近十年青島市紅島經(jīng)濟區(qū)土地開發(fā)利用變遷遙感分析

于衍桂，許海蓬,2，任廣波，馬毅

(1.國家海洋局第一海洋研究所，山東 青島 266061；2.山東科技大學，山東 青島 266590)

0 引言

現(xiàn)代土地開發(fā)利用正在不斷地改變著地表的格局，影響了全球生態(tài)系統(tǒng)、物種多樣性、地球生物化學循環(huán)以及大氣成分構(gòu)成，其影響范圍包括從基因到全球的所有組織水平[1]，是全球環(huán)境變化的重要組成部分。土地開發(fā)利用的現(xiàn)狀及其變化影響著社會經(jīng)濟的發(fā)展和環(huán)境的變化，已引起各國政府的普遍關注[2]，因為這種變化與人類社會的可持續(xù)發(fā)展息息相關[3]。土地利用與土地覆蓋變化研究計劃由國際地圈-生物圈計劃于1995年提出，之后土地利用變化研究成為了目前全球變化研究的前沿和熱點課題[4-5]，而遙感也成為了該領域研究中土地利用及變化信息獲取的重要手段[6-7]。

膠州灣海岸帶是青島市環(huán)灣保護、擁灣發(fā)展的戰(zhàn)略核心區(qū)域，承載著青島市大部分的經(jīng)濟社會發(fā)展，研究其海岸帶土地開發(fā)利用的現(xiàn)狀及變化情況有助于了解其經(jīng)濟社會的發(fā)展情況，國內(nèi)學者已基于遙感技術(shù)開展了膠州灣土地開發(fā)利用現(xiàn)狀及變化情況研究工作[8-11]。根據(jù)青島市相關發(fā)展規(guī)劃，未來將形成青島、黃島、紅島三城聯(lián)動的城市發(fā)展格局，目前正著力開發(fā)與發(fā)展位于膠州灣北部的海岸帶區(qū)域，近一段時間來，該區(qū)域土地開發(fā)利用情況十分劇烈，但還未有針對膠州灣北部海岸帶區(qū)域紅島經(jīng)濟區(qū)的基于高分辨率遙感的土地開發(fā)利用現(xiàn)狀及變化監(jiān)測的研究。

該文以青島市紅島經(jīng)濟區(qū)為研究區(qū)域，結(jié)合該地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展狀況，利用2003年SPOT-5影像和2013年國產(chǎn)資源三號衛(wèi)星影像，開展青島市紅島經(jīng)濟區(qū)近10年來的土地開發(fā)利用狀況遙感監(jiān)測，并結(jié)合2期的監(jiān)測結(jié)果和土地開發(fā)利用轉(zhuǎn)移矩陣對10年間的土地利用類型變化及原因進行分析。

1 研究區(qū)域

研究區(qū)域位于膠州灣北部，是環(huán)膠州灣三面陸地中唯一一片還未全面進行城市發(fā)展的海岸帶區(qū)域。該區(qū)域于2004年開始進行農(nóng)村城市化改造，2006年經(jīng)科技部批準建立青島高新區(qū)北部園區(qū)，2007年青島市成立高新區(qū)管委，負責膠州灣北部園區(qū)的開發(fā)建設，2012年成立紅島經(jīng)濟區(qū)，范圍如圖1所示，囊括了高新區(qū)北部園區(qū)、青島出口加工區(qū)和紅島、河套街道辦，目前，經(jīng)濟區(qū)內(nèi)開發(fā)建設活動如火如荼，未來將成為青島北部的核心城區(qū)。

圖1 紅島經(jīng)濟區(qū)范圍

2 數(shù)據(jù)和方法

2.1 數(shù)據(jù)

該文應用了兩種高分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，分別為SPOT-5遙感影像(2003年11月3日獲取)和資源三號遙感影像(2013年8月8日獲取)。資源三號(ZY-3)衛(wèi)星是我國首顆民用高分辨率光學立體測圖衛(wèi)星，集成了衛(wèi)星測繪和資源調(diào)查功能，填補了我國立體測圖領域的空白[12]，兩種衛(wèi)星影像參數(shù)如表1所示。

表1 SPOT-5和資源三號遙感數(shù)據(jù)參數(shù)

2.2 方法

研究所用的兩種類型遙感影像均根據(jù)野外實地采集的控制點進行了幾何精校正，校正誤差在一個像元以內(nèi)，同時根據(jù)野外踏勘信息，建立了解譯標志。結(jié)合研究區(qū)的實際現(xiàn)狀和10年的發(fā)展情況，將研究區(qū)的土地利用類型分為港口碼頭用地、耕地、工業(yè)用地、公路用地、坑塘、林地、裸地、鹽田、養(yǎng)殖水面、住宅用地和人工河流11類，如表2所示。依據(jù)遙感影像解譯的相關知識，對兩期土地利用信息進行提取，同時生成土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣，并進一步對土地利用類型變遷以及類型間的轉(zhuǎn)化開展相關分析。

表2 研究區(qū)域土地利用分類體系與特征

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用狀況分析

應用2003年和2013年兩期遙感影像，基于建立的解譯標志庫，通過人機交互的方式對兩期的土地利用信息進行提取，得出土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)和土地利用狀況分布圖，如表3、圖2和圖3所示。

表3 2003年和2013年土地利用類型及其土地總面積的百分比

圖2 青島市紅島經(jīng)濟區(qū)2003和2013年土地利用空間分布

圖3 青島市紅島經(jīng)濟區(qū)2003和2013年土地利用面積比例

由兩期土地利用狀況分布圖可知，整個研究區(qū)，除西南部的鹽田還未開發(fā)外，研究區(qū)域西北部(河套街道)、東南部(紅島街道)和東北部(新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園區(qū))均得到了大范圍的開發(fā)，其中尤以東北部的新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園發(fā)生的變化最大，大面積的鹽田已被開發(fā)為工業(yè)區(qū)，對應的西北部河套街道和東南部的紅島街道，10年間也發(fā)生了一定程度的變化，同樣也為工業(yè)用地的大面積增加。

由兩期不同類型土地利用面積統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，2003年紅島經(jīng)濟區(qū)的鹽田所占面積最大，為5349.88hm2，占總面積的47.46%，其次為耕地，面積為2965.75hm2，占總面積的26.31%，再次為住宅用地，為979.47hm2，林地和港口碼頭用地較少，分別占總面積的0.95%和0.03%。

根據(jù)2013年紅島經(jīng)濟區(qū)的土地利用數(shù)據(jù)分析可知，工業(yè)用地所占的面積最大，為4531.88hm2，占總面積的40.20%，其次為鹽田，占總面積的16.86%，再次為耕地和住宅用地，分別占總面積的15.11%和10.07%，并且出現(xiàn)了一定面積的人工河流。

3.2 變遷分析

通過2003年和2013年的土地利用數(shù)據(jù)分析可知，10年間，紅島經(jīng)濟區(qū)土地利用類型破碎化嚴重，鹽田和耕地面積大為減少，幅度為30.60%和11.19%，其次為坑塘、裸地和養(yǎng)殖水面；但另一方面，工業(yè)用地大面積增加，幅度為36.30%；另外面積增加的土地利用類型還有公路用地、林地、人工河流和住宅用地(表4)。

由上述數(shù)據(jù)可知，鹽田面積大幅減少，主要體現(xiàn)在東北部新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)的大面積建設，10年間共減少3449.9hm2，其中有86.65%轉(zhuǎn)為工業(yè)用地，7.93%轉(zhuǎn)為公路用地，少許的轉(zhuǎn)為坑塘、裸地和人工河流等。

紅島東北部區(qū)域2003年分布有大面積的養(yǎng)殖水面，10年間，與鹽田情況類似，減少了573.92hm2，其中有80%轉(zhuǎn)為工業(yè)用地，其余部分主要轉(zhuǎn)為裸地和人工河流。

耕地面積減少，主要是西北部河套街道和東南部紅島街道的工業(yè)用地建設，10年間共減少1362.91hm2，其中有42.09%轉(zhuǎn)為工業(yè)用地，34.85%轉(zhuǎn)為林地(防護林)，3.36%轉(zhuǎn)為公路用地。

表4 青島市紅島經(jīng)濟區(qū)2003—2013年

青島紅島經(jīng)濟區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展水平的大幅度提高，工業(yè)的發(fā)展不僅限于原有的耕地部分，原有鹽田和養(yǎng)殖水面也成為增加土地的重要來源，這樣一來，工業(yè)用地面積在10間共增加了4141.83hm2，其中有72.17%的面積來源于鹽田，13.85%來源于耕地，8.7%來源于養(yǎng)殖水面。

工業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展，同時隨著城鎮(zhèn)建設，會導致公路的大面積增加，10年間公路面積增加了3.61%，其中80%體現(xiàn)在東北部新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)，其余20%體現(xiàn)在城鎮(zhèn)的公路建設。

公路建設使得道路旁的防護林隨之增加，主要體現(xiàn)在西北部的河套街道和東南部的紅島街道，寬度可達幾米甚至上百米，10年間面積增加了5.94%。

伴隨著工業(yè)的發(fā)展，起景觀作用的人工河流也隨之出現(xiàn)，長度10km有余，最寬處達200m，總面積為120.72hm2，占2013年研究區(qū)總面積的1.07%。

4 結(jié)論

該文以青島市紅島經(jīng)濟區(qū)為研究區(qū)域，結(jié)合該地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展狀況，利用2003年SPOT-5影像和2013年國產(chǎn)資源三號衛(wèi)星影像，開展了青島市紅島經(jīng)濟區(qū)近10年來的土地開發(fā)利用變遷遙感監(jiān)測分析，經(jīng)過信息提取和2時相監(jiān)測結(jié)果的土地開發(fā)利用轉(zhuǎn)移矩陣分析，發(fā)現(xiàn)：鹽田和耕地面積大為減少，分別減少了30.60%和11.19%，另一方面工業(yè)用地的面積大為增加，總面積增加了4091.87hm2，總體上主要表現(xiàn)為鹽田和耕地向工業(yè)用地的大面積轉(zhuǎn)化；其次，伴隨著工業(yè)用地的大面積增加，公路用地的面積也在增加，附帶的林地(林蔭路)的面積也有了顯著的增加。上述結(jié)果表明，研究區(qū)域的工業(yè)化發(fā)展水平顯著上升。

該文給出了2003—2013年10年間的土地利用類型及其不同類型之間的轉(zhuǎn)化，但只用了兩期的數(shù)據(jù)，與土地開發(fā)利用相關的GIS數(shù)據(jù)不夠充分，影響了土地利用變遷分析的深度；另外，由于遙感數(shù)據(jù)處理和信息提取會有一定的誤差，該文的結(jié)果與實際的土地利用狀況存在一定的差別。

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