基于TM影像的常寧市土地利用變化動態(tài)監(jiān)測

1、基于 TM影像的常寧市土地利用變化動態(tài)監(jiān)測摘 要： 土地利用/土地覆被變化是全球環(huán)境變化的重要組成部分和主要原因之一1。利用ENVI 軟件和ArcGIS 9.2軟件, 以 2000年和 2009年湖南省常寧市 Landsat TM 5影像為數(shù)據(jù)源, 經(jīng)主成分增強(qiáng)處理后, 結(jié)合人工目視解譯對影像選擇感興趣區(qū)域，并進(jìn)行采用最小距離法進(jìn)行監(jiān)督分類, 獲得了常寧兩個時相的土地利用分類數(shù)據(jù)，且利用GIS的空間分析功能，分析了常寧市土地利用類型變化的時空特征和規(guī)律。結(jié)果表明：耕地是面積減少最多的土地利用類型，常寧市的土地利用變化是由人口的增長、城市化等多因素導(dǎo)致的。此研究可為政府等決策部門提供相關(guān)依據(jù)。【

2、關(guān)鍵詞】 TM 5影像; 土地利用 /覆被變化; 動態(tài)監(jiān)測; 常寧市【abstract】 the land use/land cover changes is the global change and an important part of one of the main reasons for 1. Use ENVI software and ArcGIS 9.2 software, in 2000 and 2009 in hunan province Landsat TM image why five as data sources, the principal component e

3、nhancement processing, the combination of artificial visual interpreting to image choose the interested region, and the minimum distance supervised classification method, won the alluvial phase two of the land use classification data, and by using GIS space analysis, this paper analyzes the function

4、 of types of land use change why the characteristics of space and time and law. The results show that: the cultivated land area is the greatest decreases of types of land use, the land use change is why by population growth, urbanization, and other factors lead to more. This study can be for the gov

5、ernment to provide decision-making departments related basis. 【 key words 】 TM image; 5 The land use/cover change; Dynamic monitoring; Chang Ning0引言土地是人類生存之本，是社會物質(zhì)財富的最基本源泉2。土地利用 /土地覆被變化 ( Land-Use and Land-Cover Change , LUCC) 是人類利用土地的自然屬性和社會屬性不斷滿足自身需求發(fā)展的動態(tài)過程, 是全球環(huán)境變化的重要組成部分和主要原因之一, 對區(qū)域可持續(xù)發(fā)展和區(qū)域土地管理具

6、有重要意義, 因而成為現(xiàn)代地理學(xué)研究的前沿與熱點(diǎn)領(lǐng)域之一 3-5 自從 “國際地圈與生物圈計劃”（IGBP） 和 “全球環(huán)境變化人文因素計劃”（IHDP） 聯(lián)合提出 “土地利用/土地覆被變化”（LUCC） 研究計劃， 土地利用變化研究就成為全球變化研究的前沿和熱點(diǎn)課題。許多國際組織和國家紛紛啟動了LUCC研究項目。國內(nèi)外學(xué)者針對土地生態(tài)環(huán)境問題、 土地利用變化建模與驅(qū)動機(jī)制也已開展了大量研究， 并取得了一系理論和應(yīng)用方面的創(chuàng)新性研究成果6-9。 常寧市地處北緯26°0726°36，東經(jīng)112°07112°41。總面積為2052平方千米，常寧市轄4個街道、

7、15個鎮(zhèn)、6個鄉(xiāng)、1個民族鄉(xiāng)、1個風(fēng)景名勝管理區(qū)。其地勢南高北低，大致呈兩級階梯分布，南部是南嶺山簇余脈的塔山和大義山，分別呈北東、南北走向，兩山之間夾有廟前西湖的低平谷地，成為常寧市與桂陽縣交通孔道。海拔1000米以上的山峰有16座，8001000米的山峰63座，群峰巍峨，構(gòu)成南部的天然屏障，為第一級階梯。北部的平原。丘陵交錯，海拔大約在200米以下，地形起伏，為第二階梯。地貌類型以崗地、山地、平原為主，山地占總面積25.56，丘陵占17.01，崗地占27.78，平原占25.41，水面占4.24。近幾年, 常寧建設(shè)發(fā)展迅速, 城市化進(jìn)程日益加快, 經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不斷提高。但隨著常寧市各方面的迅

8、速發(fā)展, 土地利用出現(xiàn)了不和諧現(xiàn)象,如農(nóng)業(yè)用地被大量占用, 建設(shè)用地不斷增加, 土地質(zhì)量不斷下降等。尤其是撤地設(shè)市以來, 人地矛盾更加突出, 土地利用結(jié)構(gòu)也發(fā)生了驟變。 本文采用2006年和2009年兩個時相的Landsat TM影像，同時結(jié)合湖南省常寧市地形圖和常寧市政區(qū)圖等輔助資料，分析近十年來土地利用變化情況，旨在為土地資源可持續(xù)利用、土地利用結(jié)構(gòu)和布局優(yōu)化、土地利用率和產(chǎn)出率的提高、區(qū)域土地集約利用和土地資源與經(jīng)濟(jì)社會持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。 1、材料與方法數(shù)據(jù)來源包括2000和2009年2期TM影像， 以及常寧市行政區(qū)圖，分類系統(tǒng)的構(gòu)建參照了國家分類標(biāo)準(zhǔn)和鹽城市土地利用現(xiàn)狀，將常寧

9、市土地利用類型劃分為耕地、 林地、水體、 建設(shè)用地、其它類等5大類。遙感數(shù)據(jù)信息主要利用Envi遙感軟件和ArcGIS9.2地理信息系統(tǒng)軟件進(jìn)行處理。首先對2006年和2009年遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行裁剪和幾何校正、配準(zhǔn)等數(shù)據(jù)預(yù)處理, 然后結(jié)合人工目視解譯, 采用最大似然法對圖像分別進(jìn)行監(jiān)督分類, 從中提取出主要的土地利用類型, 并在 ArcGIS9.2軟件的支持下,對解譯出的土地利用現(xiàn)狀類型圖進(jìn)行空間統(tǒng)計, 得出土地利用類型面積轉(zhuǎn)移矩陣表。采用單一土地利用動態(tài)度11來定量描述區(qū)域一定時間范圍內(nèi)某種土地利用類型的變化速度， 其表達(dá)式見公式 （1）。 （1）式中： K為研究時段內(nèi)某一土地利用類型動態(tài)度，U

10、a、Ub分別為研究期始末某一土地利用類型的面積，T為研究時段長（見表2）。 1.1主成份變換多光譜圖像的各波段之間經(jīng)常是高度相關(guān)的，它們的DN值以及顯示出來的視覺效果往往很相似。主成分分析（Principal Component Analysis,PCA）就是一種去除波段之間多余信息、將多波段的圖像信息壓縮到比原波段更有效的少數(shù)幾個轉(zhuǎn)換波段的方法10。主成分變換又稱主成分分析、主分量分析或K-L(Karhunen-Loeve)變換，是遙感最有用的變換算法之一12-13。表1 主成分分析結(jié)果2006年 2009年主成分 特征值 累計貢獻(xiàn)率 主成分 特征值 累計貢獻(xiàn)率PC1 2334.2327 9

11、5.30 PC1 4192.8809 96.64%PC2 89.8863 98.97% PC2 94.9190 98.83%PC3 18.8509 99.74% PC3 45.0132 99.86%PC4 4.4546 99.92% PC4 3.4512 99.94%PC5 1.5604 99.98% PC5 2.0298 99.99%PC6 0.3830 100.00% PC6 0.3776 100.00% 圖1（2000年主成分分析） 圖2（2009年主成分分析） 1.2 圖像分類分類系統(tǒng)的構(gòu)建參照了國家分類標(biāo)準(zhǔn)和常寧市土地利用現(xiàn)狀， 將常寧市土地利用類型劃分為耕地、 林地、水體、 建設(shè)用

12、地、其它類等5大類。表3 土地利用遙感解譯分類 一級類 二級類耕地 水田 旱地林地 林地、灌木林、未成林地、草地等建設(shè)用地 城市用地、農(nóng)村居住點(diǎn)、交通用地等水體 河流、湖泊、坑塘、水庫其它類 未利用土地 圖3（2000年分類結(jié)果圖） 圖4（2009年分類結(jié)果圖）2、結(jié)果分析2.1土地利用現(xiàn)狀即數(shù)量變化分析 表4 2000 年-2009年常寧市土地利用類型的統(tǒng)計信息 2000年 2009年土地利用類型 面積/ km比例/% 面積/ km 比例/% 變化面積/km2 動態(tài)度/% 耕地 912.08 44.23 780.25 38.12 -131.83 -6.11 林地 368.48 17.51 5

13、64.72 27.6 178.24 10.9水域 22.51 1.10 33.36 1.60 10.08 0.5建設(shè)用地 69.81 3.51 207.04 10.11 137.23 6.6其它類 679.12 33.65 466.63 22.57 212.49 11.08（注：表中“-”代表減少。）對比1992 年和2002 年的土地利用結(jié)構(gòu)（表4），可以發(fā)現(xiàn)不同時期各土地利用類型的比重。由表中可知：耕地面積所占比重較大占全市面積的40%左右，林地次之。從數(shù)量上來看，耕地、林地的面積均在減少，其中耕地面積減少最多從2000年的12.08km減少到2009年780.25km，面積增加的土地利用

14、類型包括建設(shè)用地、林地、水域。其中，建設(shè)用地面積由2000年的69.81 km 增加到2009 年的207.04 km，增加了137.23km。幾乎增加到原有建設(shè)用地面積的三倍。水域面積增加了10.08km2，水域的增加主要源于養(yǎng)蝦池、鹽田等面積的增加。林地面積也由2006年的368.48km增加到2009年的564.72km，說明政府組織退耕還林的措施，對于保護(hù)生態(tài)環(huán)境，防止水土流失，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率起到了積極作用。單一土地利用動態(tài)度計算結(jié)果表明，在所有土地利用類型中，林地的動態(tài)度位居第一（10.9%），且建設(shè)用地的動態(tài)度位居第二（6.6%），說明建設(shè)用地的變化速度很快。草地的耕地、水域的動

15、態(tài)度較小，說明這2 種土地利用類型變化相對比較穩(wěn)定，其中耕地和水域變化幅度雖大，但由于基數(shù)大，變化速度并不快。2.2 土地利用類型轉(zhuǎn)化分析表5 顯示了研究區(qū)8種土地利用類型間的相互轉(zhuǎn)化。從中可以看出，2000-2009年間，研究區(qū)各土地利用類型均參與的土地利用變化。表5 常寧市土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣2000年 耕地 林地 水域 建設(shè)用地 其它類 耕地 304.44 100.45 1.90 25.32 6.72林地 405.13 559.40 6.14 152.58 96.222009 水域 6.12 3.32 13.56 3.02 1.86建設(shè)用地 39.66 15.21 1.90 25.32

16、6.72其它類 50.87 85.55 1.75 14.99 1059.56具體表現(xiàn)為：在發(fā)生空間轉(zhuǎn)移的區(qū)域中，約30%的空間轉(zhuǎn)移發(fā)生在耕地與其他類型間，另有50%的空間轉(zhuǎn)移發(fā)生在水域與其他類型間。減少的耕地主要轉(zhuǎn)化為林地、水域、建設(shè)用地。其中主要轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地，部分被開墾為耕地。林地和耕地之間的轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出較為顯著，減少的園地主要轉(zhuǎn)變?yōu)楦?，而增加的園地的主要來源也是耕地。新增的林地主要通過擴(kuò)建農(nóng)田林網(wǎng)、建設(shè)海堤、河堤防護(hù)林等方式由耕地轉(zhuǎn)化而來，水域的主要轉(zhuǎn)出方向為耕地。3.土地利用變化驅(qū)動力探析土地利用驅(qū)動力是指導(dǎo)致土地利用方式、目的發(fā)生變化的各種直接和間接因素，包括自然驅(qū)動力和社會經(jīng)濟(jì)驅(qū)動力

17、14。在自然地理背景沒有大的改變的時期內(nèi)，土地利用變化主要受人口、經(jīng)濟(jì)、政策等多種社會經(jīng)濟(jì)因子的驅(qū)動。人口 它是人類社會因素中對土地利用變化影響的主要因素之一，也是最具活力的驅(qū)動力之一15.2000年-2009年10年間常寧市人口數(shù)量從2000年的831873增加到2009 年的873100人。人口數(shù)量的增加，導(dǎo)致了對住房、交通和公共設(shè)施等方面的需求加強(qiáng)，促使非農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)和城鎮(zhèn)有不斷發(fā)展的趨勢，從而導(dǎo)致耕地數(shù)量的減少，建設(shè)用地的增加。 表6 常寧市2000年-2009年歷年人口變化情況年份總?cè)丝?人)出生人口(人)死亡人口（人）自然增長率（）遷入人口（人）遷出人口（人）機(jī)械增長率（）200083

18、18731210867286.5282046806151.7320018380241183169735.8415805156580.1820028434141157170765.361414315840-2.032003836992964973262.751359216849-3.862004827075979463444.1211966103911.882005823452994258374.961084218562-9.3320068326331142663436.11784912131-5.152007840716726629145.231062612971-2.822008 86150

19、0648829224.341263412956-1.23.。232009 8731001134160416.0711435108930.98(注：此數(shù)據(jù)來源于衡陽市規(guī)劃指導(dǎo)思想、原則與依據(jù))城市化 可以用土地利用城鎮(zhèn)化指數(shù)E16來定量描述城市化水平，E=(居民點(diǎn)及工礦用地交通用地)本文采用建設(shè)用地代替居民點(diǎn)及工礦用地和交通用地總和。城市化通過影響人口、產(chǎn)業(yè)集聚、地域擴(kuò)展、生活方式和價值觀念等使土地利用非農(nóng)化17。城市的建設(shè)以及工礦建設(shè)會侵占大量耕地。同時，工業(yè)發(fā)展能夠帶動其他產(chǎn)業(yè)發(fā)展，引起產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，使得人口向城市流動18，常會導(dǎo)致部分耕地擱荒。政府規(guī)劃 組織退耕還林的措施，對于保護(hù)生態(tài)環(huán)

20、境，防止水土流失，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率起到了積極作用。這種舉措使得常寧市2000年-2009年的林地面積增加了178.24km。4、結(jié)論與討論本文利用2000年和2009年常寧市區(qū)Landsat TM 數(shù)據(jù)影像, 對常寧市兩個時期的土地利用現(xiàn)狀進(jìn)行分析,實現(xiàn)了對該地區(qū)土地利用變化的動態(tài)監(jiān)測研究結(jié)論如下：1）現(xiàn)行規(guī)劃對城鎮(zhèn)建設(shè)的快速發(fā)展缺乏準(zhǔn)確的估計，如果不調(diào)整耕地保護(hù)的思路，耕地保有量目標(biāo)難以實現(xiàn)。2）常寧市區(qū)人口密度逐年上升, 人地矛盾日益加劇, 人口增長成為土地利用變化的重要驅(qū)動力;3)政府政策在社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展中一直起著重要作用, 宏觀調(diào)控社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展, 深刻影響區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)變化。土地資源的

21、開發(fā)利用應(yīng)該主要從以下幾方面進(jìn)行調(diào)控。1）維持耕地動態(tài)平衡。控制各類建設(shè)占用耕地規(guī)模，維護(hù)耕地占補(bǔ)平衡，保證糧食安全。2）轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，根據(jù)當(dāng)?shù)沫h(huán)境容量進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃和合理布局。針對驅(qū)動因子的識別，本研究還僅限于定性分析。今后可綜合考慮其他潛在因素建立模型，模擬該地區(qū)土地利用變化過程，并預(yù)測未來土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢。3）政府的決策可對地方土地利用類型有一定的影響。政府要充分發(fā)揮這種作用?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】：1賀振 基于TM影像的常寧市區(qū)土地利用變化動態(tài)監(jiān)測 1673-2464（2010）05-0091-512崔功豪 魏清泉 等 區(qū)域分析與區(qū)域規(guī)劃（第二版）3王佑漢.半城市化地區(qū)土地利用變化及驅(qū)動力

22、分析: 以成都市龍泉驛區(qū)為例 J.資源與產(chǎn)業(yè), 2009 , 11 ( 2) : 61-654 李秀彬.全球環(huán)境變化研究的核心領(lǐng)域: 土地利用 /土地覆被變化的國際研究動向 J. 地理學(xué)報, 1996 , 51 ( 6) : 553 5585鐘凱文, 孫彩歌, 解靚.基于 G I S的廣州市土地利用遙感動態(tài)監(jiān)測與變化分析J.地球信息科學(xué), 2009 , 11 ( 1) : 111-1166郭旭東,陳利頂,傅伯杰.土地利用/土地覆被變化對區(qū)域生態(tài)環(huán)境的影響J.環(huán)境科學(xué)進(jìn)展,1999,7(6):66-75.7史培軍,陳晉,潘耀忠.深圳市土地利用變化機(jī)制分析J.地理學(xué)報,2000,55(2):151-160.8余婷,柯長青.基于CLUE-S模型的南京市土地利用變化模擬J.測繪科學(xué),2010,35(1):186-189.9Lamb in EF. Modeling and monitoring land-co