●林明雪 王莉雯 衛(wèi)亞星

基于TM影像的普蘭店市土地利用類型變化研究

●林明雪 王莉雯 衛(wèi)亞星

土地利用分類研究越來越成為全球變化研究的重要內(nèi)容，文章利用2006年和2010年的Landsat TM影像為數(shù)據(jù)源，通過遙感技術(shù)和GIS技術(shù)的運用，對普蘭店地區(qū)進行土地利用動態(tài)變化研究，優(yōu)化了土地利用結(jié)構(gòu)，使土地合理利用與管理，對城市的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻。

土地利用 類型分類 普蘭店市

土地是自然和經(jīng)濟的綜合體，是社會生產(chǎn)重要的資源、資產(chǎn)和生產(chǎn)資料。隨著普蘭店市經(jīng)濟的迅速發(fā)展，人口數(shù)量的不斷增加，人與土地之間的矛盾日益突出，為了對土地資源進行綜合的合理規(guī)劃，對于普蘭店市的土地利用現(xiàn)狀和覆蓋狀況的研究顯得格外重要，同時也能更好地處理經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)資源環(huán)境的矛盾，促進社會的可持續(xù)發(fā)展。

遙感技術(shù)具有宏觀性、實時性、周期性及綜合性等特點，為土地利用進行快速、客觀、準(zhǔn)確的監(jiān)測提供了可能。結(jié)合實際，對監(jiān)測中的一些關(guān)鍵技術(shù)開展研究，不僅有利于遙感監(jiān)測研究的深入，解決監(jiān)測中面臨的一些關(guān)鍵問題，提高監(jiān)測精度，而且對促進遙感監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用，提高土地資源科學(xué)管理水平，具有重要意義。

GIS（Geographical Information System）是一種兼容、存儲、管理、分析、顯示和應(yīng)用地理信息的計算機系統(tǒng)，是分析和處理海量地理數(shù)據(jù)的通用技術(shù)。地理信息系統(tǒng)提供了一種認(rèn)識和理解地理信息的新方式，成為一門處理空間數(shù)據(jù)的學(xué)科。它的基本功能有以下幾個方面：數(shù)據(jù)采集、檢驗與編輯；數(shù)據(jù)格式化、轉(zhuǎn)換、概化；數(shù)據(jù)的存儲與組織；查詢、檢索、統(tǒng)計、計算功能；空間分析和顯示功能。GIS具有較好的查詢、檢索、分析和綜合處理能力，可以滿足土地覆蓋變化研究的需要；同時還可以結(jié)合土地覆蓋變化模型庫進行諸如空間格局分析、緩沖區(qū)分析、空間自相關(guān)分析等土地覆蓋空間分析。引用GIS與遙感技術(shù)，具有主動發(fā)現(xiàn)、方便快捷、現(xiàn)勢性強和數(shù)據(jù)精度高等優(yōu)勢，為土地覆蓋提供廣闊應(yīng)用前景。

本項研究選擇普蘭店市為研究區(qū)，通過利用遙感與地理信息系統(tǒng)技術(shù)對普蘭店近幾年生態(tài)環(huán)境進行動態(tài)研究，對促進普蘭店市經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)和決策方案。

一、數(shù)據(jù)源獲取及預(yù)處理

（一）研究區(qū)概況

普蘭店市位于大連市地理中心，距大連市區(qū)50公里，全市總面積2896平方公里，其中市區(qū)面積39平方公里，耕地面積610平方公里，海岸線65公里。普蘭店市位于東經(jīng)121°50'33"至122°36'15"，北緯39°18'25"至39°59'00"之間，與韓國、日本隔海相望，南接大連，北通沈陽，東西連渤、黃二海，在地理位置上形成了獨特的優(yōu)勢。陸、海、空交通異常發(fā)達，氣候宜人。優(yōu)越的區(qū)位，為經(jīng)濟發(fā)展提供了有利條件。

（二）數(shù)據(jù)源獲取

本次研究的數(shù)據(jù)是Landsat4-5 TM影像（成像時間為2006年8月17日和2010年9月13日），通過利用ENVI 4.8軟件，對兩個時相的影像進行幾何校正、裁剪研究區(qū)范圍和最佳波段選擇等處理。本文選擇TM742的組合方式。圖件資料包括l：5萬普蘭店市地形圖，l：25萬大連市行政區(qū)劃圖。

（三）數(shù)據(jù)預(yù)處理

首先分別把大連市普蘭店市2006年8月17日，2010年9月27日的兩幅遙感圖像導(dǎo)入ENVI軟件，通過對圖像鑲嵌、對已給的行政界線進行剪裁得到研究區(qū)，選用7、4、2波段合成標(biāo)準(zhǔn)假彩色圖像，然后進行目視解譯，分析地物分布特征。

二、研究方法

遙感圖像通過亮度值或像元值的高低差異及空間變化來表示不同地物的差異，這是區(qū)分不同圖像地物的物理基礎(chǔ)。遙感圖像分類就是利用計算機通過對遙感圖像中各類地物的光譜信息和空間信息進行分析，選擇特征，將圖像中每個像元按照某種規(guī)則或算法劃分不同的類別，然后獲得遙感圖像中與實際地物的對應(yīng)信息，從而實現(xiàn)遙感圖像的分類。

（一）分類體系的確定

通過研究普蘭店的土地利用分類系統(tǒng)，我們將普蘭店的土地利用類型分為林地、旱地、城鄉(xiāng)用地、海上養(yǎng)殖、水庫、水田六大類。

遙感的分類方法一般可分為兩種，監(jiān)督分類和非監(jiān)督分類。監(jiān)督分類，又稱“訓(xùn)練分類法”，用被確認(rèn)類別的樣本像元去識別其他未知類別像元的過程。它是先選擇具有代表性的典型試驗區(qū)，用訓(xùn)練區(qū)中已知地面各類地物類型樣本的光譜特征來“訓(xùn)練”計算機，獲得識別各類地物的判別模式或判別函數(shù)，并且此模式或判別函數(shù)對未知地區(qū)的像元進行處理分類，分別歸入到一致的類別，達到自動分類識別的目的。

監(jiān)督分類較非監(jiān)督分類的優(yōu)點可充分利用分類地區(qū)的先驗知識，預(yù)先確定分類的類別，可控制訓(xùn)練樣本的選擇，并可通過反復(fù)檢驗訓(xùn)練樣本，以提高分類精度。本文使用最大似然法進行土地利用類型分類，它是目前應(yīng)用最廣泛的監(jiān)督分類方法，它是通過求出每個像素對于各類別的歸屬概率，把該像素分到歸屬概率最大的類別中去的方法。最大似然法（Maximum Likelihood）：假定每個波段每一類統(tǒng)計呈均勻分布，并計算給定像元屬于特定類別的可能性。除非選擇一個可能性閾值，所有像元都將參與分類。每一個像元被歸到可能性最大的那一類里。

（二）監(jiān)督分類

研究土地利用分類，首先對遙感圖像進行7、4、2假彩色合成，通過目視解譯定義訓(xùn)練樣本，2006年與2010年普蘭店市合成RGB圖像。

然后創(chuàng)建感興趣區(qū)。利用Envi軟件中Basic Tool-Region Of Interest就可以打開ROI TOOL選取采樣點，以ROI文件格式保存，然后執(zhí)行監(jiān)督分類，獲得6種不同顏色地物的遙感分類圖。

（三）各個土地覆蓋類型的提取

將分類好的圖像用envi軟件處理，提取出各個地物的圖像。

三、分類結(jié)果與分析

（一）研究區(qū)土地覆蓋面積變化分析

利用envi軟件統(tǒng)計出兩個時期的各分類土地覆蓋面積及占總面積的比例，同時生成柱狀圖，如表1和圖1所示：

圖1 土地覆蓋柱狀圖

表1 兩個時期各土地覆蓋類型面積統(tǒng)計

由表1和圖1可以看出，普蘭店市的總面積為4761平方公里，2006年普蘭店市各土地覆蓋類型面積大小依次為：旱地＞林地＞城鄉(xiāng)用地＞水庫＞海上養(yǎng)殖＞水田,其中旱地、林地、城鄉(xiāng)用地為普蘭店市的主要土地覆蓋方式，三者總面積占普蘭店市總面積的56.59%，2010年普蘭店市各土地覆蓋類型面積大小依次為：林地＞旱地＞城鄉(xiāng)用地＞海上養(yǎng)殖＞水田＞水庫，面積大小排序發(fā)生了改變，旱地、林地、城鄉(xiāng)用地依然是普蘭店市的主要土地覆蓋方式，三者總面積占普蘭店市總面積的55.16%，從表中可以看出，旱地在2006年覆蓋面積最大，為1196.55平方公里，占總面積的25.13%。林地在2010年覆蓋面積最大，為1146.36平方公里，占總面積的24.07%。

（二）分類精度評價

利用enviConfusionMatrix工具生成圖像Kappa系數(shù)，得到總體分類精度。

2006年總體分類精度Overall Accuracy=(277/281) 98.5765%

Kappa系數(shù)=0.9733

2010年總體分類精度Overall Accuracy=(748/768) 97.3958%

Kappa系數(shù)=0.9601 Kappa值越大，說明分類精度越高。

為了更好地研究土地利用類型的動態(tài)變化，對兩年的分類圖像進行轉(zhuǎn)移矩陣的計算，得到土地覆蓋面積轉(zhuǎn)移矩陣和土地覆蓋轉(zhuǎn)移概率矩陣（表2、表3所示）。

表2 2006年、2010年土地覆蓋面積轉(zhuǎn)移矩陣

表2根據(jù)土地覆蓋面積轉(zhuǎn)移矩陣和土地覆蓋概率轉(zhuǎn)移矩陣，對普蘭店2006年和2010年兩個時間段進行土地覆蓋轉(zhuǎn)移分析。

表3 2006年、2010年土地覆蓋轉(zhuǎn)移概率矩陣

林地轉(zhuǎn)移分析：林地在2006年-2009年主要表現(xiàn)在向城鄉(xiāng)用地、旱地轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移面積分別為217.94km2、181.17km2，轉(zhuǎn)移概率分別為20%、16%，近些年普蘭店市城市化的建設(shè)不斷加快，使許多林地被轉(zhuǎn)移、占用變成了城市建設(shè)的一部分。林地向旱地的轉(zhuǎn)移減少，也說明林地逐漸得到了保護，使生態(tài)環(huán)境得到不斷的改善。

水庫轉(zhuǎn)移分析：水庫在2006年-2009年主要表現(xiàn)在向海上養(yǎng)殖、水田轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移面積分別為4.42km2、2.96km2，轉(zhuǎn)移概率分別為14%、9%，水體的總面積減少了，近年來由于普蘭店市的環(huán)境受到人為或自然干擾，降水減少，由于人口的逐漸增多，水資源的需求逐漸增多，同時林地面積的增大也需要水，濕地造田耗費水資源。另外農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴大，灌溉面積增大，灌溉用水也逐漸增多，普蘭店市需要加大節(jié)水力度，特別是農(nóng)業(yè)灌溉用水，這樣才能保證城市經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

海上養(yǎng)殖轉(zhuǎn)移分析：水體在2006年-2009年主要表現(xiàn)在向水田、水庫轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移面積分別為24.19km2、8.01km2，轉(zhuǎn)移概率分別為24.8%、8%，近年來普蘭店市的海上漁業(yè)也得到大力發(fā)展，出口海內(nèi)外的漁產(chǎn)品供不應(yīng)求。

水田轉(zhuǎn)移分析：水田在2006年-2009年主要表現(xiàn)在向海上養(yǎng)殖、水庫轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移面積分別為6.98km2、3.09km2，轉(zhuǎn)移概率分別為38.7%、17%，海上養(yǎng)殖取代了水稻等農(nóng)作物的種植，普蘭店市沿海經(jīng)濟帶的優(yōu)勢漸漸得到發(fā)揮。

城鄉(xiāng)用地轉(zhuǎn)移分析：水體在2006年-2009年主要表現(xiàn)在向林地、旱地轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移面積分別為58.1km2、22.28km2，轉(zhuǎn)移概率分別為15.6%、6%，城鄉(xiāng)用地向林地的轉(zhuǎn)移是城市綠化率提高的表現(xiàn)。

旱地轉(zhuǎn)移分析：旱地在2006年-2009年主要表現(xiàn)在向林地和城鄉(xiāng)用地轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移面積分別為432.42km2、75.81km2，轉(zhuǎn)移概率分別為36%、6%，旱地的不斷減少，說明普蘭店近幾年大力植樹造林，進行農(nóng)田建設(shè)，提高植被覆蓋率，重視了對生態(tài)環(huán)境的建設(shè)。

四、小結(jié)

本文以普蘭店市為研究區(qū)，利用2006年與2010年的遙感數(shù)據(jù)，結(jié)合GIS技術(shù)與實地調(diào)查研究，對研究區(qū)近年來土地覆蓋動態(tài)變化與原因以及土地合理規(guī)劃進行綜合研究，得到結(jié)論如下：

1.利用遙感與GIS技術(shù)可以快速追蹤土地覆蓋變化過程，利用TM數(shù)據(jù)對普蘭店市進行動態(tài)監(jiān)測是一種有效的方法。

2.總體來看，林地、海上養(yǎng)殖、水田、城鄉(xiāng)用地的比例是增加的，水庫、旱地的比例是減少的。水田由于經(jīng)濟的發(fā)展，不斷向海上養(yǎng)殖轉(zhuǎn)變；旱地也由于退耕還林、環(huán)保政策的實施，大幅度向林地轉(zhuǎn)變；這些都是良好的發(fā)展趨勢，這些一方面是為了保持土地的平衡，一方面也促進經(jīng)濟的繁榮。

3.普蘭店市的土地覆蓋變化包括人類活動和自然因素，其中人類活動是主導(dǎo)因素，我們應(yīng)該維系人口資源與經(jīng)濟發(fā)展的和諧關(guān)系，加強耕地保護，促進環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

[1]鄧飚，郭華東.基于TM影像的南旺湖地區(qū)土地利用變化監(jiān)測[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009(12)

[2]王麗娟,馮仲科,房媛，等.TM影像在長春市土地利用分類研究中的應(yīng)用[J].河北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010(1)

[3]Turner IIB L;Clark W C;Kates R W The earth as transformed by human action:global and regional change in the biosphere over the past 300 years 1990

[4]周翔，林輝.株洲市土地覆蓋遙感動態(tài)變化研究[D].長沙：中南林業(yè)科技大學(xué)，2008

[5]鄧樹彬.ENVI遙感圖像處理方法[M].北京：科學(xué)出版社，2010

[6]呂國楷，洪啟旺，郝允充，等.遙感概論[M].修訂版.北京：高等教育出版社，1997

[7]梅安新，彭望淥，秦其明.遙感導(dǎo)論[M].北京：高等教育出版社，2001

（作者單位：林明雪,遼寧師范大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院；王莉雯，衛(wèi)亞星,遼寧師范大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院,自然地理與空間信息科學(xué)遼寧省重點實驗室 遼寧大連 116021）

（責(zé)編:賈偉）

F127

A

1004-4914(2014)07-182-03

國家自然科學(xué)基金項目(項目編號：41271421)]