基于遙感影像的近20年杭州土地類型的變化

浙江省富陽中學 浙江 杭州 310000

正文：

1 引言

遙感影像是指航空或航天平臺搭載的設備拍攝的相片。通過對遙感影像的研究和分析，可以對地表的資源、環(huán)境、災害、區(qū)域、城市等進行調(diào)查、檢測分析和預測預報等，在地理研究和生產(chǎn)生活中應用廣泛。

土地類型是指土地按其自然屬性(綜合自然特征)的相似性和差異性劃歸的類別。土地各個構成因素(土壤、巖石、地貌、氣候、植被和水分等)性狀的不同量的不同組合，由此構成了不同的土地類型[1]。土地類型是研究土地利用狀況的最為重要的因素之一[2]。杭州作為浙江省的省會城市，近幾年來在經(jīng)濟和科技上都發(fā)展迅速，其城市的土地利用類型也發(fā)生著一定的變化，通過對該地的土地類型的研究，可以更好得了解杭州市的發(fā)展方向并且可以對其未來的土地利用規(guī)劃有一個預測。因此，通過遙感影像來對杭州市的土地類型利用進行詳細的分析是十分必要的。

本文利用1996年和2007年杭州市的衛(wèi)星遙感影像，運用遙感影像分類的方法對杭州的土地類型進行識別，并對比了近20年來土地類型的變化，對了解杭州市的土地變化和相關對策具有指導意義。

2 研究區(qū)域與資料來源

2.1 研究區(qū)概況

杭州是浙江省的省會城市，其風景優(yōu)美，享有“人間天堂”的稱號，境內(nèi)有西湖、千島湖、天目山、西溪濕地等眾多風景名勝。杭州坐落在中國東南沿海（東經(jīng)118°21′-120°30′，北緯29°11′-30°33′），位于錢塘江流域，地形以丘陵為主。得益于京杭大運河、錢塘江和眾多通商口岸，自古以來便是經(jīng)濟繁華之地，是重要的商業(yè)集散中心。21世紀以來，互聯(lián)網(wǎng)科技在杭州發(fā)展迅速，并且?guī)雍贾萁?jīng)濟科技快速向前發(fā)展。截至2017年，杭州共有10個區(qū)、2個縣、1個縣級市，本文主要關注杭州城區(qū)的變化，所研究的杭八區(qū)是指傳統(tǒng)的西湖、拱墅、江干、下城、上城、濱江、蕭山、余杭八區(qū)。由于近兩年來新增的富陽區(qū)和臨安區(qū)撤市設區(qū)時間較短，變化不明顯，而這八區(qū)，與杭州主城區(qū)距離更近，聯(lián)系更加密切，因此，通過對這八區(qū)的土地利用類型的情況的觀察，可以更加直觀地了解到杭州的土地利用變化情況和發(fā)展趨向。

2.2 資料來源

本文數(shù)據(jù)來源于中國科學院計算機網(wǎng)絡信息中心地理空間數(shù)據(jù)云平臺(http://www.gscloud.cn)。利用Landsat系列衛(wèi)星的第5顆、第8顆衛(wèi)星，搜尋了1996年和2017年杭州地區(qū)（條帶號：119，行編號：39）成像條件好的遙感影像。具體編號為LT51190391996122CLT00（1996年5月1日）和LC81190392017147LGN009(2017年5月27日)。兩幅影像的成像時間同在5月，均為春夏之交，植被茂盛，土地類型明顯；且成像效果較好，云量均低于5%，適合進行影響分類。數(shù)據(jù)產(chǎn)品已經(jīng)經(jīng)過系統(tǒng)輻射校正和幾何校正。

3 數(shù)據(jù)預處理

3.1 數(shù)據(jù)預處理

影像的成像時間為春末夏初，植被茂盛，便于觀察。本文首先對遙感影像進行了數(shù)據(jù)預處理，由于下載數(shù)據(jù)產(chǎn)品已經(jīng)經(jīng)過系統(tǒng)輻射校正和幾何校正，故本文利用ENVI軟件，主要進行了圖像裁剪、輻射定標和大氣校正三個預處理步驟。

圖像裁剪是為了裁剪出所研究區(qū)域的地圖。本文利用杭八區(qū)的矢量地圖，通過ENVI 的圖像裁減工具，裁剪出八個杭州主城區(qū)(西湖、拱墅、江干、下城、上城、濱江、蕭山、余杭)的輪廓，共計約3068平方千米。輻射定標可以將圖像的數(shù)字量化值轉(zhuǎn)換成絕對輻射亮度值，本文利用ENVI的Radiometric Correction工具，進行了輻射定標。大氣校正可以消除大氣和光照等因素對地物反射的影響，利用ENVI的FLAASH大氣校正工具，進行了大氣校正。在圖像預處理完畢后，便可以進行土地類型的圖像分類工作。

3.2 圖像分類

遙感影像的圖像分類是指通過影像中不同地物的像素的亮度值或像元值的差異，利用相關算法將地物類型進行分類的過程。主要的方法有灰度分割、監(jiān)督分類、非監(jiān)督分類和基于專家知識的決策樹的分類。其中，監(jiān)督分類，也稱訓練場地法，是指根據(jù)提供的樣本數(shù)據(jù)進行比較判別，再根據(jù)樣本自身固有的鮮明特征進行分類。監(jiān)督分類可以分為4個過程：定義訓練樣本，執(zhí)行監(jiān)督分類，評價分類結(jié)果和分類后處理。監(jiān)督分類的主要方法有平行六面體、最小距離、馬氏距離、最大似然、神經(jīng)網(wǎng)絡、支持向量機等[3]。其中，馬氏距離法就是計算圖像到各個樣本的馬氏距離，選擇最小的馬氏距離為一類別進行分類的方法。

本文運用了ENVI軟件，采用監(jiān)督分類中的馬氏距離法，將土地類型分為植被、水體和建筑物三類，從而對比分析1996年和2017年的土地類型變化。

4 結(jié)果分析

經(jīng)過圖像分類，得到了1996年與2017年杭州市的土地利用類型（圖1）。

圖11996 年和2017年杭州八區(qū)的土地類型分布圖

在圖1中，綠色為植被，藍色為水體，紫色為建筑物。表1對兩個年份的分類結(jié)果進行了統(tǒng)計，可以明顯的看到，在1996年—2017年的21年間，建筑物的面積向西北和東南擴大了許多，所占總面積的比例也大大增加，從583km2增加到1411km2，由原來的占總面積的19%增加到了46%。植被面積明顯縮小，從2243km2減少到1538km2，由原來的占總面積的73.1%減小到了50.2%。同時水體的面積也有所減少，從241km2減少到118km2，比例也從7.9%變?yōu)?.8%，差不多縮小到了原來的一半。

表1 1996年和2007年杭州八區(qū)土地面積及比例對比

由此可以推測大部分的植被面積和水體面積都被建筑物所代替。從圖1中還可以看出，北面的水體面積已經(jīng)基本上被建筑物所占據(jù)。并且有繼續(xù)擴散的趨勢。

4.1 驅(qū)動力分析

綜合上述分類結(jié)果和杭州市的相關統(tǒng)計資料，可以將1996-2017年土地利用類型發(fā)生此種變化的原因歸結(jié)為3個方面

（1）人口增加。20年來，從1996年到2017年杭州市人口持續(xù)增加，從603.22萬增長到了753.88萬，城鎮(zhèn)人口比例從32.6%增加到64.0%[4]。隨之而來，也帶來了一系列建筑物用地的需求，如居民居住地的增加，居住地附近相關配套設施的需求如學校、醫(yī)院、餐館、消費娛樂購物中心等。人口數(shù)量的增加對生活用地的需求是土地利用類型改變的一個重要的驅(qū)動力。

（2）經(jīng)濟快速發(fā)展。從1996年到2017年，中國經(jīng)濟進入了快速發(fā)展的階段，杭州位于中國的東部沿海地區(qū)，是首先發(fā)展起來的一批城市，經(jīng)濟發(fā)展十分迅速。尤其是高新技術產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。阿里巴巴等新興互聯(lián)網(wǎng)公司落戶杭州，促使杭州地區(qū)的經(jīng)濟水平不斷提高。吸引了來自全國各地的高科技人才。各種投資商也將眼光放到了杭州。杭州的城市規(guī)模不斷擴大，建筑用地不斷增加。

（3）重大賽事與活動的舉辦。杭州市于2016年舉辦了第11屆G20峰會，2018年舉辦了世界短池游泳錦標賽，并將于2022年舉辦亞運會。為了迎接這些國際性的賽事，杭州市大力推進基礎設施的建設，建造了各種場館和住宿場所。

4.2 相關建議

針對杭州市近20年來建筑面積不斷上升，而植被和水體面積不斷下降的情況，提出以下建議：

（1）加快恢復生態(tài)環(huán)境。雖然隨著建筑面積的增加，杭州市的經(jīng)濟不斷發(fā)展，但是隨之而來的生態(tài)問題也日益嚴峻。霧霾天氣的增加，讓杭州的空氣環(huán)境質(zhì)量不斷下降。同時隨著工廠的增多，水體污染問題也十分嚴重。因此加快恢復杭州市的生態(tài)環(huán)境問題刻不容緩。綠水青山就是金山銀山。杭州市應先保護好原有的生態(tài)環(huán)境，建立自然保護區(qū)。同時，針對環(huán)境破壞較嚴重的區(qū)域，應循序漸進，先回復其正常的生態(tài)，防止其進一步的惡化。

（2）推進城市空間結(jié)構布局的優(yōu)化。近20年來，杭州市的城市面積擴展迅速。許多高層建筑，工廠等被建立起來。其中不乏有一些位置安排不妥當?shù)膮^(qū)域?qū)Τ鞘械慕徊桨l(fā)展起到了阻礙作用。因此，就需要相關部門對杭州市的土地利用有一個整體的規(guī)劃，并對一些不合理的建筑進行調(diào)整。同時增加綠化的面積，美化杭州市的環(huán)境。

5 結(jié)論

運用了遙感影像，對杭州市近20年來的土地利用狀況進行了初步的分析，得出以下結(jié)論：

（1）杭州市從1996年到2017年，土地利用面積變化較大，建筑用地面積顯著增加，且大部分是由綠地面積轉(zhuǎn)化而來，水體面積也有一半轉(zhuǎn)化為建筑用地。建筑用地的面積主要以錢塘江為界，向西北和東南方向擴散，并且有繼續(xù)向外擴散的趨勢。

（2）杭州市位于中國的東部沿海地區(qū)，經(jīng)濟科技發(fā)展處于全國的前列，吸引了許多外來人口，人口增長較快，各種高科技產(chǎn)業(yè)匯集于此。因此，應在發(fā)展城市水平的同時，注重保護生態(tài)環(huán)境，做到經(jīng)濟與生態(tài)同步發(fā)展。