基于遙感影像數(shù)據(jù)的土地利用分類變化研究
——以重慶市北碚區(qū)為例

陳義菁 張尹禎 陳明珠 鄧 超

（重慶交通大學(xué)，重慶400074）

土地利用分類是一個(gè)用以區(qū)分土地利用空間地域組成單元的過(guò)程。全面準(zhǔn)確掌握土地狀況，以便對(duì)各類土地進(jìn)行合理開發(fā)、利用與管理，對(duì)區(qū)域進(jìn)行土地利用分類、土地利用動(dòng)態(tài)變化研究極為重要。本文研究北碚區(qū)2010 年至2017 年期間的土地利用類型變化，結(jié)合近幾年人口、城鎮(zhèn)化及工業(yè)化、產(chǎn)業(yè)發(fā)展因素探索出該區(qū)域土地地物類型變化的原因，為北碚區(qū)的土地空間合理優(yōu)化和產(chǎn)業(yè)布局科學(xué)調(diào)整提供參考。

1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)預(yù)處理

1.1 研究區(qū)概況

北碚區(qū)地處東經(jīng)106°18′02″～106°40′57″，北緯29°37′～30°05′08″，東鄰渝北區(qū)，西接璧山區(qū)，南連沙坪壩區(qū)，北接合川區(qū)。幅員面積達(dá)754.21km2，區(qū)內(nèi)多山地丘陵，平壩較少，屬于"六分丘陵、三分山地，一分平壩"的自然特征。該區(qū)域土壤類型多樣，主要為水稻土、潮土、紫色土、石灰土、黃壤土。其中，水稻土和紫色土占全區(qū)土壤面積最大適合耕種，有利農(nóng)作物和森林植被的生長(zhǎng)。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文所使用的數(shù)據(jù)為地理空間數(shù)據(jù)云檢索下的遙感數(shù)據(jù)圖像， 選取內(nèi)容為 2010.5.23Landsat4-5TM 圖像和2017.5.26Landsat8OLI_TIRS 圖像。著重從土地類型的5 大類（草地、旱地、林地、建筑和水域）土地利用動(dòng)態(tài)變化狀況進(jìn)行研究。利用軟件ArcGIS 進(jìn)行相應(yīng)的繪制，最終以專題圖呈現(xiàn)。

2 研究方法

支持向量分類（SVM），是一種基于統(tǒng)計(jì)學(xué)理論的機(jī)器方法，統(tǒng)計(jì)學(xué)是其理論基礎(chǔ)，其模型是在特征空間上找到最佳的分離超平面使得訓(xùn)練集上有正負(fù)樣本間隔最大，在支持向量機(jī)中，距離超平面最近的且滿足一定條件的幾個(gè)訓(xùn)練樣本被稱為支持向量。

SVM在本文中用于分類，算法描述如下：

（1）已知的訓(xùn)練樣本集為{（xi，yi），i=1，2，...，n}，期望輸出yi∈{+1，-1}，xi∈Rn。

（2）選擇核函數(shù)K（x，xT）和懲罰函數(shù)C，構(gòu)造并解最優(yōu)化問(wèn)題，如式（3）。

S.t

得到最優(yōu)解α*=（α*1，...，α*n）。

（3）選擇α*的一個(gè)小于C 的正分量α*j，依此解算

（4）解決策函數(shù)：

3 土地利用變化原因分析

3.1 人口增長(zhǎng)

研究時(shí)間段內(nèi)的北碚區(qū)人口數(shù)量不斷增長(zhǎng)，土地利用程度、類型及部分地物占地面積產(chǎn)生相應(yīng)變化。解決此類問(wèn)題，必然會(huì)導(dǎo)致建設(shè)用地和耕地面積的增加，但由于耕地面積增速不足以填補(bǔ)人口增長(zhǎng)產(chǎn)生的土地需求缺口，使得人均耕地面積不斷減少。人口增長(zhǎng)的建設(shè)需求還導(dǎo)致該地區(qū)耕地、林地等面積銳減，產(chǎn)生植被破壞、水土流失等負(fù)面影響，改變了土地利用變化的格局。

3.2 第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展

經(jīng)濟(jì)因素對(duì)土地利用變化的影響主要表現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整變化。第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，必然導(dǎo)致城市建設(shè)用地的增加；且第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)和消費(fèi)水平的不斷提升，也給城市土地利用類型帶來(lái)了明顯變化。北碚區(qū)擁有較為豐富的自然資源與土地資源，在旅游業(yè)發(fā)展較為迅速。該區(qū)域的第三產(chǎn)業(yè)中，旅游業(yè)所占比重不可忽視，第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展必然會(huì)帶來(lái)相應(yīng)的建設(shè)用地和生活配套設(shè)施的需求量增加，使得“人多地少”的矛盾日益加深。

3.3 城鎮(zhèn)化與工業(yè)化

城鎮(zhèn)化與工業(yè)化可通過(guò)人口與產(chǎn)業(yè)的集中來(lái)占用土地，使土地利用類型轉(zhuǎn)為非農(nóng)業(yè)化，也可通過(guò)生活方式，改變?cè)型恋乩媒Y(jié)構(gòu)。近幾年北碚區(qū)加快城鎮(zhèn)化與工業(yè)化的步伐，追求高質(zhì)量、高水平的工業(yè)技術(shù)。城鎮(zhèn)化與工業(yè)化的不斷發(fā)展，導(dǎo)致各種建設(shè)事業(yè)對(duì)土地需求量逐漸增加，特別是對(duì)城市郊區(qū)和與交通沿線的優(yōu)質(zhì)耕地占用程度有所增加。這些原因必然會(huì)導(dǎo)致工礦企業(yè)以及城市建設(shè)用地和居住用地的需求量增加。

4 結(jié)果分析

2010 年-2017 年期間，北碚區(qū)土地利用方式發(fā)生明顯變化，建筑用地面積大幅增加，旱地面積減少，可能是城鎮(zhèn)化與工業(yè)化通過(guò)人口與產(chǎn)業(yè)的集中來(lái)占用土地，使土地利用類型轉(zhuǎn)為非農(nóng)業(yè)化；或許是因?yàn)殡A段性社會(huì)建設(shè)發(fā)展的影響造成一定程度區(qū)域人口規(guī)模增大，建筑設(shè)施用地以大量占用其他未利用旱地的方式增加。2017 年后，由于國(guó)家出臺(tái)政策影響，打造生態(tài)城市成為主流，環(huán)境保護(hù)及綠地發(fā)展尤為重要。即便建筑設(shè)施用地保持增長(zhǎng)趨勢(shì)，林地與草地的總比例依然保持增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)；水域面積變化基本趨于平穩(wěn)狀態(tài)，這與北碚區(qū)多山地丘陵、依山傍水有關(guān)。

不同時(shí)期土地利用格局呈現(xiàn)出不同的變化趨勢(shì)，自然條件、社會(huì)經(jīng)濟(jì)以及國(guó)家政策等因素都是影響土地利用變化的驅(qū)動(dòng)力因子。

5 結(jié)論

5.1 根據(jù)北碚區(qū)土地利用分類專題圖的變化趨勢(shì)，區(qū)域土地利用情況變化趨勢(shì)較大，則說(shuō)明北碚區(qū)對(duì)土地利用的規(guī)劃和規(guī)劃實(shí)施措施、方案還不夠完善，短時(shí)間內(nèi)對(duì)相應(yīng)土地的大幅改動(dòng)容易造成大量的經(jīng)濟(jì)損失和資源浪費(fèi)。

5.2 相對(duì)其它土地類型而言，北碚區(qū)水域面積占比較少，且北碚區(qū)還存在大量工業(yè)、居住、商業(yè)建筑等建筑設(shè)施，對(duì)區(qū)域內(nèi)水體環(huán)境造成了一定的破壞。即使現(xiàn)在加強(qiáng)了對(duì)水體的保護(hù)以及城市綠化的建設(shè)，但離可持續(xù)利用的標(biāo)準(zhǔn)還存在一定的差距。

5.3 城市化建設(shè)過(guò)程中大量占用空余旱地，對(duì)城市建筑用地的規(guī)模管控和發(fā)展方向的控制還不夠完善，且城市建筑分布較為散亂，存在部分用地布局不合理、建設(shè)用地被無(wú)故占用的情況。