瑞丽市土地覆被遥感动态变化研究

闫洁茹，赵志芳 (1.云南大学资源环境与地球科学学院，云南昆明650091;2.云南省遥感中心，云南昆明650091)

土地覆被反映了地球表层的自然状况，是自然营造物和人工建设物所覆盖的地表诸要素综合体，包括地表植被、土壤、冰川、湖泊、沼泽湿地以及各种建设物，其形式和状态可在多时空尺度上变化［1］。土地覆被作为地球表层的景观标志，既是引起全球环境变化的原因，也是全球环境变化产生的结果。土地利用的变化在不断地导致土地覆被的加速变化，而土地覆被的变化又会反过来影响土地利用方式和空间格局［2］。由于人类的生存和发展伴随着土地覆被的变化，而土地利用作为人类的一种社会活动，也是人类对全球变化做出反应的一种方式，因此，对土地覆被变化的研究更加重要。

遥感影像土地覆被分类是指遥感影像中的像元根据其在不同波段的光谱亮度、空间结构特征或其他信息，按照某种规则或算法进行土地覆被的分类［3］。笔者将采用1991年TM影像、2000年TM影像、2012年RapidEye影像对瑞丽市进行土地覆被分类，并进行变化监测，分析近20年来瑞丽市的生态变化。这对瑞丽市土地利用方式的合理配置、瑞丽市生态建设和可持续发展的规划和决策制定提供科学依据，也为其他地区提供一定的借鉴。

1 研究区概况

瑞丽市地处云南省西部，德宏州南部，位于97°31＇～98°02＇E、23°38＇～24°14＇N，总面积为 1 143.57 km2。距省会昆明市752 km，距州府潞西市103 km，为东起上海西达云南的320国道的终点，是昆瑞公路与中印公路的交汇处。其东连潞西，北接陇川，西北、西南、东南3面与缅甸克钦邦、掸邦山水相连，村寨相望。研究区植被覆盖茂盛，植被种类多样，有着巨大的生态意义。研究区地理位置如图1所示。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源 该研究采用两期ETM+影像(时相:1991年4月与2000年6月;空间分辨率:15 m，波段组合:R(3)、G(2)、B(1))与一期RapidEye影像(时相:2012年;空间分辨率:5 m，波段组合:R(3)、G(2)、B(1))作为研究基础数据源。另外，还采用2011年RapidEye影像数据和20 m的DEM数据对研究区3期数据进行正射校正。

2.2 建立土地覆被分类系统 科学合理的土地覆被分类系统建设是开展遥感信息提取的基础。该研究土地覆被采用了LUCC分类方法，并结合最新的《第二次全国土地调查分类系统》［4］以及瑞丽市地区的基本情况，将瑞丽市的土地覆被分为耕地、林地、水域、建设用地4个一级类(表1)。

2.3 研究方法 该研究采用监督分类中的最大似然分类法对研究区影像进行分类。最大似然分类是遥感主要的分类方法之一，它是在各类密度分布函数为正态的假设条件下基于贝叶斯准则构建起来的，有严密的理论基础、清晰的参数解释能力、易于与先验知识融合、算法简单等优点。

表1 瑞丽市土地覆被变化类型标准

分类前要先选取训练样区，训练样区选取的好坏对分类精度至关重要，选取的样区应尽量只包含一种地物类型。分别对3期影像进行样区的选取，并用J－M距离可分性进行样本可分离性的计算，当4种土地覆被类型间的可分离性大于1.8时，则满足分类需求，用最大似然分类法分类后得到3期影像分类面积(表2)，分类结果如图2所示。

3 瑞丽市土地覆被动态变化分析

3.1 土地覆被数量变化特征 经遥感分类，统计各土地类型的面积和结构显示，瑞丽市1991～2012年土地覆被数量和结构详见表2。

从面积和结构上看，林地和耕地是瑞丽市主要的土地覆被类型，耕地减少的趋势较明显，总面积从1991年的275.38 km2到2012年的94.28 km2，减少幅度为15.08%。建设用地面积由1991年的12.29 km2到2012年的41.81 km2，增加幅度为1.71%。根据数据显示，建设用地发展过快占用了大量的耕地，人地矛盾比较严重。同时其他土地利用类型也有不同程度的变化，但变化幅度不大。

3.2 土地覆被结构变化特征 土地覆被始终处于动态变化中，其变化既受自然因素的制约，也受社会因素的制约，总体上反映了土地资源的配置情况和比重变化状况。通过对瑞丽市土地覆被数量和结构的分析，可把握土地利用变化总的态势，并根据变化态势，制定相应的对策，实现土地资源的良性利用和可持续发展。各土地利用类型数量和结构变化如表3所示，可以看出近20年间瑞丽市土地利用方式发生了显著变化。

表2 瑞丽市1991～2012年土地覆被数量及结构统计

表3 瑞丽市1991～2012年土地覆被数量结构变化

由表4可以看出，1991～2012年间，瑞丽市耕地面积一直减小，而林地、建设用地和水体的面积一直在增长。瑞丽市1991～2012年耕地面积急剧减小，尤其是2000～2012年，耕地面积减小了112.98 km2，减小速率达到9.88%。建设用地在1991～2012年间不断增大，1991～2000年增加的速率达到1.49%。

瑞丽市总人口数量由1991年的83 263万增加至2012年的181 200万，由此可见，建设用地面积持续增长和人口的扩张密切相关。与建设用地面积增长相反的是耕地面积持续下降，从一定程度上说明随着建筑面积的增加，导致耕地出现流失的现象，耕地主要分布于建设用地的周边区域，两者相关性较强。

3.3 土地覆被数量变化模型

3.3.1 单一土地利用动态度［5］。单一土地利用动态度在程度上反映的是研究区一定时间范围内某种土地利用类型转变为其他土地利用类型的速度，主要是从研究时段内土地覆被变化的结果上反映出变化的剧烈程度，值越大，表明土地利用变化的速度越快、程度越剧烈。其表达式为:

式中，ua为单个土地利用类型初期的数量;ub为单个土地利用类型期末的数量;T为研究时间，以年计;R单为单个土地利用类型的年变化率。

瑞丽市1991～2012年单一土地利用动态度结果如表4所示。从表4可以看出，耕地减少的趋势在增加;而林地在后一时期被大量开发，处于增加的趋势;建设用地面积呈一直增加的趋势;水域面积在前一阶段被大量开发，后阶段有明显的减少趋势。但总体来看，相对于1991～2000年，土地利用变化在后一阶段动态较高，表明后一阶段土地覆被变化的速度比较快，土地利用方式发生了很大的变化。后一阶段土地利用变化的速度呈现出明显的回落趋势，说明在这个时期内土地利用结构比较合理，土地利用程度较高。

表4 瑞丽市单土地利用动态度变化 %

3.3.2 综合土地利用动态度。综合土地利用动态度反映的是研究区土地利用的总动态，值越大，说明研究区在一定时间段内土地利用动态变化越激烈;反之，越弱［6］。计算公式为:

式中，LUi为研究初期第i类土地类型面积，ΔLUi－j为研究初期第i类土地类型转为研究末期非i类土地利用类型面积的绝对值;T为研究时段，以年计;R综为该研究区土地利用年变化。

利用公式(2)计算得出2个时期的土地利用综合动态度，瑞丽市1991～2000年综合土地利用动态度为0.03%，2000～2012年土地利用综合动速度为0.06%。

从前后2个时期综合土地利用动态度可以看出，后期的动态度是前期的1.8倍，说明瑞丽市在2000～2012年土地利用综合动态度变化较1991～2000年大，说明在后一阶段(2000～2012年)中，土地利用发生了较大的变化。

4 野外验证

在室内完成瑞丽市研究区土地覆被遥感解译的基础上，为保证室内信息提取的可靠性，特收集了以往验证成果资料，对室内土地覆被类型等变化是否解译正确进行判断。

此次野外调查路线主要设计在瑞丽市和弄岛镇，该地区的土地覆被特征在影像上非常明显，河流、耕地、建设用地区分度很高，是遥感解译土地覆被非常典型的地区。2013年瑞丽市野外验证点如图3所示。经野外调查发现，室内解译的土地覆被与现实情况基本相符。

5 结论与讨论

5.1 结论 瑞丽市以林地和耕地为主要的土地覆被类型，1991～2012年间，研究区耕地表现为减少的趋势，林地表现为增加的趋势。而建设用地的年增长较为明显，从1991年的1.08%到2012年的3.36%。瑞丽市在1991～2012年期间土地覆被变化比较显著。与1991～2000年相比，瑞丽市在2000～2012年土地覆被动态度大，说明在这个时期土地利用综合程度高。

5.2 讨论 该研究采用的3期影像，以2012年的影像最为清晰，但还是有少量云层的覆盖。1991年的数据由于时间比较早，分辨率比较低，对影像的解译造成了很大的不便，导致分类精度不高。

随着时间的推移，瑞丽市人口的增长导致建筑用地扩张趋势明显。农田因为城镇的扩张出现了减少的现象，农田流失问题较为严重。面对瑞丽市土地覆被的现状，需要有效控制人口数量、合理规划人口布局，减轻人口对土地的压力，才能使土地资源得到有效可持续的利用。

［1］陈颖彪，周倩仪，陈健飞.近30年广州市土地覆被变化时空特征分析［J］.地理科学，2009，29(3):368 －374.

［2］李芳芳.基于RS与GIS的枣阳市土地利用与覆被变化及驱动力研究［D］.武汉:华中农业大学，2012.

［3］崔林林，罗毅，包安明.NWEE结合纹理特征的SVM土地覆被分类方法研究［J］.国土资源遥感，2012(1):36－42.

［4］刘晓娜，封志明，姜鲁光.中老缅泰“黄金四角”地区土地利用与土地覆被变化研究进展［J］.地理科学进展，2013，32(2):191 －202.

［5］李芹芳，杨震，靳慧芳，等.西安市临潼区土地利用动态变化研究［J］.安徽农业科学，2008，36(2):689 －691.

［6］周俊霞，刘淑英，王平.武威市凉州区土地利用动态度的时间分异分析［J］.贵州农业科学，2011，39(2):218－220.