基于TM遥感影像的滁州市土地利用动态监测

王 妮，刘玉婵，李陈余，王本林

(滁州学院地理信息与旅游学院，安徽滁州 239000)



基于TM遥感影像的滁州市土地利用动态监测

王 妮，刘玉婵，李陈余，王本林

(滁州学院地理信息与旅游学院，安徽滁州 239000)

近些年来滁州市的经济发展较快，土地的利用也发生很大变化。利用TM遥感影像对滁州市土地利用情况进行动态监测，可以为滁州市合理利用土地提供数据支持。本文通过遥感和GIS技术对滁州市2000、2005和2010年三期TM遥感影像进行分类和统计，得出土地利用信息。结果表明：2000-2010这10年间，滁州市耕地面积比重维持在67%以上，比重最大，变化量也最大；建设用地动态度为2.21%，变化的速率最高；工业化和城市化的快速发展，是导致耕地变化量大和建设用地变化率高的主要原因。

TM遥感影像；监督分类；土地利用；分析评价

近年来，滁州市经济发展迅速，土地利用的不合理现象突出，如大量农田、林地被占用，企业圈地现象严重，土地质量下降，土地破坏等。因此，利用TM遥感影像分析土地利用类型、分布、比例与空间格局特征，能够为城市的发展、人口的变化、城市土地的利用规划、经济发展提供科学的依据。滁州市的土地利用调查采用的是传统的人工调查，这种调查方法由于时间空间跨度较大，需要耗费大量人力、财力，且精度低；而利用TM遥感影像对滁州市土地利用动态进行监测可以节省时间，经济且精度高，具有无法比拟的优势。

对土地利用变化的研究在全球范围内兴起，开始于20世纪90年代[1-3]。我国学者尚东[4]利用遥感技术研究土地开发的现状和变化速度以及城市化的进程和交通条件。术洪磊[5]、陈晋[6]、牛志春[7]、尤淑撑[8]等分别从遥感影像的处理、精准的地理数据、专家全面的知识一体化的角度出发，进行了土地利用/覆盖的研究，更精确地提取出土地利用信息。张世文、唐南奇[11]对区域性个例的土地利用/覆被变化(land use-cover change，LUCC)进行研究，为全球性LUCC模型的建立提供科学的依据并进行全面的验证。这些土地利用动态监测，主要采用目视解译法在遥感影像上对土地利用变化信息进行挖掘、提取和分析的监测方法，对耕地、林地、水域和建设用地等土地利用类型进行及时、有效和定期的监测[13-14]。

本文以安徽省滁州市为研究区域，利用Landsat5卫星的2000、2005和2010年影像数据进行土地利用/覆被分类，分析三期的分类精度与误差以及不同地物的变化特征，为滁州市10年间土地利用/覆被变化所带来的影响分析提供依据。

1 研究区概况与数据源

滁州市位于长江中下游以北和淮河流域南侧之间，主要地形为平原和丘陵，地理坐标约为北纬32°32′，东经118°11′。滁州市是“长三角城市群”的城市之一、“南京都市圈”核心层城市，也是国家级“皖江示范区”北翼城市、江淮地区重要的枢纽城市以及安徽省向东发展并且对接长三角的重要前沿节点城市。

本文采用的是安徽省滁州市2000、2005和2010年相近时相的TM遥感影像，云覆盖率为0，经过了裁剪、配准和几何校正等预处理，同时还有相应三期的野外调查的土地利用与覆被数据。

图1 滁州市2010年遥感影像图 图2 滁州市地理位置

2 研究方法

2.1 分类体系确定

影像的光谱信息比较丰富，纹理结构较清晰，不存在脱带、漏带现象，几何性能较好。没有亮度突出的孤立点，明暗层次丰富，但因影像整体由四部分拼接而成，光谱区分度一般，需要人工仔细分辨。本文所采用的TM遥感影像中草地和未利用土地数量较少，为了提高结果的精度，将图像上的草地和未利用土地合并为其它类用地进行分类。根据国家一级和二级土地分类体系，再结合滁州市的实际情况，并考虑到中分辨图像上地物的识别程度有限，将土地利用类型划分为五大类。第一类为耕地，主要包括旱地和水田；第二类为林地，主要包括灌木林、针叶林、阔叶林和混交林；第三类为水域，主要包括水渠、河流、坑塘、水库和湖泊；第四类为建设用地，主要包括交通用地、工业用地和居住地；第五类为未利用土地，主要包括园地、裸土、裸岩、草地。

2.2 影像特征提取方法选择

遥感影像中的纹理由图像灰度值显示出来的亮度之间的关系表现，反映了图像灰度模式的性质及其空间关系，包含了影像的直接与间接、宏观与微观信息。从表1中可以看出，耕地的纹理呈蚕虫状不均匀分布；林地的纹理分布呈不规则长条状；水域的纹理分布最均匀；建设用地的纹理呈方格状；其它类用地与林地相比相对均匀。仔细对比原始影像和纹理影像，发现两者的结构有类似之处。

表1 原始影像与纹理影像各土地类型对照

2.3 土地利用信息及变化提取方法

通过光谱特征的目视判读并结合影像纹理特征选取训练样本，三期影像分别采用最大似然法监督分类，以各类别的正态分布函数为基础，通过各类别的归属概率来判定类别归属得到较高准确度的分类结果。

得到分类结果后，受影像的分辨率和混合像元的影响，则需要利用ArcGIS空间分析方法，消除零碎图斑，减少分类误差。同时对照土地利用分布图，适当进行人工核对。基于土地利用数据，利用混淆矩阵法判断结果精度，得到滁州市三期土地利用图。

最后，对最终土地利用分类图进行5种地类的面积统计并计算出其所占比例和动态度，得到10年间滁州市土地利用类型变化图。

3 结果与分析

3.1 土地利用分类结果

图3 2000年(左)、2005年(中)、2010年(右)土地利用分类图

经分析，最终结果图的分类总精度平均为83.32%，Kappa系数为0.63。经进一步分类处理后，统计出各类别面积并与实际面积比对后精度平均为95.12%，Kappa系数为0.87，分类数据可以使用。从2000、2005和2010年三幅土地利用分类图中，可以很直观地看出，滁州市耕地面积最大，占绝对优势；水域相对比较分散，为农业的发展提供了水源，也进一步说明了一直以来农业在滁州市经济中的比重较大；由于受地形的影响，滁州市的林地分布相对比较集中；其它类用地的面积变化比较小，分布相对比较集中；建设用地变化比较明显，10年来面积扩展比较明显。

3.2 土地利用变化结果

土地利用变化如图4所示。土地利用类型面积统计如表2、表3、表4所示。

图4 2000-2005年(左)、2005-2010年(中)、2000-2010年(右)土地利用变化图

结合图3、图4的2000-2005年土地利用变化图，从表2的2000-2005年的土地利用变化中可以看出，耕地的面积最大，2000年为9 382.46km2，所占比重达到了69.47%，水域的变化面积最大，为210.93km2，动态度也最大；水域面积的变化速度和幅度比较大，并且是正增长。

注：负值代表减少，正值代表增加。

从表3中2005-2010年的土地利用变化可以看出，建设用地的变化幅度和变化速度最大，分别为298.49km2和2.21%。

表3 滁州市2005-2010年土地利用类型的数量统计

注：负值代表减少，正值代表增加。

从表4中2000-2010年土地利用变化可以看出，耕地和林地变化面积分别为-330.48km2和-68.07km2，两者有所减少；水域、建设用地和其它类用地动态度分别为0.93%、1.49%和0.23%，三者有所增加。

表4 滁州市2000-2010年土地利用类型的数量统计

注：表中“-”代表减少。

表2、表3、表4中的数据显示，所有土地利用类型的动态度都不超过3%。总体上滁州市这10年土地利用变化幅度不大，耕地面积一直占很大比重，但是绝对数量也在不断减少。2000到2010年，滁州市不断发展，城市化工业化不断提高，耕地面积不断减少。

3.3 滁州市土地利用现状分析及评价

土地利用类型变化的原因分为自然原因和人为原因，滁州市的土地利用类型变化的主要原因是人为因素。人为原因包括两个方面：一方面，经济的快速发展带动城市化和工业化的发展，大量的耕地转化为建设用地，还包括人口的增长和土地政策的变化、土地利用的比较利益的变化等因素。另一方面，开发过程中的不合理使用造成土地的荒废和土地资源的浪费。滁州市土地利用类型变化的决定因素是人为原因。

3.3.1 经济发展

从滁州市2001-2010年各年生产总值及第一、第二产业所占比重来分析经济发展对滁州市的土地利用类型变化的影响。

表5 滁州市2001-2010年各年生产总值及第一、第二产业所占比重

总体上，在三次产业中，滁州市第一产业所占比重过大，都不低于20%，这说明滁州市农业发展在经济发展中所占的优势比较突出；但是农业比重过多，限制了工业和城市的发展。2001-2010年滁州市的生产总值增加，而2006-2010年滁州市的生产总值增加量约是前5年的4倍。2004-2010年，第一产业所占比重逐年下降，第二产业所占比重逐年上升，这恰好符合前5年滁州市的建设用地增加量相对较少而后5年增加量相对较大的土地变化状况。地方过于追求经济的发展而忽略对土地资源的合理利用是造成土地利用类型发生变化的重要原因。

3.3.2 城镇人口增长

随着经济的发展，滁州的城市化水平也在不断提高，城市人口的增长对土地利用类型的影响越来越明显，根据滁州市第六次人口普查的数据显示，滁州市2000-2010年这10年里城镇人口增加，乡村人口减少。全市常住人口中，城镇的人口为163.4万人，占41.5%；乡村人口为230.4万人，比重达到58.5%。同2000年相比，居住在城镇的人口增加了63.7万人，居住在乡村的人口减少了70万人，城镇人口比重上升16.6个百分点。人口增加，需要社会基础设施建设，同时农业劳动力的缺失造成耕地的荒废，给土地资源带来了巨大的压力。

3.3.3 土地政策

近些年来，滁州市为了促进经济的发展，积极承接发达地区的产业转移，建成各类工业园区15个，规划面积增加到600km2，建成区面积增加到180km2。这些工业园的建成表明土地政策对土地利用类型的变化有一定影响。自2005年以来，滁州市积极全面地对农村区划进行调整，通过多种方法对资源进行整合，不断推动农村城镇化的进程，使城镇化的规模不断扩大，加大了土地利用类型的转变。

3.3.4 经济发展模式

滁州市一直以来农业在经济中占据着重要的地位，2000-2010年滁州市的经济突飞猛进地发展，2005年滁州市的地区生产总值在全省17个市中排名第五。从整体上看，滁州市的经济在安徽省处于中上游的位置。滁州市的经济总量较小，其中农业所占的比重过大，工业发展滞后，第三产业发展缓慢，缺乏合理的开发和利用。

为了促进工业化的进程，2006-2010年滁州市积极发展工业，不断加大投入，积极完成资本的积累，促进区域经济一体化的发展，积极承接长三角地区的产业转移，同时为了吸引投资进入滁州，积极完善相关的配套设施。经济发展的同时土地的利用类型也在发生着变化，建设用地不断扩张，其它土地利用类型在慢慢减少。

3.4 可能存在的问题及其对策

截至2010年，滁州市第二产业比重已经接近50%。2006-2010年来GDP总量翻番，年增长率保持在10%以上。这表明滁州市近年来经济发展处于快速发展阶段。随着皖江城市带承接产业转移的正式启动和苏滁产业园的加速建设，滁州市今后几年迈入高速发展的趋势已经很明显。高速发展的同时会带来土地利用类型转变的问题。

3.4.1 土地利用结构不合理

近些年来滁州市的经济快速发展，工业化和城市化水平不断提高，越来越多的林地、耕地甚至水域转化为建设用地。在城镇的县郊和周边，一些超额农业用地转变为建设用地。不合理地开发耕地不仅没有达到促进经济发展的效果，也造成了土地资源的浪费和生态环境的破坏。

因此，政府应做出合理的规划，指导土地资源的合理利用，尤其在农业用地转为非农业用地的过程中，要加大审核力度。政府要科技兴农，合理规划农业的发展，同时也要加大对老百姓正确使用土地的宣传和教育活动，为老百姓提供技术支持。

3.4.2 区域经济发展不协调

2000-2010年，滁州市经济得到快速发展，工业化和城市化水平不断提高，城市基础设施的不断完善也使城市人口不断地增加。市区的工业化和城市化速度远远超过其它县市。滁州市的建设是围绕大滁城来建设的，这就造成了城乡发展的不平衡。

因此，政府应该通过制定相关的法规和政策，不断规范市场秩序，确立统筹区域发展的战略，全面完善各地的基础设施建设，制定整体发展方案，不断改善投资环境，促进区域经济的协调发展，推进体制改革和创新。鼓励欠发达地区与外界进行交流和合作，积极引进技术和资金，学习管理经验，促进自身的发展。

3.4.3 经济发展模式不科学

滁州市工业化进程不断加快，积极促进区域经济一体化的发展，承接长三角地区的产业转移，建设产业园和工业园区。这种自然资源换取工业化发展的模式是目前较明显的经济发展模式，短期内对经济的发展有着极大的促进作用，长期来看会给滁州的生态环境和土地资源埋下隐患。

因此，滁州市政府应积极响应国家的号召，坚持可持续发展原则，不断优化产业结构，承接产业转移时要结合滁州市的优势和资源，注重高新技术产业的发展，减少劳动密集型产业的比重，注重科学技术的发展，为优化产业结构打下坚实的基础。

4 结论与展望

4.1 主要成果

(1)近些年来滁州经济快速发展，但是也存在着一定的问题，土地利用类型的变化表明土地不合理利用的问题日益突出，本文基于安徽省滁州市2000、2005、2010年三期Landsat TM遥感影像数据，结合统计数据和实地调查与观测，分析土地利用类型、分布、比例与空间格局特征，为城市的发展、人口的变化、城市土地的利用规划、经济发展提供科学的依据。

(2)研究结果表明，2000-2010年滁州市的耕地面积大量减少，建设用地面积大幅增加，其它土地利用类型变化较为平稳，变化的主要原因是人为因素。经济的快速发展带动了滁州市工业化城市化水平的不断提高；城市人口的不断增加和农村人口的减少给城市土地资源带来了压力，导致土地利用类型的变化；政府在不同时期的土地政策对土地利用类型的变化也有一定的影响；滁州市的经济发展模式对土地利用类型的变化有一定的影响，导致耕地林地水域等不断减少。

4.2 研究展望

在研究过程中，数据自身分辨率较低对分类结果的精度有一定的影响，故可以进一步研究利用高分辨率遥感影像进行土地利用信息的提取。同时，影像上部分区域出现较多同物异谱和同谱异物现象，给后期分类时的训练区样本的选择增加了难度，使用、实验结果数据的精度下降，对最后的结果分析有一定的影响。希望未来滁州市政府能够建立完整的数据库，为土地的利用类型动态监测提供数据支持。

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Dynamic Monitoring of Land Use in Chuzhou Based on TM Images

WANG Ni, LIU Yu-chan, LI Chen-yu, WANG Ben-lin

(School of Geographic Information and Tourism, Chuzhou University, Chuzhou Anhui 239000,China)

The economic development of Chuzhou is rapid in recent years，and the land use has the great changes. TM images are used to monitor land use of Chuzhou dynamically in order to provide the support for rational utilization of land cover in Chuzhou. This paper preprocessed and classified three period images of Chuzhou in 2000, 2005 and 2010 by GIS technology. This process obtains the quantitative information of land use. The results show that: in the past decade, the proportion of area of cultivated land in Chuzhou remains above 67% and is the largest, and variable quantity is also the largest. The construction land dynamic attitude was 2.21% during 2005-2010, and the velocity of variation is the highest. The rapid development of economy as well as industrialization and urbanization is the key reason of the variation for high quantity of cultivated land and high velocity of construction land.

TM images; supervised classification; land use; analysis and evaluation

2015-04-15

滁州学院科研启动基金资助项目(2012qd17)。

王 妮(1984- )，女，山东烟台人，滁州学院地理信息与旅游学院讲师，博士，从事遥感与GIS研究。

TP79/P962

A

2095-7602(2015)10-0081-07