3S在土地利用覆被變化中的應(yīng)用

陳珊珊 臧淑英

摘要利用3S技術(shù)對Landsat 5和Landsat 8 影像進(jìn)行處理。采用監(jiān)督分類方法提取2010和2014年黃州區(qū)2期土地利用信息，生成土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣，應(yīng)用土地利用動(dòng)態(tài)度分析土地利用類型的時(shí)空變化規(guī)律。結(jié)果表明，2010—2014年黃州區(qū)建筑用地處于增長的趨勢，其他的土地類型都在減少，黃岡市各土地利用類型面積總變化由大到小依次為建筑用地、耕地、水域、林地、其他用地，建筑用地和耕地變化速度快，其他3種類型的變化速度相對較慢。

關(guān)鍵詞3S；Landsat影像；土地利用變化；黃州區(qū)

中圖分類號(hào)F301.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2017）10-0197-03

Application of 3S in Land Use Cover Change—A Case Study of Land Use Change in Huangzhou District of Huanggang City

CHEN Shanshan，ZANG Shuying*

（Key Laboratory of Geographical Environment Remote Sensing Monitoring， Harbin Normal University， Harbin，Heilongjiang 150025）

AbstractBy processesing Landsat 5 and Landsat 8 images of Huangzhou District with 3S technology，the land use information of Huangzhou District in 2010 and 2014 was extracted by supervised classification. Spatiotemporal variation rules were explored by counting area and building change matrix. The results showed that area of building land in Huangzhou District increased in the last 5 years and other land decreased in the 5 years. In addition，the absolute change area of land use types ranked from large to small as building land，cultivated land，water area，forest land，other land，change speed of building land and cultivated land was higher than the others.

Key words3S；Landsat image；Land use change；Huangzhou District

3S（GIS、RS和GPS）技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展使現(xiàn)代自然地理學(xué)和人文地理學(xué)的發(fā)展出現(xiàn)深刻的變革，對地理學(xué)走向應(yīng)用、定量化和動(dòng)態(tài)分析起到了巨大的推動(dòng)作用。3S技術(shù)使得地理學(xué)者獲取數(shù)據(jù)更加方便和高效，也使得獲取的數(shù)據(jù)更具有時(shí)序性、空間性和全天候性等。由于3S技術(shù)在數(shù)據(jù)獲取和數(shù)據(jù)處理方面的優(yōu)勢，其在地理學(xué)中的應(yīng)用也非常廣泛。例如，3S技術(shù)在土地利用的時(shí)空變化和監(jiān)測上的應(yīng)用[1-3]，有的從土地利用的整體角度出發(fā)來研究土地利用的變化，也有的從單個(gè)的土地類型來研究土地變化，特別是對濕地[4-5]、耕地和城鎮(zhèn)用地[6-9]。3S技術(shù)除了在土地利用中的應(yīng)用外，在地理學(xué)的其他方面應(yīng)用也較廣，在資源勘探[10-11]、城市規(guī)劃[12-13]和災(zāi)害監(jiān)測[14-16]等方面中也有應(yīng)用。利用多光譜影像、高分辨率影像和地理信息系統(tǒng)技術(shù)，使得土地利用研究在廣度上和深度上多得到延伸；擺脫了傳統(tǒng)方法的限制，節(jié)省了大量的人力和物力，提高了工作效率；使得研究的手段更加多元化、規(guī)范化和定量化。同時(shí)研究者能及時(shí)地掌握各地區(qū)的土地利用變化過程和特點(diǎn)，并對其進(jìn)行合理規(guī)劃和科學(xué)引導(dǎo)。

土地利用/覆被變化（LUCC）是自然地理要素的一部分，由于自然是一個(gè)巨系統(tǒng)，所以LUCC變化必然會(huì)對生態(tài)和自然環(huán)境帶來重要的影響。1993年國際地圈與生物圈計(jì)劃（IGBP）和全球變化人文因素計(jì)劃（IHDP）制定了“土地利用科學(xué)研究計(jì)劃”，研究土地利用變化原因和土地利用變化如何作用與全球環(huán)境[17]。筆者以黃岡市土地利用變化為例，闡述了3S技術(shù)在研究土地利用變化中的作用。運(yùn)用3S在數(shù)據(jù)采集上空間性、高分辨性和連續(xù)性的特點(diǎn)，研究2010—2014年黃岡市黃州區(qū)土地空間變化規(guī)律和趨勢。

1研究區(qū)概況

黃岡市位于武漢市的東南方向，長江中游北岸，轄7縣2市1區(qū)。其中黃州區(qū)東連浠水，北接團(tuán)風(fēng)，西南與鄂州隔江相望，距武漢60 km，其地勢為東北部高，西部南部低，為江河沖積地帶，以平原為主，丘陵、崗地兼有，境內(nèi)多湖泊；地處亞熱帶濕潤氣候區(qū)，雨量充沛，四季分明，年均降水量1 233 mm，光照充足，常年日照時(shí)數(shù)2 082 h，年平均氣溫16.8 ℃；黃州區(qū)在經(jīng)濟(jì)、文化和政治方面對黃岡市其他縣（市、區(qū)）都具有引領(lǐng)作用，在黃岡市的土地利用方面，黃州區(qū)的土地利用變化可能對其他縣（市、區(qū)）土地利用變化具有輻射作用。

2數(shù)據(jù)來源及預(yù)處理

研究采用的數(shù)據(jù)主要是地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)上下載的30 m分辨率的美國陸地資源衛(wèi)星Landsat 5和Landsat 8的多波段光譜影像，條帶號(hào)為122-39。 該研究選取了最佳組合波段 3、4、5 波段融合，這樣可以減小遙感影像信息提取和解譯的難度。然后利用 1∶400 萬全國邊界矢量地圖、縣界和州界矢量圖提取黃州區(qū)矢量邊界對影像進(jìn)行裁剪，得到研究區(qū)域2010和2014年遙感圖像（圖1～2），再借助ENVI 5.1，選取黃州區(qū)的訓(xùn)練樣本，利用最大似然法對影像進(jìn)行監(jiān)督分類（將黃州區(qū)的土地利用類型分為5類，即林地、耕地、水域、建筑用地及其他類型土地），在ArcGIS 10.2中統(tǒng)計(jì)各種類型土地的面積，并且制作專題地圖。

3結(jié)果與分析

3.1土地利用面積統(tǒng)計(jì)結(jié)果

黃岡市黃州區(qū)土地總面積為36 236.88 hm2，耕地分布比較集中，2014年黃州區(qū)耕地面積為11 314.56 hm2。與黃岡市的其他縣市區(qū)相比，黃州區(qū)耕地面積較少。

黃岡市黃州區(qū)土地利用變化趨勢見圖3。由圖3可知，黃州區(qū)的耕地、林地和水域的面積都呈不同比例的下降趨勢，有點(diǎn)特別的是，其他用地總體上呈下降趨勢，但在2011年出現(xiàn)了回升的現(xiàn)象；2010—2014年黃州區(qū)建筑用地面積都在按不同比例上升。雖然除了建筑用地以外，其他用地都在減少，但各自的減少幅度是不一樣的，耕地面積的減少速度是最快，僅5年的時(shí)間減少了2.5%，但耕地的減幅并沒有建筑用地的增幅高，建筑用地在5年時(shí)間內(nèi)增加了4.6%。

3.2土地利用類型轉(zhuǎn)化分析

通過預(yù)處理得到2期專題圖。利用ENVI 5.1中的分析功能，生成2010—2014年的土地利用轉(zhuǎn)移矩陣（表1）。由表1可知，大規(guī)模增長的建筑用地主要是由耕地和水域地轉(zhuǎn)移而來，轉(zhuǎn)移量分別達(dá)到854.26和198.79 km2，由此可知，建筑用地占用了大量的耕地和水域資源。這是由于城市外圍擴(kuò)張優(yōu)先選擇了更為平坦的耕地。在耕地轉(zhuǎn)移矩陣中，耕地流失的部分主要是流向了建筑用地，這可能是這一時(shí)段內(nèi)城市發(fā)展的需求。另外，林地和建筑用地在一定程度上彌補(bǔ)了耕地的流失，因?yàn)椴糠至值睾徒ㄖ玫剞D(zhuǎn)化為了耕地。其他用地主要是后備用地，變化不大。

從圖4、5可以看出，建筑用地的面積在增加，林地和耕地的面積在減少，而且從土地利用類型變化的空間規(guī)律來看，東北部的林地面積大大減少，西南部的建筑用地在增加；建筑用地主要是沿著交通主干線增加。

土地利用動(dòng)態(tài)變化度能夠很好地反映土地利用變化的幅度和程度。建筑用地的變化幅度最大，動(dòng)態(tài)度為4.540 7%；耕地的土地利用動(dòng)態(tài)度為-1.475 3%，其土地利用變化動(dòng)態(tài)度在負(fù)方向最大，這說明耕地的面積下降較快，變化速度和活躍程度較高；水域的土地利用動(dòng)態(tài)度在負(fù)方向較大，為-0.936 3%，說明水域面積下降較快、年變化率較大，而且變化的速度和活躍程度都較大；林地處于下降狀態(tài)；其他類型用地動(dòng)態(tài)度都很低，說明其在研究期內(nèi)的變化不是很大，基本處于平穩(wěn)狀態(tài)。

4結(jié)論與展望

該研究利用3S技術(shù)對黃岡市黃州區(qū)2010和2014年2期遙感影像進(jìn)行處理，獲得土地利用類型的分布和數(shù)量信息，通過對比析，得出以下結(jié)論。

（1）研究時(shí)段內(nèi)，黃州區(qū)土地利用的活躍度非常高，土地利用類型可能在短時(shí)間內(nèi)由一種類型變化為另一種類型或幾種類型，可能在另一時(shí)間里，這種變化的土地類型又變化為自身本來的類型。這種在位置土地利用類型的變化反映出土地利用方式會(huì)隨著經(jīng)濟(jì)的活躍程度呈現(xiàn)出相應(yīng)的變化。

（2）黃州區(qū)城市化進(jìn)程處于發(fā)展的階段，對環(huán)境的關(guān)注度不夠，使得生態(tài)環(huán)境惡化；耕地面積不斷減少，這對一個(gè)傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大市來說不是件好事，所以必須控制耕地的減少速度，保存后備用地。耕地的主要流向是建筑用地，所以要處理好城市化與農(nóng)業(yè)的關(guān)系。

（3）由于城市化的推動(dòng)，作為經(jīng)濟(jì)、政治和文化中心的黃州區(qū)，其城市化的速度和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的速度將會(huì)快速提升，相應(yīng)地，城市建設(shè)用地也會(huì)增長，但事物的發(fā)展總會(huì)有一個(gè)相應(yīng)的發(fā)展區(qū)，所以當(dāng)城市化達(dá)到一個(gè)臨界值之后，就會(huì)出現(xiàn)下降的趨勢；林地的面積還會(huì)下降；水體面積的變化幅度比較大，但預(yù)計(jì)未來這種下降趨勢變化不會(huì)很大。

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