區(qū)域規(guī)劃土地利用變化監(jiān)測(cè)與評(píng)估關(guān)鍵技術(shù)研究

（國(guó)家地理空間信息中心，北京 100071）

0 引言

本文主要進(jìn)行區(qū)域規(guī)劃動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)中土地利用變化研究，土地利用類型面積的變化、土地利用類型的轉(zhuǎn)換特征、土地利用類型變化速度和相對(duì)變化率以及土地利用程度的變化等是區(qū)域規(guī)劃監(jiān)測(cè)與評(píng)估工作的核心內(nèi)容[1-2]。

1 數(shù)據(jù)源選取

收集土地利用/土地覆被數(shù)據(jù)，主要通過遙感數(shù)據(jù)解譯實(shí)現(xiàn)，為了滿足變化監(jiān)測(cè)的精度質(zhì)量要求，影像數(shù)據(jù)挑選綜合考慮云覆蓋、成像時(shí)間、輻射質(zhì)量與初始幾何定位精度等因素，具體的影像挑選要保證成像時(shí)間控制在6月-9月之間；遙感影像云量控制在20%以內(nèi)，盡可能無云；遙感影像輻射質(zhì)量良好，不存在過度曝光、偏色、CCD拼接色差等問題；可以使用高分一號(hào)PMS傳感器、高分二號(hào)PMS傳感器、資源三號(hào)MUX傳感器等多光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充。

2 土地利用/土地覆被遙感解譯

土地利用/土地覆通過遙感解譯，其依據(jù)是土地利用/覆被分類體系[3]、分析遙感影像解譯標(biāo)志，在基于ARCMAP軟件運(yùn)行條件下，通過人機(jī)交互土地利用/覆被類型實(shí)現(xiàn)其解譯。其解譯過程將會(huì)涉及土地利用/覆被遙感監(jiān)測(cè)分類體系的制訂和選擇、遙感數(shù)據(jù)資源的取舍、處理，其他地形圖數(shù)據(jù)源的處理、遙感解譯標(biāo)志及解譯條款式的規(guī)定、解譯質(zhì)量好壞和分析準(zhǔn)確度等各個(gè)環(huán)節(jié)。

首先進(jìn)行高分一號(hào)遙感影像的預(yù)處理，主要包括影像挑選、區(qū)域網(wǎng)平差、幾何精矯正、融合鑲嵌、勻光勻色等環(huán)節(jié)[4]。然后，參照中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心2000年和2015年的土地利用變化與土地覆被分類結(jié)果[5]，按照相同的分類系統(tǒng)、制圖標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，選擇相應(yīng)的監(jiān)督分類樣本，利用基于支持向量機(jī)[6]的監(jiān)督分類與人機(jī)交互相結(jié)合的方法，將國(guó)家級(jí)新區(qū)的土地利用類型分為耕地、林地、草地、水域和城鎮(zhèn)用地，另外，還將涉及到農(nóng)村人員居住地、工礦建設(shè)占有土地和尚未開發(fā)使用地共8個(gè)類型。

3 關(guān)鍵技術(shù)研究

3.1 土地利用類型面積變化

土地利用情況將呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)，主要反映為土地利用面積、類型和其占幾率的變化趨勢(shì)。土地利用面積變化，以及在整個(gè)土地面積中的所占幾率將是區(qū)域土地利用狀態(tài)變化研究的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在調(diào)查研究土地利用類型時(shí)，還要考慮所占幾率變化趨勢(shì)，由此熟悉區(qū)域土地利用呈現(xiàn)出來的總體變化態(tài)勢(shì)及內(nèi)在特征。土地利用類型的面積及所占比重的數(shù)量變化可以用統(tǒng)計(jì)表的形式來表達(dá)，統(tǒng)計(jì)表可以直觀的反映研究區(qū)各土地利用類型的面積及所占比重的數(shù)量，及其在不同時(shí)間段的變化情況，從而利于把握區(qū)域土地利用的現(xiàn)狀及變化態(tài)勢(shì)。

3.2 土地利用類型轉(zhuǎn)換特征

土地利用情況不會(huì)一成不變，除非是土地利用類型及面積大小出現(xiàn)變化，存在于不同土地利用類型之間的互換狀況。土地利用類型差異，其間會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)變兩種模式，轉(zhuǎn)變主要指利用目的的改變，使得土地利用類型轉(zhuǎn)換成其他形式的類型，常見的有毀林造田，或毀林造地，或者毀壞草地，或開墾草地轉(zhuǎn)化為耕地，或?qū)⒏鼗氖弿亩D(zhuǎn)變?yōu)椴莸氐取＾D(zhuǎn)化的意思是指土地利用目的依然保持原有利用狀態(tài)，僅停留在土地利用內(nèi)部類型轉(zhuǎn)化情況，常見的事例如水田作為旱地耕種、將林地變成灌木林、優(yōu)質(zhì)草地轉(zhuǎn)化為劣質(zhì)草地等。

土地利用面積轉(zhuǎn)化真實(shí)地反映出土地利用實(shí)際情況，也反映出其變化的規(guī)律，也是其評(píng)估土地轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵性指標(biāo)之一，正確地表達(dá)土地利用類型轉(zhuǎn)移規(guī)律，其轉(zhuǎn)移規(guī)律反映出土地利用類型內(nèi)部面積變化情況，也表達(dá)出其土地利用類型情況，也體現(xiàn)出土地利用轉(zhuǎn)型的類型。一般用轉(zhuǎn)移矩陣表示土地利用類型轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)出的土地利用類型用行表示，轉(zhuǎn)入的土地利用類型用列表示，行列一起可以用來顯示轉(zhuǎn)入的土地利用類型凈面積。轉(zhuǎn)移矩陣同時(shí)能夠清析地反映出土地利用類型面積增減，還能夠清晰地追蹤土地利用類型發(fā)生變化的軌跡。

3.3 單一土地利用類型變化率

根據(jù)研究區(qū)前后不同時(shí)期的土地利用類型數(shù)據(jù)，分析其中的一種土地利用類型增減率，計(jì)算出土地利用類型的總體結(jié)果。

土地利用面積的增減的區(qū)域差異，一般采用土地利用類型增減率表示，土地利用類型變化率模型表達(dá)為：

公式中，為R代表指定小區(qū)其中的土地利用類型增減率，Sa及Sb規(guī)定為同一地區(qū)土地利用類型研究初期和研究未期面積的數(shù)值。為了詳細(xì)刻畫土地利用數(shù)量變化的區(qū)域差異，上式采用10km×10km的網(wǎng)格單元設(shè)定為研究區(qū)域，再利用公式算出網(wǎng)格單元土地利用類型增減變化率。當(dāng)某網(wǎng)格單元開始研究缺乏必要的土地利用類型，而研究后期又呈現(xiàn)該種土地利用類型，通常選用下式表示：

3.4 土地利用類型綜合變化速率

根據(jù)研究區(qū)前、后兩期土地利用數(shù)據(jù)，獲得區(qū)域土地利用類型面積變化，在此數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上除以研究期時(shí)間（年），獲得土地利用年變化動(dòng)態(tài)度。

受自然和人文因素雙重影響，區(qū)域內(nèi)不同土地利用類型總量隨時(shí)段變化其幅度和速度數(shù)值存在差別。土地利用速度變化的區(qū)域差異一般選擇土地利用動(dòng)態(tài)度模型進(jìn)行分析。一方面，顯示單一的土地利用類型改變依次發(fā)生，另外，選擇區(qū)域土地利用動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)或區(qū)域分異進(jìn)行研究。土地利用動(dòng)態(tài)度模型公式如下：

公式內(nèi)Si設(shè)定為監(jiān)測(cè)起始時(shí)，i類土地利用類型面積總和，ΔSi-j則設(shè)定為監(jiān)測(cè)起始至結(jié)束時(shí)，i類土地利用類型其轉(zhuǎn)化類型面積總數(shù)，t設(shè)定為時(shí)間范圍，S設(shè)定為t時(shí)間內(nèi)相關(guān)綜合土地利用變化現(xiàn)狀圖，舉例說明：t代一表年度，而S則代表土地利用年變化速率。

3.5 土地利用程度變化

土地利用狀況評(píng)價(jià)主要用于確定區(qū)域土地利用狀況的整體特征。選擇劉紀(jì)遠(yuǎn)的研究成果土地利用狀況模型，此時(shí)，土地利用程度在土地自然綜合體和社會(huì)各種因素的影響下，其正常平衡情況可劃分不同等級(jí)，同時(shí)計(jì)算出相應(yīng)分級(jí)指數(shù)，計(jì)算公式為：

式中L為某區(qū)域土地利用程度綜合指數(shù)，介于100～400之間；Aj、Cj為區(qū)域間，j級(jí)土地利用程度指數(shù)分級(jí)值與面積的百分比；m設(shè)定作為土地利用程度分級(jí)指標(biāo)量。土地利用程度歸納指數(shù)數(shù)值，可設(shè)定在100～400內(nèi)，值的大小表現(xiàn)區(qū)域土地利用程度的高低。

土地利用程度量化的基礎(chǔ)，離不開土地利用程度的上限值的大小。土地利用上限數(shù)值，表達(dá)出土地資源利用頂點(diǎn)時(shí)的數(shù)值，超過上限的情況下，無法再做深度利用與開發(fā)工作；至于土地利用下限數(shù)值，反映出人類開發(fā)利用土地資源起始狀況。可以認(rèn)定其土地利用程度，可采用不連續(xù)的函數(shù)來表達(dá)。據(jù)此，可將上述4種土地利用狀態(tài)劃分成4種土地利用等級(jí)，并進(jìn)行賦值，得到分級(jí)指數(shù)，詳見表1所示。

表1 土地利用程度分級(jí)賦值表

4 結(jié)論

土地利用/覆被變化研究，已成為中國(guó)區(qū)域規(guī)劃監(jiān)測(cè)評(píng)估領(lǐng)域關(guān)注的核心問題。系統(tǒng)研究土地利用變化的機(jī)理、過程及其未來趨勢(shì)，必將成為新的學(xué)術(shù)熱點(diǎn)。尋求解決上述重點(diǎn)問題的科學(xué)途徑，建立國(guó)家尺度綜合調(diào)控的規(guī)劃與措施體系，保障中國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，更具有重要的科學(xué)價(jià)值和戰(zhàn)略意義。