基于RS與GIS通海縣土地利用／土地覆蓋變化研究

王艷英，王金亮

（云南師范大學(xué)旅游與地理科學(xué)學(xué)院，云南昆明650500）

基于RS與GIS通海縣土地利用／土地覆蓋變化研究

王艷英，王金亮

（云南師范大學(xué)旅游與地理科學(xué)學(xué)院，云南昆明650500）

以1992年TM和2006年ETM＋影像提取通海縣土地利用信息，根據(jù)最佳指數(shù)因子（OIF）的最佳組合波段，在最佳組合波段下利用遙感圖像處理軟件ERDAS9.2選擇監(jiān)督分類方法，獲取通海縣1992～2010年土地利用／土地覆蓋變化信息。結(jié)果表明：15a來該地區(qū)土地利用程度加強(qiáng)：耕地、建設(shè)用地顯著增加，水域面積雖有萎縮，但變化不大；驅(qū)動(dòng)土地利用變化的主要因素是人口增長(zhǎng)、城鎮(zhèn)化水平提高與經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。

遙感技術(shù)；土地利用／土地覆蓋；變化研究；通海縣

土地資源是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，是社會(huì)發(fā)展和農(nóng)業(yè)發(fā)展的最基本物質(zhì)資料。隨著全球環(huán)境變化研究的深入，土地利用／土地覆蓋變化（LUCC）及其引起的生態(tài)環(huán)境問題受到人們的廣泛關(guān)注［1～2］。20世紀(jì)90年代，國(guó)際組織——地圈與生物圈計(jì)劃（IGBP）和全球環(huán)境變化人文領(lǐng)域計(jì)劃 （HDP）聯(lián)合提出 “土地利用／土地覆蓋（LUCC）”研究計(jì)劃，使LUCC研究成為全球變化研究的前沿和熱點(diǎn)領(lǐng)域［3～5］。“3S”技術(shù)的崛起，使土地利用／土地覆蓋研究從傳統(tǒng)土地資源的調(diào)查轉(zhuǎn)向借助GIS和RS等技術(shù)手段進(jìn)行的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及研究，并取得不少進(jìn)展。

通海縣是滇中經(jīng)濟(jì)區(qū)重要組成部分，位于中國(guó)昆明到越南河內(nèi)的經(jīng)濟(jì)帶，是云南省人口密度較大的縣級(jí)蔬菜生產(chǎn)主要地區(qū)，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，人地矛盾突出，20世紀(jì)90年代以來經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)、工業(yè)化發(fā)展、城鎮(zhèn)化水平提高加快了土地利用結(jié)構(gòu)與程度的變化。因此將其作為一個(gè)完整的單元來研究通海縣土地利用變化特點(diǎn)及空間分布具有重要的意義。

1 研究區(qū)概況

通海縣為云南省級(jí)歷史文化名城，地處云南省中南部，102°30′25″～102°52′53″E、23°65′11″～24°14′49″N。東與華寧縣接壤，南與紅河州石屏縣、建水縣交界，西與峨山縣、紅塔區(qū)毗鄰，北靠江川縣。全縣平面形狀呈南尖、東西闊、北微凸、地勢(shì)北高南低，300多座山主要為西北—東南走向，全縣海拔1350～2441m，垂直高差1091m，最高點(diǎn)是西部螺峰山，海拔2441m，最低點(diǎn)是南部曲江河邊的馬脖子1350m；全縣平均氣溫15.6℃，溫暖濕潤(rùn)，屬亞熱帶半濕潤(rùn)高原涼東季風(fēng)氣候。通海縣共轄2個(gè)街道4鎮(zhèn)3鄉(xiāng)，2006年底總?cè)丝?7.2萬(wàn)。

2 研究區(qū)土地利用／土地覆蓋信息提取方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

研究使用的數(shù)據(jù)為通海縣1992年8月16日TM影像和2006年1月3日ETM＋影像，軌道號(hào)為129／043，分辨率30m。輔以1992年和2006年通海縣土地利用資料、統(tǒng)計(jì)年鑒和實(shí)地勘測(cè)資料。采用高斯克呂格投影對(duì)兩景影像進(jìn)行配準(zhǔn)，選用二次多項(xiàng)式對(duì)其進(jìn)行校正，使其校正精度控制在0.5個(gè)象元左右，最后對(duì)待研究區(qū)進(jìn)行裁剪。

2.2 遙感圖像波段選擇

地物光譜特征是高光譜遙感地物識(shí)別的理論基礎(chǔ)，各波段信息量的大小和地物的光譜可分性是土地利用信息提取波段選擇的重要依據(jù)。由于不同波段反映的地物現(xiàn)象不同，因此要求3波段組合圖像信息量大、相關(guān)性小、冗余度低，整體提高圖像質(zhì)量，才是土地利用信息提取的最優(yōu)波段［6］。采用美國(guó)Chavez教授提出的最佳指數(shù)因子OIF（The Optimum Index Factor）［7～8］，來衡量波段組合的優(yōu)劣。最佳指數(shù)因子（OIF）公式為：

式中：Si為第i個(gè)波段的標(biāo)準(zhǔn)差，Rij為i、j兩波段的相關(guān)系數(shù)的絕對(duì)值。標(biāo)準(zhǔn)差反映離散程度，Si越大，包含的信息量越多，冗余度越低；相關(guān)系數(shù)Rij越小，波段間的重復(fù)越小。OIF值越大，則相應(yīng)組合波段圖像所包含的信息量越豐富。通過公式計(jì)算，以2006年ETM＋影像為例，得到不同波段組合的相關(guān)因子（OIF）值（表1）。從表1中，可知3、4、5組合波段的OIF最大，說明它們之間相關(guān)性較小，冗余度低，圖像所包含的信息量豐富，故選擇ETM＋543作為后續(xù)圖像處理波段組合。TM影像也做如此處理。

表1 2006年ETM＋各波段組合相關(guān)因子（OIF）比較

2.3 土地利用／土地覆蓋分類體系的確立

參照2007年正式發(fā)布實(shí)施的《土地利用現(xiàn)狀分類》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及云南省土地利用分類系統(tǒng)，結(jié)合野外調(diào)查和植被分布特征等信息，把研究區(qū)土地利用類型劃分為6個(gè)一級(jí)類，即耕地、園地、林地、水域、建設(shè)用地、未利用地 （表2）。

表2 研究區(qū)域土地利用分類系統(tǒng)

表3 1992年和2006年研究區(qū)土地利用面積匯總表

2.4 遙感影像的分類

遙感圖像的分類方法有多種，主要有監(jiān)督分類方法［9］，近年來發(fā)展起來的模糊分類方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類方法、專家分類方法［10］。在本次研究中，根據(jù)研究區(qū)的土地利用／土地覆蓋實(shí)際情況與遙感影像數(shù)據(jù)的特征，結(jié)合目視解譯與野外調(diào)查數(shù)據(jù)等資料，對(duì)兩期影像采取監(jiān)督分類方法，結(jié)合野外調(diào)查數(shù)據(jù)對(duì)分類結(jié)果進(jìn)行精度檢驗(yàn)。得到1992年監(jiān)督分類總精度為81.29%，2006年監(jiān)督分類總精度為78.45%。再在ArcGIS軟件下，對(duì)計(jì)算機(jī)分類結(jié)果進(jìn)行分類后處理。研究區(qū)土地利用面積如表3。

3 結(jié)果分析

3.1 土地利用現(xiàn)狀

2006年土地利用現(xiàn)狀為：耕地15334.00hm2，占總面積的20%；園地23086.90hm2，占總面積的31%；林地16821.76hm2，占總面積的22%；建設(shè)用地3250.13hm2，占總面積的4%；水域3346.64hm2，占總面積的4%；未利用地14884.11hm2，占總面積的19%。

3.2 土地利用數(shù)量變化特征

從表2中可以看出，1992～2006年的15a中，通海縣土地利用／土地覆蓋結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大變化。在各類型中，耕地、建設(shè)用地、園地呈增加趨勢(shì)，其中耕地增加幅度最大，15a中增加了6720.98hm2，平均年變化率為5.57%；建設(shè)用地，15a中增加了1320hm2，平均年變化率4.88%；園地增加了6963.51 hm2，平均年變化率3.08%。與此相反，林地、水域、未利用地面積呈減少趨勢(shì)，其中林地減少了7184.01hm2，平均年變化率2.14%；水域減少208.49hm2，平均年變化率0.42%；未利用地減少了7611.99hm2，平均年變化率2.41%。

3.3 土地利用變化驅(qū)動(dòng)力

土地利用變化是一個(gè)復(fù)雜的過程，受到自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)等諸多因素影響，且作用方式與強(qiáng)度有所不同。而人類活動(dòng)使得土地利用／土地覆蓋在較短歷史時(shí)間內(nèi)發(fā)生深刻的變化［11］。

（1）人口增長(zhǎng)與城鎮(zhèn)化。依據(jù)1992年和2006年通海縣經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)年鑒，1992年通海縣總?cè)丝?3.71萬(wàn)人，其中城鎮(zhèn)人口為2.29萬(wàn)人，城鎮(zhèn)化率9.66%；2006年通海縣全縣總?cè)丝跒?7.21萬(wàn)人，其中城鎮(zhèn)人口8.11萬(wàn)人，城鎮(zhèn)化率29.8%。總?cè)丝诒?992年增加了14.77%。城鎮(zhèn)化水平的提高吸引著更多人口向城鎮(zhèn)集聚，需要增加更多的農(nóng)用地和建設(shè)用地來養(yǎng)活這部分人口，必然導(dǎo)致大量未利用地的開發(fā)利用，土地利用率進(jìn)一步提高。

（2）經(jīng)濟(jì)發(fā)展。到2006年底，全縣生產(chǎn)總值32.61億元，增長(zhǎng)10.3%；城鎮(zhèn)居民人可支配收入達(dá)10837元，增長(zhǎng)16.8%；農(nóng)民人均收入為4621元，增長(zhǎng)13.4%。經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整，使得農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，表現(xiàn)為土地利用結(jié)構(gòu)的變化。在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)帶動(dòng)下，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整加快，耕地、園地?cái)?shù)量增多。

（3）政府政策影響。宏觀政策對(duì)推動(dòng)通海縣土地利用的影響是巨大的。由于通海縣結(jié)合農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)，加強(qiáng)了土地整理和水土流失治理，改善農(nóng)田水域，提高了耕地的數(shù)量與質(zhì)量。其次，1992～2006年間交通、通信、水域和農(nóng)村電網(wǎng)改造等工程，加快了通海縣城鎮(zhèn)化發(fā)展，這與發(fā)展通海縣經(jīng)濟(jì)政策有關(guān)。

4 結(jié)論

（1）以TM／ETM＋影像作為信息源，對(duì)通海縣土地利用／土地覆蓋變化研究是可行的。通過OIF進(jìn)行波段選擇，并在波段選擇的基礎(chǔ)上選用監(jiān)督分類方法對(duì)影像解譯，得到通海縣1992～2006年土地利用／土地覆蓋動(dòng)態(tài)變化情況：1992～2006年通海縣土地利用／土地覆蓋呈現(xiàn) “三增三減”。 “三增”即耕地、園地、建設(shè)用地的面積增加；與此相反，林地、水域、未利用地呈減少的變化趨勢(shì)。主要是與通海縣人口增長(zhǎng)、城鎮(zhèn)化水平提高、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等因素有關(guān)。

（2）隨著遙感技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟，將其推廣對(duì)快速發(fā)展地區(qū)土地利用／土地覆蓋的充分認(rèn)識(shí)與合理管理具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。對(duì)國(guó)土部門及時(shí)有效做出土地管理具有很好的指導(dǎo)作用。為此如何有效利用這些信息資源獲得高精度土地覆蓋類型及變化信息，將是我們今后研究的重要方向之一。

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A Research of Land Use／Land Cover Change in Tonghai County Based on Remote Sensing and Geographic Information System

WANG Yan-ying，WANG Jin-liang
（College of Tourism and Geography Science of Yunnan Normal University，Kunming Yunnan 650500 China）

The land use data is taken for Tonghai County from the TM images of 1992 and the ETM＋images of 2006.According to the optimum index factor（OIF），within its best combination band，the supervised classification method is selected by using the remote sensing image processing software ERDAS 9.2，and the information of the land use／land cover change in Tonghai County from 1992 to 2010 is obtained.The results show that the land in the area is under intensifying use for the past15 years.The farmland and construction land is obviously increasing with lightly shrinking water area.The driving forces for this change are increasing population，urbanization and fast economic development.

remote sensing technology；land use／land cover；research of change；Tonghai County

X87

：A

：1673－9655（2013）02－0026－04

2012－09－20

王艷英 （1987－），女，云南通海人，碩士研究生，研究方向?yàn)橘Y源環(huán)境信息系統(tǒng)。