遙感技術(shù)在快速城鎮(zhèn)化地區(qū)的應(yīng)用

熊迭狗

（江西理工大學(xué)，江西 贛州341000）

目前，中國(guó)正處于土地利用變化劇烈，快速城鎮(zhèn)化的階段?？焖俪擎?zhèn)化區(qū)域已成為土地利用變化的研究熱點(diǎn)[1]，許多學(xué)者利用空間分析技術(shù)刻畫快速城鎮(zhèn)化區(qū)域土地利用變化過程及城鎮(zhèn)用地?cái)U(kuò)張?zhí)卣??？焖俪擎?zhèn)化區(qū)域土地利用空間變化較復(fù)雜，需要進(jìn)一步深入刻畫、認(rèn)識(shí)快速城鎮(zhèn)化區(qū)域土地利用演變過程和城鎮(zhèn)土地演變特征。由于北京處于快速城鎮(zhèn)化階段，遠(yuǎn)遠(yuǎn)走在其它城市前面，因此選取北京東部地區(qū)作為研究區(qū)域，基于遙感技術(shù)和地理信息系統(tǒng)空間分析技術(shù)，運(yùn)用土地利用轉(zhuǎn)移矩陣和土地利用動(dòng)態(tài)度分析北京東部近30 年來土地利用類型的空間分布以及變化特征，從空間格局視角研究北京東部土地利用變化的基本特征和規(guī)律，測(cè)算城鎮(zhèn)土地利用變化特征，加深快速城鎮(zhèn)化區(qū)域土地利用變化和城鎮(zhèn)化規(guī)律的理解，合理規(guī)劃快速城鎮(zhèn)化區(qū)域土地利用，促進(jìn)快速城鎮(zhèn)化地區(qū)土地利用可持續(xù)發(fā)展和提供科學(xué)的土地利用政策參考。

1 研究區(qū)概況

北京是全國(guó)政治中心和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)城市，地處華北大平原的北部，背靠燕山山脈[2]。本文把北京東部地區(qū)定為通州區(qū)和順義區(qū)，大部分是平原地區(qū)，其它是山地區(qū)域。

2 數(shù)據(jù)來源及處理

本文的研究時(shí)間范圍是1990-2018 年，平均每隔四年選取1 個(gè)年份，共有8 期遙感影像數(shù)據(jù)。本文的數(shù)據(jù)來源是中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)的Landsat 30m 精度遙感數(shù)據(jù)。

3 研究方法

3.1 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣。土地利用轉(zhuǎn)移矩陣[3]可以全面具體地分析區(qū)域土地利用變化的數(shù)量結(jié)構(gòu)特征與各用地類型變化的方向，可以反映研究期初、研究期末的土地利用類型結(jié)構(gòu)，掌握研究期初各利用類型土地的流失和去向以及研究期末各土地利用類型的來源與構(gòu)成，因而在土地利用變化和模擬分析中具有重要意義。因此運(yùn)用土地利用轉(zhuǎn)移矩陣來反映不同土地利用類型在1990-2018 年的變化信息。土地利用轉(zhuǎn)移矩陣表見文獻(xiàn)[3]。

3.2 土地利用動(dòng)態(tài)度。為了反映某時(shí)段內(nèi)土地利用類型的數(shù)量變化特征，采用土地利用動(dòng)態(tài)度[4]刻畫數(shù)量特征，刻畫研究區(qū)域內(nèi)某一土地利用類型數(shù)量變化特征，采用單一土地利用動(dòng)態(tài)度計(jì)算變化程度，計(jì)算公式見文獻(xiàn)[4]。

4 結(jié)果分析

4.1 土地利用數(shù)量變化特征。土地利用類型的變化主要是觀察土地利用類型的面積變化，通過分析面積變化來掌握土地利用變化特征，統(tǒng)計(jì)了8 個(gè)年份水體、耕地、林地、草地、裸地和居民地的面積，結(jié)果如表1 所示。土地利用變化轉(zhuǎn)移矩陣表，如表2 所示。從表中可知，1990 年北京市東部區(qū)域土地利用類型主要結(jié)構(gòu)是耕地、居民地和草地，分別占據(jù)了39%、28%和27%；而2018 年居民地占比40%，草地占比15%，耕地占比大幅度降至16%，林地急劇增長(zhǎng)到23%。和1990 年比較，土地利用類型結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大的改變，2018 年土地利用類型以林地和居民地為主導(dǎo)，居民用地從1990 年554km2增加到2018 年784km2，一直在持續(xù)增加，28 年時(shí)間共增加了230km2，比例從28%增長(zhǎng)到40.8%，增加了12%，這意味著2018 年土地用地將近41%是居民用地，即城鎮(zhèn)土地空間快速擴(kuò)大，這增加的12%，即230 平方千米居民用地有29%是從耕地演變而來的，表明居民用地?cái)U(kuò)張占用了大量的耕地，大約66.7km2，這是城鎮(zhèn)化的一個(gè)具體表現(xiàn)；其次大約有21%來自草地類型轉(zhuǎn)移，面積48km2；林地面積從1990 年33km2增加到2018 年432km2，大約增加了12 倍，增加了大約400km2，比例從1.7%增長(zhǎng)到23%，比例增加了21.3%，是增長(zhǎng)幅度最大的一個(gè)土地利用類型，這其中增加的土地面積大約有50%，即200km2由耕地演變而來，這其中應(yīng)當(dāng)屬于退耕還林的結(jié)果，另外大約有29%，即116km2的林地由草地演變而來，由于大規(guī)模植樹造林導(dǎo)致林地面積大幅度增加；耕地很明顯大量地減少，從1990 年749km2降到了2018 年的318km2，是變化量最大的一個(gè)土地利用類型，大約減少了430km2，比例減少了23%，其中46%耕地演變成了林地，28%演變成居民用地，表明消失的耕地將近一半用來退耕還林了；草地面積在大量地減少，減少了12%，大約232km2，其減少的面積50%演變成了林地，27%演變成了居民地，其中草地向林地的轉(zhuǎn)化是北京治理荒山的結(jié)果。裸地屬于荒地類型，從40km2增加到51km2，共增加了大約11km2，增長(zhǎng)了27%，其中，大約有42%是耕地轉(zhuǎn)化而來，大約27%是草地轉(zhuǎn)化成裸地，耕地到裸地的轉(zhuǎn)化是耕地撂荒導(dǎo)致的，撂荒地大約4.6km2。把草地和裸地都屬于未利用地，未利用地從566km2減少到349km2，大約有83km2用來開發(fā)成居民用地，比例大約38%，而用來植樹造林的部分大約126km2，比例大約58%，表明北京東部區(qū)域?qū)ξ蠢玫氐奶幚碇饕糜谥矘湓炝趾烷_發(fā)擴(kuò)大城鎮(zhèn)范圍。從結(jié)構(gòu)上來看，1990 年耕地占地最多，大約是39%，其次是建筑用地和草地，到了2018 年，林地和居民用地最多，分別是38%和40%。因此北京東部土地利用結(jié)構(gòu)變化十分明顯，城鎮(zhèn)用地?cái)U(kuò)張十分明顯，北京東部大造林工程取得了很明顯的效果。

表1 不同地物在不同時(shí)期的面積/km2

表2 1990 年至2018 年土地利用變化轉(zhuǎn)移矩陣/%

4.2土地利用動(dòng)態(tài)度分析。為了進(jìn)一步探討土地利用結(jié)構(gòu)變化特征，計(jì)算土地利用動(dòng)態(tài)度，結(jié)果見表3 所示。從表中可知，北京東部綜合土地利用變化速度總體上是在增加，表明人類經(jīng)濟(jì)社會(huì)活動(dòng)對(duì)該區(qū)域的土地利用影響越來越大，從1990-1994 年的8.2%增加到2013-2018 年的13%，最大值是在2006-2009 年時(shí)間段，達(dá)到15%，幾乎是1990-1994 年時(shí)段的兩倍，表明人類活動(dòng)對(duì)土地利用變化影響增加了大約一倍。從1990-2002 年，土地利用綜合動(dòng)態(tài)度呈現(xiàn)加速趨勢(shì)，2002-2018 年土地利用綜合變化速度比較穩(wěn)定。從單一土地利用類型看，在1990-2018 年，水體類型變化速度差異比較大，這是由于河流汛期和北京河流工程整治的影響；居民地在1990-1994 年和2006-2009 年變化速度不大，表明這段時(shí)期人類對(duì)城鎮(zhèn)用地沒有太多的活動(dòng)，而在1994-1998 年和2002-2006 年的土地利用動(dòng)態(tài)度達(dá)到4.9 和4.7，表明在這兩個(gè)時(shí)段內(nèi)北京東部城鎮(zhèn)建設(shè)十分劇烈，城鎮(zhèn)空間大大擴(kuò)張，具體表現(xiàn)在土地被大量地開發(fā)，成為居民地；裸地在1994-2013 年土地利用變化速度在減少，說明這種未利用地開發(fā)活動(dòng)劇烈程度在降低，而在1994-1998 年裸地變化最劇烈；耕地整體上變化速度在降低，耕地在1998-2002 年變化劇烈，結(jié)合同時(shí)期裸地變化速度，表明耕地在這時(shí)期被大量地撂荒，表明這段時(shí)期農(nóng)業(yè)活動(dòng)在大量地減少，2009-2018 年，由于基本農(nóng)田政策耕地變化幅度開始減少；由于造林工程，林地在2006-2018 年變化速率比較大，相對(duì)來講變化比較突出。

表3 北京東部土地利用動(dòng)態(tài)度/%

5 結(jié)論

通過運(yùn)用土地利用轉(zhuǎn)移矩陣、土地利用動(dòng)態(tài)度方法分析了快速城鎮(zhèn)化地區(qū)北京東部土地利用變化特征，得到以下結(jié)論：

1990 年土地利用類型主體結(jié)構(gòu)是耕地、居民地和草地，而隨著北京東部城鎮(zhèn)建設(shè)、城鎮(zhèn)擴(kuò)張以及生態(tài)建設(shè)和大規(guī)模造林工程，2018 年主體結(jié)構(gòu)演變成居民用地和林地，分別增長(zhǎng)了46%和12 倍，在此過程中林地增長(zhǎng)極其突出，耕地在后期減少非常劇烈，主要向居民地和林地轉(zhuǎn)化，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)發(fā)生巨大的變化，未利用地開發(fā)度不高，大約只有38%被用來開發(fā)成居民地；北京東部綜合動(dòng)態(tài)度總體上增加，人類活動(dòng)對(duì)快速城鎮(zhèn)化地區(qū)的土地利用活動(dòng)越來越劇烈；城鎮(zhèn)用地動(dòng)態(tài)度總體上在擴(kuò)大，在1994-1998 年和2002-2006 年達(dá)到了最大的擴(kuò)張速度，在這兩個(gè)時(shí)期城鎮(zhèn)建設(shè)最劇烈，這是快速城鎮(zhèn)化區(qū)域的一個(gè)明顯的特點(diǎn)；林地動(dòng)態(tài)度比較突出，達(dá)到了15%；生態(tài)建設(shè)十分突出，耕地在1998-2002 年大量演變成撂荒地，落后的農(nóng)業(yè)活動(dòng)大量減少，這也是落后的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式逐漸消失的一個(gè)過程時(shí)期。

本文研究結(jié)果驗(yàn)證快速城鎮(zhèn)化地區(qū)土地利用變化許多明顯的特征，尤其是選擇北京東部這樣具有代表性的快速城鎮(zhèn)化區(qū)域，這些特征更加明顯，更具有代表性，也是中國(guó)許多大城市必然要經(jīng)歷的一個(gè)過程。