基于遙感影像的欽州市土地利用動(dòng)態(tài)變化研究

張 燕，王立娜，胡毅佳，廖永生

（1.廣西壯族自治區(qū)地理國(guó)情監(jiān)測(cè)院，廣西 南寧 530023）

基于遙感影像的欽州市土地利用動(dòng)態(tài)變化研究

張 燕1，王立娜1，胡毅佳1，廖永生1

（1.廣西壯族自治區(qū)地理國(guó)情監(jiān)測(cè)院，廣西 南寧 530023）

從欽州市土地利用特征出發(fā)，利用RS、GIS技術(shù)，對(duì)欽州市遙感影像進(jìn)行監(jiān)督分類，并對(duì)分類結(jié)果進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，獲得歷年來土地利用變化轉(zhuǎn)移矩陣，分析土地利用結(jié)構(gòu)變化的影響因子，為欽州市資源優(yōu)化和土地集約利用提供依據(jù)。

遙感影像；土地利用；監(jiān)督分類

土地利用是一個(gè)動(dòng)態(tài)的變化過程，是自然因素內(nèi)部矛盾和人為因素相互作用的結(jié)果。隨著經(jīng)濟(jì)和城鎮(zhèn)化水平的不斷提高，人為因素對(duì)土地利用變化的影響日益突出。本文利用1990年、2000年、2013年3個(gè)時(shí)段的Landsat MSS 和 TM 影像，對(duì)欽州市20余a來土地利用變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，研究遙感影像的土地利用結(jié)構(gòu)和空間變化因素，為欽州市環(huán)境保護(hù)、資源優(yōu)化和土地集約節(jié)約利用提供依據(jù)，有效預(yù)防和減少自然災(zāi)害，如水災(zāi)、滑坡、土地退化等的發(fā)生，緩解因經(jīng)濟(jì)發(fā)展而導(dǎo)致的用地矛盾[1,2]。

1 研究區(qū)域及方法

1.1 區(qū)域概況

選擇欽州市沿海和重要發(fā)展區(qū)域作為研究區(qū)，范圍覆蓋了最能反映欽州市土地利用變化的欽州市區(qū)、欽州保稅港區(qū)、欽州石化產(chǎn)業(yè)園和中馬欽州產(chǎn)業(yè)園等產(chǎn)業(yè)園區(qū)，還覆蓋了能反映欽州市海洋資源的茅尾海紅樹林自然保護(hù)區(qū)、老人沙海洋保護(hù)區(qū)、圍海養(yǎng)殖區(qū)和灘涂區(qū)域，是欽州市經(jīng)濟(jì)圈的核心部分。研究區(qū)位于北回歸線以南，東部屬低丘陵區(qū)；南部屬低丘濱海崗地、平原區(qū)，有市內(nèi)最大的沖積平原——?dú)J江三角洲；西部和北部屬山地和中丘陵區(qū)；中部屬低丘臺(tái)地、盆地和河谷沖積平原區(qū)，以低丘和河谷平原為主，地形稍平坦。研究區(qū)主要受海洋氣候影響，太陽輻射強(qiáng)，季風(fēng)環(huán)流明顯，是中國(guó)濕熱多雨的地方之一。

1.2 研究方法

基于遙感影像的土地利用分類方法有監(jiān)督分類法和非監(jiān)督分類法，監(jiān)督分類結(jié)果往往比非監(jiān)督分類結(jié)果更準(zhǔn)確，因此，本研究采用監(jiān)督分類方法對(duì)欽州市土地利用進(jìn)行分類。監(jiān)督分類法的關(guān)鍵在于訓(xùn)練樣本的選擇[3]。在選擇訓(xùn)練樣本時(shí)，要充分考慮研究區(qū)地物的光譜特征和地物分布特征，并結(jié)合野外實(shí)地踏勘調(diào)查，保證所選擇的訓(xùn)練樣本具有較好的代表性。本研究是在ENVI環(huán)境下對(duì)欽州市歷年遙感影像進(jìn)行預(yù)處理和監(jiān)督分類，再在ArcGIS環(huán)境下對(duì)土地利用分類數(shù)據(jù)進(jìn)行屬性統(tǒng)計(jì)和分析，得到最終的變化數(shù)據(jù)。其工作流程見圖1。

圖1 工作流程圖

2 數(shù)據(jù)來源及處理

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究選取1990年、2000年和2013年3個(gè)時(shí)間段共3景遙感影像數(shù)據(jù)，見表1。

表1 遙感影像數(shù)據(jù)列表

2.2 數(shù)據(jù)處理

為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)并便于地類信息的提取，本研究以2013年Landsat8獲取的遙感影像數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，以1980西安坐標(biāo)系為參考系，在 ENVI EX環(huán)境下，對(duì)歷年遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何配準(zhǔn)、影像校正、波段組合等工作。

不同類型的地物在遙感影像上的形態(tài)、紋理與色調(diào)均存在差異。遙感影像中的近紅外波段能夠獲取植物的近紅外信息，并且對(duì)植物的葉綠素比較敏感，是反映植被信息的重要波段；短波、紅外波段對(duì)植被、水體、土壤的差別表現(xiàn)得比較敏感，容易識(shí)別；紅色波段能較明顯地反映植物的葉綠素、葉紅素和葉黃素等色素信息，有效識(shí)別植被的類型。因此，本研究選取TM傳感器（Landsat5）和ETM+傳感器( Landsat7)的4（近紅外）、5（短波紅外）、3（紅色）波段，OLI傳感器（Landsat8）的5（近紅外）、6（短波紅外）、4（紅色）波段對(duì)影像進(jìn)行融合，獲取不同波段的遙感影像，進(jìn)而對(duì)不同波段的遙感影像建立解譯標(biāo)志，采用監(jiān)督分類法提取出反映欽州市土地利用情況的地類。

由于本項(xiàng)目所選用的遙感影像地面分辨率均為30 m，部分地類在遙感影像上不容易分辨，因此本研究通過野外實(shí)地考察，在欽州市第二次土地利用調(diào)查的基礎(chǔ)上，結(jié)合欽州市土地利用情況和遙感影像分辨率，定義分類模板為以下8類：水系、林地、草地、耕地、建設(shè)用地、裸地、灘涂和蝦塘。本研究通過對(duì)野外實(shí)地考察得到的土地利用分類數(shù)據(jù)與融合過的遙感影像分類圖進(jìn)行對(duì)比分析，拾取典型區(qū)域，確定分類模板，在ENVI EX環(huán)境下執(zhí)行監(jiān)督分類，得到欽州市歷年土地利用分類圖（見圖2）。將遙感影像的分類結(jié)果與同時(shí)期的地面資料進(jìn)行校對(duì)和精度檢驗(yàn)，解譯精度均在80%以上，Kappa 指數(shù)在0．7以上，符合本研究的精度要求。

3 地類分析

3.1 地類總體狀況分析

目前的研究多著重于企業(yè)合作基礎(chǔ)的影響因素方面，而對(duì)合作過程中影響因素的研究相對(duì)缺乏。深入挖掘?qū)ζ髽I(yè)合作過程也有重要影響作用的潛在因素，如政策法律環(huán)境這一宏觀變量，將法律法規(guī)與現(xiàn)有研究中提出的政府行為因子相結(jié)合，有助于加強(qiáng)企業(yè)在合作過程中對(duì)法律法規(guī)的重視與合理利用。因此本文對(duì)更多內(nèi)外部影響因素的綜合考察，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了對(duì)合作影響因素理論研究的完善與豐富，可幫助企業(yè)意識(shí)到這些因素在合作中的重要作用及交互作用關(guān)系，為更好的開展協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)工作、構(gòu)建科學(xué)有效的協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)機(jī)制提供參考與依據(jù)。

通過遙感和 GIS 技術(shù)處理，在得出1990年、2000年、2013年 3個(gè)年份的土地利用數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，分析了欽州的建成區(qū)、港口區(qū)以及重大工業(yè)園區(qū)范圍內(nèi)20余年的土地利用類型在數(shù)量和格局上的演變（見表2），通過空間變化特征與時(shí)間的聯(lián)系，揭示土地利用變化特征和土地利用存在的問題，為合理開展土地規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)。

3.2 土地利用變化分析

圖2 欽州市歷年衛(wèi)星遙感影像對(duì)比與土地利用分類圖

表2 1990～2013年欽州市地類構(gòu)成情況

通過對(duì)3個(gè)不同時(shí)間點(diǎn)上欽州市各地類面積進(jìn)行比較和分析，反映出研究區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)的變化和各種類型土地的變化趨勢(shì)。欽州市歷年土地利用凈變化情況見表3。

依據(jù)表3可知，從面積來看，研究區(qū)自1990～2013年以來，反映植被類型的林地、草地、耕地面積持續(xù)下降且下降速度較快；城市建設(shè)和工業(yè)化進(jìn)程的建設(shè)用地持續(xù)上升且速度較快；圍海養(yǎng)殖的蝦塘面積也呈上升趨勢(shì)，另外水系、灘涂和裸地面積呈減少趨勢(shì)。

從變化動(dòng)態(tài)來看，建設(shè)用地的變化率最大，變化面積達(dá)到313．20 km2，說明在1990～2013年這23 a間，欽州市的建設(shè)用地變化最活躍，呈劇烈增加趨勢(shì)；其次，地類變化率較大的是草地和耕地，其中草地變化面積達(dá)-149．52 km2，耕地變化面積達(dá)-82．87 km2，說明在此期間欽州市的草地和耕地與其他地類間的轉(zhuǎn)化明顯；水系的變化面積前10 a僅減少5．73 km2，后13 a減少達(dá)60．57 km2，呈劇烈減少趨勢(shì)，這是由于在后13 a特別是近幾年來，欽州市城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，港口建設(shè)、水利設(shè)施建設(shè)和圍海造陸等建設(shè)急劇擴(kuò)張，導(dǎo)致了水系面積的迅速減少。

從轉(zhuǎn)化類型來看，地類的轉(zhuǎn)化是相對(duì)的，既存在由一類地物轉(zhuǎn)化為其他類型地物的轉(zhuǎn)出，也存在由其他類型地物轉(zhuǎn)化為該類型地物的轉(zhuǎn)入[4]。本研究在ArcGIS平臺(tái)下，對(duì)欽州市歷年土地利用分類數(shù)據(jù)相互疊加，并通過屬性值進(jìn)行轉(zhuǎn)移變化分析，得到1990～2000年、2000～2013年欽州市土地利用類型轉(zhuǎn)化關(guān)系矩陣表，如表4和表5所示。

表3 1990～2013年欽州市土地利用凈變化

表4 欽州市1990、2000年土地利用變化轉(zhuǎn)移矩陣/km2

表5 欽州市2000、2013年土地利用變化轉(zhuǎn)移矩陣/km2

從表4和表5可以看出，前10 a和后13 a欽州市土地利用類型轉(zhuǎn)化特點(diǎn)基本相似：水系用地主要轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地，其次轉(zhuǎn)化為蝦塘、灘涂和草地；林地主要轉(zhuǎn)化為草地、耕地和建設(shè)用地；草地主要轉(zhuǎn)化為林地、建設(shè)用地和耕地；耕地主要轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地、林地和草地；建設(shè)用地轉(zhuǎn)化為其他地類的面積相對(duì)較少，主要是從林地、草地、耕地和水系轉(zhuǎn)化而來，也有少部分從裸地轉(zhuǎn)化而來；裸地主要轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地、草地和耕地；前10 a由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)緩慢，蝦塘轉(zhuǎn)出不明顯，主要由水系和灘涂轉(zhuǎn)化而來，近幾年來由于用地矛盾越來越突出，部分蝦塘轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地，同時(shí)也有大量水系轉(zhuǎn)化為蝦塘；前10 a灘涂主要轉(zhuǎn)化為水系和蝦塘，后13 a主要轉(zhuǎn)化水系和建設(shè)用地，部分轉(zhuǎn)化為蝦塘。總體來講，1990～2013年欽州市土地利用類型轉(zhuǎn)換比較明顯，尤其以建設(shè)用地、林地、草地、耕地之間的轉(zhuǎn)換最為顯著。

欽州市土地利用變化的主要驅(qū)動(dòng)因素為城鎮(zhèn)化和工業(yè)化的推進(jìn)、交通發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整等人文因素。各地類變化的影響因素如下：

1）水系。導(dǎo)致水系面積變化的因素有2個(gè)：①由于不同時(shí)期的降雨量不一樣而形成的水面面積不同；②在這個(gè)時(shí)間段內(nèi)的人為因素，比如圍海造陸、水利設(shè)施建設(shè)等[5]。其中圍海造陸是水系面積減少的主要原因，特別是欽州保稅港區(qū)建設(shè)、欽州港綜合物流加工區(qū)建設(shè)、欽州港至大欖坪鐵路支線、欽州大欖坪至保稅區(qū)鐵路專線、欽州茅尾海西岸的欽州濱海新城建設(shè)等涉海工程均占用大量水系面積。

2）林地。在經(jīng)濟(jì)動(dòng)力的驅(qū)使下，欽州市亂砍濫伐現(xiàn)象比較嚴(yán)重，是導(dǎo)致林地資源減少的主要原因；城鎮(zhèn)化建設(shè)占用林地面積，使得林地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地；由于環(huán)境惡化、生態(tài)破壞、水土流失，造成林地減少的地方轉(zhuǎn)化為草地和裸地；進(jìn)入20世紀(jì)后，位于研究區(qū)的茅尾海紅樹林保護(hù)政策的實(shí)施則增加了部分林地面積。

3）草地。城鎮(zhèn)化發(fā)展、土地整治、用地結(jié)構(gòu)調(diào)整均是導(dǎo)致草地面積減少的因素，經(jīng)濟(jì)林是當(dāng)?shù)刂匾?jīng)濟(jì)來源，為了開發(fā)其種植渠道，大量草地和耕地轉(zhuǎn)化為林地。

4）耕地。耕地減少的原因主要是生態(tài)退耕、建設(shè)占用和災(zāi)毀。除此之外，20世紀(jì)90年代，國(guó)家出臺(tái)退耕還林政策，使得大量耕地轉(zhuǎn)化為林地。進(jìn)入21世紀(jì)后，由于欽州市執(zhí)行“建設(shè)用地占補(bǔ)平衡，確保耕地面積不減少”和“城市建設(shè)用地增加和農(nóng)村建設(shè)用地減少相掛鉤”的政策，通過土地整理、土地開發(fā)和土地復(fù)墾等途徑又補(bǔ)充了部分耕地面積。

5）建設(shè)用地。隨著城鎮(zhèn)化和工業(yè)化的發(fā)展，工業(yè)園區(qū)和經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)建設(shè)步伐加快，工業(yè)企業(yè)沿著城市交通節(jié)點(diǎn)迅猛發(fā)展，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整促使第一產(chǎn)業(yè)向第二產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，這些均導(dǎo)致了建設(shè)用地的擴(kuò)張[6]，使得大量其他地類向建設(shè)用地轉(zhuǎn)化。后期由于《欽州市土地利用總體規(guī)劃》和各專項(xiàng)規(guī)劃的合理實(shí)施，通過土地整治工程使得部分建設(shè)用地轉(zhuǎn)為耕地和林地。

6）裸地。裸地形成的主要因素是天然環(huán)境和自然災(zāi)害，為了擴(kuò)展建設(shè)用地的開發(fā)途徑，保證耕地?cái)?shù)量的平衡，欽州市開發(fā)了大量裸地，導(dǎo)致裸地面積減少。同時(shí)，由于大部分裸地土壤條件較差，從而導(dǎo)致了耕地整體質(zhì)量下滑。

7）蝦塘。研究區(qū)海域廣闊，海產(chǎn)資源十分豐富，沿海居民主要收入來源于捕撈業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生活水平的提高，沿海居民逐步擴(kuò)大經(jīng)營(yíng)區(qū)域，使得蝦塘面積增加。欽州灣的茅尾海是海水養(yǎng)殖的高產(chǎn)區(qū)，蝦塘面積在該區(qū)域增加比較明顯。

8）灘涂。欽州市是主要海水養(yǎng)殖基地，所以圍海養(yǎng)殖是導(dǎo)致灘涂面積減少的主要因素，灘涂圍墾也是導(dǎo)致灘涂面積減少的一個(gè)重要因素。后期，一方面由于《廣西北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)發(fā)展規(guī)劃》、《廣西壯族自治區(qū)海洋環(huán)境保護(hù)條例》等一系列控制性規(guī)劃和政策的實(shí)施，另一方面由于互花米草的入侵，導(dǎo)致灘涂淤積速度增加，總面積增加。

4 結(jié) 語

本文以廣西壯族自治區(qū)欽州市建成區(qū)、港口區(qū)、重大工業(yè)園區(qū)以及自然保護(hù)區(qū)為研究區(qū)，基于1990年、2000年和2013年3個(gè)時(shí)期的遙感影像資料及部分野外實(shí)地考察數(shù)據(jù)，在ENVI EX環(huán)境下進(jìn)行監(jiān)督分類，得到不同年份的土地利用分類圖，然后在ArcGIS環(huán)境下進(jìn)行對(duì)比分析，得到土地利用變化數(shù)據(jù)。研究結(jié)果如下：

1）研究區(qū)土地利用類型變化幅度較大且較復(fù)雜，總體來看，變化幅度從大到小排列依次為建設(shè)用地＞草地＞耕地＞水系＞灘涂＞林地＞蝦塘＞裸地。

2）從轉(zhuǎn)化方向來看，反映植被類型的林地、草地、耕地等向建設(shè)用地轉(zhuǎn)出較劇烈。

3）從變化速度來看，進(jìn)入21世紀(jì)后與20世紀(jì)90年代相比，地類變化速度整體上呈上升趨勢(shì)。

基于以上結(jié)論，經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城鎮(zhèn)化建設(shè)是導(dǎo)致土地利用變化的主要因素，其變化對(duì)環(huán)境有直接的影響，是產(chǎn)生自然災(zāi)害，如水災(zāi)、滑坡、海嘯、土地退化等的主要影響因子，欽州市應(yīng)積極做好土地利用規(guī)劃和保護(hù)措施，保護(hù)基本農(nóng)田和地類覆被資源，優(yōu)化土地資源和土地結(jié)構(gòu)，促進(jìn)土地集約節(jié)約和可持續(xù)利用。

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P237.9

B

1672-4623（2016）02-0056-04

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.02.020

張燕，碩士，工程師，主要研究方向?yàn)?S技術(shù)集成與應(yīng)用。

2014-11-18。

項(xiàng)目來源：國(guó)家海洋公益資助項(xiàng)目（201305023）。