國巧真，蔣衛(wèi)國，王志恒

(1.天津城建大學(xué) 地質(zhì)與測繪學(xué)院，天津 300384；2.北京師范大學(xué) 環(huán)境演變與自然災(zāi)害教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100875)

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高速鐵路對周邊區(qū)域土地利用時(shí)空變化的影響

國巧真1，蔣衛(wèi)國2，王志恒1

(1.天津城建大學(xué) 地質(zhì)與測繪學(xué)院，天津 300384；2.北京師范大學(xué) 環(huán)境演變與自然災(zāi)害教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100875)

為了獲得高速鐵路對土地利用變化的影響情況，以京津城際高速鐵路為例，基于RS和GIS技術(shù)，以2003年、2009年、2013年3期遙感數(shù)據(jù)(TM和OLI)和鐵路矢量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，從整體和局部研究近10年來京津城際沿線區(qū)域的土地利用時(shí)空動態(tài)變化。首先，采用分層提取法對圖像進(jìn)行解譯，將土地利用類型分為5種，分別是居民地、水域、耕地、林地和未利用地；其次，從整體上分析了土地利用變化幅度、動態(tài)度、分形維數(shù)、多樣性和破碎度；最后，建立緩沖區(qū)半徑為1 km間隔的20個(gè)緩沖區(qū)，從局部分析通州-武清段土地利用動態(tài)變化情況，分析緩沖距離與土地利用變化的相互關(guān)系。結(jié)果表明：京津城際鐵路周邊最主要的土地利用類型為耕地，從2003—2013年一直在減少，形狀越來越規(guī)則，而隨著居民地不斷增加，動態(tài)度在2009—2013年大于2003—2009年，破碎度指數(shù)呈下降趨勢，景觀多樣性指數(shù)呈遞增趨勢。從總體上看，離鐵路距離越近的緩沖區(qū)，土地利用的變化幅度越大。

管理工程；高速鐵路；遙感；時(shí)空變化；土地利用

0 引 言

土地利用變化是人類活動(如道路網(wǎng)發(fā)展)的結(jié)果[1-3]，此研究已經(jīng)成為國內(nèi)外熱點(diǎn)話題[4-7]。土地利用時(shí)空變化表現(xiàn)為從“時(shí)間過程”、“空間格局”到“時(shí)空動態(tài)”不斷演變過程[8]。確定主要成因、估計(jì)土地利用變化的過程和趨勢對于土地利用規(guī)劃、區(qū)域資源與環(huán)境的利用和管理是至關(guān)重要的[9]。

近20年來，我國高速鐵路得到了迅猛的發(fā)展，就其高速鐵路運(yùn)營里程我國現(xiàn)已經(jīng)躍居世界之首，同時(shí)也創(chuàng)造了世界的中國高鐵品牌，在這些輝煌的業(yè)績背后國家的付出也很大，其中一部分就是高速鐵路的建設(shè)施工對沿線周邊生態(tài)環(huán)境的破壞和影響。鐵路工程建設(shè)屬于路域工程，施工周期長，跨度空間大，對周邊的土石方利用也大，沿線破壞環(huán)境嚴(yán)重，主要表現(xiàn)在占用耕地[10]、建筑物的拆遷與重建、流經(jīng)水域的阻隔變化、樹木砍伐、植被破壞，使高速鐵路路域土地利用格局結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，同時(shí)高速鐵路的建設(shè)會因?yàn)槠茐脑瓉淼耐恋馗窬侄a(chǎn)生新的未利用地的出現(xiàn)，或者一些無法恢復(fù)土地的存在，進(jìn)而由此引發(fā)嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問題，尤其對生態(tài)薄弱的路域區(qū)域的影響更大，并且破壞后恢復(fù)難度比較大。隨著土地利用變化研究越來越深入，景觀格局分析方法已被廣泛引入到土地利用變化研究中，土地利用變化影響地表的景觀變化過程和格局[11-14]，高速鐵路周邊生態(tài)環(huán)境的變化很大程度主要來自于土地利用覆蓋變化，交通干線引起的景觀破碎化和結(jié)構(gòu)變化受到極大關(guān)注[15-17]。結(jié)合遙感技術(shù)對高速鐵路沿線周邊土地利用時(shí)空變化的分析可以直觀地反映出具體變化情況。

現(xiàn)有研究主要集中在發(fā)達(dá)國家高鐵對城市空間結(jié)構(gòu)演化的作用等方面。中國高鐵的大規(guī)模建設(shè)還處于城市化加速發(fā)展期，對中國城市郊區(qū)化的影響較為顯著和復(fù)雜，而目前對城際高鐵周邊土地利用時(shí)空變化缺乏系統(tǒng)性研究。因此，有必要針對中國高鐵時(shí)代的特殊性進(jìn)一步深化和完善高鐵對城市郊區(qū)化影響的相關(guān)研究[18]。筆者以京津城際高鐵為研究對象，利用3期遙感影像，采用空間分析方法，從整體和局部分析近10年來京津城際鐵路周邊地區(qū)土地利用的時(shí)空動態(tài)變化特征，從土地利用角度對京津城際鐵路周邊影響進(jìn)行研究，為今后鐵路系統(tǒng)的規(guī)劃建設(shè)提供借鑒。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)源

1.1 研究區(qū)概況

京津城際鐵路是我國第1條高速鐵路，工程于2005年7月4日開工建設(shè)，2008年8月1日正式運(yùn)營，是北京、天津的連接紐帶。京津高速鐵路沿線位置如圖1。

京津城際鐵路由北京南站東端引出，沿既有京山線向東，過亦莊工業(yè)園區(qū)、永樂新城至天津楊村后，沿既有京山線北側(cè)至天津站，線路全長120 km。京津城際動車組運(yùn)行時(shí)速350 km/h，全程運(yùn)行時(shí)間30 min[19]。京津城際高速鐵路線路經(jīng)過地區(qū)屬暖溫帶亞濕潤氣候區(qū)，地貌主要為沖洪積平原和沖積平原，地形平坦開闊，地勢由西北向東南緩傾，河渠縱橫，海拔高程由北京的46 m左右逐漸下降到天津的1 m左右，北京、天津市區(qū)范圍內(nèi)線路兩側(cè)建筑物密布。京津城際動車組加速了北京和天津的經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展、推進(jìn)了北京與天津的同城化和一體化進(jìn)程、提升了京津冀乃至環(huán)渤海地區(qū)的區(qū)域經(jīng)濟(jì)地位。

圖1 京津城際高速鐵路沿線位置

1.2 數(shù)據(jù)源及預(yù)處理

多源、多時(shí)相遙感數(shù)據(jù)能夠?yàn)槌请H鐵路周邊土地利用動態(tài)變化監(jiān)測提供有效的數(shù)據(jù)源。筆者以2003年和2009年的Landsat TM影像數(shù)據(jù)、2013年的Landsat OLI數(shù)據(jù)、鐵路矢量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，遙感數(shù)據(jù)選擇所在地區(qū)含云量小于10%的影像。對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，主要包括校正、鑲嵌、裁剪。首先將數(shù)據(jù)進(jìn)行輻射糾正；然后將3期圖像進(jìn)行幾何校正，采用二次多項(xiàng)式，共選取6個(gè)控制點(diǎn)，2個(gè)檢查點(diǎn)，幾何校正誤差控制在0.5個(gè)像元以內(nèi)，TM圖像重采樣為30 m，OLI重采樣為15 m，圖像均采用WGS-84-UTM-50N投影；接下來進(jìn)行多幅影像鑲嵌；最后裁剪出研究區(qū)域。

2 研究方法

2.1 土地利用信息提取方法

根據(jù)土地分類系統(tǒng)分類原則與研究區(qū)的實(shí)際情況，將土地利用劃分為5種類型，包括居民地、水域、耕地、林地和未利用地。居民地主要是指居民住宅建筑物、城市建設(shè)建筑物、道路基礎(chǔ)設(shè)施建筑物、也包含工業(yè)、國防和名勝古跡等用地，其中包括內(nèi)部交通。水域主要是指研究區(qū)域內(nèi)陸地水域、海域、溝渠水域、水利建筑物等水域。耕地主要指種植農(nóng)作物的土地，包括新開發(fā)、復(fù)墾、恢復(fù)性用地、閑置用地，以種植農(nóng)作物為主，間有零星果樹或其它樹木的土地。林地主要是指生長喬木、灌木的用地。未利用地主要是指在研究區(qū)域內(nèi)當(dāng)前尚未開發(fā)利用的土地和難以開發(fā)利用的土地，包括研究區(qū)內(nèi)的采礦區(qū)塌陷地、建筑工地取土坑地、祼露的山地和城市未開發(fā)地。采用分層提取法對土地利用信息進(jìn)行提取，首先從分類圖中提取水域，將水域圖像轉(zhuǎn)為矢量格式，切出水域；然后利用NDVI[20]得到植被層，再將植被層分為耕地和林地；接下來利用NDBI得到建設(shè)用地，再將建設(shè)用地分為居民地和未利用地；最后將5層分類圖進(jìn)行合并，進(jìn)行分類后處理，得到土地利用圖(圖2)。對3期土地利用圖進(jìn)行精度評價(jià)，2003年影像數(shù)據(jù)總的分類精度為91.67%，kappa指數(shù)為0.837 8，2009年影像數(shù)據(jù)總的分類精度為91.25%，kappa指數(shù)為0.826 6；2013年影像數(shù)據(jù)總的分類精度為88.75%，kappa指數(shù)為0.785 1。

圖2 京津城際高速鐵路20 km緩沖區(qū)內(nèi)土地利用分布

2.2 土地利用時(shí)空變化分析方法

本研究選取土地利用變化幅度、單一土地利用類型動態(tài)度、綜合土地利用類型動態(tài)度、分形維數(shù)、景觀多樣性指數(shù)、破碎度指數(shù)，進(jìn)行土地利用時(shí)空變化分析。

2.2.1 土地利用變化幅度分析

土地利用變化幅度主要是指不同時(shí)期土地面積的變化，體現(xiàn)在不同土地利用類型的總量變化上，其表達(dá)式為：

ΔU=Ub-Ua

(1)

式中：Ub，Ua分別代表研究末期和研究初期某種土地類型的面積。

2.2.2 單一土地利用類型動態(tài)度

單一土地利用類型動態(tài)度是衡量單一種土地利用類型動態(tài)變化指標(biāo)，是研究區(qū)域在一定時(shí)間范圍內(nèi)某種土地利用類型的數(shù)量變化情況，其表達(dá)式為[21]：

(2)

式中：Ub為研究末期某種土地類型的面積；Ua為研究初期某種土地類型的面積；T為研究期時(shí)段長；R為研究時(shí)段內(nèi)單一土地利用類型動態(tài)度。

當(dāng)T是時(shí)段設(shè)為年時(shí)，R的值就成為該研究區(qū)某種土地利用類型年變化率。

2.2.3 綜合土地利用類型動態(tài)度

綜合土地利用類型動態(tài)度是反映某一研究區(qū)一定時(shí)間內(nèi)綜合土地利用類型數(shù)量變化程度指標(biāo)。其表達(dá)式為：

(3)

式中：LUi為監(jiān)測起始時(shí)間第i類土地利用類型面積；ΔLUi→j為監(jiān)測時(shí)段第i類土地利用類型轉(zhuǎn)變?yōu)榉莍類土地利用類型面積的絕對值；T為監(jiān)測時(shí)段長，當(dāng)T設(shè)定為年時(shí)，LC的值就是該研究區(qū)域土地利用年綜合變化率。

2.2.4 分形維數(shù)

采用周長與面積的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行計(jì)算，描述其核心面積的大小及其邊界線的曲折性，公式為[22]：

PAFRAC=

(4)

式中：pij為第i景觀類型第j個(gè)斑塊周長；aij為第i景觀類型第j個(gè)斑塊面積；m為景觀類型總數(shù)；n為景觀斑塊總數(shù)；PAFRAC為景觀類型的分形維數(shù)，此分形維數(shù)值越大，景觀形狀越復(fù)雜。

2.2.5 多樣性指數(shù)

多樣性指數(shù)是基于信息論基礎(chǔ)之上，用來測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)支撐復(fù)雜程度的景觀水平指數(shù)。在此采用Shannon指數(shù)來表示，其公式如式(5)：

(5)

式中：m為景觀元素?cái)?shù)目；Pk為第k類景觀元素所占的面積比例。

2.2.6 破碎度指數(shù)

景觀破碎化能夠反映景觀被割裂的破碎程度，它在一定范圍內(nèi)反映了人為活動對景觀的干擾程度，也是景觀異質(zhì)性的一個(gè)重要組成，其公式如下：

(6)

式中：Ci為景觀類型i的景觀碎度；Ai為研究區(qū)景觀類型i的景觀總面積，km2；Ni為景觀類型i的斑塊數(shù)，個(gè)。

3 周邊土地利用動態(tài)變化分析

3.1 整體土地利用動態(tài)變化及動態(tài)度分析

3.1.1 土地利用變化幅度分析

根據(jù)研究區(qū)土地利用遙感解譯結(jié)果，統(tǒng)計(jì)分析出京津城際周邊20km緩沖區(qū)土地利用變化，如表1。由表1可以看出，2003年和2013年京津城際周邊水域和未利用地變化均不是很明顯；居民地變化最大，隨著年份的增加面積呈遞增趨勢，2003年居民地面積為149 567hm2，占研究區(qū)總面積的25.51%，10年內(nèi)增加了57 912hm2，比例增加9.88%。水域和林地逐漸增加，水域僅增加了2 419hm2，林地增加了0.49%；耕地和未利用地呈減少趨勢，其中耕地減少最多，從2003年的404 620hm2下降為343 043hm2，減少了61 577hm2；未利用地減少了1 590hm2。

表1 京津城際鐵路20 km緩沖區(qū)內(nèi)土地利用變化

3.1.2 土地利用動態(tài)度分析

為了研究城際高鐵周邊土地利用類型變化特征，采用單一土地利用類型動態(tài)度進(jìn)行分析。根據(jù)式(2)，計(jì)算京津高速鐵路單一土地利用類型動態(tài)指數(shù)，得到土地利用動態(tài)變化的快慢程度，如圖3。

圖3 近10年京津城際高鐵土地利用動態(tài)度

從圖3可以看出：2003—2013年，居民地、水域和林地土地利用動態(tài)度為正值，表示其面積增加，動態(tài)度分別為3.87%，1.06%和4.38%，耕地和未利用地土地利用動態(tài)度為負(fù)值，表示其面積在減少，耕地和未利用地動態(tài)度分別為-1.52%和-5.50%。居民地的動態(tài)度在2009—2013年間>2003—2009年間；水域持續(xù)增加動態(tài)度為0.21%和2.31%；耕地在兩個(gè)時(shí)期持續(xù)減少，動態(tài)度分別為-1.30%和-2.01%；林地的動態(tài)變化主要發(fā)生在2003—2009年間；未利用地兩個(gè)時(shí)期都在逐漸減少，動態(tài)度分別為-7.26%和-5.06%。

3.1.3 景觀分形維數(shù)分析

根據(jù)式(4)，計(jì)算鐵路周邊區(qū)域分形維數(shù)，如圖4。由圖4可知：從時(shí)間上來看，居民地和水域分形維數(shù)先增加后減少，形狀變得規(guī)則。耕地一直在減少，形狀越來越規(guī)則，轉(zhuǎn)變過程中同時(shí)受到自然、人為等各種因素的影響。林地和未利用地均為先減少后增加，形狀先變簡單然后變得復(fù)雜。

圖4 景觀分形維數(shù)指數(shù)

3.1.4 景觀多樣性分析

根據(jù)式(5)計(jì)算鐵路周邊區(qū)域多樣性指數(shù)，2003、2009、2013年為0.806 4，0.854 6，0.895 6，可見，2003—2013年景觀多樣性指數(shù)呈遞增趨勢，表明鐵路周邊區(qū)域受自然干擾和人類活動增多。由于耕地面積的大幅度減少，城市擴(kuò)張不斷開發(fā)未利用地、耕地等土地資源，受人類活動影響較大，導(dǎo)致景觀類型的多樣性。

3.1.5 景觀破碎度分析

根據(jù)式(6)計(jì)算鐵路周邊區(qū)域破碎度指數(shù)，如圖5。從圖5可以看出：景觀類型中破碎度指數(shù)呈上升趨勢的為耕地和未利用地，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，未利用地不斷被開發(fā)、分割，受人為因素的干擾，使其破碎度指數(shù)上升；居民地破碎度指數(shù)呈下降趨勢；水域和林地均為先減少后增加。

圖5 景觀破碎度指數(shù)

3.2 緩沖區(qū)土地利用動態(tài)變化及動態(tài)度分析

3.2.1 緩沖區(qū)土地利用動態(tài)變化分析

為了獲得城際高鐵對各種土地利用類型的影響，更準(zhǔn)確地分析緩沖區(qū)與土地利用動態(tài)度的相關(guān)關(guān)系，選取通州-武清段區(qū)域進(jìn)行研究，以鐵路為中心建立20個(gè)緩沖區(qū)，每條緩沖區(qū)半徑為1 km，統(tǒng)計(jì)分析不同緩沖區(qū)內(nèi)的土地利用類型變化情況。對土地利用變化取絕對值，得到不同緩沖區(qū)土地利用類型的面積變化量，2003—2009年和2003—2013年土地利用與緩沖區(qū)相關(guān)關(guān)系見圖6。

圖6 通州-武清段土地利用變化與緩沖區(qū)相關(guān)關(guān)系

從圖6可以看出，在2003—2009年間，居民地在6 km緩沖區(qū)變化量最大，耕地在9 km緩沖區(qū)變化量最大；在2003—2013年間，居民地和耕地在9 km緩沖區(qū)變化量最大。近年來武清實(shí)施城市化為主導(dǎo)的率先發(fā)展戰(zhàn)略，不斷加快農(nóng)村城鎮(zhèn)化建設(shè)進(jìn)程，居民地變化較快。城際高鐵對土地利用是一種線性切割過程，建成前后沿線不同緩沖區(qū)范圍內(nèi)土地利用變化量不同，隨著緩沖距離增加，對居民地這種土地利用類型變化影響逐漸減小。

3.2.2 緩沖區(qū)單一土地利用動態(tài)度分析

通過計(jì)算20個(gè)緩沖區(qū)兩種土地利用類型的動態(tài)度，得到居民地和耕地動態(tài)度與緩沖距離的關(guān)系，如圖7。從圖7可以看出，2003—2009年居民地和耕地動態(tài)度變化趨勢是一致的，隨著距離增大，動態(tài)度先增加后減小，表明了城際鐵路對居民地和耕地兩種土地利用類型的軸狀影響。

圖7 通州-武清段緩沖區(qū)居民地、耕地的動態(tài)度與距離的關(guān)系

3.2.3 緩沖區(qū)綜合土地利用動態(tài)度分析

通過對通州-武清段從2003—2013年緩沖區(qū)綜合動態(tài)度與距離的關(guān)系的分析，發(fā)現(xiàn)在15 km范圍內(nèi)的影響還是比較大的，所以只考慮15 km以內(nèi)的綜合動態(tài)度與距離的關(guān)系，如圖8。從圖8可以看出，緩沖區(qū)1～2 km范圍內(nèi)的綜合動態(tài)度最大，為0.872 2%，總體上緩沖區(qū)綜合土地利用動態(tài)度隨著距離的增大呈減少趨勢，在2 km范圍內(nèi)，綜合土地利用動態(tài)度增加，在2～15 km范圍內(nèi)，綜合土地利用動態(tài)度呈現(xiàn)小幅度振動狀態(tài)。表明鐵路的聚集和輻射作用較強(qiáng)，周邊土地利用變化呈線狀格局。

圖8 通州-武清段年緩沖區(qū)綜合土地利用動態(tài)度與距離的關(guān)系

4 結(jié) 論

筆者以京津城際高速鐵路為研究對象，利用RS和GIS技術(shù)方法，分析了京津城際鐵路建成運(yùn)營前后近10年來對周邊土地利用時(shí)空變化的影響，可以得到以下結(jié)論：

1) 耕地是京津城際鐵路周邊最主要的土地利用類型，2013年面積所占比例為58.51%；其次為居民地，比例為35.39%；第三為水域、林地和未利用地，比例分別為4.29%，1.59%和0.22%。2003—2009年研究區(qū)居民地、水域和林地分別增加了30 596，293，1 940 hm2，耕地和未利用地分別減少了31 570和1 259 hm2。2003—2013年，居民地面積增加了57 912 hm2；耕地和未利用地面積持續(xù)減少，其中耕地共減少61 577 hm2。2009—2013年居民地的動態(tài)度大于2003—2009年的。

2) 選取分形維數(shù)、多樣性指數(shù)、破碎度指數(shù)對研究區(qū)進(jìn)行景觀格局度量和分析。居民地和水域分形維數(shù)先增加后減少，形狀變得規(guī)則。耕地一直在減少，形狀越來越規(guī)則。林地和未利用地均為先減少后增加，形狀先變簡單然后變得復(fù)雜。景觀多樣性指數(shù)呈遞增趨勢。景觀類型中耕地和未利用地破碎度指數(shù)呈上升趨勢，居民地破碎度指數(shù)呈下降趨勢，水域和林地均為先減少后增加。

3) 以鐵路為中心按間隔1 km做了20個(gè)緩沖區(qū)，可以反映出距離鐵路不同距離區(qū)域的土地利用變化?？傮w上，離鐵路距離越近的緩沖區(qū)，土地利用的變化幅度越大，反之亦然。2003—2009年，居民地在6 km緩沖區(qū)變化量最大，耕地在9 km緩沖區(qū)變化量最大；2003—2013年，居民地和耕地在9 km緩沖區(qū)變化量最大。通過分析京津城際鐵路2003—2009年緩沖區(qū)居民地、耕地的動態(tài)度與距離的關(guān)系，得出城際鐵路對兩種土地利用類型的軸狀影響。說明城際高鐵對土地利用是一種線性切割過程，建成前后沿線不同緩沖區(qū)范圍內(nèi)土地利用變化量不同，隨著緩沖距離增加，對居民地這種土地利用類型變化影響逐漸減小。

[1] Patarasuk R,Binford M W.Longitudinal analysis of the road network development and land-cover change in Lop Buri province,Thailand,1989—2006 [J].Applied Geography,2012,32:228-239.

[2] Geist H J,Lambin E F.Proximate causes and underlying driving forces of tropical deforestation tropical forests are disappearing as the result of many pressures,both local and regional,acting in various combinations in different geographical locations [J].Bio Science,2002,52(2):143-150.

[3] Dewan A M,Yamaguchi Y.Using remote sensing and GIS to detect and monitor land use and land cover change in Dhaka Metropolitan of Bangladesh during 1960—2005 [J].Environment Monit Assess,2009,150(1/4):237-249.

[4] Guo L Y,Wang D L,Qiu J J,et al.Spatio-temporal patterns of land use change along the Bohai rim in China during 1985—2005 [J].Journal of Geographical Sciences,2009,19(5):568-576.

[5] Seto K C,Shepherd J M.Global urban land-use trends and climate impacts[J].Current Opinion in Environmental Sustainability,2009,1 (1):89-95.

[6] 楊靜,莊家堯,張金池.基于RS和GIS的徐州市20年間土地利用變化研究 [J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2013,37(2):85-91. Yang Jing,Zhuang Jiayao,Zhang Jinchi.Study on the change of land use in the Xuzhou city based on RS and GIS [J].Journal of Nanjing Forestry University:Natural Science,2013,37(2):85-91.

[7] PHAM Thimai,牟鳳云,TRAN Phongvu.越南Ha Noi市土地利用變化分析 [J].重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2012,31(1):144-148. PHAM Thimai,Mu Fengyun,TRAN Phongvu.Land use change of different Districts in Ha Noi City,Vietnam [J].Journal of Chongqing Jiaotong University:Natural Science,2012,31(1):144-148.

[8] 龔文峰,袁力,范文義.基于地形梯度的哈爾濱市土地利用格局變化分析 [J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2013,29(2):250-259. Gong Wenfeng,Yuan Li,Fan Wenyi.Analysis on land use pattern changes in Harbin based on terrain gradient [J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering,2013,29(2):250-259.

[9] Zhao Ruifeng,Chen Yaning,Shi Peiji.Land use and land cover change and driving mechanism in the arid inland river basin:a case study of Tarim River,Xinjiang,China [J].Environment Earth Science,2013,68(2):591-604.

[10] 朱會義,李秀彬,何書金,等.環(huán)渤海地區(qū)土地利用的時(shí)空變化分析 [J].地理學(xué)報(bào),2001,56(3):253-260. Zhu Huiyi,Li Xiubin,He Shujin,et al.Spatio-temporal change of land use in Bohai rim [J].Acta Geographica Sinica,2001,56(3):253-260.

[11] 崔曉偉,張磊,朱亮,等.三峽庫區(qū)開縣蓄水前后景觀格局變化特征 [J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2012,28(4):227-234. Cui Xiaowei,Zhang Lei,Zhu Liang,et al.Changes of landscape pattern and its characteristics in Kaixian county before and after impoundment of Three Gorges Dam Projects [J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering,2012,28(4):227-234.

[12] 趙峰,鞠洪波,劉華,等.基于生態(tài)工程區(qū)的土地利用變化和景觀格局分析——以內(nèi)蒙古達(dá)拉特旗為例 [J].西北林學(xué)院學(xué)報(bào),2010,25(1):216-220. Zhao Feng,Ju Hongbo,Liu Hua,et al.Land-use changes and landscape analysis in the of ecological project region——a case study in Dalate County [J].Journal of Northwest Forestry University,2010,25(1):216-220.

[13] 吳莉,侯西勇,徐新良,等.山東沿海地區(qū)土地利用和景觀格局變化 [J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2013,29(5):207-216. Wu Li,Hou Xiyong,Xu Xinliang,et al.Land use and landscape pattern changes in coastal areas of Shandong province,China [J] .Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering,2013,29(5):207-216.

[14] 馮雪銘,李晶,張東海,等.關(guān)中-天水經(jīng)濟(jì)區(qū)土地利用/覆被變化與景觀格局 [J].水土保持通報(bào),2013,33(1):134-138. Feng Xueming,Li Jing,Zhang Donghai,et al.Land use/cover change and ecological landscape pattern in Guanzhong-Tianshui economic zone [J].Bulletin of Soil and Water Conservation,2013,33(1):134-138.

[15] 張鐿鋰,閻建忠,劉林山,等.青藏公路對區(qū)域土地利用和景觀格局的影響——以格爾木至唐古拉山段為例 [J].地理學(xué)報(bào),2002,57(3):253-266. Zhang Yili,Yan Jianzhong,Liu Linshan,et al.Impact of Qinghai-Xizang highway on land use and landscape pattern change:from Golmud to Tanggulashan pass [J].Acta Geographica Sinica,2002,57(3):253-266.

[16] Li T,Shilling F,Thorne J,et al.Fragmentation of China’s landscape by roads and urban areas [J].Landscape Ecol,2010,25(6):839-853.

[17] McGarigal K,Romme W H,Crist M,et al.Cumulative effects of roads and logging on landscape structure in the San Juan Mountains,Colorado (USA) [J].Landscape Ecology,2001,16(4):327-349.

[18] 于濤,陳昭,朱鵬宇.高鐵驅(qū)動中國城市郊區(qū)化的特征與機(jī)制研究——以京滬高鐵為例 [J].地理科學(xué),2012,32(9):1041-1046. Yu Tao,Chen Zhao,Zhu Pengyu.Characteristics and mechanism of high speed rail-driven suburbanization in China:a case study of Beijing-Shanghai high-speed rail [J].Scientia Geographica Sinica,2012,32(9):1041-1046.

[19] 牛萬春,董書慧.京津城際高鐵的經(jīng)驗(yàn)及效應(yīng)分析[J].中國城市經(jīng)濟(jì),2011(11):12-13. Niu Wanchun,Dong Shuhui.Experience and effect analysis of Beijing-Tianjin intercity high-speed railway [J].China Urban Economy,2011(11):12-13.

[20] Rouse J W,Haas R H,Schell J A,et al.Monitoring vegetation systems in the Great Plains with ERTS [C]//Third Earth Resources Technology Satellite-1 Symposium-Volume I:Technical Presentations.Washington D.C.:NASA,1974:309-317.

[21] 王秀蘭,包玉海.土地利用動態(tài)變化研究方法探討 [J].地理科學(xué)進(jìn)展,1999,18(1):81-87. Wang Xiulan,Bao Yuhai.Study on the methods of land use dynamic change research [J].Progress in Geography,1999,18(1):81-87.

[22] 吳麗娟,周亮,王新杰,等.北京城市綠地系統(tǒng)景觀多樣性分析 [J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2007,29(2):88-93. Wu Lijuan,Zhou Liang,Wang Xinjie,et al.Landscape diversity of urban greenland system in Beijing [J].Journal of Beijing Forestry University,2007,29(2):88-93.

Effect of High-Speed Railway on the Spatial-Temporal Changes of Surrounding Area Land Use

Guo Qiaozhen1, Jiang Weiguo2, Wang Zhiheng1

(1. School of Geology & Geomatics, Tianjin Chengjian University, Tianjin 300384, China;2. Key Laboratory of Environmental Change & Natural Disaster, Beijing Normal University, Beijing 100875, China)

In order to gain the changes in land use induced by the construction of the high-speed railway, an analysis of temporal and spatial dynamic changes of land use along the Beijing-Tianjin intercity high-speed railway during the past 10 years was studied in global and local angle as an example. The analysis was based on RS and GIS technology, and three sets of remote sensing data from 2003, 2009, 2013 (TM and OLI) and railway vector data were used. First, the image was interpreted by layered extraction method to divide land use types into 5 categories including residential area, waters, farmland, forestland, and unused land. Then, the change amplitude, dynamic degree, fractal dimension, diversity and fragmentation degree of land use were analyzed in a global sense. Finally, 20 buffer areas with the radius of 1 km were established, and the dynamic change of land use in Tongzhou-Wuqing segment was analyzed locally, and the correlation between land use variation and the buffer area was analyzed.The results showed that the main land use type was farmland in the ambitus of the Beijing-Tianjin intercity high-speed railway. The number of the farmland decreased from 2003 to 2013, and the shape became more regularly. However, the residential area increased continuously.Its dynamic degree raised from 2009 to 2013 compared with the period from 2003 to 2009, and its fragmentation degreewas in a decline trend. The landscape diversity index increased progressively. In general, the closer the distance between buffer area and railway was, the larger the change amplitude of land use was.

management engineering; high-speed railway; remote sensing; spatial-temporal change; land use

10.3969/j.issn.1674-0696.2015.04.26

2013-12-23；

2014-04-09

天津市自然科學(xué)基金項(xiàng)目(13JCQNJC08600)

國巧真(1979—)，女，河北武邑人，副教授，博士，碩士生導(dǎo)師，主要從事資源與環(huán)境遙感監(jiān)測方面的研究。E-mail: gqiaozhen@tcu.edu.cn。

TP79；U29

A

1674-0696(2015)04-133-07