王大鵬,楊艷超

（棗莊學院旅游與資源環(huán)境系,山東棗莊 277160）

土地是人們賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)[1],隨著社會的進步,生產(chǎn)的不斷擴大,土地利用的種類不斷增多,土地利用也發(fā)生著巨大的變化。土地利用/土地覆被變化(LandUse/Land CoverChange,LUCC)是當前國際上十分關(guān)注的研究領(lǐng)域,被“國際地圈生物圈計劃”(IGBP)和“全球環(huán)境變化人文計劃”(IHDP)共同設(shè)定為核心項目[2-3],這足以說明其在全球或局部環(huán)境變化和可持續(xù)發(fā)展中所占有的重要地位。目前土地利用與土地覆被變化(LUCC)是全球變化研究的熱點和前沿問題,全球變化研究的重要內(nèi)容之一就是區(qū)域土地利用變化研究[4]。開展土地利用格局變化與預(yù)測研究,了解其成因與機制,是了解人類社會與自然環(huán)境相互關(guān)系的重要途徑。在過去的十幾年中,國內(nèi)外許多學者從不同角度對土地利用與土地覆被變化進行了大量研究[5]。利用遙感與GIS技術(shù)作為數(shù)據(jù)源和技術(shù)支持,從區(qū)域角度分析區(qū)域不同時段土地利用與土地覆被變化是其中重要的研究方向。遙感技術(shù)以其快速、準確、及時、周期性短等優(yōu)點在大中尺度的土地利用/覆蓋變化監(jiān)測中具有明顯的優(yōu)勢[6]。以臺兒莊區(qū)為例,在遙感影像解譯基礎(chǔ)上,進行空間疊加分析,建立土地利用數(shù)據(jù)庫,并結(jié)合統(tǒng)計分析,揭示臺兒莊區(qū)25 a間土地利用動態(tài)變化特征。為了可持續(xù)地利用土地,必須注意加強耕地保護力度,合理控制建設(shè)用地規(guī)模,科學開展城市用地規(guī)劃。

1 研究區(qū)概況

臺兒莊區(qū)為棗莊市轄區(qū),位于山東省的最南部,地處魯蘇交界,素有“山東南大門”之稱,江蘇北屏障,東連沂蒙山,西瀕微山湖,南鄰交通樞紐徐州,北接孔孟之鄉(xiāng)曲阜,戰(zhàn)略位置重要,歷來為兵家必爭之地。全區(qū)總面積約536.5 km2,轄5鎮(zhèn)1街,211個行政村(居),總?cè)丝?0萬人。臺兒莊是震驚中外的臺兒莊大戰(zhàn)發(fā)生地,京杭大運河改道流經(jīng)臺兒莊,“黃金水道”杭運河橫貫全境42 km,常年通航2 000 t級船舶,水上運輸直達揚州、南京、上海、杭州等地區(qū)。

根據(jù)遙感圖像自身的特點和研究區(qū)域的實際情況,將臺兒莊區(qū)土地利用/覆蓋類類劃分為旱田、稻田、居住用地(包括商業(yè)服務(wù)區(qū)、公用設(shè)施、公共建筑、住宅等)、道路、河流、堤壩、水庫、林地以及其它用地9種。

2 數(shù)據(jù)源與技術(shù)路線

2.1 數(shù)據(jù)源

本文采用臺兒莊地區(qū) 1979年的 MSS影像和2004年的TM影像作為主要數(shù)據(jù)源。1979年的影像具有4個波段,分辨率為60 m;2004年的影像具有6個波段、分辨率為30 m。研究區(qū)域內(nèi)沒有云層覆蓋,圖像質(zhì)量良好,能夠滿足研究需要。

2.2 變化監(jiān)測方法

目前基于遙感的土地利用/土地覆蓋變化的信息提取方法主要有分類結(jié)果比較法和地物光譜比較兩大類方法[7]。但由于衛(wèi)星成像時受太陽高度角、衛(wèi)星傾角等條件的不同,使得對于同一地物獲取到的不同時相的遙感影像的灰度值存在較大的差別,因而鑒于本項實驗的現(xiàn)有數(shù)據(jù)和資料,采用地物光譜直接比較的方法可行性不大,而分類后比較的方法則相對來說比較成熟[8]。因此,采用先進行常規(guī)分類后進行比較的方法來進行土地利用/土地覆蓋的變化測量。研究流程和技術(shù)路線如圖1。

3 數(shù)據(jù)處理

3.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

以1∶5萬地形圖為參考,在兩期圖像上分別選取一定數(shù)目的控制點,對影像進行幾何精校正。為了突出圖像中的有用信息,分別對兩期影像做了輻射增強、亮度匹配等增強處理,增強圖像的清晰度,提高遙感圖像的解譯性,還使兩個時期的影像同名地物具有大致相同的亮度特征,有利于建立統(tǒng)一的解譯標志。

圖1 技術(shù)路線流程圖

3.2 土地利用/土地覆蓋信息提取

雖然兩期圖像的分辨率不同,但是提取土地利用/覆蓋信息是在同一比例尺下并保證1979年最小圖斑不丟失的原則下進行,獲取的數(shù)據(jù)具有可比性,能夠滿足研究需要。

圖2 1979年和2004年土地利用/覆蓋信息

在標準假彩色合成圖像中,旱田和林地表現(xiàn)為鮮紅色;稻田由于土壤含水量大,表現(xiàn)為暗紅色,主要分布在研究區(qū)域市區(qū)附近的區(qū)域;居民地和道路表現(xiàn)為白色,其中狹長形狀的為道路;河流表現(xiàn)為深藍色或黑色條帶狀地物;居民地表現(xiàn)為青色,內(nèi)部紋理較雜亂,與河流平行的白色為堤壩;影像中有兩個藍色的小區(qū)域是水庫。根據(jù)以上解譯標志通過屏幕矢量化的方法分別提取兩個時期的土地利用邊界,然后建立拓撲關(guān)系,并給每個圖斑賦予相應(yīng)的土地利用/覆蓋類型屬性,提取結(jié)果如圖2。

3.3 土地利用/覆蓋變化分析

轉(zhuǎn)移矩陣可以有效地表達兩個時期的不同類型之間的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系[9]。

式中:Aij——k時期土地利用/覆蓋類型i轉(zhuǎn)變?yōu)閗+1時期的土地利用/覆蓋類型j的面積。通過空間疊加分析,得到1979-2004年臺兒莊區(qū)土地利用變化轉(zhuǎn)移矩陣,如表1。

由表1可知:自1979-2004年25 a間臺兒莊區(qū)的土地利用/覆蓋狀況發(fā)生了巨大變化,主要表現(xiàn)為:居民地面積變化最大,增加了64.93 km2,比1979年擴大了一倍多,其中旱田、稻田的貢獻率最大;道路的變化率最大,占地面積由1979年的1.54 km2增加至6.24 km2,增加了3倍多;稻田面積減少了48.69 km2,剩余面積僅為1979年的40.34%,其中旱田和居民地的貢獻率最大;林地減少了5.51 km2,占1979年面積的17.27%,主要流向旱田和居民地,由于人工綠化等原因,亦有旱田轉(zhuǎn)換為林地;旱田面積變化不大,但與居民地、稻田、林地、道路等地類之間的相互轉(zhuǎn)換較多。

表1 1979-2004年臺兒莊地區(qū)土地利用面積變化表 km2

4 結(jié)論

本文在解譯遙感影像的基礎(chǔ)上探討了自1979-2004年25 a間臺兒莊區(qū)的土地利用/覆蓋變化情況,研究發(fā)現(xiàn)在研究時段內(nèi),由于社會的發(fā)展,各種行業(yè)的規(guī)模不斷變化,土地利用情況發(fā)生著巨大、復(fù)雜的變化。

(1)由于人口的增長和城市化水平的提高,在20世紀80年代初期城區(qū)向東擴展,90年代以后城區(qū)向西擴張及各村鎮(zhèn)面積擴張,造成了居民地面積變化最大,25 a間擴大了一倍多,其主要來源就是農(nóng)田。

(2)由于經(jīng)濟社會的發(fā)展,交通水平不斷提高,京福高速、206國道等高等級的公路不斷增加,造成道路的變化率最大,占地面積由1979年的1.54 km2增加至6.24 km2,增加了3倍多。

(3)由于居民地占用和運河供水的減少,稻田面積減少了 48.69 km2,剩余面積僅為1979年的40.34%,主要轉(zhuǎn)換為旱田和居民地。

(4)旱田面積變化不大,但與居民地、稻田、林地、道路等地類之間的相互轉(zhuǎn)換較多。水體和堤壩等水工建筑變化不大,林地有所減少,主要流向旱田和居民地。

受研究資料和時間的限制,文中對土地利用變化驅(qū)動力的討論只是進行了定性討論,缺乏社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)之間定量性的相關(guān)分析,由此可能帶來結(jié)論的不確定性,在此方面還需進一步研究。

[1]顧朝林.北京土地利用/覆蓋變化機制研究[J].自然資源學報,1999,14(4):307-312.

[2]TunerⅡB L.Two types of global environmental change:Definitional and spatial issues in their human dimensions[J].Global Environmental Change,1990,1(1):14-22.

[3]Meyer W B,TunerⅡB L.Change Use and Land Cover:A Global Perspective[M].London:Cambridge University Press,1994.

[4]李秀彬.全球環(huán)境變化研究的核心領(lǐng)域:土地利用/土地覆蓋變化的國際研究動向[J].地理學報,1996,5(5):553-558.

[5]沈非,蘇玉燕.近 16年蕪湖市土地利用變化分析[J].安徽師范大學學報,2008,31(1):70-74.

[6]劉樹安,呂帥.地圖文本注記問題的遺傳算法求解[J].控制工程,2007,14(2):129-131.

[7]孫家柄,舒寧,關(guān)澤群.遙感原理、方法與應(yīng)用[M].北京:測繪出版社,1997.

[8]林樂勝,周興東.基于RS的徐州市土地利用/覆蓋動態(tài)變化分析[C]//江蘇省測繪學會2007年會,2007:171-174.

[9]胡光印,董治寶,王文麗,等.近30 a瑪曲縣土地利用/覆蓋變化監(jiān)測[J].中國沙漠,2009,29(3):457-462.