基于遙感影像的欽州市土地利用動態變化研究

張 燕，王立娜，胡毅佳，廖永生

（1.廣西壯族自治區地理國情監測院，廣西 南寧 530023）

基于遙感影像的欽州市土地利用動態變化研究

張 燕1，王立娜1，胡毅佳1，廖永生1

（1.廣西壯族自治區地理國情監測院，廣西 南寧 530023）

從欽州市土地利用特征出發，利用RS、GIS技術，對欽州市遙感影像進行監督分類，并對分類結果進行動態分析，獲得歷年來土地利用變化轉移矩陣，分析土地利用結構變化的影響因子，為欽州市資源優化和土地集約利用提供依據。

遙感影像；土地利用；監督分類

土地利用是一個動態的變化過程，是自然因素內部矛盾和人為因素相互作用的結果。隨著經濟和城鎮化水平的不斷提高，人為因素對土地利用變化的影響日益突出。本文利用1990年、2000年、2013年3個時段的Landsat MSS 和 TM 影像，對欽州市20余a來土地利用變化進行動態分析，研究遙感影像的土地利用結構和空間變化因素，為欽州市環境保護、資源優化和土地集約節約利用提供依據，有效預防和減少自然災害，如水災、滑坡、土地退化等的發生，緩解因經濟發展而導致的用地矛盾[1,2]。

1 研究區域及方法

1.1 區域概況

選擇欽州市沿海和重要發展區域作為研究區，范圍覆蓋了最能反映欽州市土地利用變化的欽州市區、欽州保稅港區、欽州石化產業園和中馬欽州產業園等產業園區，還覆蓋了能反映欽州市海洋資源的茅尾海紅樹林自然保護區、老人沙海洋保護區、圍海養殖區和灘涂區域，是欽州市經濟圈的核心部分。研究區位于北回歸線以南，東部屬低丘陵區；南部屬低丘濱海崗地、平原區，有市內最大的沖積平原——欽江三角洲；西部和北部屬山地和中丘陵區；中部屬低丘臺地、盆地和河谷沖積平原區，以低丘和河谷平原為主，地形稍平坦。研究區主要受海洋氣候影響，太陽輻射強，季風環流明顯，是中國濕熱多雨的地方之一。

1.2 研究方法

基于遙感影像的土地利用分類方法有監督分類法和非監督分類法，監督分類結果往往比非監督分類結果更準確，因此，本研究采用監督分類方法對欽州市土地利用進行分類。監督分類法的關鍵在于訓練樣本的選擇[3]。在選擇訓練樣本時，要充分考慮研究區地物的光譜特征和地物分布特征，并結合野外實地踏勘調查，保證所選擇的訓練樣本具有較好的代表性。本研究是在ENVI環境下對欽州市歷年遙感影像進行預處理和監督分類，再在ArcGIS環境下對土地利用分類數據進行屬性統計和分析，得到最終的變化數據。其工作流程見圖1。

圖1 工作流程圖

2 數據來源及處理

2.1 數據來源

本研究選取1990年、2000年和2013年3個時間段共3景遙感影像數據，見表1。

表1 遙感影像數據列表

2.2 數據處理

為統一標準并便于地類信息的提取，本研究以2013年Landsat8獲取的遙感影像數據為基準，以1980西安坐標系為參考系，在 ENVI EX環境下，對歷年遙感影像數據進行幾何配準、影像校正、波段組合等工作。

不同類型的地物在遙感影像上的形態、紋理與色調均存在差異。遙感影像中的近紅外波段能夠獲取植物的近紅外信息，并且對植物的葉綠素比較敏感，是反映植被信息的重要波段；短波、紅外波段對植被、水體、土壤的差別表現得比較敏感，容易識別；紅色波段能較明顯地反映植物的葉綠素、葉紅素和葉黃素等色素信息，有效識別植被的類型。因此，本研究選取TM傳感器（Landsat5）和ETM+傳感器( Landsat7)的4（近紅外）、5（短波紅外）、3（紅色）波段，OLI傳感器（Landsat8）的5（近紅外）、6（短波紅外）、4（紅色）波段對影像進行融合，獲取不同波段的遙感影像，進而對不同波段的遙感影像建立解譯標志，采用監督分類法提取出反映欽州市土地利用情況的地類。

由于本項目所選用的遙感影像地面分辨率均為30 m，部分地類在遙感影像上不容易分辨，因此本研究通過野外實地考察，在欽州市第二次土地利用調查的基礎上，結合欽州市土地利用情況和遙感影像分辨率，定義分類模板為以下8類：水系、林地、草地、耕地、建設用地、裸地、灘涂和蝦塘。本研究通過對野外實地考察得到的土地利用分類數據與融合過的遙感影像分類圖進行對比分析，拾取典型區域，確定分類模板，在ENVI EX環境下執行監督分類，得到欽州市歷年土地利用分類圖（見圖2）。將遙感影像的分類結果與同時期的地面資料進行校對和精度檢驗，解譯精度均在80%以上，Kappa 指數在0．7以上，符合本研究的精度要求。

3 地類分析

3.1 地類總體狀況分析

目前的研究多著重于企業合作基礎的影響因素方面，而對合作過程中影響因素的研究相對缺乏。深入挖掘對企業合作過程也有重要影響作用的潛在因素，如政策法律環境這一宏觀變量，將法律法規與現有研究中提出的政府行為因子相結合，有助于加強企業在合作過程中對法律法規的重視與合理利用。因此本文對更多內外部影響因素的綜合考察，在一定程度上實現了對合作影響因素理論研究的完善與豐富，可幫助企業意識到這些因素在合作中的重要作用及交互作用關系，為更好的開展協調聯動工作、構建科學有效的協調聯動機制提供參考與依據。

通過遙感和 GIS 技術處理，在得出1990年、2000年、2013年 3個年份的土地利用數據的基礎上，分析了欽州的建成區、港口區以及重大工業園區范圍內20余年的土地利用類型在數量和格局上的演變（見表2），通過空間變化特征與時間的聯系，揭示土地利用變化特征和土地利用存在的問題，為合理開展土地規劃提供科學依據。

3.2 土地利用變化分析

圖2 欽州市歷年衛星遙感影像對比與土地利用分類圖

表2 1990～2013年欽州市地類構成情況

通過對3個不同時間點上欽州市各地類面積進行比較和分析，反映出研究區土地利用結構的變化和各種類型土地的變化趨勢。欽州市歷年土地利用凈變化情況見表3。

依據表3可知，從面積來看，研究區自1990～2013年以來，反映植被類型的林地、草地、耕地面積持續下降且下降速度較快；城市建設和工業化進程的建設用地持續上升且速度較快；圍海養殖的蝦塘面積也呈上升趨勢，另外水系、灘涂和裸地面積呈減少趨勢。

從變化動態來看，建設用地的變化率最大，變化面積達到313．20 km2，說明在1990～2013年這23 a間，欽州市的建設用地變化最活躍，呈劇烈增加趨勢；其次，地類變化率較大的是草地和耕地，其中草地變化面積達-149．52 km2，耕地變化面積達-82．87 km2，說明在此期間欽州市的草地和耕地與其他地類間的轉化明顯；水系的變化面積前10 a僅減少5．73 km2，后13 a減少達60．57 km2，呈劇烈減少趨勢，這是由于在后13 a特別是近幾年來，欽州市城鎮化進程加快，港口建設、水利設施建設和圍海造陸等建設急劇擴張，導致了水系面積的迅速減少。

從轉化類型來看，地類的轉化是相對的，既存在由一類地物轉化為其他類型地物的轉出，也存在由其他類型地物轉化為該類型地物的轉入[4]。本研究在ArcGIS平臺下，對欽州市歷年土地利用分類數據相互疊加，并通過屬性值進行轉移變化分析，得到1990～2000年、2000～2013年欽州市土地利用類型轉化關系矩陣表，如表4和表5所示。

表3 1990～2013年欽州市土地利用凈變化

表4 欽州市1990、2000年土地利用變化轉移矩陣/km2

表5 欽州市2000、2013年土地利用變化轉移矩陣/km2

從表4和表5可以看出，前10 a和后13 a欽州市土地利用類型轉化特點基本相似：水系用地主要轉化為建設用地，其次轉化為蝦塘、灘涂和草地；林地主要轉化為草地、耕地和建設用地；草地主要轉化為林地、建設用地和耕地；耕地主要轉化為建設用地、林地和草地；建設用地轉化為其他地類的面積相對較少，主要是從林地、草地、耕地和水系轉化而來，也有少部分從裸地轉化而來；裸地主要轉化為建設用地、草地和耕地；前10 a由于經濟發展相對緩慢，蝦塘轉出不明顯，主要由水系和灘涂轉化而來，近幾年來由于用地矛盾越來越突出，部分蝦塘轉化為建設用地，同時也有大量水系轉化為蝦塘；前10 a灘涂主要轉化為水系和蝦塘，后13 a主要轉化水系和建設用地，部分轉化為蝦塘。總體來講，1990～2013年欽州市土地利用類型轉換比較明顯，尤其以建設用地、林地、草地、耕地之間的轉換最為顯著。

欽州市土地利用變化的主要驅動因素為城鎮化和工業化的推進、交通發展和產業結構調整等人文因素。各地類變化的影響因素如下：

1）水系。導致水系面積變化的因素有2個：①由于不同時期的降雨量不一樣而形成的水面面積不同；②在這個時間段內的人為因素，比如圍海造陸、水利設施建設等[5]。其中圍海造陸是水系面積減少的主要原因，特別是欽州保稅港區建設、欽州港綜合物流加工區建設、欽州港至大欖坪鐵路支線、欽州大欖坪至保稅區鐵路專線、欽州茅尾海西岸的欽州濱海新城建設等涉海工程均占用大量水系面積。

2）林地。在經濟動力的驅使下，欽州市亂砍濫伐現象比較嚴重，是導致林地資源減少的主要原因；城鎮化建設占用林地面積，使得林地轉化為建設用地；由于環境惡化、生態破壞、水土流失，造成林地減少的地方轉化為草地和裸地；進入20世紀后，位于研究區的茅尾海紅樹林保護政策的實施則增加了部分林地面積。

3）草地。城鎮化發展、土地整治、用地結構調整均是導致草地面積減少的因素，經濟林是當地重要經濟來源，為了開發其種植渠道，大量草地和耕地轉化為林地。

4）耕地。耕地減少的原因主要是生態退耕、建設占用和災毀。除此之外，20世紀90年代，國家出臺退耕還林政策，使得大量耕地轉化為林地。進入21世紀后，由于欽州市執行“建設用地占補平衡，確保耕地面積不減少”和“城市建設用地增加和農村建設用地減少相掛鉤”的政策，通過土地整理、土地開發和土地復墾等途徑又補充了部分耕地面積。

5）建設用地。隨著城鎮化和工業化的發展，工業園區和經濟開發區建設步伐加快，工業企業沿著城市交通節點迅猛發展，產業結構的調整促使第一產業向第二產業轉移，這些均導致了建設用地的擴張[6]，使得大量其他地類向建設用地轉化。后期由于《欽州市土地利用總體規劃》和各專項規劃的合理實施，通過土地整治工程使得部分建設用地轉為耕地和林地。

6）裸地。裸地形成的主要因素是天然環境和自然災害，為了擴展建設用地的開發途徑，保證耕地數量的平衡，欽州市開發了大量裸地，導致裸地面積減少。同時，由于大部分裸地土壤條件較差，從而導致了耕地整體質量下滑。

7）蝦塘。研究區海域廣闊，海產資源十分豐富，沿海居民主要收入來源于捕撈業和養殖業。隨著經濟發展和生活水平的提高，沿海居民逐步擴大經營區域，使得蝦塘面積增加。欽州灣的茅尾海是海水養殖的高產區，蝦塘面積在該區域增加比較明顯。

8）灘涂。欽州市是主要海水養殖基地，所以圍海養殖是導致灘涂面積減少的主要因素，灘涂圍墾也是導致灘涂面積減少的一個重要因素。后期，一方面由于《廣西北部灣經濟區發展規劃》、《廣西壯族自治區海洋環境保護條例》等一系列控制性規劃和政策的實施，另一方面由于互花米草的入侵，導致灘涂淤積速度增加，總面積增加。

4 結 語

本文以廣西壯族自治區欽州市建成區、港口區、重大工業園區以及自然保護區為研究區，基于1990年、2000年和2013年3個時期的遙感影像資料及部分野外實地考察數據，在ENVI EX環境下進行監督分類，得到不同年份的土地利用分類圖，然后在ArcGIS環境下進行對比分析，得到土地利用變化數據。研究結果如下：

1）研究區土地利用類型變化幅度較大且較復雜，總體來看，變化幅度從大到小排列依次為建設用地＞草地＞耕地＞水系＞灘涂＞林地＞蝦塘＞裸地。

2）從轉化方向來看，反映植被類型的林地、草地、耕地等向建設用地轉出較劇烈。

3）從變化速度來看，進入21世紀后與20世紀90年代相比，地類變化速度整體上呈上升趨勢。

基于以上結論，經濟發展和城鎮化建設是導致土地利用變化的主要因素，其變化對環境有直接的影響，是產生自然災害，如水災、滑坡、海嘯、土地退化等的主要影響因子，欽州市應積極做好土地利用規劃和保護措施，保護基本農田和地類覆被資源，優化土地資源和土地結構，促進土地集約節約和可持續利用。

[1] 吳壯金．廣西北部灣經濟區城市土地集約利用研究[D]．南寧：廣西師范學院,2010

[2] 張超,余樹全,李土生．基于多時相Landsat影像的慶元縣植被覆蓋變化研究[J]．浙江農林大學學報,2011,28(1):72-79

[3] 姚靜林．廣西北部灣經濟區土地利用變化及其驅動力研究[D]．南寧:廣西師范學院,2012

[4] 梁守真,李仁東,許國鵬．洞庭湖區濕地景觀變化分析[J]．中國生態農業學報,2007,15(6):171-174

[5] 田義超，梁銘忠，吳彬．北部灣沿海地區土地利用動態模擬與水源涵養服務能力估算——以廣西欽州市為例[J]．云南地理環境研究,2013,25(5):69-77

[6] 石龍宇,張雅京,楊職優．沿海城市土地利用/覆被變化及其驅動力分析[J]．環境科學與技術,2010,33(12):94-97

P237.9

B

1672-4623（2016）02-0056-04

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.02.020

張燕，碩士，工程師，主要研究方向為3S技術集成與應用。

2014-11-18。

項目來源：國家海洋公益資助項目（201305023）。