吉林市土地利用变化遥感监测分析

相恒星，刘士莹，姚 昆，崔桂善,4，朱卫红,4*

(1.延边大学理学院，吉林 延吉 133000；2.吉林师范大学，吉林 四平 136000；3.成都理工大学国土资源部地学空间信息技术重点实验室，四川 成都 610059；4. 长白山生物资源与功能分子教育部重点实验室，吉林 延吉 133000)

吉林市土地利用变化遥感监测分析

相恒星1，刘士莹2，姚 昆3，崔桂善1,4，朱卫红1,4*

(1.延边大学理学院，吉林 延吉 133000；2.吉林师范大学，吉林 四平 136000；3.成都理工大学国土资源部地学空间信息技术重点实验室，四川 成都 610059；4. 长白山生物资源与功能分子教育部重点实验室，吉林 延吉 133000)

基于ENVI5.2/ArcGIS10.2软件以吉林市为研究区域，采用1995年、2010年、2015年三期遥感影像进行土地利用/覆盖分类.通过对比三期遥感分类土地利用现状图，分析吉林市土地利用动态变化及原因.研究结果表明，应该加大对耕地的保护力度，加强对城乡、工矿及居民用地的计划和管理，科学合理地规划土地利用，实行和完善土地管制制度，鼓励和推进土地整理、土地开发和土地复垦.除采用强有力的法律、经济、规划等手段外，还需要对土地利用情况进行遥感监测，实时关注土地利用变化情况，有效预防土地滥用等现象，保证各用地类型的均衡发展，促进土地利用效率稳步提高.

土地利用；目视解译；遥感监测

土地利用是一种动态过程，指人类对土地自然属性的利用方式和意图.自上个世纪初，世界人口数量迅猛增长，人均可使用土地面积随之缩减，导致我们本来就略显贫乏的土地资源少之又少，所以，土地利用问题已经成为亟待解决的世界难题之一[1,2].尤其是人口向城市集中的趋势和城市占地面积的日益扩大，容易引起城乡、工矿及居民用地与其他类型用地，特别是与农业用地的矛盾.与此同时，因为技术的不断革新，人类对于自然环境可以更好地改造以适应逐步增多的利用需求，假设我们的方式方法不遵循客观发展规律，那么极容易污染环境，从而导致生态平衡遭到严重破坏的状况，而这些问题大多情况从土地利用上得到体现[3,4].因而开展土地利用遥感监测，将对区域可持续发展提供科学支撑.

对于 LUCC 的监测,一般在遥感和地理信息系统(GIS)技术的支持下，通过分析遥感数据的光谱特征捕捉地表信息,结合遥感数据的时空分辨率特点监测地表动态变化.目前用于 LUCC 的遥感数据主要有 NOAA/AVHRR 数据，Landsat TM/ETM+数据，SPOT， Quickbird,IKONOS, MODIS, LiDAR, SAR 等.土地覆被分类方法主要可分为利用单一传感器的遥感数据分析方法和多种传感器相融合的方法.前者，大多是利用中低分辨率的遥感数据，以像素为单位的分类方法[5-7].后者主要是通过具有不同光谱特征的光学影像的融合，或者是光学影像与 LiDAR、SAR 等微波遥感数据间融合的研究方法.虽然高分辨率影像与激光雷达数据能提高地物分类精度，但是具有费用高，覆盖面积小的局限性[2,4].所以， LUCC 进行长期监测时，多选用中低分辨率的影像，采用以像素为单位的分类方法结合野外考察验证.因此，本文采用Landsat TM/OLI遥感数据研究近20年吉林市土地利用情况，为今后地方政府合理利用土地资源，为生态环境可持续发展提供理论依据.

1 研究区概况与数据处理

1.1 研究区概况

吉林市位于吉林省中部偏东，东北腹地长白山脉，长白山向松嫩平原过渡地带的松花江畔，地理位置介于东经125°40′～127°56′，北纬42°31′～44°40′[8,9].东接延边朝鲜族自治州，西临长春市、四平市，北与黑龙江省哈尔滨市接壤，南与白山市、通化市、辽源市毗邻[10].吉林市总土地面积约27799km2，下辖5区5县，分别为船营区、昌邑区、高新区、丰满区、龙潭区、蛟河市、磐石市、舒兰市、桦甸市、永吉县[11].吉林市资源丰富，物产丰饶.土地、水利、矿产、森林、野生动植物资源均高于全国平均水平，特别是水利资源蕴藏量较大，是全国平均水平的1.8倍，是全国少有的不缺水城市之一[12].

1.2 数据来源

表1 遥感影像一览表

本文利用中国科学院数据云中Landsat系列数据作为研究基础，获取土地利用结构变化的时序特征并从中选取1995年、2010年及2015年三个特征年份的Landsat TM和OLI影像数据，数据信息如表1.

1.3 数据处理方法

遵循“全国遥感监测土地利用/覆盖分类体系”采用一级分类系统的原则，将土地利用类型信息分为六类，解译标志如表2所示，采用432波段判断，即：耕地，林地，草地，水域，城乡、工矿及居民用地和未利用土地[13].

通过TM432和OLI764通道进行假彩色合成，经过图像增强和几何精度校正等图像预处理方法，对同期影像做图幅镶嵌处理，再按研究区矢量边界范围对图像进行裁剪，然后利用ENVI软件进行监督分类.利用ArcGIS软件人机交互式解译的方法，提取各土地利用类型信息[14]，最终得到吉林市三期土地利用类型图(图1).

表2 遥感解译标志

1995年 2010年 2015年

图1 1995-2015年吉林市土地利用类型变化情况

2 结果与分析

2.1 1995-2015年土地利用的分类变化特征

土地利用动态监测，是指把两个或两个以上不同时相的土地利用数据放在一起对比，对其动态变化特征和未来发展趋势进行空间、数量两个角度的分析[9].因此，本文通过计算各土地类型面积的变化来进行土地利用动态监测.整理结果如图2所示.

图2 1995-2015年吉林市土地利用变化

通过对同一类型土地面积在1995年、2010年和2015年不同时间下的变化进行对比，可以得到吉林市三个特征年份各用地类型面积的转移矩阵，进而探究吉林市土地利用类型变化及发生改变的原因.

由表3可以看出，1995-2010年林地面积减少，且减少速度较快，大部分转换为耕地；耕地面积增加，主要占用林地；草地由于各种原因退化，面积缩小，且缩减速度相对缓慢；水域面积也在减少，减少速度同样相对缓慢；城乡、工矿及居民用地面积减少，大部分转换作为耕地.

表3 1995-2010年吉林市土地利用类型面积转换情况 km2

表4 2010-2015年吉林市土地利用类型面积转换情况 km2

由表4可以看出，2010-2015年林地面积扩大，大部分占用农用地；耕地面积缩小，关键是因为城乡、工矿及居民用地的扩张占用了农用地；草地面积呈稳定缩减态势；水域面积虽然没有变动，但是总体呈减少趋势；城乡、工矿及居民用地面积扩增，其中有大部分都是占用耕地.

表5 1995-2015年吉林市土地利用类型面积转换情况 km2

总体来说，在2015年土地利用情况中，由于退耕还林工程工作的全面实施开展，吉林市林地面积进一步增加，与此同时耕地面积进一步减少，并且城乡、工矿及居民用地面积随着城市经济水平提高也在急速增加.因此，应加大对耕地的保护力度，合理规划各用地资源.

2.2 主要土地利用类型变化的原因

吉林市土地利用类型齐全，其中林地和耕地类型为全市的主要土地利用类型，所以用地格局以农用地为主.1995-2015年耕地面积的发展趋势是先增加后减少，随着人民对生活质量水平要求的提高，日益增长的人口数量使得我们对粮食的需求大大增加，在政府鼓励和利益的驱动下，不断地开垦草地和林地，使这些土地大面积地变为耕地.之后，随着城市化进程的提速，城市化与耕地保护的矛盾越来越明显，其中导致耕地面积减少的主要原因就是城乡、工矿及居民用地的扩大，同时21世纪初开始开展的例如以林、草为主的植被恢复工程也是耕地面积持续减少的原因.林地面积先是持续减少，在2000年发生转折，此后变为逐步增加.2000年前林地面积减少的关键性因素是林地的砍伐和耕地的扩张，2000年后林地面积增加则是因为退耕还林工程的开展.同期，城乡、工矿及居民用地面积逐渐扩大，主要占用农耕区.草地面积持续减少，以开垦为耕地为主.未利用地面积逐渐减少，主要开垦为耕地.

3 结论

土地利用/土地覆被变化(LUCC)是人类活动与自然环境相互作用最直接的表现形式，土地利用变化的空间格局表征了该时段人—地关系在不同地域空间上的作用强度与作用模式[15,16].本文通过ENVI和ArcGIS软件及目视解译方法对吉林市土地利用进行了遥感监测，利用吉林市三个特征年份的影像数据对土地利用的动态变化进行了分析研究.

研究结果表明，吉林市耕地面积持续减少，实质上是城乡、工矿及居民用地面积占用了农耕区，这一举措积极响应国家号召实施退耕还林政策，林地面积逐渐增加，草地面积持续减少.在此之外，吉林市市区的土地利用程度较高，随着城市化发展阶段性稳步提升，人口数量也在相应增加，经济水平较为发达.其东南部多为山区，其土地利用类型大部分为林地和耕地，城乡、工矿及居民用地较少，经济欠发达，应加强生态建设，实施天然林保护等工程，合理有序开发耕地资源.其西北部地势相对较低，以耕地为主，同时城乡、工矿及居民用地的比重明显提高，工业较发达，要提高耕地质量，积极推进高标准农田建设.

国民经济的发展需要依靠城市经济的发展来实现，而城市经济的发展需要积极有力的社会活动来体现，那么城市土地就是所谓的物质载体.它不仅可以为一个城市的经济水平的提升提供有力支持，还影响着这座城市的方方面面[17,18].而不合理的土地开发活动多是以牺牲环境为代价，因此，针对吉林市土地利用现状和存在的问题，应该加大对耕地的保护力度，严格控制非农建设占用农耕区，加强对基本农田的保护和建设，稳定数量，提高质量.同时，为了更好地利用土地资源，应该合理制定土地利用计划，完善土地利用宏观调控制度，严格控制城乡、工矿及居民用地规模，加强对城乡、工矿及居民用地的计划和管理，为有效规避土地滥用等情况出现，建立建设完善的土地管理信息系统，充分利用遥感数据可以大面积长时间序列获取的优势，定期对吉林市土地利用动态监测，对土地利用动态变化进行分析，不仅优化用地结构还要做到掌握布局，达到每一寸土地都合理有效利用的要求.在吉林市未来的发展中，不仅要把土地利用达到集约高效，同时土地利用结构也要达到相对有序，从而促进土地利用效率稳步提高.

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(责任编校：晴川)

Remote Sensing Monitoring of Land Use Change in Jilin

XIANG Hengxing1, LIU Shiying2, YAO Kun3, CUI Guishan1,4, ZHU Weihong1,4*

(1.College of Science, Yanbian University, Yanji Jilin 133000，China; 2.Jilin Normal University, Siping Jilin 136000，China; 3. Key Laboratory of Geological Spatial Information Technology of Ministry of land and Resources,Chengdu University of Technology, Chengdu Sichun 610059，China; 4.Changbai Mountain Key Laboratory of Biological Resources and Functional Molecules, Yanji Jilin 133000，China)

Based on ENVI5.2 / ArcGIS10.2 software and taking Jilin city as the research area, the paper used three remote sensing images of the year of 1995, 2010 and 2015 for land use/cover classification. By comparing the remote sensing classification charts of the three periods, it analyzed land utilization changes and the causes in Jilin. The findings indicate several aspects. Firstly, the farmland protection is supposed to be enlarged. Secondly, what should be strengthened are the plans and managements to the cities and countryside, the industry and mining area, as well as the residential land. It is essential to manage land utilization scientifically and reasonably, implement and perfect land management system, as well as encourage and advance land consolidation, land development and land rehabilitation. In addition to adopting powerful means of laws, economy, management and so on, it is of great necessity to carry out remote sensing monitoring to the land utilization situation, pay attention to the changing situations of land utilization, prevent the land from being abused effectively, ensure a balanced development of all types of land, and promote the steady improvement of land utilization efficiency.

land utilization; visual interpretation; remote sensing monitoring

2017-03-20

国家自然科学基金(批准号：31500400、41361015)资助项目；吉林省科技厅项目(批准号：20170622018JC).

相恒星(1993— ),女,吉林白山人，延边大学理学院硕士生.研究方向：资源环境遥感.

P272

A

1008-4681(2017)02-0011-04

*通讯作者：朱卫红(1972— )，女，吉林延吉人，延边大学理学院教授，博士.研究方向：湿地保护、生态遥感.