基于RS与GIS的咸宁市土地利用变化及其驱动力研究

宛浩良 周霞 黄佳林

摘  要：土地利用及覆被变化的研究已经发展成为二十世纪最重要的研究内容之一。文章通过咸宁市2005年、2015年Landsat遥感影像图提取2个时期的土地利用/覆被信息，利用动态模型来揭示2005-2015年间的土地利用及覆被变化特征，并对其驱动力进行分析。研究结果表明：咸宁市2005年到2015年林地由539平方公里增加到760平方公里，草地由24平方公里减少到15平方公里，水域由63平方公里增加到85平方公里，建设用地由262平方公里增加到295平方公里，耕地由616平方公里减少到347平方公里。这在一定程度上反映了人地之间的矛盾关系，咸宁市土地利用/覆被变化的主要驱动力为人口的增长，经济的发展以及城市化政策的推动。

关键词：土地利用;驱动力;咸宁市

中图分类号：F323 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2020）25-0050-04

Abstract： The study of land use and cover change has become one of the most important research contents in the 20th century. In this paper， the land use/cover information of two periods-in 2005 and 2015-was extracted through the Landsat remote sensing image of Xianning City， and the dynamic model was used to reveal the characteristics of land use and cover change from 2005 to 2015， and the driving forces were analyzed. The results show that： from 2005 to 2015， the forest in Xianning City increased from 539 square kilometers to 760 square kilometers， grassland has decreased from 24 square kilometers to 15 square kilometers， water area has increased from 63 square kilometers to 85 square kilometers， construction land has increased from 262 square kilometers to 295 square kilometers， and arable land has decreased from 616 square kilometers to 347 square kilometers. To some extent， this reflects the contradictory relationship between people and land. The main driving forces of land use/cover change in Xianning City are the growth of population， the development of economy and the promotion of urbanization policies.

Keywords： land-use; driving force; Xianning City

1 概述

土地利用/覆被變化（LUCC）是人地关系和环境变化的重要组成部分[1]，1995年，由IGBP和IHDP两大联合组织提出了土地利用/覆被的研究计划[2]，即通过研究土地利用/覆被变化与人类驱动力之间相互作用的机制，从而来预测LUCC的变化。与此同时，欧盟方面的各国成员也针对他们各自的区域推出了相关的LUCC研究计划。国际上各个组织和国家都纷纷开始投入到了LUCC的研究，并启动着各自的项目，比如：“北美洲土地覆被变化”研究项目，日本开展的“为全球环境保护的土地利用研究”项目等[3]。动态度指数定量化模型和变化模型的研究促进土地利用变化实证研究的成功开展，奠定了土地利用变化定量研究的基础。目前国内土地利用相关研究比较集中于土地利用综合效益评价、土地规划、土地利用时空变迁特征及其驱动力的扩展研究方面[4-6]。由于LUCC变化机制十分复杂，使得全球和区域的综合模型的精准建立并不容易。本文土地的利用形态和时空的变迁转型研究的重点和关键任务是深入解析社会市场经济发展和转型过程中土地的利用类型形态的变化趋势，从而分析土地利用转型过程中不同土地利用类型转型过程中的格局演变关系和驱动力。

2 研究区概况和数据来源

咸宁市位于湖北省东南部，地跨东经113°32′-114°58′，北纬29°02′-30°19′。咸安区是市委、市政府所在地，地理坐标为东经114°06′-114°43′，北29°39′-30°02′。东西宽58千米，南北长41千米，分别与阳新、崇阳、江夏、赤壁接壤（图1）。2018年，咸安区下辖3个街道、9个镇、1个乡，另设有1个良种场、2个开发区，总人口62.8465万人，实现地区生产总值（GDP）313.02亿元（含市直），从三次产业看，第一产业完成增加值28.88亿元，第二产业完成增加值179.1亿元，第三产业完成增加值105.04亿元，一、二、三产业占生产总值比重为9.2：57.2：33.6。

本文遥感数据来源于地理空间数据云（影像数据下载地址：http：//www.gscloud.cn）2005年、2015年Landsat卫星遥感影像，编号分别为LT51230392005126BKT00、LC81230392015330LGN01，云量分别为6.7%和0.37%，全色波段和多光谱波段空间分辨率分别为15米和30米。研究区人口、经济等数据来源于2005年和2015年湖北省统计年鉴，行政区边界数据由1：100万全国基础地理矢量数据中提取。所有图件投影坐标系统一采用Krasovsky_1940_Albers。

3 土地利用信息提取

咸宁市土地利用/覆被研究采用解译2005年、2015年这两个时期的Landsat遥感影像，并分别对其土地覆被信息进行提取，根据其光谱特性，确定采用4、3、2波段合成的假彩色影像来判别其土地覆被类型。图像预处理利用EVI软件依次进行辐射定标、大气校正、几何校正、去条带处理、波段融合、图像镶嵌、图像裁剪。进行图像预处理后能更方便地进行下一步骤的监督分类。通过查阅资料，将咸宁市的土地分为：耕地、林地、草地、水域、建设用地和其他土地这六类（图2）。

相比于目视解译，计算机解译精度相对较高，而且更为快捷，方便。计算机解译分为监督分类和非监督分类，由于非监督分类随机性较大，且不能确定类的属性，因此本文采用前者。监督分类需要通过选取比较典型的样本，根据这些样本信息来对其他未知像元进行判别。支持向量机分类能够自动寻找对分类有较大区分能力的支持向量，它能将类与类之间的间隔最大化，且具有较高的精确度，因而本文采用此方法。

a.2005年分类精度

本文利用ENVI来计算分类结果的Kappa指数，并将其作为精度判别的依据，其中2005年分类后的Kappa指数为0.936，2015年分类后的Kappa指数为0.937，分类效果较好。

4 咸宁市土地利用转移分析

为了更直接的观察到各类型土地的变化信息，在ArcGIS平台上，构建2005-2015年的土地利用转移矩阵，先将2005年的土地利用类型作为转移矩阵的行，2015年的土地利用信息作为转移矩阵的列，其土地利用的总面积是保持不变的[7]。其相应的面积计算公式如式1、式2所示。

P=（M-N）/Z      （式1）

Q=（U-V）/Z      （式2）

其中P表示某类土地向其他土地转变的百分比，M是2005年某类土地的总面积，N表示2005年某类土地未发生变化的面积，Z为咸安区总面积。Q表示其他土地向某类土地转变的百分比，其某类土地增加的百分比，U表示2015年某类土地的总面积，N表示2005年某类土地的总面积，Z为咸安区总面积。

由表1可知，咸宁市2005-2015年土地利用数量和结构变化如下：林地有近6.5%轉化成其他用地，同时有近21.1%其他用地转化为林地，其占地面积有所增加;草地有近1.5%转化成其他用地，同时有近2.3%其他用地转化为草地，其占地面积有所增加;水域有近0.9%转化成其他用地，同时有近2.3%其他用地转化为水域，其占地面积有所增加;建设用地有近4%转化成其他用地，同时有近23%其他用地转化为建设用地，其占地面积有所增加;耕地有近27.2%转化成其他用地，同时有近9.4%其他用地转化为耕地，其占地面积有所减少。而咸宁市咸安区2005年到2015年土地结构变化为：林地由539平方公里增加到760平方公里;草地由24平方公里减少到15平方公里;水域由63平方公里增加到85平方公里;建设用地由262平方公里增加到295平方公里;耕地由616平方公里减少到347平方公里。通过以上数据，可以明显发现建设用地和林地均有所增加，而耕地却有所减少。

5 咸宁市土地利用影响因素分析

咸宁市地处湖北省东南部，地形主要分为山地、丘陵以及平原，地势南高北低，气候温润，降水量充足，冬冷夏热，因而为咸宁市的农业发展创造出一定的条件，但同时也制约了其他土地的一些利用。然而通过分析2005-2015的各项用地数据，发现耕地有所减少，而林地和建设用地均有明显的增加，这说明咸宁市正在由一个以农业发展为主的城市向其他方向发生转变。人口是社会发展的重要组成成分，也是影响土地利用/覆被变化的驱动力。人口的增长会导致土地的需求量增加，从而导致土地结构发生改变，土地利用程度也相对变大。2005年，咸宁市人口为277万人，而在2015年咸宁市人口已经增长至288万以上，并且还保持着缓步的增长，这种增长趋势必然会导致建设用地增加，通过数据可以看到耕地向建设用地转变了132平方公里，同样，林地向建设用地转变了22平方公里，这是由于人口增多导致的，在一定程度上反映出咸宁市人地矛盾的严重性。

近年来，咸宁市经济发展较为迅速，在2014年，咸宁市的生产总值已经达到了1000亿元，其中作为咸宁市第一产业的农业牧渔及服务业，其生产总值便已经达到260.7亿元，其人均GDP更是达到了5689.6美元。随着城镇化建设的推动，乡镇企业正在逐渐的发展，城镇的范围在进一步的扩大，咸宁市的经济开发也在逐步的深入，这些都需要对土地加以开发利用，2005年，咸安市耕地总面积为616平方公里，在2005年-2015年这10年里，由于经济发展方式发生转变，耕地总面积减少了269平方公里，而建设用地面积增加了32平方公里，这以后将会是咸宁市未来经济发展的一种必然趋势。

政策作为政府实现自己阶层利益与意志的一种措施手段，它能根据土地利用的情况，直接快速作用于土地的利用方式，从而来影响土地利用的结构。从数据中，我们发现林地增加了14.71%，建设用地增加了2.11%，而耕地减少了19.84%，这正是政府对土地利用调整的一种具体表现（退耕还林、城市化等），反映了政策宏观调控对土地利用类型的影响。

6 结论

本文选取湖北省咸宁市作为土地利用/覆被变化的研究区，以2005年、2015年两期的Landsat卫星影像作为数据源，运用RS/GIS工具来对所获取的影像进行分析处理，提取土地利用/覆被信息，从而得到咸宁市咸安区不同年份的各项用地数据，之后对这两期的数据进行叠加分析，制作土地利用转移矩阵，获取各项用地之间的转化信息。通过两期数据的比较分析可知，随着土地利用程度的增加，土地覆被面积在逐步的减少，建设用地、林地增长较为明显，而耕地的面积却有所减少。自然条件决定了咸宁市的发展是以农业为主，但近年来有向其它方向过渡的趋势。人口的增长导致土地需求量变大，使得人地矛盾趋于严重。经济的发展离不开对土地的利用开发，导致用地关系更为紧张，而政策的调控能在一定程度上缓解人地关系，也是控制生态平衡的主要手段。

参考文献：

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[4]胡悦琴，马燕飞，张伟科.中国陆地区土地利用/覆被时空格局变化及驱动力分析[J].农学学报，2020，10（04）：26-35.

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[7]杨坤，胡馨，石越.基于RS和GIS的土地利用变化碳排放现状及预测分析[J].长江科学院院报，2016，33（07）：137-141.