int]	否	被视为"建设用地"的类别编码，默认 [1]
city_center	list[number]	否	城市中心经纬度 [lon, lat]，用于方向分析
ugb	file (GeoJSON)	否	城市增长边界矢量，用于 UGB 占比分析
socioeconomic	file (CSV)	否	年份级社会经济数据（GDP、人口），用于相关性分析

默认 class_mapping：

1=建设用地  2=耕地  3=林地  4=草地  5=水体  6=湿地  7=裸地  8=其他

3. 用户输入引导

为进行城市扩张与土地利用动态分析，请提供：

1. 多年土地利用分类图（classified_images）：每年一个 GeoTIFF，像元值代表类别。至少 2 年。
2. 年份列表（years）：例如 [2015, 2020, 2025]。
3. （推荐）类别编码映射（class_mapping）：使您的数据类别对齐默认体系，否则采用默认。
4. （可选）城市中心点（city_center）：用于分析各方向扩张比例；不提供则自动取影像质心。

4. 处理流程

1. check-inputs：校验影像数量等于年份数，且像素尺寸一致
2. 对最早/最晚两期计算土地利用转移矩阵（多期则逐年成对）
3. 扩张强度指数（EII）：ΔUrbanArea_i / TotalArea_i / Years，>1.92% 为"高速"
4. 扩张方向：以 city_center 为极点的 8 象限扩张面积占比
5. 扩张模式：基于扩张斑块的质心-填充-边缘分类（infilling / edge-expansion / leapfrog）
6. 若提供 UGB：统计 UGB 内外的扩张面积
7. 若提供 socioeconomic：计算与 GDP/人口的相关系数
8. 简单情景外推：按平均年扩张速率线性外推未来 5/10 年面积

5. 参数说明（config.yaml）

classes:
  urban_codes: [1]
  default_mapping:
    1: 建设用地
    2: 耕地
    3: 林地
    4: 草地
    5: 水体
    6: 湿地
    7: 裸地
    8: 其他
pattern:
  infilling_ratio: 0.6
  leapfrog_distance_m: 500
forecast:
  horizons_years: [5, 10]

6. 调用示例

python /mnt/skills/custom/remote-sensing/urban-expansion-analysis/scripts/main.py \
  --action run \
  --inputs-json '{"classified_images":["/mnt/user-data/uploads/lulc_2015.tif","/mnt/user-data/uploads/lulc_2020.tif","/mnt/user-data/uploads/lulc_2025.tif"],"years":[2015,2020,2025],"urban_classes":[1]}' \
  --output-dir /mnt/user-data/outputs/expand_20260417

7. 输出文件

文件	含义
transition_matrix.csv	类别转移矩阵（面积/比例）
expansion_intensity.json	扩张强度指数 (EII) 与分级
expansion_direction.json	8 方向扩张面积占比
expansion_patches.geojson	扩张斑块 + 模式分类字段
scenario_forecast.json	未来情景外推
report.md	综合报告

8. 治理场景

• 国土空间规划实施评估
• 城市增长边界执行情况核查
• 资源环境承载力分析
• 紧凑城市 vs 蔓延发展诊断

9. 注意事项

• 请确保多期分类图使用相同类别体系；否则请通过 class_mapping 做类别合并映射
• "线性外推"仅作演示；严肃情景预测请使用 CA-Markov / SLEUTH / FLUS 等专业模型
• infilling / edge-expansion / leapfrog 阈值基于斑块质心到既有建成区的最短距离