基于遙感影像的天津理工大學土地利用動態監測

汪心渝

摘要：本文基于RS和GIS等相關理論及技術，獲取天津理工大學2005年、2011年和2018年三期高分辨率遙感影像，通過提取各類地物信息，引入土地利用動態度，綜合土地利用度并建立土地利用轉移矩陣來分析天津理工大學近14年來的土地利用動態變化。結果表明：天津理工大學的土地利用在過去的14年間發生了翻天覆地的變化，對未利用地的開發與建設日趨穩定，校園環境也發生了極大改變。

Abstract： Based on relevant theories and techniques such as RS and GIS， this paper obtains three high-resolution Remote Sensing images of Tianjin University of Technology in 2005， 2011 and 2018. By extracting various types of feature information， the authors introduce land use dynamic degree and land use degree comprehensive index， and establish a land use transfer matrix to analyze and summarize the dynamic change in land use of Tianjin University of Technology in the past 14 years. The results show that the land use of Tianjin University of Technology has undergone earth-shaking changes in the past 14 years， and the development and construction of unused land has become more stable， and the campus environment has also undergone tremendous changes.

關鍵詞：RS;GIS;土地利用動態變化;天津理工大學

Key words： RS;GIS;dynamic change of land use;Tianjin University of Technology

0? 引言

利用遙感技術以及地理信息系統技術相結合的方法對高分辨率的遙感影像進行解譯、分類、決策等一系列的應用越來越成為目前各行業發展規劃的需要。對高校的土地進行合理的規劃與利用，對校園的發展、建設十分重要，這也是評價高校發展狀況的硬性指標之一，而且合理的利用校園土地，為師生營造一種適宜的生活學術氛圍，對于高校的建設發展也是愈發重要。

天津理工大學建成至今已有一段時間，然而對其校區的土地利用動態監測結果卻一直沒有成功。本文以天津理工大學為研究區，以谷歌地球遙感影像為底圖，運用目視解譯與實地勘探相結合的方式，提取了2005年、2011年、2018年三期校園土地利用類型圖，并通過GIS的空間分析功能計算了各期土地利用的面積，最后建立土地利用轉換矩陣，分析天津理工大學近14年來的土地利用動態變化及規律，以便為未來校區的發展規劃做出合理的決策、建議，協調學校各個學院之間的職能，方便教學合理利用土地資源。

1? 數據來源及研究方法

1.1 數據來源

本研究采用三期BIGEMAP軟件下載的谷歌地球（有偏移）高分辨率遙感影像：2005年、2011年、2018年，分辨率均為0.93m且已經過投影變換、圖像校正。三幅影像的拍攝日期比較相近且運用目視解譯，可在一定程度上減少或排除土地利用/覆蓋季節性變化的影響，且所有的高分辨率遙感影像云量較少，減少了大氣對影像效果的影響。

1.2 研究方法

首先通過獲取的高分辨率遙感影像進行圖像的預處理，以使得圖像符合研究人員目視解譯的要求，再通過ArcGIS 10.6進行手動矢量化，完成對地物類別的提取，最后建立土地利用轉移矩陣來分析、總結研究區土地利用變化規律。

2? 數據分析

2.1 校園土地利用類型劃分

參照城市建設用地標準[1]和相關學者對校園土地類型的劃分依據[2-5]，并結合天津理工大學的實際情況，對獲取的研究區高分辨率遙感影像進行地物分類處理。地物類型劃分為：①綠化用地：指花草樹木等各種用地;②道路：指校內人行道以及車輛交通道路等用地;③行政辦公樓：指各學院及學校辦公用地;④活動區：指體育館，廣場，運動場，籃球場等各種學生活動用地;⑤教學樓：指學生學習的教學樓以及圖書館等用地;⑥生活區：指學生宿舍，教師公寓，食堂等用地;⑦未利用地：指還未利用的荒地以及正在開發建設的用地;⑧水域：指人工湖、坑塘等各種水體;⑨其他用地：指各種用地的周邊硬化路面等用地。

2.2 土地利用結構變化分析

根據遙感影像分類結果，借助ArcGIS空間分析工具，利用屬性信息得到研究區土地利用結構的變化情況。如表1所示。

本文對天津理工大學2005年、2011年、2018年3期土地利用結構進行分析，其土地利用結構變化見表1。從各種土地利用類型的面積和比重來看，2005年的未利用地面積比例最高，水域占地面積次之，兩種類型用地面積達到整個區域面積的75.3%，面積比例較小的為活動區、生活區、教學樓、行政辦公樓，用地面積比例都只各占區域面積的1%左右，即使加上其他用地（建筑周邊）也才14.9%，可見初建主校區之時，教學生活環境的惡劣;2011年的未利用地面積比例依舊最高，但是所占比例明顯減少，其他各類用地面積比例都有所增加，尤其活動區，生活區、教學樓、行政辦公樓和其他用地的總體面積上漲了近10%，可見校園環境在這7年間已經發生了一定改善，師生的校園體驗感也明顯增強;2018年的未利用地占地比例再次降低，相對的其他各用地面積比例也逐漸增加，活動區、生活區、教學樓、行政辦公樓和其他用地總體面積已經達到了41.3%，綠化面積占地比例也達到了15%左右，顯然校園的規劃經過十幾年的規劃發展正日益完善。從發展變化來看，未利用地占地面積明顯減少，其他各類用地面積均有不同程度增加，占地面積增加最多的是綠化用地，表明我校校園用地的土地開發強度增大，整體性增強，同時注重保護生態環境，注重對綠化用地的塑造和開發;再從面積比來看，增幅比例最高的為活動區，為原有面積的23.39倍，其次為綠化用地、行政辦公樓、教學樓、生活區，2005年的活動區占地面積基數最小，該類型用地在十四年間，隨著足球場，南北籃球場，朝陽廣場，北區體育館等設施的建設，使得該類用地面積極速上升，生活區用地面積的變化則是由于在此十四年間新建了北部生活區以及教師公寓等設施。總的來說，從建立新校區至今，伴隨著南、北部生活區的建成，校園的整體環境已經發生了天翻地覆的變化，各類用地也在進一步精益求精規劃、完善。

2.3 土地利用轉移矩陣分析

為了反映本文研究區的土地利用變化過程，本文通過統計研究區內各類用地的面積以及變化率，建立土地利用轉移矩陣，再分別計算各個時期的單一土地利用變化動態度、土地利用綜合動態度，可以更加全面的綜合反映項目研究區內的土地利用變化[6]。

利用ArcGIS 10.6導出屬性表構建土地利用轉移矩陣，并計算出天津理工大學單一土地利用動態度（表2）。

從單一土地利用動態度表中可以看出，2005-2011年單一土地利用動態度最大的是活動區，達到了200.3%。從土地利用轉移矩陣中可以看出，活動區的用地主要來源于未利用地的轉換，且未利用地轉換為活動區的面積占了轉換土地面積的91.89%，其次為綠化用地，單一土地動態度達到58.9%，仍然是未利用地轉換成綠化用地的比例占大部分，可達70%，教學樓單一土地利用動態度約為0，可見幾乎沒有發生土地轉移，期間沒有新建教學樓;2011-2018年單一土地利用動態度最大的是教學樓，達到42.6%，分別來源于其他用地、水域和未利用地面積的轉移，其中未利用地轉移面積量最大，其次為活動區、生活區，都達到了10%左右，主要轉移面積均來源于未利用地，可見未利用地在這七年間得到了充分利用。（由于數據表格太大，占篇幅太多，故2005-2011年和2011-2018年兩個時期的土地利用轉移矩陣不附表）。2005-2018年單一土地利用動態度最大的為活動區，高達172.2%，其次為綠化用地、行政辦公樓和教學樓，主要轉移來源均為未利用地的開發建設（表3），2005-2011年、2011-2018年、2005-2018年的綜合土地利用動態度分別為8.1%、6.4%、6.7%。

3? 結論與建議

2005-2018年間天津理工大學土地利用變化比較強烈，由于對校園用地的進一步開發與建設，大量的未利用地轉換成了道路、綠化用地、生活區、行政辦公樓、教學樓以及活動區，水域面積也有一定增加，校園布局集約利用適度，教學樓、行政辦公樓與生活區的布局相對合理，能夠滿足師生學習生活的需要。隨著南、北部生活區的建設完畢，校園設施也已日趨完善，師生教學以及生活環境相比校園建設初期已經發生后了極大改善。

校園西面還有大片的未利用地，應逐步進行規劃、開發、建設;相較于后期建設的北部生活區，配套設施不如南部生活區，如缺少打印店及大型超市等，應對其進行規劃設計，方便北部學子學習生活。

參考文獻：

[1]中國城市規劃設計研究院. GB 50137-2011，城市用地分類與規劃建設用地標準[S].北京：中國建筑工業出版社，2012.

[2]羅橋順，劉新平，陳士，等.大尺度下土地利用與景觀格局演變分析——以湛江海洋大學主校區為例[J].資源開發與市場，2006，22（2）：151-154.

[3]李成范，劉嵐，張力.高分辨率遙感影像中的土地利用分類研究[J].測繪與空間地理信息，2008，31（4）：48-51.

[4]陳朝，張文波，王金亮.高校校園景觀空間格局分析——以贛南師范學院黃金校區為例[J].經濟研究導刊，2009（11）：243-245.

[5]郭亞東，周清，王浩.校園土地利用結構和空間布局變化與優化建議——以湖南農業大學為例[J].安徽農業科學，Journal of Anhui Agri.Sci. 2012，40（36） ：17801-17804.

[6]孫璐，劉艷芳.基于RS和GIS的武漢市土地利用變化研究[J].國土與自然資源研究，2017（1）：41-44.