基于-TM影像的常宁市土地利用变化动态监测

基于基于 TMTM 影像的常宁市土地利用变化动态监测影像的常宁市土地利用变化动态监测 摘摘 要 要 土地利用 土地覆被变化是全球环境变化的重要组成部分和主要原因之一 1 利用 ENVI 4 6 1 软件和 ArcGIS 9 2 软件 以 2000 年和 2009 年湖南省常宁市 Landsat TM 5 影像为数据源 经主成分增强处理后 结合人工目视解译对影像选择感兴趣区域 并 进行采用最小距离法进行监督分类 获得了常宁两个时相的土地利用分类数据 且利用 GIS 的空间分析功能 分析了常宁市土地利用类型变化的时空特征和规律 结果表明 耕 地是面积减少最多的土地利用类型 常宁市的土地利用变化是由人口的增长 城市化等多 因素导致的 此研究可为政府等决策部门提供相关依据 关键词关键词 TM 5 影像 土地利用 覆被变化 动态监测 常宁市 abstract the land use land cover changes is the global change and an important part of one of the main reasons for 1 Use ENVI 4 6 1 software and ArcGIS 9 2 software in 2000 and 2009 in hunan province Landsat TM image why five as data sources the principal component enhancement processing the combination of artificial visual interpreting to image choose the interested region and the minimum distance supervised classification method won the alluvial phase two of the land use classification data and by using GIS space analysis this paper analyzes the function of types of land use change why the characteristics of space and time and law The results show that the cultivated land area is the greatest decreases of types of land use the land use change is why by population growth urbanization and other factors lead to more This study can be for the government to provide decision making departments related basis key words TM image 5 The land use cover change Dynamic monitoring Chang Ning 0 0 引言引言 土地是人类生存之本 是社会物质财富的最基本源泉 2 土地利用 土 地覆被变化 Land Use and Land Cover Change LUCC 是人类利用土地的 自然属性和社会属性不断满足自身需求发展的动态过程 是全球环境变化的重 要组成部分和主要原因之一 对区域可持续发展和区域土地管理具有重要意义 因而成为现代地理学研究的前沿与热点领域之一 3 5 自从 国际地圈与生 物圈计划 IGBP 和 全球环境变化人文因素计划 IHDP 联合提出 土地利用 土地覆被变化 LUCC 研究计划 土地利用变化研究就成为全 球变化研究的前沿和热点课题 许多国际组织和国家纷纷启动了 LUCC 研究项目 国内外学者针对土地生态环境问题 土地利用变化建模与驱动机制也已开展了 大量研究 并取得了一系理论和应用方面的创新性研究成果 6 9 常宁市地处北纬 26 07 26 36 东经 112 07 112 41 总面 积为 2052 平方千米 常宁市辖 4 个街道 15 个镇 6 个乡 1 个民族乡 1 个 风景名胜管理区 其地势南高北低 大致呈两级阶梯分布 南部是南岭山簇余 脉的塔山和大义山 分别呈北东 南北走向 两山之间夹有庙前 西湖的低 平谷地 成为常宁市与桂阳县交通孔道 海拔 1000 米以上的山峰有 16 座 800 1000 米的山峰 63 座 群峰巍峨 构成南部的天然屏障 为第一级阶梯 北部的平原 丘陵交错 海拔大约在 200 米以下 地形起伏 为第二阶梯 地 貌类型以岗地 山地 平原为主 山地占总面积 25 56 丘陵占 17 01 岗 地占 27 78 平原占 25 41 水面占 4 24 近几年 常宁建设发展迅速 城市化进程日益加快 经济发展水平不断提高 但随着常宁市各方面的迅速发展 土地利用出现了不和谐现象 如农业用地被大 量占用 建设用地不断增加 土地质量不断下降等 尤其是撤地设市以来 人 地矛盾更加突出 土地利用结构也发生了骤变 本文采用 2006 年和 2009 年两个时相的 Landsat TM 影像 同时结合湖南省 常宁市地形图和常宁市政区图等辅助资料 分析近十年来土地利用变化情况 旨在为土地资源可持续利用 土地利用结构和布局优化 土地利用率和产出率 的提高 区域土地集约利用和土地资源与经济社会持续协调发展提供科学依据 1 1 材料与方法 材料与方法 数据来源包括 2000 和 2009 年 2 期 TM 影像 以及常宁市行政区图 分类 系统的构建参照了国家分类标准和盐城市土地利用现状 将常宁市土地利用类 型划分为耕地 林地 水体 建设用地 其它类等 5 大类 遥感数据信息主要利用 Envi4 6 1 遥感软件和 ArcGIS9 2 地理信息系统软 件进行处理 首先对 2006 年和 2009 年遥感数据进行裁剪和几何校正 配准等 数据预处理 然后结合人工目视解译 采用最大似然法对图像分别进行监督分 类 从中提取出主要的土地利用类型 并在 ArcGIS9 2 软件的支持下 对解译 出的土地利用现状类型图进行空间统计 得出土地利用类型面积转移矩阵表 采用单一土地利用动态度 11 来定量描述区域一定时间范围内某种土地利 用类型的变化速度 其表达式见公式 1 1 1 100 ba UU K UaT 式中 K为研究时段内某一土地利用类型动态度 Ua Ub分别为研究期始末某 一土地利用类型的面积 T为研究时段长 见表2 1 11 1 主成份变换主成份变换 多光谱图像的各波段之间经常是高度相关的 它们的 DN 值以及显示出来的 视觉效果往往很相似 主成分分析 Principal Component Analysis PCA 就 是一种去除波段之间多余信息 将多波段的图像信息压缩到比原波段更有效的 少数几个转换波段的方法 10 主成分变换又称主成分分析 主分量分析或 K L Karhunen Loeve 变换 是遥感最有用的变换算法之一 12 13 表表 1 主成分分析结果主成分分析结果 2006 年 2009 年 主成分 特征值 累计贡献率 主成分 特征值 累计贡献率 PC1 2334 2327 95 30 PC1 4192 8809 96 64 PC2 89 8863 98 97 PC2 94 9190 98 83 PC3 18 8509 99 74 PC3 45 0132 99 86 PC4 4 4546 99 92 PC4 3 4512 99 94 PC5 1 5604 99 98 PC5 2 0298 99 99 PC6 0 3830 100 00 PC6 0 3776 100 00 图图 1 2000 年主成分分析 年主成分分析 图图 2 2009 年主成分分析 年主成分分析 1 21 2 图像分类图像分类 分类系统的构建参照了国家分类标准和常宁市土地利用现状 将常宁市土 地利用类型划分为耕地 林地 水体 建设用地 其它类等 5 大类 表表 3 土地利用遥感解译分类土地利用遥感解译分类 一级类 二级类 耕地 水田 旱地 林地 林地 灌木林 未成林地 草地等 建设用地 城市用地 农村居住点 交通用地等 水体 河流 湖泊 坑塘 水库 其它类 未利用土地 图图 3 2000 年分类结果图 年分类结果图 图图 4 2009 年分类结果图 年分类结果图 2 2 结果分析 结果分析 2 12 1 土地利用现状即数量变化分析土地利用现状即数量变化分析 表表 4 2000 年年 2009 年常宁市土地利用类型的统计信息年常宁市土地利用类型的统计信息 2000 年 2009 年 土地利用类型 面积 km 比例 面积 km 比例 变化面积 km2 动态度 22 耕地 912 08 44 23 780 25 38 12 131 83 6 11 林地 368 48 17 51 564 72 27 6 178 24 10 9 水域 22 51 1 10 33 36 1 60 10 08 0 5 建设用地 69 81 3 51 207 04 10 11 137 23 6 6 其它类 679 12 33 65 466 63 22 57 212 49 11 08 注 表中 代表减少 对比 1992 年和 2002 年的土地利用结构 表 4 可以发现不同时期各土地 利用类型的比重 由表中可知 耕地面积所占比重较大占全市面积的 40 左右 林地次之 从数量上来看 耕地 林地的 面积均在减少 其中耕地面积减少 最多从2000年的12 08km 减少到 2 2009年780 25km 面积增加的土 2 地利用类型包括建设用地 林地 水域 其中 建设用地面积由2000 年的69 81 km 增加到2009 年的 2 207 04 km 增加了137 23km 22 几乎增加到原有建设用地面积的三倍 水域面积增加了10 08km2 水域的增加 主要源于养虾池 盐田等面积的增加 林地面积也由2006年的368 48km 增加 2 到2009年的564 72km 说明政府组织退耕还林的措施 对于保护生态环境 2 防止水土流失 提高农业生产效率起到了积极作用 单一土地利用动态度计算结果表明 在所有土地利用类型中 林地的动态度 位居第一 10 9 且建设用地的动态度位居第二 6 6 说明建设用地的变 化速度很快 草地的耕地 水域的动态度较小 说明这2 种土地利用类型变化 相对比较稳定 其中耕地和水域变化幅度虽大 但由于基数大 变化速度并不 快 2 22 2 土地利用类型转化分析土地利用类型转化分析 表5 显示了研究区8种土地利用类型间的相互转化 从中可以看出 2000 2009年间 研究区各土地利用类型均参与的土地利用变化 表表5 常宁市土地利用类型转移矩阵常宁市土地利用类型转移矩阵 2000 年 耕地 林地 水域 建设用地 其它类 耕地 304 44 100 45 1 90 25 32 6 72 林地 405 13 559 40 6 14 152 58 96 22 2009 水域 6 12 3 32 13 56 3 02 1 86 建设用地 39 66 15 21 1 90 25 32 6 72 其它类 50 87 85 55 1 75 14 99 1059 56 具体表现为 在发生空间转移的区域中 约30 的空间转移发生在耕地与其 他类型间 另有50 的空间转移发生在水域与其他类型间 减少的耕地主要转化 2000 2009年耕地面积变化曲线 46 7 46 8 46 9 47 47 1 47 2 47 3 2000年 2001年 2002年 2003年 2004年 2005年 2006年 2007年 2008年 2009年 耕地 为林地 水域 建设用地 其中主要转化为建设用地 部分被开垦为耕地 林 地和耕地之间的转入转出较为显著 减少的园地主要转变为耕地 而增加的园 地的主要来源也是耕地 新增的林地主要通过扩建农田林网 建设海堤 河堤 防护林等方式由耕地转化而来 水域的主要转出方向为耕地 3 3 土地利用变化驱动力探析土地利用变化驱动力探析 土地利用驱动力是指导致土地利用方式 目的发生变化的各种直接和间接 因素 包括自然驱动力和社会经济驱动力 14 在自然地理背景没有大的改变 的时期内 土地利用变化主要受人口 经济 政策等多种社会经济因子的驱动 人口人口 它是人类社会因素中对土地利用变化影响的主要因素之一 也是最 具活力的驱动力之一 15 2000年 2009年10年间常宁市人口数量从2000年的增 加到2009 年的人 人口数量的增加 导致了对住房 交通和公共设施等方面的 需求加强 促使非农业产业和城镇有不断发展的趋势 从而导致耕地数量的减 少 建设用地的增加 表表 6 6 常宁市常宁市 20002000 年年 2009 2009 年历年人口变化情况年历年人口变化情况 年份 总人口 人 出生人口 人 死亡人口 人 自然增长 率 迁入人口 人 迁出人口 人 机械增长 率 20001210867286 5282046806151 73 20011183169735 8415805156580 18 20021157170765 361414315840 2 03 2003964973262 751359216849 3 86 2004979463444 1211966103911 88 2005994258374 961084218562 9 33 20061142663436 11784912131 5 15 2007726629145 231062612971 2 82 2008 648829224 341263412956 1 23 23 2009 1134160416 0711435108930 98 注 此数据来源于 衡阳市规划指导思想 原则与依据 2000年 2009年常宁市人口变化图 790000 800000 810000 820000 830000 840000 850000 860000 870000 880000 200020012002200320042005200620072009 总人口数 城市化城市化 可以用土地利用城镇化指数E 16 来定量描述城市化水平 E 居民点及 工矿用地 交通用地 本文采用建设用地代替居民点及工矿用地和交通用地总和 城市化通过影响人口 产业集聚 地域扩展 生活方式和价值观念等使土地利 用非农化 17 城市的建设以及工矿建设会侵占大量耕地 同时 工业发展能够 带动其他产业发展 引起产业结构的调整 使得人口向城市流动 18 常会导致 部分耕地搁荒 政府规划政府规划 组织退耕还林的措施 对于保护生态环境 防止水土流失 提高农 业生产效率起到了积极作用 这种举措使得常宁市2000年 2009年的林地面积增 加了178 24km 2 4 4 结论与讨论 结论与讨论 本文利用2000年和2009年常宁市区Landsat TM 数据影像 对常宁市两个时 期的土地利用现状进行分析 实现了对该地区土地利用变化的动态监测 研究结论如下 1 现行规划对城镇建设的快速发展缺乏准确的估计 如果不调整耕地保护 的思路 耕地保有量目标难以实现 2 常宁市区人口密度逐年上升 人地矛盾日益加剧 人口增长成为土地利 用变化的重要驱动力 3 政府政策在社会经济发展中一直起着重要作用 宏观调控社会经济发展 深刻影响区域土地利用结构变化 土地资源的开发利用应该主要从以下几方面进行调控 1 维持耕地动态平衡 控制各类建设占用耕地规模 维护耕地占补平衡 保证粮食安全 2 转变经济发展模式 根据当的环境容量进行科学规划和合理布局 针对驱动因子的识别 本研究还仅限于定性分析 今后可综合考虑其他潜在 因素建立模型 模拟该地区土地利用变化过程 并预测未来土地利用结构发展 趋势 3 政府的决策可对地方土地利用类型有一定的影响 政府要充分发挥这种作 用 参考文献参考文献 1 贺振 基于 TM 影像的常宁市区土地利用变化动态监测 1673 2464 2010 05 0091 51 2 崔功豪 魏清泉 等 区域分析与区域规划 第二版 3 王佑汉 半城市化地区土地利用变化及驱动力分析 以成都市龙泉驿区为例 J 资源与产 业 2009 11 2 61 65 4 李秀彬 全球环境变化研究的核心领域 土地利用 土地覆被变化的国际研究动向 J 地理学报 1996 51 6 553 558 5 钟凯文 孙彩歌 解靓 基于 G I S 的广州市土地利用遥感动态监测与变化分析 J 地球信 息科学 2009 11 1 111 116 6 郭旭东 陈利顶 傅伯杰 土地利用 土地覆被变化对区域生态环境的影响 J 环境科学进展 1999 7 6 66 75 7 史培军 陈晋 潘耀忠 深圳市土地利用变化机制分析 J 地理学报 2000 55 2 151 160 8 余婷 柯长青 基于 CLUE S 模型