臺(tái)兒莊區(qū)25年土地利用/覆蓋變化研究

王大鵬,楊艷超

（棗莊學(xué)院旅游與資源環(huán)境系,山東棗莊 277160）

土地是人們賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)[1],隨著社會(huì)的進(jìn)步,生產(chǎn)的不斷擴(kuò)大,土地利用的種類不斷增多,土地利用也發(fā)生著巨大的變化。土地利用/土地覆被變化(LandUse/Land CoverChange,LUCC)是當(dāng)前國際上十分關(guān)注的研究領(lǐng)域,被“國際地圈生物圈計(jì)劃”(IGBP)和“全球環(huán)境變化人文計(jì)劃”(IHDP)共同設(shè)定為核心項(xiàng)目[2-3],這足以說明其在全球或局部環(huán)境變化和可持續(xù)發(fā)展中所占有的重要地位。目前土地利用與土地覆被變化(LUCC)是全球變化研究的熱點(diǎn)和前沿問題,全球變化研究的重要內(nèi)容之一就是區(qū)域土地利用變化研究[4]。開展土地利用格局變化與預(yù)測研究,了解其成因與機(jī)制,是了解人類社會(huì)與自然環(huán)境相互關(guān)系的重要途徑。在過去的十幾年中,國內(nèi)外許多學(xué)者從不同角度對土地利用與土地覆被變化進(jìn)行了大量研究[5]。利用遙感與GIS技術(shù)作為數(shù)據(jù)源和技術(shù)支持,從區(qū)域角度分析區(qū)域不同時(shí)段土地利用與土地覆被變化是其中重要的研究方向。遙感技術(shù)以其快速、準(zhǔn)確、及時(shí)、周期性短等優(yōu)點(diǎn)在大中尺度的土地利用/覆蓋變化監(jiān)測中具有明顯的優(yōu)勢[6]。以臺(tái)兒莊區(qū)為例,在遙感影像解譯基礎(chǔ)上,進(jìn)行空間疊加分析,建立土地利用數(shù)據(jù)庫,并結(jié)合統(tǒng)計(jì)分析,揭示臺(tái)兒莊區(qū)25 a間土地利用動(dòng)態(tài)變化特征。為了可持續(xù)地利用土地,必須注意加強(qiáng)耕地保護(hù)力度,合理控制建設(shè)用地規(guī)模,科學(xué)開展城市用地規(guī)劃。

1 研究區(qū)概況

臺(tái)兒莊區(qū)為棗莊市轄區(qū),位于山東省的最南部,地處魯蘇交界,素有“山東南大門”之稱,江蘇北屏障,東連沂蒙山,西瀕微山湖,南鄰交通樞紐徐州,北接孔孟之鄉(xiāng)曲阜,戰(zhàn)略位置重要,歷來為兵家必爭之地。全區(qū)總面積約536.5 km2,轄5鎮(zhèn)1街,211個(gè)行政村(居),總?cè)丝?0萬人。臺(tái)兒莊是震驚中外的臺(tái)兒莊大戰(zhàn)發(fā)生地,京杭大運(yùn)河改道流經(jīng)臺(tái)兒莊,“黃金水道”杭運(yùn)河橫貫全境42 km,常年通航2 000 t級船舶,水上運(yùn)輸直達(dá)揚(yáng)州、南京、上海、杭州等地區(qū)。

根據(jù)遙感圖像自身的特點(diǎn)和研究區(qū)域的實(shí)際情況,將臺(tái)兒莊區(qū)土地利用/覆蓋類類劃分為旱田、稻田、居住用地(包括商業(yè)服務(wù)區(qū)、公用設(shè)施、公共建筑、住宅等)、道路、河流、堤壩、水庫、林地以及其它用地9種。

2 數(shù)據(jù)源與技術(shù)路線

2.1 數(shù)據(jù)源

本文采用臺(tái)兒莊地區(qū) 1979年的 MSS影像和2004年的TM影像作為主要數(shù)據(jù)源。1979年的影像具有4個(gè)波段,分辨率為60 m;2004年的影像具有6個(gè)波段、分辨率為30 m。研究區(qū)域內(nèi)沒有云層覆蓋,圖像質(zhì)量良好,能夠滿足研究需要。

2.2 變化監(jiān)測方法

目前基于遙感的土地利用/土地覆蓋變化的信息提取方法主要有分類結(jié)果比較法和地物光譜比較兩大類方法[7]。但由于衛(wèi)星成像時(shí)受太陽高度角、衛(wèi)星傾角等條件的不同,使得對于同一地物獲取到的不同時(shí)相的遙感影像的灰度值存在較大的差別,因而鑒于本項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)有數(shù)據(jù)和資料,采用地物光譜直接比較的方法可行性不大,而分類后比較的方法則相對來說比較成熟[8]。因此,采用先進(jìn)行常規(guī)分類后進(jìn)行比較的方法來進(jìn)行土地利用/土地覆蓋的變化測量。研究流程和技術(shù)路線如圖1。

3 數(shù)據(jù)處理

3.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

以1∶5萬地形圖為參考,在兩期圖像上分別選取一定數(shù)目的控制點(diǎn),對影像進(jìn)行幾何精校正。為了突出圖像中的有用信息,分別對兩期影像做了輻射增強(qiáng)、亮度匹配等增強(qiáng)處理,增強(qiáng)圖像的清晰度,提高遙感圖像的解譯性,還使兩個(gè)時(shí)期的影像同名地物具有大致相同的亮度特征,有利于建立統(tǒng)一的解譯標(biāo)志。

圖1 技術(shù)路線流程圖

3.2 土地利用/土地覆蓋信息提取

雖然兩期圖像的分辨率不同,但是提取土地利用/覆蓋信息是在同一比例尺下并保證1979年最小圖斑不丟失的原則下進(jìn)行,獲取的數(shù)據(jù)具有可比性,能夠滿足研究需要。

圖2 1979年和2004年土地利用/覆蓋信息

在標(biāo)準(zhǔn)假彩色合成圖像中,旱田和林地表現(xiàn)為鮮紅色;稻田由于土壤含水量大,表現(xiàn)為暗紅色,主要分布在研究區(qū)域市區(qū)附近的區(qū)域;居民地和道路表現(xiàn)為白色,其中狹長形狀的為道路;河流表現(xiàn)為深藍(lán)色或黑色條帶狀地物;居民地表現(xiàn)為青色,內(nèi)部紋理較雜亂,與河流平行的白色為堤壩;影像中有兩個(gè)藍(lán)色的小區(qū)域是水庫。根據(jù)以上解譯標(biāo)志通過屏幕矢量化的方法分別提取兩個(gè)時(shí)期的土地利用邊界,然后建立拓?fù)潢P(guān)系,并給每個(gè)圖斑賦予相應(yīng)的土地利用/覆蓋類型屬性,提取結(jié)果如圖2。

3.3 土地利用/覆蓋變化分析

轉(zhuǎn)移矩陣可以有效地表達(dá)兩個(gè)時(shí)期的不同類型之間的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系[9]。

式中:Aij——k時(shí)期土地利用/覆蓋類型i轉(zhuǎn)變?yōu)閗+1時(shí)期的土地利用/覆蓋類型j的面積。通過空間疊加分析,得到1979-2004年臺(tái)兒莊區(qū)土地利用變化轉(zhuǎn)移矩陣,如表1。

由表1可知:自1979-2004年25 a間臺(tái)兒莊區(qū)的土地利用/覆蓋狀況發(fā)生了巨大變化,主要表現(xiàn)為:居民地面積變化最大,增加了64.93 km2,比1979年擴(kuò)大了一倍多,其中旱田、稻田的貢獻(xiàn)率最大;道路的變化率最大,占地面積由1979年的1.54 km2增加至6.24 km2,增加了3倍多;稻田面積減少了48.69 km2,剩余面積僅為1979年的40.34%,其中旱田和居民地的貢獻(xiàn)率最大;林地減少了5.51 km2,占1979年面積的17.27%,主要流向旱田和居民地,由于人工綠化等原因,亦有旱田轉(zhuǎn)換為林地;旱田面積變化不大,但與居民地、稻田、林地、道路等地類之間的相互轉(zhuǎn)換較多。

表1 1979-2004年臺(tái)兒莊地區(qū)土地利用面積變化表 km2

4 結(jié)論

本文在解譯遙感影像的基礎(chǔ)上探討了自1979-2004年25 a間臺(tái)兒莊區(qū)的土地利用/覆蓋變化情況,研究發(fā)現(xiàn)在研究時(shí)段內(nèi),由于社會(huì)的發(fā)展,各種行業(yè)的規(guī)模不斷變化,土地利用情況發(fā)生著巨大、復(fù)雜的變化。

(1)由于人口的增長和城市化水平的提高,在20世紀(jì)80年代初期城區(qū)向東擴(kuò)展,90年代以后城區(qū)向西擴(kuò)張及各村鎮(zhèn)面積擴(kuò)張,造成了居民地面積變化最大,25 a間擴(kuò)大了一倍多,其主要來源就是農(nóng)田。

(2)由于經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展,交通水平不斷提高,京福高速、206國道等高等級的公路不斷增加,造成道路的變化率最大,占地面積由1979年的1.54 km2增加至6.24 km2,增加了3倍多。

(3)由于居民地占用和運(yùn)河供水的減少,稻田面積減少了 48.69 km2,剩余面積僅為1979年的40.34%,主要轉(zhuǎn)換為旱田和居民地。

(4)旱田面積變化不大,但與居民地、稻田、林地、道路等地類之間的相互轉(zhuǎn)換較多。水體和堤壩等水工建筑變化不大,林地有所減少,主要流向旱田和居民地。

受研究資料和時(shí)間的限制,文中對土地利用變化驅(qū)動(dòng)力的討論只是進(jìn)行了定性討論,缺乏社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)之間定量性的相關(guān)分析,由此可能帶來結(jié)論的不確定性,在此方面還需進(jìn)一步研究。

[1]顧朝林.北京土地利用/覆蓋變化機(jī)制研究[J].自然資源學(xué)報(bào),1999,14(4):307-312.

[2]TunerⅡB L.Two types of global environmental change:Definitional and spatial issues in their human dimensions[J].Global Environmental Change,1990,1(1):14-22.

[3]Meyer W B,TunerⅡB L.Change Use and Land Cover:A Global Perspective[M].London:Cambridge University Press,1994.

[4]李秀彬.全球環(huán)境變化研究的核心領(lǐng)域:土地利用/土地覆蓋變化的國際研究動(dòng)向[J].地理學(xué)報(bào),1996,5(5):553-558.

[5]沈非,蘇玉燕.近 16年蕪湖市土地利用變化分析[J].安徽師范大學(xué)學(xué)報(bào),2008,31(1):70-74.

[6]劉樹安,呂帥.地圖文本注記問題的遺傳算法求解[J].控制工程,2007,14(2):129-131.

[7]孫家柄,舒寧,關(guān)澤群.遙感原理、方法與應(yīng)用[M].北京:測繪出版社,1997.

[8]林樂勝,周興東.基于RS的徐州市土地利用/覆蓋動(dòng)態(tài)變化分析[C]//江蘇省測繪學(xué)會(huì)2007年會(huì),2007:171-174.

[9]胡光印,董治寶,王文麗,等.近30 a瑪曲縣土地利用/覆蓋變化監(jiān)測[J].中國沙漠,2009,29(3):457-462.