2004—2017年合肥市土地利用變化分析

楊瑞瑞　孫長瑞　榮欣

摘 要：基于2004年和2017年兩時(shí)相的合肥市Landsat遙感衛(wèi)星影像，采用監(jiān)督分類中的最大似然法，對(duì)研究區(qū)進(jìn)行土地利用/覆被變化分類，得到合肥市各類地物的統(tǒng)計(jì)面積并進(jìn)行精度評(píng)價(jià)，分析2004-2017年合肥市土地利用/覆被變化情況。

關(guān)鍵詞：土地利用變化；監(jiān)督分類；最大似然法；合肥市

我國是目前世界上城市化進(jìn)程最快的國家之一，隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的快速發(fā)展，城市化是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然結(jié)果，也是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的有力推動(dòng)器。城市用地的變化不僅是城市化水平的重要指標(biāo)，也是土地利用/覆被變化研究的重要領(lǐng)域之一。土地利用的分類研究對(duì)引導(dǎo)和調(diào)控城市的擴(kuò)展，具有重要的戰(zhàn)略意義。

遙感數(shù)據(jù)源具有空間尺度大、獲取周期短、信息量豐富等優(yōu)點(diǎn)，近年來逐漸成為城市擴(kuò)展、土地利用的主要手段。因此，利用遙感影像進(jìn)行土地利用信息的提取，能快速地得到城市土地利用變化信息，對(duì)城市化的監(jiān)測(cè)、管理和分析提供了及時(shí)有效的信息源。

1 研究區(qū)概況

合肥作為安徽省省會(huì)城市，位于安徽中部，地理坐標(biāo)為30°56′N～32°30′N，116°40′E～117°58′E。合肥市現(xiàn)轄肥東、肥西、長豐、廬陽4個(gè)縣，1個(gè)縣級(jí)市巢湖市，位于江淮之間、巢湖之濱，具有承東啟西、貫通南北的重要區(qū)位優(yōu)勢(shì)，總面積11445.1km2，人口796.5萬，是全省政治、經(jīng)濟(jì)、文化和金融中心，也是全國四大科教城市之一。近年來，合肥市國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)各項(xiàng)事業(yè)處于快速發(fā)展時(shí)期，隨著工業(yè)化、城市化進(jìn)程的加快、人口的增加和生態(tài)環(huán)境建設(shè)等原因，導(dǎo)致土地利用不合理、土地變化尤為明顯等問題。

2 研究方法與數(shù)據(jù)基礎(chǔ)

2.1 數(shù)據(jù)源與預(yù)處理

研究區(qū)所采用的數(shù)據(jù)主要為Landsat 5 TM數(shù)據(jù)和Landsat 8 OLI數(shù)據(jù)，獲取時(shí)間分別為2004年4月19日和2017年4月23日，條帶號(hào)為121，行編號(hào)為38，空間分辨率為30m，云量分別為0.15和0.56。首先對(duì)遙感影像進(jìn)行幾何配準(zhǔn)、大氣校正、假彩色合成等預(yù)處理，再通過ENVI軟件圖像利用行政矢量邊界進(jìn)行裁剪，得到研究區(qū)的遙感影像圖。

2.2 分類方法

利用ENVI 5.1對(duì)研究區(qū)遙感影像監(jiān)督分類中的最大似然法和人機(jī)交互目視解譯法來獲得2004和2017年城市建成區(qū)的柵格邊界圖，將地物劃分為水體、耕地、建設(shè)用地、林地和其他這五類地物。監(jiān)督分類又稱訓(xùn)練場(chǎng)地法，是以建立統(tǒng)計(jì)識(shí)別函數(shù)為理論基礎(chǔ)，依據(jù)典型樣本訓(xùn)練方法進(jìn)行分類的技術(shù)。其基本分類過程為：定義訓(xùn)練樣本、執(zhí)行監(jiān)督分類、評(píng)價(jià)分類結(jié)果和分類后處理。對(duì)遙感圖像進(jìn)行監(jiān)督分類常用的算法有：最大似然法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、支持向量機(jī)法等。

3 結(jié)果分析與精度評(píng)價(jià)

3.1 分類結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)分類后的結(jié)果進(jìn)行后處理，包括更改分類顏色、剔除小圖斑、分類統(tǒng)計(jì)、柵格轉(zhuǎn)矢量等。將合肥市2004年和2017年分類后的影像結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，然后通過比較分析結(jié)果，獲得地物類型、面積百分比的變化，最后分析近14年合肥市土地利用/覆被變化情況。結(jié)果表明：2004年耕地占比24.84%、林地占比14.608%、建設(shè)用地占比37.7%、水域占比6.285%、其他面積占比16.567%；2017年耕地占比19.89%、林地占比14.63%、建設(shè)用地占比41.65%、水域占比5.936%、其他面積占比17.894%。從2004年到2017年，合肥市耕地面積減少了1448.24km2，建設(shè)用地面積增加了1853km2，水域面積減少了80.35km2。

比較顯示，2004-2017年合肥市的土地利用情況發(fā)生明顯變化，建設(shè)用地面積得到大幅度的增加，建成區(qū)面積在逐漸擴(kuò)大，隨著合肥市政府推行“東向發(fā)展”、“科教興市”戰(zhàn)略的大力實(shí)施以及“濱湖新城”建設(shè)步伐加快，全市社會(huì)經(jīng)濟(jì)得到了進(jìn)一步發(fā)展。耕地面積大幅度的減少，大部分都轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地和其他用地，植被遭到嚴(yán)重破壞，政府部門應(yīng)該積極重視，在注重經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)也要加大生態(tài)環(huán)境建設(shè)力度。

3.2 分類精度評(píng)價(jià)

分類精度的評(píng)價(jià)通常采用分類圖與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以正確分類的百分比來表示精度。目前普遍采用混淆矩陣來進(jìn)行分類精度的評(píng)定，即以Kappa系數(shù)評(píng)價(jià)整個(gè)分類圖的精度。混淆矩陣法需要地表真實(shí)感興趣區(qū)，為此在高分辨率圖像上，通過目視解譯選取與執(zhí)行監(jiān)督分類相同數(shù)量的訓(xùn)練樣本，以此樣本代表地表真實(shí)感興趣區(qū)執(zhí)行混淆矩陣分類精度評(píng)價(jià)。計(jì)算得到2004年總體分類精度為87.635%，Kappa系數(shù)為0.768，2017年總體分類精度為87.42%，Kappa系數(shù)為0.78。通過分析Kappa系數(shù)與分類精度的關(guān)系可知，本次分類實(shí)驗(yàn)的結(jié)果較為理想。

4 結(jié)論

本文利用合肥市Landsat遙感數(shù)據(jù)對(duì)2004-2017年的土地利用進(jìn)行分類，根據(jù)各地物面積變化比重可以得出：

1）近14年合肥市土地利用類型結(jié)果分析可知，耕地面積大大減少，減少約4.95%，大部分轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地和其他用地，說明這段期間耕地、植被在很大程度上遭到破壞。

2）2004-2017年合肥市的建設(shè)用地面積增加了1853km2，說明建成區(qū)的面積在逐漸擴(kuò)大，全市社會(huì)經(jīng)濟(jì)得到進(jìn)一步發(fā)展。

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作者簡介

楊瑞瑞（1993-），女，在讀研究生，成都理工大學(xué)，610000，生態(tài)環(huán)境遙感。

孫長瑞（1994-），男，在讀研究生，成都理工大學(xué)，610000，地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)

榮欣（1994-），女，在讀研究生，成都理工大學(xué)，610000，生態(tài)環(huán)境遙感。