基于地理國情監(jiān)測的土地利用時(shí)空演變及其驅(qū)動(dòng)力研究*

郭送民

(廣東省工程勘察院，廣東 廣州　510510)

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基于地理國情監(jiān)測的土地利用時(shí)空演變及其驅(qū)動(dòng)力研究*

郭送民

(廣東省工程勘察院，廣東 廣州510510)

在廣東省某地區(qū)2015年地理國情普查成果的基礎(chǔ)上，利用遙感解譯標(biāo)志，對(duì)2011年、2013年遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行遙感解譯，提取土地利用與覆蓋數(shù)據(jù)。利用GIS技術(shù)手段，監(jiān)測廣東省某地區(qū)2011年至2015年期間全區(qū)土地利用與覆蓋動(dòng)態(tài)變化過程，結(jié)合土地利用規(guī)劃數(shù)據(jù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)、人口等數(shù)據(jù)，分析土地利用與覆蓋的時(shí)空演變的影響因素和內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力，掌握土地資源變遷的內(nèi)在機(jī)制，為政府部門在城鎮(zhèn)化建設(shè)、城市管理、城市規(guī)劃、產(chǎn)業(yè)規(guī)劃等行政管理方面提供有效的決策支持。

地理國情監(jiān)測；GIS；土地利用與地表覆蓋；時(shí)空演變

0　引言

地理國情普查是一項(xiàng)重大的國情國力調(diào)查，是全面獲取地理國情信息的重要手段，國務(wù)院第一次全國地理國情普查領(lǐng)導(dǎo)小組下發(fā)文件(國地普辦[2014]7號(hào))，提出為認(rèn)真落實(shí)李克強(qiáng)總理“加強(qiáng)地理國情監(jiān)測，及時(shí)發(fā)布監(jiān)測成果和分析報(bào)告，為科學(xué)發(fā)展提供依據(jù)“的重要指示和張高麗副總理在第一次全國地理國情普查電視電話會(huì)上提出的“堅(jiān)持邊普查、邊應(yīng)用的原則，加快成果轉(zhuǎn)化，充分發(fā)揮普查工作效用”的重要講話精神，要求在開展地理國情普查工作的同時(shí)，加快普查成果應(yīng)用，強(qiáng)化地理國情監(jiān)測，盡快實(shí)現(xiàn)地理國情信息對(duì)政府、企業(yè)和公眾的服務(wù)[1]。

本文利用GIS技術(shù)手段，以2015年廣東省某地區(qū)地理國情普查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以2011年、2013年遙感影像為數(shù)據(jù)源，解譯2011年、2013年土地利用覆蓋數(shù)據(jù)，通過面積統(tǒng)計(jì)、疊加分析顯示土地利用覆蓋的變化過程。在此基礎(chǔ)上，分析發(fā)生變化的原因和內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力，為政府部門調(diào)整土地利用政策，為土地利用和開發(fā)過程進(jìn)行管理、規(guī)劃和監(jiān)督提供有效的數(shù)據(jù)支持，進(jìn)而合理配置土地資源，提高土地利用價(jià)值[2]，從而緩解人地矛盾，減少人類對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的影響。

1　數(shù)據(jù)分析與處理

地理國情普查中，土地利用覆蓋分為10個(gè)一級(jí)類，58個(gè)二級(jí)類，135個(gè)三級(jí)類。結(jié)合該地區(qū)地理國情特色，充分利用2015年第一次地理國情普查的數(shù)據(jù)，將土地利用覆蓋類型劃分為12類，具體與地理國情普查的分類對(duì)應(yīng)情況[3]，如表1所示。

在ArcGIS平臺(tái)下，從2015年地理國情普查成果中提取2015年的地表覆蓋數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上，通過對(duì)2011年、2013年與2015年遙感影像的變化檢測，對(duì)發(fā)生變化的土地利用覆蓋斑塊進(jìn)行修整，獲得2011年、2013年土地利用覆蓋數(shù)據(jù)。

表1　土地利用覆蓋類型分類

2　土地利用空間格局及其動(dòng)態(tài)變化

2.12011年、2013年、2015年土地利用數(shù)量總體變化

利用ArcGIS軟件，分別將2011年、2013年、2015年分類結(jié)果進(jìn)行疊加分析，得到土地利用覆蓋類型相互轉(zhuǎn)換的數(shù)量關(guān)系矩陣。把經(jīng)過疊加處理的影像分類結(jié)果作進(jìn)一步的處理，即分別提取出不同的覆蓋類型，得出各個(gè)土地利用覆蓋類型的變化面積，如表2所示。

表2從土地利用覆蓋數(shù)量上說明2011-2015年期間土地利用覆蓋的變化情況?？傮w來看，該地區(qū)人工景觀增多，自然半自然景觀減少[4]。

2.2不同時(shí)段土地利用覆蓋數(shù)量變化

圖1展示了2011-2015年期間不同時(shí)段土地利用覆蓋變化情況并不相同。若利用土地利用覆蓋變化數(shù)量的絕對(duì)值來計(jì)算，2011-2013年期間，該地區(qū)土地利用覆蓋變化面積為34.94 km2，比例變化為4.33%。2013-2015年期間，該地區(qū)土地利用覆蓋變化面積為40.50 km2，比例變化為5.02%。兩個(gè)時(shí)段中，自然半自然景觀中的草地和水域是變化較大的地類；人工景觀除構(gòu)筑物變化不大外，其他變動(dòng)都相對(duì)較大。

表2　廣東省某地區(qū)2011-2015年土地利用覆蓋變化面積

圖1　不同時(shí)段土地利用覆蓋變化數(shù)量Fig.1　Change number of land use and cover for different periods

2.3土地利用覆蓋變化轉(zhuǎn)移矩陣

轉(zhuǎn)移矩陣可以有效地表達(dá)兩個(gè)時(shí)期不同類型土地利用覆蓋之間的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系[5]。表3、表4分別是2011-2013年、2013-2015年地類面積轉(zhuǎn)移矩陣。從表中可以看出：水域、耕地在兩個(gè)階段(2011-2013年、2013-2015年)都呈現(xiàn)減少趨勢；園地、林地、草地在前一階段(2011-2013年)稍微有所增加，而在第二階段(2013-2015年)呈現(xiàn)減少趨勢。

2.4土地利用覆蓋監(jiān)測模型

目前，關(guān)于城市土地利用與覆蓋監(jiān)測模型的研究有很多，但各種模型都有相應(yīng)的適用條件和要求，本文將選擇適合該地區(qū)且易于操作的技術(shù)模型對(duì)土地利用與覆蓋的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。具體采用的計(jì)算模型包括：土地利用動(dòng)態(tài)度模型、土地利用多樣性指數(shù)模型、土地利用破碎度指數(shù)模型、土地利用空間格局分析模型。

表3　2011-2013年廣東省某地區(qū)土地利用覆蓋轉(zhuǎn)移矩陣　(單位：km2)

表4　2013-2015年廣東省某地區(qū)土地利用覆蓋轉(zhuǎn)移矩陣　(單位：km2)

2.4.1土地利用動(dòng)態(tài)度模型

土地利用動(dòng)態(tài)度模型是表現(xiàn)土地利用變化速度的數(shù)學(xué)模型[6]，主要分析各種地類在不同年份的變化量大小，其數(shù)學(xué)公式為：

(1)

式中：Ua為監(jiān)測初期地類面積；Ub為監(jiān)測末期地類面積；T為監(jiān)測周期。

2011-2013年和2013-2015年的土地利用動(dòng)態(tài)度計(jì)算結(jié)果，如表5所示。

通過對(duì)表5中數(shù)據(jù)的分析，可以得出該地區(qū)2011-2015年期間土地利用動(dòng)態(tài)變化存在以下特點(diǎn)：

1)耕地、水域、裸露地表面積逐漸減少，耕地、水域面積變化幅度不大，裸露地表面積變化幅度較大；

2)園地、林地、草地和構(gòu)筑物在2011-2013年間有少量增加，2013-2015年間減少，變化幅度不大；

3)房屋建筑區(qū)、道路、溫室、大棚、建筑工地逐年增加，除建筑工地增長比較明顯外，其余幾類增長幅度不大；

4)人工堆掘地在2011-2013年間有所減少，但在2013-2015年間呈大幅增長態(tài)勢。

表5　2011-2013年和2013-2015年的土地利用動(dòng)態(tài)度

2.4.2土地利用多樣性指數(shù)模型

土地利用多樣性指數(shù)描述土地利用類型的豐富程度和復(fù)雜程度，反映土地利用類型的多少和各種類型所占的比例，可以從整體上分析土地利用結(jié)構(gòu)變化的趨勢。本文選用的數(shù)據(jù)模型為：

(2)

式中：H為土地利用多樣性指數(shù)，其中，H值越大，土地利用多樣性程度越大；Pi為各種土地利用類型所占的百分比；n為土地利用類型的種類。

2011年、2013年和2015年的土地利用多樣性指數(shù)計(jì)算結(jié)果，如表6所示。

表6　2011年、2013年和2015年土地利用多樣性指數(shù)

從表6可以得出，2011-2015年期間，該地區(qū)土地利用多樣性指數(shù)變化不大，基本上持平。

2.4.3土地利用破碎度指數(shù)模型

土地利用破碎度指數(shù)是描述土地利用被分割的程度，在一定程度上揭示了人類活動(dòng)對(duì)土地利用的影響，其模型為：

(3)

式中：C為破碎度指數(shù)，其中，C越大，表示土地利用越趨于破碎化；ni為土地利用所有類型斑塊的個(gè)數(shù)；F為土地總面積。

2011年、2013年和2015年土地利用破碎度指數(shù)，如表7所示。

表7　2011年、2013年和2015年土地利用破碎度指數(shù)

從表7可以得出，該地區(qū)自2011年以來，土地利用破碎度指數(shù)基本接近，說明該地區(qū)土地利用覆蓋變化程度不大。

2.4.4土地利用空間格局分析模型

土地利用空間格局分析是采用土地利用相對(duì)重要性指數(shù)來分析土地利用類型的空間分布，反映不同土地利用類型在區(qū)域中的不同地位和重要性，其計(jì)算模型為：

Zi=(1/Fi)/∑(1/Fi)

(4)

Fi=Di/Si

(5)

其中，

(6)

Si=Ai/A

(7)

式中：n為土地利用類型i的斑塊總個(gè)數(shù)；A為土地總面積；Ai為土地利用類型i的面積；Si為土地利用類型i的面積指數(shù)；Di為土地利用類型i的距離指數(shù)；Fi為土地利用類型i的分離度；Zi為土地利用類型i的相對(duì)重要性指數(shù)，其中，Zi越大，表明土地利用類型i在區(qū)域中越重要。

2011年、2013年、2015年的土地利用空間格局指數(shù)，如表8所示。

從表8可以看出，該地區(qū)從2011年到2015年的土地利用空間格局變化較小。

3　土地利用覆蓋時(shí)空變化的驅(qū)動(dòng)力分析

3.1產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)

該地區(qū)原本是一個(gè)以生產(chǎn)塘魚、水稻、蠶桑、甘蔗為主的農(nóng)業(yè)縣，工業(yè)基礎(chǔ)比較薄弱，土地利用結(jié)構(gòu)以農(nóng)業(yè)用地為主。從改革開放到20世紀(jì)90年代初期，該地區(qū)通過對(duì)自身經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行不斷的總結(jié)和及時(shí)的調(diào)整，以“工業(yè)立縣”為發(fā)展戰(zhàn)略，大力發(fā)展工業(yè)，特別是鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)在土地利用結(jié)構(gòu)所占比例迅速上升，第一產(chǎn)業(yè)(農(nóng)業(yè))用地所占比例持續(xù)下降。改革開放尤其是步入21世紀(jì)以來，經(jīng)濟(jì)發(fā)展高速增長。從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)來看，該地區(qū)主要以第二、第三產(chǎn)業(yè)為主，第一產(chǎn)業(yè)所占比例較小，第三產(chǎn)業(yè)呈逐年增加趨勢，但仍以第二產(chǎn)業(yè)為主導(dǎo)地位，如圖2所示。

表8　2011年、2013年、2015年的土地利用空間格局指數(shù)

表8(續(xù))

覆蓋類型 2011年 2013年 2015年 DiFiZiDiFiZiDiFiZi房屋建筑區(qū)3.2513.970.113.3113.750.113.2813.400.10道路0.303.780.400.283.440.420.273.130.43構(gòu)筑物1.6135.190.041.6335.430.041.6235.520.04溫室、大棚0.31131.190.010.33137.800.010.39125.820.01人工堆掘地0.3754.470.030.3775.310.020.5535.460.04建筑工地0.3534.940.040.4231.530.050.4421.990.06裸露地表0.09511.950.000.07588.420.000.04892.440.00水域3.4311.070.143.4311.750.123.4312.040.11

圖2　2011-2015年廣東省該地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化Fig.2　Industrial structure changes in a district of Guangdong province from 2011 to 2015

注：圖2中的數(shù)據(jù)來源于該地區(qū)統(tǒng)計(jì)年鑒。

伴隨經(jīng)濟(jì)增長(見圖3)的，是工業(yè)獨(dú)大所造成的建設(shè)用地人工景觀的增加，且不斷侵占農(nóng)業(yè)用地。

圖3　2011-2015年廣東省該地區(qū)GDP增長Fig.3　GDP growth in a district of Guangdong province from 2011 to 2015 注：圖3中的數(shù)據(jù)來源于該地區(qū)統(tǒng)計(jì)年鑒。

3.2人口增長

人口是人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)諸因素中對(duì)土地利用變化的影響最主要的因素，也是最具有活力的土地利用變化的驅(qū)動(dòng)力之一。人可以通過生產(chǎn)技術(shù)、活動(dòng)方式調(diào)節(jié)和組織土地利用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，占用一定面積的土地用作生存生活的場所，消耗土地利用系統(tǒng)的產(chǎn)品，增加對(duì)人地系統(tǒng)生產(chǎn)力的壓力。因此，人口的增長必然導(dǎo)致居住用地的擴(kuò)大和土地利用系統(tǒng)輸出產(chǎn)品需求的增加。2011-2015年，該地區(qū)常住人口有所增加，同時(shí)還伴隨著工業(yè)所帶來的大量流動(dòng)人口(見圖4)，也導(dǎo)致了建設(shè)用地的增長。

圖4　2011-2015年廣東省該地區(qū)人口增長Fig.4　Population growth in a district of Guangdong province from 2011 to 2015 注：圖4中的數(shù)據(jù)來源于該地區(qū)統(tǒng)計(jì)年鑒。

3.3農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益變化

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)調(diào)整和農(nóng)業(yè)剩余勞動(dòng)力轉(zhuǎn)移，園藝業(yè)已經(jīng)形成品牌效應(yīng)，集約化程度高，經(jīng)濟(jì)效益高，不少農(nóng)民把部分耕地變?yōu)楣麍@、花卉等。“?；~塘”已經(jīng)名不副實(shí)，部分?；~塘也慢慢地轉(zhuǎn)變成建設(shè)用地或是花卉用地。

4　結(jié)論

本文利用已有地理國情普查數(shù)據(jù)、高分辨率遙感像數(shù)據(jù)和其他專題數(shù)據(jù)，按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求，完成廣東省某地區(qū)土地利用與土地覆蓋時(shí)空變化監(jiān)測，結(jié)合社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展等各方面資料，對(duì)發(fā)生變化的原因和內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行分析，為當(dāng)?shù)卣块T城鎮(zhèn)化建設(shè)、城市管理、城市規(guī)劃、產(chǎn)業(yè)規(guī)劃等行政管理提供了有效的決策支持?jǐn)?shù)據(jù)，為土地利用和開發(fā)過程進(jìn)行管理、規(guī)劃和監(jiān)督提供有效信息支撐。但由于收集資料

的限制，仍然存在一些不足，在今后的工作中可以進(jìn)一步的深入和強(qiáng)化，建立常態(tài)化監(jiān)測及應(yīng)用機(jī)制。

[1]付治河.基于地理國情監(jiān)測的城市擴(kuò)張分析研究[J].測繪通報(bào)，2013(3)：98-101.

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Research on Land Use Spatial-Temporal Evolution and Its Driving Forces Based on Geographical Conditions Monitoring

GUO Song-min

(Guangdong Engineering Investigation Institute,Guangzhou Guangdong 510510，China)

Based on the results of Geographical Conditions Census in a district of Guangdong province in 2015, the data of land use and land cover was extracted by remote sensing image interpretation of 2011 and 2013 by means of remote sensing interpretation symbol.With GIS technology, the dynamic changes of land use and land cover in a district of Guangdong province from 2011 to 2015 can be monitored. In combination with the planning data of land use,and social economy and population, the study analysed the influencing factors and internal driving forces of spatial-temporal evolution of land use and land cover. Furthermore, the internal mechanism of the changes of land resources has been established, and thus it can provide the effective guidelines for the administration in town construction, urban management, urban planning, industrial planning,and so on.

Geographical Conditions Monitoring；GIS；land use and land cover；spatial-temporal evolution

2016-05-24

F 301.2

A

1007-9394(2016)03-0005-05

郭送民(1974～)，男，廣東紫金人，學(xué)士，工程師，現(xiàn)主要從事不動(dòng)產(chǎn)測繪、地理信息系統(tǒng)、攝影測量方面的應(yīng)用研究工作。