基于RS與GIS的咸寧市土地利用變化及其驅動力研究

宛浩良 周霞 黃佳林

摘 ?要：土地利用及覆被變化的研究已經發展成為二十世紀最重要的研究內容之一。文章通過咸寧市2005年、2015年Landsat遙感影像圖提取2個時期的土地利用/覆被信息，利用動態模型來揭示2005-2015年間的土地利用及覆被變化特征，并對其驅動力進行分析。研究結果表明：咸寧市2005年到2015年林地由539平方公里增加到760平方公里，草地由24平方公里減少到15平方公里，水域由63平方公里增加到85平方公里，建設用地由262平方公里增加到295平方公里，耕地由616平方公里減少到347平方公里。這在一定程度上反映了人地之間的矛盾關系，咸寧市土地利用/覆被變化的主要驅動力為人口的增長，經濟的發展以及城市化政策的推動。

關鍵詞：土地利用;驅動力;咸寧市

中圖分類號：F323 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2020）25-0050-04

Abstract： The study of land use and cover change has become one of the most important research contents in the 20th century. In this paper， the land use/cover information of two periods-in 2005 and 2015-was extracted through the Landsat remote sensing image of Xianning City， and the dynamic model was used to reveal the characteristics of land use and cover change from 2005 to 2015， and the driving forces were analyzed. The results show that： from 2005 to 2015， the forest in Xianning City increased from 539 square kilometers to 760 square kilometers， grassland has decreased from 24 square kilometers to 15 square kilometers， water area has increased from 63 square kilometers to 85 square kilometers， construction land has increased from 262 square kilometers to 295 square kilometers， and arable land has decreased from 616 square kilometers to 347 square kilometers. To some extent， this reflects the contradictory relationship between people and land. The main driving forces of land use/cover change in Xianning City are the growth of population， the development of economy and the promotion of urbanization policies.

Keywords： land-use; driving force; Xianning City

1 概述

土地利用/覆被變化（LUCC）是人地關系和環境變化的重要組成部分[1]，1995年，由IGBP和IHDP兩大聯合組織提出了土地利用/覆被的研究計劃[2]，即通過研究土地利用/覆被變化與人類驅動力之間相互作用的機制，從而來預測LUCC的變化。與此同時，歐盟方面的各國成員也針對他們各自的區域推出了相關的LUCC研究計劃。國際上各個組織和國家都紛紛開始投入到了LUCC的研究，并啟動著各自的項目，比如：“北美洲土地覆被變化”研究項目，日本開展的“為全球環境保護的土地利用研究”項目等[3]。動態度指數定量化模型和變化模型的研究促進土地利用變化實證研究的成功開展，奠定了土地利用變化定量研究的基礎。目前國內土地利用相關研究比較集中于土地利用綜合效益評價、土地規劃、土地利用時空變遷特征及其驅動力的擴展研究方面[4-6]。由于LUCC變化機制十分復雜，使得全球和區域的綜合模型的精準建立并不容易。本文土地的利用形態和時空的變遷轉型研究的重點和關鍵任務是深入解析社會市場經濟發展和轉型過程中土地的利用類型形態的變化趨勢，從而分析土地利用轉型過程中不同土地利用類型轉型過程中的格局演變關系和驅動力。

2 研究區概況和數據來源

咸寧市位于湖北省東南部，地跨東經113°32′-114°58′，北緯29°02′-30°19′。咸安區是市委、市政府所在地，地理坐標為東經114°06′-114°43′，北29°39′-30°02′。東西寬58千米，南北長41千米，分別與陽新、崇陽、江夏、赤壁接壤（圖1）。2018年，咸安區下轄3個街道、9個鎮、1個鄉，另設有1個良種場、2個開發區，總人口62.8465萬人，實現地區生產總值（GDP）313.02億元（含市直），從三次產業看，第一產業完成增加值28.88億元，第二產業完成增加值179.1億元，第三產業完成增加值105.04億元，一、二、三產業占生產總值比重為9.2：57.2：33.6。

本文遙感數據來源于地理空間數據云（影像數據下載地址：http：//www.gscloud.cn）2005年、2015年Landsat衛星遙感影像，編號分別為LT51230392005126BKT00、LC81230392015330LGN01，云量分別為6.7%和0.37%，全色波段和多光譜波段空間分辨率分別為15米和30米。研究區人口、經濟等數據來源于2005年和2015年湖北省統計年鑒，行政區邊界數據由1：100萬全國基礎地理矢量數據中提取。所有圖件投影坐標系統一采用Krasovsky_1940_Albers。

3 土地利用信息提取

咸寧市土地利用/覆被研究采用解譯2005年、2015年這兩個時期的Landsat遙感影像，并分別對其土地覆被信息進行提取，根據其光譜特性，確定采用4、3、2波段合成的假彩色影像來判別其土地覆被類型。圖像預處理利用EVI軟件依次進行輻射定標、大氣校正、幾何校正、去條帶處理、波段融合、圖像鑲嵌、圖像裁剪。進行圖像預處理后能更方便地進行下一步驟的監督分類。通過查閱資料，將咸寧市的土地分為：耕地、林地、草地、水域、建設用地和其他土地這六類（圖2）。

相比于目視解譯，計算機解譯精度相對較高，而且更為快捷，方便。計算機解譯分為監督分類和非監督分類，由于非監督分類隨機性較大，且不能確定類的屬性，因此本文采用前者。監督分類需要通過選取比較典型的樣本，根據這些樣本信息來對其他未知像元進行判別。支持向量機分類能夠自動尋找對分類有較大區分能力的支持向量，它能將類與類之間的間隔最大化，且具有較高的精確度，因而本文采用此方法。

a.2005年分類精度

本文利用ENVI來計算分類結果的Kappa指數，并將其作為精度判別的依據，其中2005年分類后的Kappa指數為0.936，2015年分類后的Kappa指數為0.937，分類效果較好。

4 咸寧市土地利用轉移分析

為了更直接的觀察到各類型土地的變化信息，在ArcGIS平臺上，構建2005-2015年的土地利用轉移矩陣，先將2005年的土地利用類型作為轉移矩陣的行，2015年的土地利用信息作為轉移矩陣的列，其土地利用的總面積是保持不變的[7]。其相應的面積計算公式如式1、式2所示。

P=（M-N）/Z ? ? ?（式1）

Q=（U-V）/Z ? ? ?（式2）

其中P表示某類土地向其他土地轉變的百分比，M是2005年某類土地的總面積，N表示2005年某類土地未發生變化的面積，Z為咸安區總面積。Q表示其他土地向某類土地轉變的百分比，其某類土地增加的百分比，U表示2015年某類土地的總面積，N表示2005年某類土地的總面積，Z為咸安區總面積。

由表1可知，咸寧市2005-2015年土地利用數量和結構變化如下：林地有近6.5%轉化成其他用地，同時有近21.1%其他用地轉化為林地，其占地面積有所增加;草地有近1.5%轉化成其他用地，同時有近2.3%其他用地轉化為草地，其占地面積有所增加;水域有近0.9%轉化成其他用地，同時有近2.3%其他用地轉化為水域，其占地面積有所增加;建設用地有近4%轉化成其他用地，同時有近23%其他用地轉化為建設用地，其占地面積有所增加;耕地有近27.2%轉化成其他用地，同時有近9.4%其他用地轉化為耕地，其占地面積有所減少。而咸寧市咸安區2005年到2015年土地結構變化為：林地由539平方公里增加到760平方公里;草地由24平方公里減少到15平方公里;水域由63平方公里增加到85平方公里;建設用地由262平方公里增加到295平方公里;耕地由616平方公里減少到347平方公里。通過以上數據，可以明顯發現建設用地和林地均有所增加，而耕地卻有所減少。

5 咸寧市土地利用影響因素分析

咸寧市地處湖北省東南部，地形主要分為山地、丘陵以及平原，地勢南高北低，氣候溫潤，降水量充足，冬冷夏熱，因而為咸寧市的農業發展創造出一定的條件，但同時也制約了其他土地的一些利用。然而通過分析2005-2015的各項用地數據，發現耕地有所減少，而林地和建設用地均有明顯的增加，這說明咸寧市正在由一個以農業發展為主的城市向其他方向發生轉變。人口是社會發展的重要組成成分，也是影響土地利用/覆被變化的驅動力。人口的增長會導致土地的需求量增加，從而導致土地結構發生改變，土地利用程度也相對變大。2005年，咸寧市人口為277萬人，而在2015年咸寧市人口已經增長至288萬以上，并且還保持著緩步的增長，這種增長趨勢必然會導致建設用地增加，通過數據可以看到耕地向建設用地轉變了132平方公里，同樣，林地向建設用地轉變了22平方公里，這是由于人口增多導致的，在一定程度上反映出咸寧市人地矛盾的嚴重性。

近年來，咸寧市經濟發展較為迅速，在2014年，咸寧市的生產總值已經達到了1000億元，其中作為咸寧市第一產業的農業牧漁及服務業，其生產總值便已經達到260.7億元，其人均GDP更是達到了5689.6美元。隨著城鎮化建設的推動，鄉鎮企業正在逐漸的發展，城鎮的范圍在進一步的擴大，咸寧市的經濟開發也在逐步的深入，這些都需要對土地加以開發利用，2005年，咸安市耕地總面積為616平方公里，在2005年-2015年這10年里，由于經濟發展方式發生轉變，耕地總面積減少了269平方公里，而建設用地面積增加了32平方公里，這以后將會是咸寧市未來經濟發展的一種必然趨勢。

政策作為政府實現自己階層利益與意志的一種措施手段，它能根據土地利用的情況，直接快速作用于土地的利用方式，從而來影響土地利用的結構。從數據中，我們發現林地增加了14.71%，建設用地增加了2.11%，而耕地減少了19.84%，這正是政府對土地利用調整的一種具體表現（退耕還林、城市化等），反映了政策宏觀調控對土地利用類型的影響。

6 結論

本文選取湖北省咸寧市作為土地利用/覆被變化的研究區，以2005年、2015年兩期的Landsat衛星影像作為數據源，運用RS/GIS工具來對所獲取的影像進行分析處理，提取土地利用/覆被信息，從而得到咸寧市咸安區不同年份的各項用地數據，之后對這兩期的數據進行疊加分析，制作土地利用轉移矩陣，獲取各項用地之間的轉化信息。通過兩期數據的比較分析可知，隨著土地利用程度的增加，土地覆被面積在逐步的減少，建設用地、林地增長較為明顯，而耕地的面積卻有所減少。自然條件決定了咸寧市的發展是以農業為主，但近年來有向其它方向過渡的趨勢。人口的增長導致土地需求量變大，使得人地矛盾趨于嚴重。經濟的發展離不開對土地的利用開發，導致用地關系更為緊張，而政策的調控能在一定程度上緩解人地關系，也是控制生態平衡的主要手段。

參考文獻：

[1]王啟名，高蓉.土地利用/覆被變化的發展研究[J].華夏地理，2016（7）：77-78.

[2]周樺.土地利用/覆被變化（LUCC）研究現狀與展望[J].城市地理，2017，000（018）：128.

[3]史洪超.土地利用/覆被變化（LUCC）研究進展綜述[J].安徽農業科學，2012（26）：375-378+393.

[4]胡悅琴，馬燕飛，張偉科.中國陸地區土地利用/覆被時空格局變化及驅動力分析[J].農學學報，2020，10（04）：26-35.

[5]許可芃.關于遙感與GIS的土地利用動態變化研究[J].江西農業，2018（24）：116.

[6]周霞，劉彥文，姜宇榕，等.Landsat-8與GF-1遙感影像土地利用數據提取比較——以咸寧市為例[J].安徽農業科學，2017，45（31）：213-215+237.

[7]楊坤，胡馨，石越.基于RS和GIS的土地利用變化碳排放現狀及預測分析[J].長江科學院院報，2016，33（07）：137-141.