李軍　張維

摘 要：基于多期Landsat遙感影像，采用最大似然監(jiān)督分類方法進(jìn)行長沙市土地利用分類解譯，利用土地利用類型面積占比、土地利用動態(tài)度指標(biāo)對1994—2018年長沙市土地利用變化進(jìn)行定量分析。結(jié)果表明：研究期間，長沙市土地利用發(fā)生了較大變化，建設(shè)用地持續(xù)增加，2009—2013年增長最為顯著。長沙市土地利用變化和城市化發(fā)展水平呈顯著線性相關(guān)，快速的城市化發(fā)展水平導(dǎo)致建設(shè)用地增加，農(nóng)用地減少。

關(guān)鍵詞：土地利用變化;城市化;Landsat;長沙市

中圖分類號：F301.24 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）25-0140-03

The Land Use Cover Change of Changsha in the Process of Urbanization

LI Jun1 ZHANG Wei2

（1. Changsha Land Surveying and Mapping Institute，Changsha Hunan 410000;2.College of Municipal and Mapping Engineering， Hunan City University，Yiyang Hunan 413000）

Abstract： Based on multi-stage Landsat remote sensing images， the maximum likelihood supervised classification method was used to interpret the land use classification of Changsha City， and the land use type area proportion and land use dynamic index are used to make quantitative analysis on the land use change of Changsha City from 1994 to 2018. The results show that： during the study period， the land use in Changsha has changed a lot， and the construction land continues to increase， with the most significant increase from 2009 to 2013. There is a significant linear correlation between land use change and urbanization development level in Changsha. Rapid urbanization development level leads to the increase of construction land and decrease of agricultural land.

Keywords： LUCC;urbanization;Landsat;Changsha city

隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程不斷加快，我國土地利用發(fā)生了巨大變化，實時掌握城市土地利用變化情況，才能為城市土地利用的有效改善和城市空間的合理擴(kuò)展提供充足依據(jù)[1]。Landsat遙感數(shù)據(jù)以其較高的數(shù)據(jù)質(zhì)量、適中的分辨率、免費(fèi)的數(shù)據(jù)資源在陸地資源調(diào)查和環(huán)境監(jiān)測等方面占據(jù)著重要地位[2]。利用多時序Landsat遙感數(shù)據(jù)可實時、快速獲取大范圍區(qū)域土地利用信息，從而為分析土地變化特征提供數(shù)據(jù)支撐[3]。在城市景觀分析、城市土地利用分析等方面，國內(nèi)外眾多學(xué)者利用多源遙感數(shù)據(jù)，結(jié)合目視解譯、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、最大似然法等分類方法進(jìn)行了土地利用信息提取[4-6]。本文利用多期Landsat遙感影像，采用計算機(jī)解譯方法提取長沙市1994—2018年的土地利用類型信息，分析長沙市土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)變化特征，研究城市化進(jìn)程與土地利用變化的相互關(guān)系，為長沙市土地利用調(diào)控提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)處理

1.1 研究區(qū)概況

長沙市位于湖南省東部偏北，湘江下游和長沙盆地西緣（27°51′～28°41′N，111°53′～114°15′E），平均海拔44.9m，西、南、北為山地，東北部是崗地，東南部以丘陵為主。下轄9個區(qū)縣，2018年常住人口815.47萬人，地區(qū)生產(chǎn)總值11 003.41億元。長沙市分區(qū)圖如圖1所示。

1.2 數(shù)據(jù)與預(yù)處理

1.2.1 數(shù)據(jù)來源。本文采用空間分辨率為30m的Landsat數(shù)據(jù)，包括用1994、1999、2004、2009年的Landsat5 TM 遙感影像數(shù)據(jù)和2013、2018年Landsat8 OLI遙感影像數(shù)據(jù)。輔助數(shù)據(jù)有長沙市界線圖。

1.2.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理。首先通過投影變換將Landsat影像和長沙市界線圖轉(zhuǎn)換到統(tǒng)一UTM坐標(biāo)系下。其次對Landsat影像數(shù)據(jù)進(jìn)行輻射校正、圖像鑲嵌和圖像裁剪等數(shù)據(jù)預(yù)處理。

2 研究方法

2.1 土地利用分類方法

最大似然監(jiān)督分類方法是一種常用的遙感影像分類方法。該方法在地面實測資料充足時，可有效避免非監(jiān)督分類對光譜集群組的重新歸類[6]。本文采用最大似然法進(jìn)行長沙市土地利用分類信息提取，將研究區(qū)土地利用類型分為耕地、林地、水體、建設(shè)用地和裸地5類。運(yùn)用混淆矩陣進(jìn)行精度評價，各年份的土地利用分類總體精度在85%以上，Kappa系數(shù)在0.78以上。

2.2 土地利用變化分析方法

2.2.1 土地利用結(jié)構(gòu)變化。統(tǒng)計各年度各類土地利用類型面積和占比，分析研究期間長沙市各類土地利用類型結(jié)構(gòu)變化。

2.2.2 土地利用速率變化。采取土地利用動態(tài)度指標(biāo)進(jìn)行土地利用動態(tài)變化分析，該指標(biāo)計算見式（1）。

[Rd=Ub-UaUa×1T×100%]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

式中，[Ua]、[Ub]為研究初、末期土地利用類型面積;[T]為研究時間。[Rd]值越大，表示該土地類型變化速率越快;[Rd]>0，表示該土地類型在研究期間增長;[Rd]<0，表示該土地類型在研究期間減少。

2.2.3 土地利用變化和城市化率相關(guān)性分析。城市化率即城市化水平，可用來衡量城市發(fā)展程度。采用回歸分析方法研究城市化率與土地利用的相互關(guān)系，進(jìn)而揭示城市化進(jìn)程對土地利用變化的影響。

3 1994—2018年長沙市土地利用變化特征

3.1 土地利用變化

1994—2018年長沙市土地利用類型分布圖（見圖2）顯示，長沙市林地主要分布在東西兩側(cè)，耕地和建設(shè)用地集中分布在中部。自2004年起，長沙城市化進(jìn)程明顯加快，城市向外擴(kuò)張，建設(shè)用地面積增加顯著。

長沙市土地利用類型面積占比和變化情況（見圖3）顯示，該地區(qū)占比最大的土地利用類型是林地，其次為耕地和建設(shè)用地，裸地和水體面積占比較小。林地和耕地面積整體處于下降趨勢，林地面積占比從1994年的52.96%減少到2018年的50.64%;耕地從1994年的34.54%減少到2018年的27.66%。建設(shè)用地面積逐年遞增，從1994年的9.06%增長到2018年的19.38%，增長幅度超過兩倍。裸地面積占比呈現(xiàn)先略微增加后減少的趨勢。水體在研究期間變化不明顯，但在后期整體呈現(xiàn)略微減少趨勢。

3.2 土地利用速率變化

從長沙市各類土地利用動態(tài)度（見表1）可以看出：林地動態(tài)度在1994—1999年期間為正值，1999年以后變?yōu)樨?fù)值，且呈現(xiàn)出減少趨勢;由于研究區(qū)水體受季節(jié)影響比較大，因此水體動態(tài)度變化較大，規(guī)律不明顯;建設(shè)用地一直處于增長狀態(tài)，增長率在2009—2013年期間達(dá)到最大，動態(tài)度達(dá)5.15%;耕地面積在研究期間遞減，但其減少速度逐漸降低，減少率在2013—2018年期間達(dá)到最小，僅為-0.47%;裸地變化率是所有用地類型中最大的，其減少率從2004年開始超過10%。

3.3 土地利用變化和城市化發(fā)展相關(guān)性分析

收集長沙市1994年至2018年的城市化率，通過回歸分析建立一元線性回歸方程（見表2）。

回歸結(jié)果顯示，建設(shè)用地占總面積比例隨城市化水平的升高而明顯增加，呈現(xiàn)顯著線性正相關(guān)。農(nóng)用地（包括林地、耕地和裸地）占總面積比例隨城市化水平的升高而明顯降低，呈現(xiàn)顯著線性負(fù)相關(guān)，表明城市化的快速發(fā)展直接導(dǎo)致農(nóng)用地面積的減少。

長沙市城市化水平逐年上升，城市化進(jìn)程不斷加快，城市人口比重的加重對城市空間提出了更高的要求，城市需要占用周邊其他用地，導(dǎo)致土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，建設(shè)用地增加，農(nóng)用地面積減少。

4 結(jié)論

本課題利用長沙市多年遙感影像進(jìn)行了土地利用分類和土地利用變化分析。研究期間，建設(shè)用地的面積一直在增長，在2009—2013年增長速率最大。城市化和土地利用變化相關(guān)性分析表明，城市化與建設(shè)用地顯著正相關(guān)，與農(nóng)用地呈顯著負(fù)相關(guān)，可見城市化是土地利用頻繁變化的主要因素。

總體來看，國家的某些宏觀調(diào)控對土地利用變化盡管已經(jīng)起到了一定作用，但未來仍需要進(jìn)一步推進(jìn)土地改革制度，建立生態(tài)補(bǔ)償措施，優(yōu)化土地利用布局。

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