（人文地理学专业论文）青岛市土地利用土地覆被变化及驱动力研究.pdf

摘要 随着人类活动对环境的影响，人口、资源与环境问题日益突出，由此引起的土地利用 变化备受关注。山东省是中国的人口大省，人多地少的矛盾更加突出，并已成为经济发展 的瓶颈。选择青岛市作为山东省典型例子，采用遥感、地理信息技术和全球定位技术，利 用数学模型来定量研究区域土地利用土地覆被的时空变化，同时还对土地利用格局及土 地利用格局变化的驱动因素进行了分析，以便正确认识和处理经济发展与耕地保护的关 系，耕地保护与未来经济发展以及人口增长协调发展。本文主要就如下内容进行了研究： 1 结合土地利用动态度模型、土地利用程度时空演变模型、土地利用类型转换矩阵模 型等来研究青岛市1 9 9 5 2 0 0 0 年土地利用土地覆被的时空演变。利用1 9 9 5 、1 9 9 8 和2 0 0 0 年三期l a n d s a tt m 遥感影像和传统遥感解译方法，使用a r c g i s 软件从遥感图像上获取 土地利用信息，建立起土地利用空间图形数据库。充分发挥g i s 技术在管理空间数据和属 性数据、空间分析与图形输出等方面的强大功能。通过对土地利用图的空间分析，结合统 计资料，将属性数据和空间数据链接，建立起区域土地利用动态变化数据库。传统的土地 利用动态变化研究一般都是研究各类用地在数量上的总量变化，而本文用的转换矩阵模型 可以详细了解各类用地之间数量的相互转化关系，这样就可根据社会经济发展和生态环境 要求对各类用地之间的数量关系进行最佳比例调整。本文还选取了景观多样性指数、优势 度指数、均匀度指数以及破碎度指数等景观指数，分析这五年的青岛市土地利用景观格局 演变过程。研究结果表明：草地、耕地、未利用土地和水域面积总量减少，林地和城乡工 矿居住用地面积总量增加，而城乡工矿居住用地增加成为耕地减少的主要原因；耕地、工 矿居住建设用地和林地破碎度指数增大，分离度指数减小，三种用地类型呈现由分散向集 中的趋势，草地破碎度增加反映出人类活动对其干扰程度的增加； 2 青岛市土地利用格局及格局变化驱动力研究。借助社会经济统计软件s 1 a 1 i s t i c a 的典型相关分析方法，选取与自然和经济相关的变量，探求青岛市土地利用格局及格局变 化的驱动因素，分析表明：经济发展是青岛市土地利用现状格局及格局变化的主要因素； 3 青岛市土地利用结构预测。使用马尔科夫链数学模型对青岛市未来十年的土地利用 结构进行了预测，预测结果显示：耕地面积比例逐渐减少，工矿居住建设用地比例逐年增 加，这种趋势与现实中的经济发展要求是吻合的。 关键河：土地利用土地覆被变化，空间格局，3 s 技术， 典型相关分析，驱动因子，驱动力 分类号：f 3 0 1 2 4 a b s t r a c t a st 1 1 eh u m a n a c t i v i t yh a sm o r ee f r e c to ne n v i m n m e n t ，t h ep m b i e mo f p o p u l a t i o n 、r c s o u r c c s a n de n v i r o n m c n tb e c o m e sm o r es e r i o u s ，a n dt h ec h a n g eo fl a n du s ea n dl a n dc o v e rc a u s e db y t h a ti sb e i n gg i v e nm o r ea t t e n t i o n w i t hal a r g e rp o p u l a t i o nr e l a t i v e1 0i t sl a n da r e ai ns h a n d o n g p r o v i n c e ，t h ec o n t r a d i c t i o nb e t w e e np o p u l a t i o na n d1 a n da r e ai sm o r eu r g e m l yt ob ed i s s 0 1 v e d ， a n dh a sb e c o m et h eb o m en e c ko fe c o n o m i cd e v e l o p m e n t t h e r e f o r et a k et h e e x a n l p l e o f q i n g d a o ，a d o p tt h et e c h n o l o g yo f r e m o t es e n s i n 昏g e o g r a p h i c a li n f o m a t i o ns y s t e ma f l dg l o b a l p o s i t i o ns y s t e m ，e m p l o y m a t h e m 砒i c sm o d e l st os t u d yi t sc h a n g e so f1 a 1 1 du s ea 1 1 dl a n dc o v e ra n d m a k ea na n a i y s i so nt h eh 哪a 1 1d r i v i n gf o r c e sw t l i c hh a v ef o n n e dt h ep r e s e n tp a t t e mo fl a l l du s e a n dl a n dc o v e ra n dc a u s e dm e p a t t e mc h 粗g e so f 1 a t l du s ea n dl a n dc o v e lt h ea i mo ft h es t u d y a b o v ei st oh e l pp e o p l eu n d e r s t a l l da n dd e a i 、v i t ht h er e l a t i o nb e t w e e ne c o n o m i cd e v e l o p m e n t a 1 1 d t i l l a b l el a n d p r o t e c t i o n ，恤u s h a n n o n i z et h et i l l a b l el a l l d p r o t e c t i o n w i t he c o n o m i c d e v e l o p m e n t a n dp o p u l a t i o nd e v e l o p m e n ti nt h ef u t u r e ，t h em a i nc o n t e n t sa r ea sf 0 1 1 0 w s 1 s o m em a t h e m a t i cm o d e l sa r eu s e dt or e s e a r c ht h es p a t i o - t e m p o r a lc h a n g eo fl a n du s ea 1 1 d 1 a 1 1 dc o v e rf r o m19 9 5t o2 0 0 0i nq i n g d a o ，s u c ha si a n du s ed y n a m i cd e g r e em o d e l ，1 a n d u s ed e g r e es p a l i o t e m p o r a le v o l u t i o nm o d e la 1 1 dl a l l du s et ) ，p et r a n s f e f r i n gm a t r i xm o d e l b yu s i n g l a l l d s a tt mr e m o t es c n s i n gi m a g e si n1 9 9 5 ，1 9 9 8a 1 1 d2 0 0 0a n dt r a d i t i o n a l i n t e 印r e t a t i o nm e m o d ，p r e c i s e l ya c q u i r e t h el a l l du s ei 缸b m l a t i o nf 而mt h er c m o t es e n s i n g i m a g e sa 1 1 db u i l dt h ec a r t o g r a p h i cd a t ab a s es y s t e mo f l a l l du s e t b e 劬c t i o n so fg i sa r e e l a b o r a t e d ，s u c h a s m a n a g i n gs p a t i a l d a t aa n da t t r i b u t e d a t a ，s p a t i a la i l a l y z i n g a n d o u t p u t t i n gu l t i m a t em a p s b ya n a l y z i n gl a n d u s em a p s ，c o m b i n i n gs t a t i s t i cm a t e r i a l s ， c o n n e c tt h es p a t i a ld a t aa n da t t r i b u t ed a t aa n db u i l dd y n a m i cc h a n g ed a t ab a s eo fl a n du s e 1 、r a d i t i o n a l l y ，t h er e s e a r c h e so fl a l l du s eg e n e r a i l yf o c u so n t l l et o t a lq u a n t i t a t i v ec h a n g e o fa l lk i n d so f1 a n d i nt l l i sp a p e r 也et r a l l s f e r r i n gm a t r i xm o d e lc a ni n d i c a t et h ei m e r a c t i v e t r a n s f e rr e la t i o n a sar e s u l to fk n o w i n gm er e l a t i o no ft h ei n t e r a c t i v et r a j l s f e r ，w ec a n r e g u l a t et h e b e s tr a t i oo fa l il ( i n d so fl a l l d a c c o r d i n gt o t h es o c i a l ，e c o n o m i c a la n d e n v i r o n m e n t a l d e v e l o p m e n t d e n l a n d s b e s i d e s ， s o m e l a n d s c a p e i n d e x e s ， s u c ha s l a n d s c a p ed i v e r s i t yi n d e x ，d o m i n a mi n d e x ，e v e n n e s s i n d e xa n df r a g m e n ti n d e x ，h a v eb e e n c h o s e nt oa n a l y z e 也el a n d s c a p ep a t t e ma i l di t se v o l u t i o np r o g r e s so ft h el a n du s e t h e r e s u l t so ft h er e s e a r c hs h o wt h a tt h ea r e ao fg r a s s1 a t l d ，t i l l a b l el a n d ，u n u s e di a n da 1 1 d i w a t e r sh a sb e e nd e c l e a s e d ；t h ea r c ao il o r e s t s ，r e s l d e n t i a l l 孤1 d ，l n d u s t r i a ll a n da n dt r a f n c 1 a n dh a si n c r e a s e d a n dt h em a i nc a u s eo ft 1 1 ed e c r e a s eo f “l l a b 】ei a n di st h ei n c r e a s co f t i l er e s i d e n t i a ji a n d i n d u s t r i a li 肌da n dt r a m ci a n d t h ef r a c t i o ni n d e x e so 九川a b j el a n d r e s i d e n t i a ll a n d ，i n d u s t r i a l l a n da 1 1 dt r a m cl a n da 1 1 df o r e s t sh a v ei n c r e a s e d ，b u tt h e i s o l a t i o ni n d e x e sd e c r e a s e d ，s h o w i n gt h et e n d e n c yo ft h et h r e et y p e so f1 a n du s ei sf r o m d i s p e r s i n gt oc o n c e n t r a t i n g ，a n dt h a tt h ei n c r e a s eo f f r a c t i o ni n d e xo fg r a s s1 a n dp r o v e s m a th u m a l la c t i v i t i e sa r ei n n u e n c i n gm o r eo ni t ； 2 t h er e s e a r c ho fd r i v i n gf o r c e so nt | 1 el a n du s ep a t t e ma n dt h ep a t t e mc h a n g e so fq i n g d a o b vm e a n so fm es o c i a le c o n o m i cs t a t i s t i c a ls o f t w a r e s t a t i s t i c a ，u s ei t s c a n o n i c a l m o d e la n dc h o o s es o m ev a r i a n t sr e i a t e dt on a t u r ea n de c o n o m i c st op u r s u et t l ed r i v i n g f o r c e st h a tf b 肌e d 也ep r e s e n tp a t t e mo f1 a n du s ea n d1 a 1 1 dc o v e ra n dr e s u l t e d i nt h e c h a n g eo fl a n du s ea n d1 a n dc o v e lt h er e s u l t si n d i c a t et h a t i ti s m a i n l ym ee c o n o m i c d e v e l o p m e n t t h a tc a u s e d 也ec h a n g eo f l a n du s ea n dl a i l dc o v e r ； 3 p r e d i c t i o no fm el a i l du s es t r u c t u r eo fq i n g d a o a p p l yt h em a r k o v c h a i nm o d e l t o p r e d i c t t h ec o m i n gt e ny e a r s 7 l a n du s es t r u c t u r e t h ep r e d i c t i o ns h o w s 也a tn l er a t i oo ft i l l a b l e 1 a i l di s g r a d u a l l yd e c r e a s i n g ，a n d 也a tt h a t o fm er e s i d e n t i a l l a n d ，i n d u s t r i a l1 a n da n d t r a f f i c1 a n di si n c r c a s i n g t h er c s u l t sa b o v ec o i n c i d ew i t ht h ee c o n o m i cd e v e i o p m e n t d e m a n d s k e ) tw o r d s ： 也ec h a n g eo f l a i l du s ea n d1 a n dc o v e r ； s p a t i a lp a n e m ； g i s ，r sa 1 1 dg p s ； c a n o n i c a la n a l y s i s ； d r i v i n gf a c t o r s ；d r i v i n g f o r c e s c a t e g on n u m b e r ：f 3 0 1 2 4 独创声明 r y 5 9 8 9 2 8 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同 志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者签名：，五，哳垮导师签字：孙事竿 签字日期：2 0 0 4 年4 月2 3 日签字日期：2 0 0 4 年4 月2 4 日 女蛰甓 _ 1 嚣l 强京 渣盆i 、0 罐 青岛市土地利用，土地霜被变化及骈动力研究 第一章前言 土地是人类社会经济活动的载体。土地利用是人类对作为生产生活资料的_ = 地的利用 方式和强度；土地利用动态变化在数量、方式、强度、结构和趋势等方面存在很大的差异： 土地利用动态变化反映了土地利用的发展变化趋势。全面、客观地反映土地利用动态变化 可为制定长期、可持续发展的土地管理和土地规划提供数据。遥感技术提供巨大而丰富的 信息源，g i s 技术具有强大的数据处理、空间分析等功能；二者的结合有着传统方式无法 比拟的优越性，具有周期短、效率高、费用低等特点，在土地利用变化监测中发挥着巨大 的作用。 1 土地利用、土地覆被的涵义 土地利用与土地覆被是两个容易混淆的概念，它们之间既有密切联系，又有本质区别。 在进行土地利用土地覆被变化研究时，必须弄清楚两者的内在涵义及相互之间的关系。 关于土地利用，国内外许多学者和机构都进行了解释，“国际地圈与生物圈计划” ( i g b p ) 和“全球环境变化人文计划”( l h d p ) ( 1 9 9 5 ) 认为：土地利用是指人类为获取 所需的产品或服务而进行的对土地自然属性的利用目的、方式和意图。t u r n e i ( 1 9 9 4 ) 认为土地利用即指人类对土地的使用，是对土地覆被方式的一种利用，包括：移民定居、 耕作、牧场放牧、休闲等等，通常一种土地利用类型可以包括多种土地覆被类型。联合国 粮农组织( f a 0 ) 认为：土地利用是由自然条件和人的干预所决定的土地的功能。我国学 者认为土地利用是人们为了某种目的，对土地资源进行开发和改造整治的活动方式和过 程；土地利用的实质是对土地功能的利用n 由此可见，土地利用是人类的一种社会经济 现象，利用土地的特性和功能，来满足自身需求的活动方式和过程。它强调土地的使用状 况和土地的社会、经济属性。如农业、林业、牧业和城市发展等人类对土地有关的自然资 源的利用活动属于土地利用范畴，而作物、森林、草原、道路、建筑物和冰川、水体则属 于土地覆被范畴。 土地覆被是指地球陆地层和近地面层的自然状态，是自然过程和人类共同作用的结果 ( i g b p 和l h d p ) 。美国“全球环境变化研究计划”( u s s g c r ) 将其定义为“地球表面 当前所具有的自然和人为影响所形成的覆被物，包括地表植被、土壤、冰川、湖泊、沼泽、 湿地及道路等”：地形、地表水及人文结构。也就是说“它包含了地球陆地表层和近地面 层的自然状态”。“土地覆被即指覆被地面的自然物体和人工建筑物。包括己利用和未利用 的各种要素的综合体，其含义与土地利用相近，但研究角度有所不同，它着重于土地的白 青岛市土地利用，土地覆被变化及驱动力研究 然属性”。土地覆被包含两个含义：土地覆被是陆地生物圈的重要组成部分：土地覆被最 主要的组成部分是植被，但也包括土壤和陆地表面的水体。 土地利用和土地覆被是两个既有联系又有区别的概念。土地利用侧重于土地的社会经 济属性，土地覆被侧重于土地的自然属性。土地利用土地覆被的变化可划分为两类：改 造与变异，前者指由一种土地覆被类型转交为另一类土地覆被类型，如由农业用地转变为 非农业用地；后者指土地覆被类型内部的变化，如工业用地转变为商业居住用地的变化。 土地利用土地覆被变化( l a n du s e ，l a dc o v e rc h a n g e ，简记为l u c c ) 是当前国际 上十分关注的研究领域，被“国际地圈与生物圈计划”( i g b p ) 和“全球环境变化人文计 划”( l h d p ) 共同设为核心项目。土地利用变化包括土地资源的数量、质量与土地利用 结构随时间的变化，也包括土地利用的空间结构变化及土地利用类型组合方式的变化。土 地利用变化可引起许多自然现象和生态过程的变化，如土壤侵蚀、地表径流、水分变化等 等。在各种区域土地利用变化中，由城市化过程导致的大规模的土地利用变化最为引人注 目。城市是人类活动最为集中的地区，不断地经历着迅速发展变化的过程，这种变化从宏 观尺度上看，由于以自然为主的土地利用变成了以工厂和住宅为主的人为土地利用，往往 导致对各种自然过程如径流过程、蒸散发过程和生态过程等的改变，带来复杂的生态环境 后果，影响区域可持续发展【1 。对城市空间拓展与土地利用变化进行监测与分析，是现代 城市建设、城市管理和城市规划所面临的重要任务。 2 国内外土地利用土地覆被变化研究 中国对土地利用研究的历史很长，但系统研究土地利用土地覆被变化及对全球变化 响应的时间还不长，目前的研究主要侧重于在一些代表性地区，通过遥感、野外观测与调 查统计数据的模型计算与分析，探讨l u c c 过程、驱动机制与环境效应口。 l u c c 类型区的选择 由于不同区域有着不同的自然和人文因素的组合，相应地对l u c c 的影响也就不同。 因而，l u c c 研究区域类型的选择就成为l u c c 研究的关键。目前，我国的l u c c 研究主要 集中于两类地区。一类是“热点地区”，研究者多选择那些人文因素高度复合的地区，如 深圳市、北京市、长江三角洲等。另一类是“脆弱区”，随着人口的增长、经济的发展和 资源的耗竭，各种各样的“脆弱区”不断出现，对这类地区的l u c c 研究，有利于人们对 脆弱性的认识、揭示各种自然和人文因素对土地利用可持续性的影响。我国的研究者多选 择了“生态环境脆弱区”进行l u c c 研究，如中国东北样带、地处干旱、半干旱过渡带的 榆林地区等。 2 童璺童圭些型旦! 主丝要堡壅些丝矍塑塑竺塑 l u c c 驱动力 l u c c 深受社会经济因素的影响，这种影响与区域自然地理环境密切相关。在自然条 件复杂的地区，各种自然因素对土地利用变化仍发挥着很大的作用：受自然因素限制较小 的区域，土地利用覆被变化主要是受经济发展、人口增长及政策等人文因素的控制。l u c c 的驱动因子除了具有空间差异外，时间差异性也非常明显。如长江三角洲近五十年耕地长 序列统计资料和近五年的土地详查变更数据表明：近五十年来，长江三角洲地区耕地数量 里明显的波动减少趋势，出现了三次明显耕地流失高峰；该过程中的明显突变主要是与国 家宏观政策背景相关联。 研究l u c c 机制，不仅要确定驱动因子，还要分析各驱动因子与l u c c 之间的相互关系、 度量各驱动因子对l u c c 作用的程度。数量统计方法在这方面的研究中被广泛应用。然而 影响l u c c 的因素错综复杂，在分析土地利用变化驱动因子的作用时，要细致全面的选择 驱动因子。 l u c c 的环境效应 在几十年甚至百年尺度上，由自然因素引起的环境变化幅度相对较小，而人类活动产 生的环境变化，在强度上甚至超过了自然因素引起的环境变化，成为主要因素。目前，关 于l u c c 对全球变化影响的研究主要集中在气候方面，认为土地覆被的影响在很大程度上 取决于地表植被状况，虽然植被对降水的作用较小，但有助于减少径流、增加保水能力， 对气候变化有缓减作用。快速的城市化进程使人类干预的土地利用类型( 如城镇等不透水 用地) 明显增加，提高了地表径流系数：同时，代表自然生态系统的土地覆被类型大幅度 减少，降低了环境对污染物的降解能力，致使区域生态安全水平大大下降；过度垦荒，破 环了原有的植被，导致和加剧水土流失，河流湖泊淤塞，洪水泛滥。 国外利用遥感技术对土地利用土地覆被的研究至少可以追溯至2 0 世纪2 0 年代。以美 国为例，早在1 9 2 2 年，h e 在从空中看到的地球表面一书中就表述了利用遥感手段研 究自然景观与人类活动关系的可行性和重要性，但当时航空摄影技术主要用在拍摄地面军 事目标和地形勘测等方面。2 0 世纪7 0 年代美国发射豹第一颗人造陆地卫星( l a d d s a t ) 开 创了利用卫星遥感技术进行大范围土地利用土地覆被调查的新纪元。2 0 世纪9 0 年代，土 地利用土地覆被变化引起了国际组织和世界各国的普遍关注，人们对土地覆被及其特征 的含义有了新的理解和定义，土地覆被不再是单一的土地和植被类型，而是土地类型及其 所具有的一系列自然属性和人文特征的综合体。包含三个含义：1 ) 土地覆被是陆地生物 圈的重要组成部分；2 ) 土地覆被最主要的组成部分是植被，但也包括土壤和陆地表面的 青岛市土地利用土地覆被变化及驱动力研究 水体；3 ) 全球不同区域土地覆被的性质决定于自然因素，但目前的土地覆被状况主要是 人类对土地的利用和整治活动造成的。农业、林业、牧业和城市发展等人类划土地有芙的 自然资源的开发利用和整治，属于土地利用的范畴，而耕地、林地、草地、公路、建筑、 冰川和水体则属于土地覆被的范畴。 3 本文研究内容及意义 3 1 研究内容 本文以青岛市为研究区域，利用卫星遥感影像数据，遥感与地理信息系统相结合，并 结合不同时期的专题图件、土地利用及经济统计数据等一系列资料，分析了青岛市从1 9 9 5 年到2 0 0 0 年时段内的土地利用变化特征和土地利用格局及格局变化的原因，并对未来土 地利用趋势进行了预测。首先介绍了青岛市的自然地理概况、社会经济概况和本文的研究 方法和技术路线；其次利用遥感与地理信息系统软件( a r c g i s 8 1 、a r c v i e w 3 1 和 e r d a s 8 5 ) 对青岛市土地利用变化及变化特征做了深入研究；第三使用社会经济统计软件 ( s t a t i s t i c a ) 对青岛市土地利用现状格局及格局变化的驱动因子进行研究，阐明这些驱 动因子对城市土地利用现状格局形成及格局变化的贡献；第四运用马尔科夫链模型预测了 青岛市今后l o 年的土地利用结构。 3 2 研究意义 土地利用土地覆被变化是全球环境变化研究的个重要方面，同时也是从自然和社 会经济两方面综合研究全球和区域环境变化的突破口之一，是地理学综合研究的国际性前 沿课题。地理学的区域性和综合性特点，为土地利用土地覆被变化研究的开展提供了坚 实基础。我国地域辽阔，自然环境和社会经济发展的空间差异显著，决定了土地资源的利 用方式、区域土地利用结构、土地利用程度具有明显的地区差异。选择一定空间范围的典 型地区进行区域综合性和差异性研究，是深入分析土地利用土地覆被时间和空间变化规 律、驱动力及资源环境效益的有效手段。国内外学者在探讨土地利用变化的一般规律、建 立土地利用变化的全球和区域模型等方面取得了很大的成绩，但对于山东胶东半岛地区经 济迅速发展所导致的土地利用格局迅速变化方面的研究相对欠缺。青岛市地处胶东半岛， 改革开放后经济高速发展，经济发展与土地利用的矛盾有其独特性，再结合历史发展，及 时进行这方面的研究可以为地方经济发展提供决策支持。 4 青岛市- 丁地利用_ 七地覆被变化及驱动力研究 第二章研究区概况及研究方法 1 研究区概况 青岛市地处山东半岛的东南部，位于东经1 l g o 3 0 1 2 1 00 0 ，北纬3 5 。3 5 7 3 7 。0 9 之间。青岛市东南濒临黄海，东北与烟台市毗邻，西与潍坊市相连，西南与日照 市接壤。全市总面积1 1 0 9 1 l 【i i l ：，其中市区面积为1 1 0 2k m z ，所辖胶州、即墨、平度、胶 南、莱西5 个县级市的总面积为9 9 8 9k m t 。 截至2 0 0 2 年末，青岛市全市总人口7 1 5 6 5 万人，农业人口4 0 2 5 2 万人，非农业人 口3 1 3 1 3 万人，其中市区人口2 4 1 7 4 万，五个县级市4 7 3 9 1 万人。 青岛市经济结构进一步调整优化。三次产业结 构的比例关系由1 9 9 5 年1 7 5 ：4 6 6 ：3 5 6 调整为 2 0 0 2 年的9 6 ：5 0 4 ：4 0 o 。 青岛市工业门类齐全，基础较好，是全国重要 的工业生产基地之一。2 0 0 2 年综合经济实力在全国 城市中居第1 1 位。在1 5 个副省级城市中居第5 位， 较上年前移1 位。经过多年发展，青岛形成了一批 有较大影晌的重点企业集团，海尔集团、海信集团、 青啤集团、颐中烟草集团、双星集团、澳柯玛集团 等企业，综合势力居国内同行前列。为树立青岛市 工业园发展典型，加快工业园建设步伐，到2 0 0 2 年初，青岛市政府己树立1 2 个“青岛市重点工业 园”。另外，青岛市拥有中国驰名商标6 件，3 5 个山东名牌和7 0 个青岛名牌。 图21 青岛市行政区图 2 研究方法及技术路线 2 1 资料收集与数据处理 资料收集与处理包括以下几个方面： 1 ) 选取1 9 9 5 年、1 9 9 8 年和2 0 0 0 年l ：l o 万陆地资源卫星l a n d s a tt m 假彩色数字图像 作为主要信息数据源，1 9 9 5 年、1 9 9 8 年和2 0 0 0 年的t m 影像采用4 ( 近红外) ，3 ( 红) ， 青岛市土地利用土地覆被变化及驱动力研究 2 ( 绿) 波段假彩色合成方案。这三个波段对于绿色植物类别差异最敏感，最适宜用于土 地利用方面的调查。 2 ) 选用研究区域的6 幅1 ：l o 万地形图，作为遥感解译的工作底图。在人工解译中，地 形图扫描后经过投影转换作为参考底图。 3 ) 收集青岛市各县级市1 9 9 5 2 0 0 0 年的统计年鉴，了解、熟悉该市社会、经济等发展动 态。 4 ) 收集青岛市农业志、青岛市土地利用总体规划和相关资料，了解和掌握青岛市 自然资源状况。 2 2 遥感影像的配准 2 2 1 青岛市的影像特征 本研究使用的遥感影像数据包括三个时相的t m 图像：1 9 9 5 年5 月、1 9 9 8 年6 月和 2 0 0 0 年9 月的影像。l a n d s a tt m 影像地面分辨率是3 0 m 3 0 m ( 除t m 6 ) ，对于小于3 0 m 3 0 m 的地物来说都是以混合像元的形式存在。在研究区内，各种类型的用地范围较大，一般用 地范围都大于3 0 m x 3 0 j i l ，许多像元都表现出纯净像元，如农村的居民点、建筑物像元、 耕地( 农田) 像元以及河流和湖泊像元。但周围的树木、空地、小的池塘以及各种形状不 规则的用地类型等以混合像元表现出来。在这些边缘区，混合像元的特征降低了部分信息 的精度，对于大镇或城市内部的纹理特征能识别出建筑物、河流和交通线路，小村落的内 部纹理不清晰。 2 2 2 地形图与遥感影像的配准 在对所有图像进行矢量化之前，首先应用图像处理软件p h o t o s h o p 做图像增强预处理， 选择适当的色差闽值，在确保不损失关键像素的前提下，增强色差对比，提高矢量化效率。 其次较为关键的一步就是要对图件进行配准，为地图矢量化做准备，配准精度对动态监测 结果有着直接的影响，是影响土地利用动态监测精度的关键。本文地理底图选用了6 张l ： l o 万地形图，以上数据均被归一到统的坐标系和等面积割圆锥投影下，中央经线为 1 0 5 。e 双标准纬线分别为2 5 。n 和4 7 d n ，所用的椭球体为t a s o v s k y 椭球体，在 心c i n f 0 软件的支持下，所有数据被统一栅格化成3 0 x 3 0 m 的g r i d 数据。同时，参照 g p s 数据来校正与配准地形图。对配准好的地形图进行矢量化，首先参照行政区域图确 定研究区域的范围，将全市的行政界限勾绘出来建立边界层；其次，在地形图上找出明显 的地物，譬如河流的交叉口。交通线的交汇点，标志性地物等等，建成单独的线层( 配准 6 青岛市土地利用，土地覆被变化及驱动力研究 层) ，以此作为遥感影像配准的基础。以配准好的6 幅地形图为基准，参照g p s 数据点， 利用配准层采用二次多项式及最近邻域插值法对三期的遥感影像进行几何纠正，经检验配 准误差不到一个像元。 2 3 图形数据库的建立 2 3 1 遥感影像的解译 利用陆地卫星遥感影像调查区域土地利用土地覆被变化有两种方法：一种是目视判 读方法，凭光谱规律、地学规律和解译者的经验，从陆地卫星图像的颜色、纹理、结构、 位置等各种特征解译出各种土地利用土地覆被类型( 解译标志表2 2 ) ；另一种是计算机 自动分类方法( 监督分类和非监督分类) ，利用适当的图像分类方法，选择分类特征，利 用模式识别模型，确定每一像元的土地利用土地覆被类型。本次工作的土地利用数据是 通过对h n d s a tt m 图像进行目视判读得到的，在判读过程中，充分利用了地形地貌图等 辅助数据，并进行了实地勘察。根据土地利用现状调查技术规程和土地的用途和覆被 特征等因素作为土地利用的分类依据，从高级到低级划分，将土地利用分为一级分类和二 级分类( 表2 1 ) 。人工目视判读基础为：面状地物上图标准为6 6 个像素，线状地物的 上图标准为2 个像素，经实地抽样检查，判读正确率达9 0 以上( 耕地中的一些细小非耕 地地物无法判读，故目前统计的耕地面积为耕地的毛面积，未扣除细小地物) 。 2 3 2 土地利用变化的g i s 空间分析原理 解译完1 9 9 5 、1 9 9 8 和2 0 0 0 年遥感影像后，利用a r “i 1 1 f 0 空间分析功能，对三期土地 利用解译图使用u n i o n 或i d e n r i t y 命令进行拓扑叠加，对叠置分析生成的c o v e r a g e 的属性表进一步处理分析，即可获得土地利用覆被变化的数据。在g i s 数据库属性表中 用户标志码c o v e r l i d 是第一期土地利用类型标志，用户标志码c o r 2 - i d 是第二期 土地利用类型标志。比较各土地利用类型斑块两期的变化，将出现两种结果：( 1 ) c o r 1 i d 等于c 0 r 2 一i d ，表示研究期内该斑块的土地利用类型没有发生变化，如 耕地仍为耕地：( 2 ) c o v e r l i d 不等于c o j r 2 i d ，则说明该斑块土地利用类型发生 了变化，其变化形式由c o r 1 i d 类型转换为c o v e r 2 i d 类型。上述变化类型可以在 属性表中清楚地表示出来。基本原理是在属性表中生成表征变化类型的字段，然后对每 个土地利用斑块的该字段进行赋值。变化类型的设定可依靠不同的需要而选取。将所有叠 加后的斑块的标志码均设为c o v e r l i d 1 0 3 + c o v e r 2 i d 。然后利用a r c i n f o 软件的 f r e q u e n c y 功能，可以统计出土地利用类型的面积以及各种土地利用变化类型的面积。 f r e o u e n c y 功能不仅对面积进行统计，同时还可以给出各类型土地斑块的个数。面积 7 青岛市土地利用土地覆被变化及驱动力研究 的统计结果可以分析土地利用的数量变化和各类土地利用变化的流向；土地利用斑块的个 数可以了解土地利用类型或土地利用变化类型在空间上出现的频度1 7 j 。 2 4 土地利用格局及格局变化驱动力的研究方法 在前面工作基础上，得到青岛市各乡镇的土地利用面积，结合各乡镇社会经济统计数 据，利用社会经济统计软件s n 玎i s t i c a 下的c a n o n i c a lm o d e l 模块得出青岛市土 地利用格局及格局变化的主要驱动因素嗍。 整个工作的具体技术路线见图2 2 。 图2 2 青岛市土地利用时空变化及驱动力研究技术路线图 表2 1 青岛市土地利用分类及代码表 一级地类二级地类 1 耕地水田l l 、旱地1 2 2 林地有林地2 l 、灌木林地2 2 、疏林地2 3 、其他林地2 4 3 草地高覆被度草地3 l 、中覆被度草地3 2 、低覆被度草地3 3 4 水域河渠4 1 、湖泊4 2 、水库坑塘4 3 、海涂4 5 、滩地4 6 5 居住建设用地城镇用地5 l 、农村居民点用地5 2 、工交建设用地5 3 6 未利用土地沙地6 l 、盐碱地6 3 、沼泽池6 4 、裸土地6 5 、裸岩石砾地6 6 青岛市土地利用，土地覆被变化及驱动力研究 表2 2 主要土地利用类型的遥感影像解译标志 一级二级主要分布形状 色调结构 河流、平原及沟谷两几何特征明显，里条带拽青、深红，色调影像几何特征明显，均呈条 1 1 侧状，规则整齐面状均一带状分布结构均一细腻 耕地 平原、丘陵缓坡地带几何特征较规则，星大的褐色、青色、红白 较均一，内有红色粒状纹理 1 2 和山区缓坡地带斑块或不规则条带状 岳 不同地貌类型区域边界自然圆滑但不规则深红，色调较均匀结构较粗糙 2 1 均有分布 2 2 山区和阳坡集合谷边界自然圆滑但不规则浅红色，色调均匀结构均一 林地 两侧 2 3 边界较模糊、不规则浅红，色调杂乱结构较粗糙山区 平原、丘陵、山区均呈块状、不规则面状、边色调多样粗糙、原地有格网纹理 2 4 有分布界清晰 山地、丘陵的阳坡地面状、条带状、边界清晰暗红色、深青色粗糙、原地有格网纹理 3 1 带和坝上高原 草地 3 2 山地和丘陵的阳坡面状、条带状、边界清晰暗红色、深青色粗糙、原地有格嘲纹理 丘陵和山地阳坡，分不规则斑块黄白、灰白、青灰粗糙、原地有格网纹理 3 3 布较少 平原和山区沟谷特征明显，自然弯曲或局蓝色、青色，色调结构均匀 4 l 部平直，边界清晰均匀 4 2 主要分布在山区特征明显，形态自然深兰、浅蓝，均匀结构均匀 平原地带和山区沟特征明显，由人工塑造痕申兰、浅蓝，均匀结构较均一 水体 4 3 谷迹 4 5 沿海潮间带不规则条带状灰白、白色结构较均一 河流、水库、坑塘、条带状或块状灰白、绿色结构较均一 4 6 湖泊周围 5 l 平原和山区沟谷特征明显，边界清晰青灰、色调杂乱结构粗糙 城乡工 各地貌类型区域均特征明显，边界清晰灰蓝、灰红、灰色，结构粗糙 5 2 矿居民 有分布色调杂乱 用地 城镇周边地带和交特征明显，边界清晰灰白、蓝白、深青，结构粗糙 5 3 通沿线色调较均匀 海积沙堤及坝上平特征明显，边界清晰白色、灰白色，色结构均一 6 l 原，片状或条带状调不均匀 沿海平原和水库周特征明显，边界清晰灰白色、褐白色、+结构均一 6 3 围青蓝色 未利用 湖泊、坑塘周围及沿特征明显边界清晰暗红色、深青色结构均一 土地 6 4 海平原 丘陵、平原区城镇或特征明显，边界清晰黄白色、灰白色结构均一 6 5 居民点附近 6 6 山体顶部特征明显，边界清晰深青色、灰白色纹理较粗糙 9 青岛市土地利用，土地覆被变化及驱动力研究 第三章青岛市土地利用土地覆被变化及空间格局演变研究 1 青岛市土地利用时空变化 区域土地利用变化包括土地利用类型的面积变化、类型转换变化和空间格局演变。面 积变化首先反映在不同类型的总量变化上。通过分析土地利用类型的总量变化，可了解土 地利用变化总的态势和土地利用结构的变化m w 。 1 1 青岛市土地利用类型的数量变化 根据土地利用遥感解译汇总结果，1 9 9 5 年、1 9 9 8 年和2 0 0 0 年青岛市各类土地利用类 型的面积和比例的变化，如表3 1 所示。 表3 11 9 9 5 2 0 0 0 年青岛市土地利用总量变化分析表 单位：1 l m 2 土地利用1 9 9 5 1 9 9 81 9 9 8 2 0 0 01 9 9 5 年1 9 9 8 年2 0 0 0 年 类型净增减面积净增减面积 面积比重面积比重面积比重 耕地 5 0 1 01 7 0 7 37 4 1 9 2 56 6 8 l7 3 6 9 1 5 6 63 67 1 9 8 4 26 4 8 3 林地 1 3 6 5 66 5 89 3 2 9 3 b 4 01 0 6 9 4 99 6 31 0 7 6 0 79 6 9 草地 - 1 7 9 6 11 4 0 3 7 3 4 9 26 6 25 6 5 3 150 05 6