基于TM遙感影像的滁州市土地利用動態(tài)監(jiān)測

王 妮，劉玉嬋，李陳余，王本林

(滁州學(xué)院地理信息與旅游學(xué)院，安徽滁州 239000)

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基于TM遙感影像的滁州市土地利用動態(tài)監(jiān)測

王 妮，劉玉嬋，李陳余，王本林

(滁州學(xué)院地理信息與旅游學(xué)院，安徽滁州 239000)

近些年來滁州市的經(jīng)濟發(fā)展較快，土地的利用也發(fā)生很大變化。利用TM遙感影像對滁州市土地利用情況進行動態(tài)監(jiān)測，可以為滁州市合理利用土地提供數(shù)據(jù)支持。本文通過遙感和GIS技術(shù)對滁州市2000、2005和2010年三期TM遙感影像進行分類和統(tǒng)計，得出土地利用信息。結(jié)果表明：2000-2010這10年間，滁州市耕地面積比重維持在67%以上，比重最大，變化量也最大；建設(shè)用地動態(tài)度為2.21%，變化的速率最高；工業(yè)化和城市化的快速發(fā)展，是導(dǎo)致耕地變化量大和建設(shè)用地變化率高的主要原因。

TM遙感影像；監(jiān)督分類；土地利用；分析評價

近年來，滁州市經(jīng)濟發(fā)展迅速，土地利用的不合理現(xiàn)象突出，如大量農(nóng)田、林地被占用，企業(yè)圈地現(xiàn)象嚴重，土地質(zhì)量下降，土地破壞等。因此，利用TM遙感影像分析土地利用類型、分布、比例與空間格局特征，能夠為城市的發(fā)展、人口的變化、城市土地的利用規(guī)劃、經(jīng)濟發(fā)展提供科學(xué)的依據(jù)。滁州市的土地利用調(diào)查采用的是傳統(tǒng)的人工調(diào)查，這種調(diào)查方法由于時間空間跨度較大，需要耗費大量人力、財力，且精度低；而利用TM遙感影像對滁州市土地利用動態(tài)進行監(jiān)測可以節(jié)省時間，經(jīng)濟且精度高，具有無法比擬的優(yōu)勢。

對土地利用變化的研究在全球范圍內(nèi)興起，開始于20世紀90年代[1-3]。我國學(xué)者尚東[4]利用遙感技術(shù)研究土地開發(fā)的現(xiàn)狀和變化速度以及城市化的進程和交通條件。術(shù)洪磊[5]、陳晉[6]、牛志春[7]、尤淑撐[8]等分別從遙感影像的處理、精準的地理數(shù)據(jù)、專家全面的知識一體化的角度出發(fā)，進行了土地利用/覆蓋的研究，更精確地提取出土地利用信息。張世文、唐南奇[11]對區(qū)域性個例的土地利用/覆被變化(land use-cover change，LUCC)進行研究，為全球性LUCC模型的建立提供科學(xué)的依據(jù)并進行全面的驗證。這些土地利用動態(tài)監(jiān)測，主要采用目視解譯法在遙感影像上對土地利用變化信息進行挖掘、提取和分析的監(jiān)測方法，對耕地、林地、水域和建設(shè)用地等土地利用類型進行及時、有效和定期的監(jiān)測[13-14]。

本文以安徽省滁州市為研究區(qū)域，利用Landsat5衛(wèi)星的2000、2005和2010年影像數(shù)據(jù)進行土地利用/覆被分類，分析三期的分類精度與誤差以及不同地物的變化特征，為滁州市10年間土地利用/覆被變化所帶來的影響分析提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)源

滁州市位于長江中下游以北和淮河流域南側(cè)之間，主要地形為平原和丘陵，地理坐標約為北緯32°32′，東經(jīng)118°11′。滁州市是“長三角城市群”的城市之一、“南京都市圈”核心層城市，也是國家級“皖江示范區(qū)”北翼城市、江淮地區(qū)重要的樞紐城市以及安徽省向東發(fā)展并且對接長三角的重要前沿節(jié)點城市。

本文采用的是安徽省滁州市2000、2005和2010年相近時相的TM遙感影像，云覆蓋率為0，經(jīng)過了裁剪、配準和幾何校正等預(yù)處理，同時還有相應(yīng)三期的野外調(diào)查的土地利用與覆被數(shù)據(jù)。

圖1 滁州市2010年遙感影像圖 圖2 滁州市地理位置

2 研究方法

2.1 分類體系確定

影像的光譜信息比較豐富，紋理結(jié)構(gòu)較清晰，不存在脫帶、漏帶現(xiàn)象，幾何性能較好。沒有亮度突出的孤立點，明暗層次豐富，但因影像整體由四部分拼接而成，光譜區(qū)分度一般，需要人工仔細分辨。本文所采用的TM遙感影像中草地和未利用土地數(shù)量較少，為了提高結(jié)果的精度，將圖像上的草地和未利用土地合并為其它類用地進行分類。根據(jù)國家一級和二級土地分類體系，再結(jié)合滁州市的實際情況，并考慮到中分辨圖像上地物的識別程度有限，將土地利用類型劃分為五大類。第一類為耕地，主要包括旱地和水田；第二類為林地，主要包括灌木林、針葉林、闊葉林和混交林；第三類為水域，主要包括水渠、河流、坑塘、水庫和湖泊；第四類為建設(shè)用地，主要包括交通用地、工業(yè)用地和居住地；第五類為未利用土地，主要包括園地、裸土、裸巖、草地。

2.2 影像特征提取方法選擇

遙感影像中的紋理由圖像灰度值顯示出來的亮度之間的關(guān)系表現(xiàn)，反映了圖像灰度模式的性質(zhì)及其空間關(guān)系，包含了影像的直接與間接、宏觀與微觀信息。從表1中可以看出，耕地的紋理呈蠶蟲狀不均勻分布；林地的紋理分布呈不規(guī)則長條狀；水域的紋理分布最均勻；建設(shè)用地的紋理呈方格狀；其它類用地與林地相比相對均勻。仔細對比原始影像和紋理影像，發(fā)現(xiàn)兩者的結(jié)構(gòu)有類似之處。

表1 原始影像與紋理影像各土地類型對照

2.3 土地利用信息及變化提取方法

通過光譜特征的目視判讀并結(jié)合影像紋理特征選取訓(xùn)練樣本，三期影像分別采用最大似然法監(jiān)督分類，以各類別的正態(tài)分布函數(shù)為基礎(chǔ)，通過各類別的歸屬概率來判定類別歸屬得到較高準確度的分類結(jié)果。

得到分類結(jié)果后，受影像的分辨率和混合像元的影響，則需要利用ArcGIS空間分析方法，消除零碎圖斑，減少分類誤差。同時對照土地利用分布圖，適當進行人工核對。基于土地利用數(shù)據(jù)，利用混淆矩陣法判斷結(jié)果精度，得到滁州市三期土地利用圖。

最后，對最終土地利用分類圖進行5種地類的面積統(tǒng)計并計算出其所占比例和動態(tài)度，得到10年間滁州市土地利用類型變化圖。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用分類結(jié)果

圖3 2000年(左)、2005年(中)、2010年(右)土地利用分類圖

經(jīng)分析，最終結(jié)果圖的分類總精度平均為83.32%，Kappa系數(shù)為0.63。經(jīng)進一步分類處理后，統(tǒng)計出各類別面積并與實際面積比對后精度平均為95.12%，Kappa系數(shù)為0.87，分類數(shù)據(jù)可以使用。從2000、2005和2010年三幅土地利用分類圖中，可以很直觀地看出，滁州市耕地面積最大，占絕對優(yōu)勢；水域相對比較分散，為農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供了水源，也進一步說明了一直以來農(nóng)業(yè)在滁州市經(jīng)濟中的比重較大；由于受地形的影響，滁州市的林地分布相對比較集中；其它類用地的面積變化比較小，分布相對比較集中；建設(shè)用地變化比較明顯，10年來面積擴展比較明顯。

3.2 土地利用變化結(jié)果

土地利用變化如圖4所示。土地利用類型面積統(tǒng)計如表2、表3、表4所示。

圖4 2000-2005年(左)、2005-2010年(中)、2000-2010年(右)土地利用變化圖

結(jié)合圖3、圖4的2000-2005年土地利用變化圖，從表2的2000-2005年的土地利用變化中可以看出，耕地的面積最大，2000年為9 382.46km2，所占比重達到了69.47%，水域的變化面積最大，為210.93km2，動態(tài)度也最大；水域面積的變化速度和幅度比較大，并且是正增長。

注：負值代表減少，正值代表增加。

從表3中2005-2010年的土地利用變化可以看出，建設(shè)用地的變化幅度和變化速度最大，分別為298.49km2和2.21%。

表3 滁州市2005-2010年土地利用類型的數(shù)量統(tǒng)計

注：負值代表減少，正值代表增加。

從表4中2000-2010年土地利用變化可以看出，耕地和林地變化面積分別為-330.48km2和-68.07km2，兩者有所減少；水域、建設(shè)用地和其它類用地動態(tài)度分別為0.93%、1.49%和0.23%，三者有所增加。

表4 滁州市2000-2010年土地利用類型的數(shù)量統(tǒng)計

注：表中“-”代表減少。

表2、表3、表4中的數(shù)據(jù)顯示，所有土地利用類型的動態(tài)度都不超過3%。總體上滁州市這10年土地利用變化幅度不大，耕地面積一直占很大比重，但是絕對數(shù)量也在不斷減少。2000到2010年，滁州市不斷發(fā)展，城市化工業(yè)化不斷提高，耕地面積不斷減少。

3.3 滁州市土地利用現(xiàn)狀分析及評價

土地利用類型變化的原因分為自然原因和人為原因，滁州市的土地利用類型變化的主要原因是人為因素。人為原因包括兩個方面：一方面，經(jīng)濟的快速發(fā)展帶動城市化和工業(yè)化的發(fā)展，大量的耕地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地，還包括人口的增長和土地政策的變化、土地利用的比較利益的變化等因素。另一方面，開發(fā)過程中的不合理使用造成土地的荒廢和土地資源的浪費。滁州市土地利用類型變化的決定因素是人為原因。

3.3.1 經(jīng)濟發(fā)展

從滁州市2001-2010年各年生產(chǎn)總值及第一、第二產(chǎn)業(yè)所占比重來分析經(jīng)濟發(fā)展對滁州市的土地利用類型變化的影響。

表5 滁州市2001-2010年各年生產(chǎn)總值及第一、第二產(chǎn)業(yè)所占比重

總體上，在三次產(chǎn)業(yè)中，滁州市第一產(chǎn)業(yè)所占比重過大，都不低于20%，這說明滁州市農(nóng)業(yè)發(fā)展在經(jīng)濟發(fā)展中所占的優(yōu)勢比較突出；但是農(nóng)業(yè)比重過多，限制了工業(yè)和城市的發(fā)展。2001-2010年滁州市的生產(chǎn)總值增加，而2006-2010年滁州市的生產(chǎn)總值增加量約是前5年的4倍。2004-2010年，第一產(chǎn)業(yè)所占比重逐年下降，第二產(chǎn)業(yè)所占比重逐年上升，這恰好符合前5年滁州市的建設(shè)用地增加量相對較少而后5年增加量相對較大的土地變化狀況。地方過于追求經(jīng)濟的發(fā)展而忽略對土地資源的合理利用是造成土地利用類型發(fā)生變化的重要原因。

3.3.2 城鎮(zhèn)人口增長

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，滁州的城市化水平也在不斷提高，城市人口的增長對土地利用類型的影響越來越明顯，根據(jù)滁州市第六次人口普查的數(shù)據(jù)顯示，滁州市2000-2010年這10年里城鎮(zhèn)人口增加，鄉(xiāng)村人口減少。全市常住人口中，城鎮(zhèn)的人口為163.4萬人，占41.5%；鄉(xiāng)村人口為230.4萬人，比重達到58.5%。同2000年相比，居住在城鎮(zhèn)的人口增加了63.7萬人，居住在鄉(xiāng)村的人口減少了70萬人，城鎮(zhèn)人口比重上升16.6個百分點。人口增加，需要社會基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，同時農(nóng)業(yè)勞動力的缺失造成耕地的荒廢，給土地資源帶來了巨大的壓力。

3.3.3 土地政策

近些年來，滁州市為了促進經(jīng)濟的發(fā)展，積極承接發(fā)達地區(qū)的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，建成各類工業(yè)園區(qū)15個，規(guī)劃面積增加到600km2，建成區(qū)面積增加到180km2。這些工業(yè)園的建成表明土地政策對土地利用類型的變化有一定影響。自2005年以來，滁州市積極全面地對農(nóng)村區(qū)劃進行調(diào)整，通過多種方法對資源進行整合，不斷推動農(nóng)村城鎮(zhèn)化的進程，使城鎮(zhèn)化的規(guī)模不斷擴大，加大了土地利用類型的轉(zhuǎn)變。

3.3.4 經(jīng)濟發(fā)展模式

滁州市一直以來農(nóng)業(yè)在經(jīng)濟中占據(jù)著重要的地位，2000-2010年滁州市的經(jīng)濟突飛猛進地發(fā)展，2005年滁州市的地區(qū)生產(chǎn)總值在全省17個市中排名第五。從整體上看，滁州市的經(jīng)濟在安徽省處于中上游的位置。滁州市的經(jīng)濟總量較小，其中農(nóng)業(yè)所占的比重過大，工業(yè)發(fā)展滯后，第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢，缺乏合理的開發(fā)和利用。

為了促進工業(yè)化的進程，2006-2010年滁州市積極發(fā)展工業(yè)，不斷加大投入，積極完成資本的積累，促進區(qū)域經(jīng)濟一體化的發(fā)展，積極承接長三角地區(qū)的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，同時為了吸引投資進入滁州，積極完善相關(guān)的配套設(shè)施。經(jīng)濟發(fā)展的同時土地的利用類型也在發(fā)生著變化，建設(shè)用地不斷擴張，其它土地利用類型在慢慢減少。

3.4 可能存在的問題及其對策

截至2010年，滁州市第二產(chǎn)業(yè)比重已經(jīng)接近50%。2006-2010年來GDP總量翻番，年增長率保持在10%以上。這表明滁州市近年來經(jīng)濟發(fā)展處于快速發(fā)展階段。隨著皖江城市帶承接產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的正式啟動和蘇滁產(chǎn)業(yè)園的加速建設(shè)，滁州市今后幾年邁入高速發(fā)展的趨勢已經(jīng)很明顯。高速發(fā)展的同時會帶來土地利用類型轉(zhuǎn)變的問題。

3.4.1 土地利用結(jié)構(gòu)不合理

近些年來滁州市的經(jīng)濟快速發(fā)展，工業(yè)化和城市化水平不斷提高，越來越多的林地、耕地甚至水域轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地。在城鎮(zhèn)的縣郊和周邊，一些超額農(nóng)業(yè)用地轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地。不合理地開發(fā)耕地不僅沒有達到促進經(jīng)濟發(fā)展的效果，也造成了土地資源的浪費和生態(tài)環(huán)境的破壞。

因此，政府應(yīng)做出合理的規(guī)劃，指導(dǎo)土地資源的合理利用，尤其在農(nóng)業(yè)用地轉(zhuǎn)為非農(nóng)業(yè)用地的過程中，要加大審核力度。政府要科技興農(nóng)，合理規(guī)劃農(nóng)業(yè)的發(fā)展，同時也要加大對老百姓正確使用土地的宣傳和教育活動，為老百姓提供技術(shù)支持。

3.4.2 區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展不協(xié)調(diào)

2000-2010年，滁州市經(jīng)濟得到快速發(fā)展，工業(yè)化和城市化水平不斷提高，城市基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善也使城市人口不斷地增加。市區(qū)的工業(yè)化和城市化速度遠遠超過其它縣市。滁州市的建設(shè)是圍繞大滁城來建設(shè)的，這就造成了城鄉(xiāng)發(fā)展的不平衡。

因此，政府應(yīng)該通過制定相關(guān)的法規(guī)和政策，不斷規(guī)范市場秩序，確立統(tǒng)籌區(qū)域發(fā)展的戰(zhàn)略，全面完善各地的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，制定整體發(fā)展方案，不斷改善投資環(huán)境，促進區(qū)域經(jīng)濟的協(xié)調(diào)發(fā)展，推進體制改革和創(chuàng)新。鼓勵欠發(fā)達地區(qū)與外界進行交流和合作，積極引進技術(shù)和資金，學(xué)習(xí)管理經(jīng)驗，促進自身的發(fā)展。

3.4.3 經(jīng)濟發(fā)展模式不科學(xué)

滁州市工業(yè)化進程不斷加快，積極促進區(qū)域經(jīng)濟一體化的發(fā)展，承接長三角地區(qū)的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，建設(shè)產(chǎn)業(yè)園和工業(yè)園區(qū)。這種自然資源換取工業(yè)化發(fā)展的模式是目前較明顯的經(jīng)濟發(fā)展模式，短期內(nèi)對經(jīng)濟的發(fā)展有著極大的促進作用，長期來看會給滁州的生態(tài)環(huán)境和土地資源埋下隱患。

因此，滁州市政府應(yīng)積極響應(yīng)國家的號召，堅持可持續(xù)發(fā)展原則，不斷優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，承接產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移時要結(jié)合滁州市的優(yōu)勢和資源，注重高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，減少勞動密集型產(chǎn)業(yè)的比重，注重科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)打下堅實的基礎(chǔ)。

4 結(jié)論與展望

4.1 主要成果

(1)近些年來滁州經(jīng)濟快速發(fā)展，但是也存在著一定的問題，土地利用類型的變化表明土地不合理利用的問題日益突出，本文基于安徽省滁州市2000、2005、2010年三期Landsat TM遙感影像數(shù)據(jù)，結(jié)合統(tǒng)計數(shù)據(jù)和實地調(diào)查與觀測，分析土地利用類型、分布、比例與空間格局特征，為城市的發(fā)展、人口的變化、城市土地的利用規(guī)劃、經(jīng)濟發(fā)展提供科學(xué)的依據(jù)。

(2)研究結(jié)果表明，2000-2010年滁州市的耕地面積大量減少，建設(shè)用地面積大幅增加，其它土地利用類型變化較為平穩(wěn)，變化的主要原因是人為因素。經(jīng)濟的快速發(fā)展帶動了滁州市工業(yè)化城市化水平的不斷提高；城市人口的不斷增加和農(nóng)村人口的減少給城市土地資源帶來了壓力，導(dǎo)致土地利用類型的變化；政府在不同時期的土地政策對土地利用類型的變化也有一定的影響；滁州市的經(jīng)濟發(fā)展模式對土地利用類型的變化有一定的影響，導(dǎo)致耕地林地水域等不斷減少。

4.2 研究展望

在研究過程中，數(shù)據(jù)自身分辨率較低對分類結(jié)果的精度有一定的影響，故可以進一步研究利用高分辨率遙感影像進行土地利用信息的提取。同時，影像上部分區(qū)域出現(xiàn)較多同物異譜和同譜異物現(xiàn)象，給后期分類時的訓(xùn)練區(qū)樣本的選擇增加了難度，使用、實驗結(jié)果數(shù)據(jù)的精度下降，對最后的結(jié)果分析有一定的影響。希望未來滁州市政府能夠建立完整的數(shù)據(jù)庫，為土地的利用類型動態(tài)監(jiān)測提供數(shù)據(jù)支持。

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Dynamic Monitoring of Land Use in Chuzhou Based on TM Images

WANG Ni, LIU Yu-chan, LI Chen-yu, WANG Ben-lin

(School of Geographic Information and Tourism, Chuzhou University, Chuzhou Anhui 239000,China)

The economic development of Chuzhou is rapid in recent years，and the land use has the great changes. TM images are used to monitor land use of Chuzhou dynamically in order to provide the support for rational utilization of land cover in Chuzhou. This paper preprocessed and classified three period images of Chuzhou in 2000, 2005 and 2010 by GIS technology. This process obtains the quantitative information of land use. The results show that: in the past decade, the proportion of area of cultivated land in Chuzhou remains above 67% and is the largest, and variable quantity is also the largest. The construction land dynamic attitude was 2.21% during 2005-2010, and the velocity of variation is the highest. The rapid development of economy as well as industrialization and urbanization is the key reason of the variation for high quantity of cultivated land and high velocity of construction land.

TM images; supervised classification; land use; analysis and evaluation

2015-04-15

滁州學(xué)院科研啟動基金資助項目(2012qd17)。

王 妮(1984- )，女，山東煙臺人，滁州學(xué)院地理信息與旅游學(xué)院講師，博士，從事遙感與GIS研究。

TP79/P962

A

2095-7602(2015)10-0081-07