基于RS和GIS的土地利用變化時空特征研究
——以重慶主城區(qū)為例

王福海，陳　丹

(重慶工商大學(xué) 融智學(xué)院，重慶　400033)

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基于RS和GIS的土地利用變化時空特征研究
——以重慶主城區(qū)為例

王福海，陳丹

(重慶工商大學(xué) 融智學(xué)院，重慶400033)

摘要：科學(xué)認識重慶主城區(qū)土地利用變化時空格局的歷史特征，對區(qū)域土地利用政策的制定和實施具有重要的意義。利用1985—2010年TM遙感數(shù)據(jù)，基于RS和GIS技術(shù)對重慶主城區(qū)近30年不同土地利用類型的時空變化特征進行研究，形成對重慶主城區(qū)自1985年以來土地利用變化的基本規(guī)律、階段性趨勢和空間差異的科學(xué)認識。結(jié)果表明：1985—2010年，重慶主城區(qū)總體上呈現(xiàn)耕地、草地、未利用地面積減少，林地、建設(shè)用地、水域面積增加的趨勢，但各個地類的變化程度和變化過程有所差異；土地利用程度總體呈增大的趨勢，表現(xiàn)出明顯的時間階段性。研究結(jié)果對區(qū)域土地管理及土地的合理利用具有一定的參考價值。

關(guān)鍵詞：RS和GIS;重慶主城區(qū);土地利用變化;時空特征

土地是人類一切生產(chǎn)生活的載體，也是人類賴以生存與繁衍的主要物質(zhì)基礎(chǔ)和基本資源，因此清楚地掌握土地資源動態(tài)情況至關(guān)重要[1-3]。土地利用則是人類基于社會經(jīng)濟目的對土地進行長期經(jīng)營的各類活動[4-7]。土地利用時空特征變化是人類對土地利用強度和趨勢的體現(xiàn)，特別是在城市化進程中，人類對土地利用的需求逐漸加大[8]?；赗S和GIS技術(shù)，對土地利用時空特征變化進行研究，對指導(dǎo)土地利用總體規(guī)劃、城市規(guī)劃、改善城市生態(tài)環(huán)境和保護自然資源等具有非常重要的意義。

重慶主城區(qū)是著名的特大山地城市，也是一個綜合性的工業(yè)城市，由9個市轄區(qū)組成，總面積5 479km2。2013年中共重慶市委四屆三次全會召開，會議決定將重慶市劃分為5個功能區(qū)，即都市功能核心區(qū)、都市功能拓展區(qū)、城市發(fā)展新區(qū)、渝東南生態(tài)保護發(fā)展區(qū)和渝東北生態(tài)涵養(yǎng)發(fā)展區(qū)。重慶市經(jīng)濟社會發(fā)展將面臨一個全新的發(fā)展機遇[9-10]。重慶主城區(qū)位于都市功能核心區(qū)、都市功能拓展區(qū)內(nèi)，將進入下一個快速發(fā)展階段。這必將導(dǎo)致重慶主城區(qū)周邊土地被加劇侵占，深刻影響到重慶主城區(qū)的生態(tài)環(huán)境[11-14]。

1　數(shù)據(jù)來源

本研究利用1985、1988、1993、1996、2000、2002、2007年和2010年的美國陸地衛(wèi)星TM遙感數(shù)據(jù)，解譯1985、1988、1993、1996、2000、2002、2007年和2010年的土地利用/覆被現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫，分別從變化方向和土地利用與變化程度等方面來分析1985—2010年的時空變化歷程。

2　重慶主城區(qū)1985—2010年土地利用結(jié)構(gòu)變化

利用ArcMap10.2對重慶主城區(qū)土地利用/覆被現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫進行統(tǒng)計分析，計算出各地類面積，結(jié)果如表1所示。

表1可以清楚地反映出重慶主城區(qū)1985、1988、1993、1996、2000、2002、2007年和2010年各土地利用類型面積和所占比例情況。總體上呈現(xiàn)建設(shè)用地和林地面積增加，水域、耕地和草地面積減少的趨勢，但各土地利用類型變化過程與變化程度各不相同。

1) 從面積變化幅度來看，耕地面積變化的幅度最大，面積從1985年的4 113km2減小到2010年的3 217km2，減少了896km2。

2) 從建設(shè)用地面積變化的幅度來看，建設(shè)用地面積持續(xù)增加，從1985年的111km2增大到2010年的637km2，增加了526km2。

3) 從林地面積變化的幅度來看，林地面積從1985—2010年總體增加，從1985年的1 037km2增加到2010年的1 395km2，增加了358km2。林地面積的變化過程經(jīng)過了3個階段：1985—1996年林地面積增加，從1985年的1 037km2增加到1996年的1 143km2；1996—2000年林地面積減少，從1996年的1 143km2減少到2000年的1 064km2；2000—2010年林地面積增加，從2000年的1 064km2增加到2010年的1 395km2。

4) 從水域面積變化的幅度來看，1985—2010年水域面積總體增加，其面積變化過程經(jīng)過3個階段：1985—2010年水域面積增加，從1985年的149km2增加到1988年的164km2；1988—2000年水域面積減少，從1988年的164km2減少到2000年的146km2；2000—2010年水域面積增加，從2000年的146km2增加到2010年的172km2。從三峽大壩建設(shè)到正式蓄水的情況來看，水域面積變化的趨勢與實際情況完全吻合。未利用地與草地面積變化幅度較小，呈現(xiàn)未利用地面積減少、草地面積略有增加的趨勢。這是因為隨著城市化進程的加快，人類對未利用地的開發(fā)較多。

表1重慶主城區(qū)1985—2010年土地利用類型面積統(tǒng)計

年份地類草地建設(shè)用地耕地水域林地未利用地2010面積/km243637321717213951比例/%0.711.658.83.125.50.022007面積/km257369375714911294比例/%1.06.768.72.720.60.082002面積/km268286386114910974比例/%1.25.270.62.720.00.072000面積/km252265393314610644比例/%0.94.871.92.619.40.081996面積/km247195393014711433比例/%0.83.571.92.720.90.061993面積/km245182400514810813比例/%0.83.373.22.719.70.061988面積/km244175400616410724比例/%0.83.273.33.019.60.071985面積/km251111411314910374比例/%0.92.075.22.718.90.08

3　重慶主城區(qū)1985—2010年土地利用流向變化

3.1轉(zhuǎn)移矩陣分析模型

轉(zhuǎn)移矩陣分析模型可全面反映區(qū)域土地利用類型變化的方向、特征與結(jié)構(gòu)。其數(shù)學(xué)形式為[15-17]：

式中：n為地類的數(shù)量；S為圖斑面積；i為研究初期地類；j為研究末期地類。利用轉(zhuǎn)移矩陣分析模型計算出1985—1988年、1988—1993年、1993—1996年、1996—2000年、2002—2007年和2007—2010年的土地利用轉(zhuǎn)移矩陣。轉(zhuǎn)移矩陣不僅可以反映研究初期和末期的土地利用類型結(jié)構(gòu)，還可以反映研究時段內(nèi)各地類的構(gòu)成和來源。

3.2單一土地利用類型變化流向分析

利用ArcGIS10.2的空間分析模塊對1985—1988年、1988—1993年、1993—1996年、1996—2000年、2000—2002年、2002—2007年、2007—2010和1985—2010年的土地利用/覆被數(shù)據(jù)庫進行統(tǒng)計分析，得到各時間段地類變化轉(zhuǎn)移矩陣。

1985—1988年間地類的變化見表2，由本地類向其他地類轉(zhuǎn)化時占有率由小到大排序：水域<未利用地<建設(shè)用地<草地<林地<耕地。其中，草地、林地、未利用地和建設(shè)用地轉(zhuǎn)化率分別為2.39%，34.06%，0.02%和0.93%，而耕地轉(zhuǎn)化率占總變化率的62.59%，水域轉(zhuǎn)化率最小為0.01%。由其他地類向本地類轉(zhuǎn)化時占有率大小排序：建設(shè)用地<耕地,林地，其中水域、草地與未利用地向本地類轉(zhuǎn)化很少，林地轉(zhuǎn)化率最大，占總變化率的42%。

在總的變化中，1988年建設(shè)用地面積和林地面積相對1985年有所增加；草地面積與未利用地面積有所減少，其中耕地面積減少最多，主要轉(zhuǎn)向是建設(shè)用地和林地，少許轉(zhuǎn)向是水域和草地?？梢钥闯觯哼@時段建設(shè)用地面積擴展量最大，大量耕地被占用為建設(shè)用地；水域面積、草地面積和未利用地面積幾乎保持不變。

1988—1993年間地類的變化見表3，由本地類向其他地類轉(zhuǎn)化時占有率由小到大排序：未利用地<水域<草地<林地<耕地，其中耕地轉(zhuǎn)化面積占總變化率的51.12%，而草地、未利用地、水域和林地分別為5.74%，39.03%，1.24%和2.56%，建設(shè)用地轉(zhuǎn)化率最小為0.32%。由其他地類向本地類轉(zhuǎn)化時占有率從小到大排序：水域<草地<建設(shè)用地<林地<耕地，未利用地未向本類土地類轉(zhuǎn)化，耕地轉(zhuǎn)化最突出，占總變化率的42.88%。

在總的變化中，1993年建設(shè)用地面積增加較快，林地面積變化較小，耕地、水域和草地面積有所減少，其中未利用地面積減少的趨勢最明顯。

1993—1996年間地類變化見表4，由本地類向其他地類轉(zhuǎn)化時占有率由小到大排序：草地<林地<耕地，其中耕地轉(zhuǎn)化率占總轉(zhuǎn)化率的55.35%，而草地和林地分別為4.94%和38.25%，未利用地、建設(shè)用地和水域轉(zhuǎn)出率較小。由其他地類向本地類轉(zhuǎn)化時占有率從小到大排序：草地<建設(shè)用地<林地耕地，其他地類向水域轉(zhuǎn)化很少，而未利用地?zé)o變化。

在總的變化中，1996年建設(shè)用地面積增加，而其他地類面積減少，其中耕地面積減少最多，主要流向草地、建設(shè)用地與林地，少許流向水域。這一時段建設(shè)用地面積擴展量最大，林地和耕地被建設(shè)用地占用。未利用地、草地和水域面積保持不變。

1996—2000年間地類變化(表5)，由本地類向其他地類轉(zhuǎn)化時占有率由小到大排序：草地<水域建設(shè)用地<耕地<林地，其中林地面積變化率占總變化率的46.72 %，而草地、建設(shè)用地、水域和林地分別為1.37%，3.07 %，9.37 %和46.72 %，未利用地轉(zhuǎn)出比率為0。由其他地類向本地類轉(zhuǎn)化時占有率從小到大排序：水域<草地<建設(shè)用地<林地<耕地，其中未利用地向本地類轉(zhuǎn)化很少，林地變化率最大，占總變化率的46.72%。

在總的變化中，2000年未利用地、草地、耕地和建設(shè)用地面積相對于1996年有所增加，林地面積和水域面積有所減少，其中林地面積減少的趨勢最明顯，少許轉(zhuǎn)向是水域，主要轉(zhuǎn)向是草地、建設(shè)用地和耕地?？梢钥闯觯哼@一時段是建設(shè)用地主要擴展時期，其中建設(shè)用地的主要用地來源是耕地與林地。

表2　研究區(qū)1985—1988年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

表3　研究區(qū)1988—1993年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

表4　研究區(qū)1993—1996年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

表5　研究區(qū)1996—2000年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

2000—2002年間地類變化見表6，由本地類向其他地類轉(zhuǎn)化時占有率由小到大排序：草地<建設(shè)用地<水域<林地<耕地，其中耕地變化率占總變化率的58.23%，而水域、建設(shè)用地與林地分別為4.35%，3.55%和33.48%，未利用地和草地轉(zhuǎn)換最少，分別為0.02%和0.38 %。由其他地類向本地類轉(zhuǎn)化時占有率由小到大排序：水域<草地<建設(shè)用地<耕地<林地，其中林地變化最大，占總變化率的40.95%，未利用地和草地向其他地類轉(zhuǎn)化很少。

在總的變化中，2000年水域、草地、建設(shè)用地、林地面積相對于2002年有所增加，耕地面積有所減少，主要流向是建設(shè)用地和林地，少許流向是水域和草地，未利用地未發(fā)生變化，其中耕地面積減少最明顯。這一時段由于經(jīng)濟的發(fā)展、基礎(chǔ)設(shè)施用地的增加等引起的房地產(chǎn)的開發(fā)和商業(yè)投資的增加，占主導(dǎo)地位的依舊是建設(shè)用地擴展。

2002—2007年間地類變化見表7，由本地類向其他地類轉(zhuǎn)化時占有率由小到大排序：草地<建設(shè)用地<水域<林地<耕地，其中耕地變化率占總變化率的57.00%，而草地、建設(shè)、水域用地和林地分別為2.63 %，2.94%，4.96%和32.44%，未利用地面積變化率最少，為0.01%。由其他地類向本地類轉(zhuǎn)化時占有率由小到大排序：水域<建設(shè)用地<耕地<林地，其中草地向其他地類轉(zhuǎn)化較少，未利用地未向其他地類轉(zhuǎn)化，林地轉(zhuǎn)化率最大，占總轉(zhuǎn)化率的42.31%。

在總的變化中，2007年草地、建設(shè)用地和林地面積相對2002年有所增加，水域面積和耕地面積有所減少，其中耕地面積減少的趨勢尤其明顯，主要流向水域、建設(shè)用地和林地，少許流向草地。這一時期，城市建設(shè)用地面積增大、城市規(guī)模擴大。

2007—2010年間地類變化見表8，由本地類向其他地類轉(zhuǎn)化時占有率由小到大排序：草地<林地<耕地，其中耕地變化率占總變化率的72.56%，建設(shè)用地變化率占總變化率的0.30%，而水域與未利用地轉(zhuǎn)化率為0。由其他地類向本地類轉(zhuǎn)化時占有率由小到大排序：耕地<建設(shè)用地<林地，其中未利用地、水域和草地向其他地類轉(zhuǎn)化很少，林地轉(zhuǎn)化率最大，占總轉(zhuǎn)化面積的的46%。

在總的變化中，林地面積減少明顯，主要轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地和耕地。隨著重慶主城區(qū)城市化進程的加快，人們對建設(shè)用地的需求增加，因此建設(shè)用地在整體變化中增加最為明顯。

1985—2010年間地類變化見表9。由本地類向其他地類轉(zhuǎn)化時占有率由小到大排序：未利用地<建設(shè)用地<草地<水域<林地<耕地，其中耕地變化率占總變化率的80.21%，而水域、草地和林地分別為2.36%，2.25%，14.69%，建設(shè)用地和未利用地轉(zhuǎn)換最少。由其他地類向本地類轉(zhuǎn)化時占有率由小到大排序：耕地<林地<建設(shè)用地，其中未利用地、水域和草地向其他地類轉(zhuǎn)化很少，建設(shè)用地變化幅度最大，占總變化率的43.36%。

在總的變化中，在1985—2010年中草地面積也有增長。在總的變化中，從1985—2010年，未利用地面積和耕地面積減少，耕地面積變化幅度非常大，耕地主要流向建設(shè)用地和林地。隨著三峽大壩蓄水成功、經(jīng)濟飛躍式增長和城鄉(xiāng)統(tǒng)籌發(fā)展，水域面積、建設(shè)用地、林地均增加，其中建設(shè)用地和林地增加最為明顯。在1985—2010年中草地面積也有增長。

表6　研究區(qū)2000—2002年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

表7　研究區(qū)2002—2007年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

表8　研究區(qū)2007—2010年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

表9　研究區(qū)1985—2010年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

4　結(jié)論

1) 1985—2010年，重慶主城區(qū)總體呈耕地、草地、未利用地面積減少，林地、建設(shè)用地、水域面積增加的趨勢，但各個地類的變化程度和變化過程有所差異。

2) 1985—2010年，重慶主城區(qū)的耕地和林地的變化數(shù)量在所有土地利用類型中一直處在較大值，但由于其自身基數(shù)較大，土地利用動態(tài)度很小。

3) 各個土地利用類型在研究區(qū)的分布和利用水平有所不同。從各個地類的面積比例看，未利用地在研究區(qū)中所占比例小，同時建設(shè)用地的快速擴張說明了重慶主城區(qū)的土地利用程度較高、處于城市快速發(fā)展的階段。

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(責(zé)任編輯何杰玲)

收稿日期：2016-03-26

基金項目：國家自然科學(xué)基金資助項目(41101503)；國家社會科學(xué)基金重大項目(11&ZD161)

作者簡介：王福海(1986—)，男，講師；主要從事3S理論與應(yīng)用研究。

doi:10.3969/j.issn.1674-8425(z).2016.07.014

中圖分類號：Q958.113

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1674-8425(2016)07-0078-08

StudyonSpatial-TemporalCharacteristicsofLandUseChangeinMainUrbanAreaofChongqingAbout30YearsBasedonRSandGIS

WANGFu-hai,CHENDan

(RongzhiCollegeofChongqingTechnologyandBusinessUniversity,Chongqing400033,China)

Abstract:Scientific view on the historical characteristics of spatial and temporal pattern of land use change of main urban area of Chongqing has significant imprtance. Using the TM remote sensing data of 1985—1985, based on RS and GIS technology, the spatial and temporal variation characteristics of different land use types in Chongqing urban area of nearly 30 years were studied, the basic rule of land use change, periodic trends and scientific understanding of the spatial differences f Chongqing urban area since 1985 were formated. Results show that cultivated land, grassland and unused area of Chongqing urban area reduced overally in 1985—2010, whlie forest land, construction land, and water area increased, but each kind of land types has different degree of change and change process. General land utilization degree showed a trend of increase, showing obvious stages. The result of the study has a certain reference value for regional land management and the rational use of land.

Key words:RS and GIS; main urban area of Chongqing; land use change; spatial-temporal characteristics

引用格式：王福海，陳丹.基于RS和GIS的土地利用變化時空特征研究——以重慶主城區(qū)為例[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué))，2016(7):78-85.

Citationformat：WANGFu-hai,CHENDan.StudyonSpatial-TemporalCharacteristicsofLandUseChangeinMainUrbanAreaofChongqingAbout30YearsBasedonRSandGIS[J].JournalofChongqingUniversityofTechnology(NaturalScience)，2016(7):78-85.