马来西亚仙那和斗湖港区海岸线与土地利用时空格局对比分析

刘 璐，鞠洪润，马永玲

(青岛大学旅游与地理科学学院，青岛 266071)

国家对外进出口受到经济全球化发展的影响，贸易总量不断增长。港口随着世界经济一体化的发展逐步成为各种运输方式的交点，导致港口快速发展与崛起，进一步带动了以其为中心的周边地区相关产业的迅速发展。随着港口贸易的不断发展，港口城市已经成为全球经济往来的重要节点。港口的兴建与发展能够促进沿海城市服务业和工业的发展，提高政府税收，促进招商引资，并进一步影响沿海城市的对外开放布局、产业结构调整[1]。在城市演变、滩涂养殖、海岸工程等人为因素的影响下，港口海岸线和土地利用类型变化明显，准确地提取海岸线、了解土地利用动态变化特征和规律对于研究港口与港口城市的发展关系具有重要的意义。遥感动态监测具有快速、准确、全面、及时等优点，利用RS和GIS技术对海岸线和土地利用进行动态监测对研究港口和港口城市的发展变化有着积极的作用，这方面的研究国内外都已发展的比较成熟。目前，利用遥感和GIS技术进行海岸线[2-4]和土地利用类型[5-8]监测的研究较多，大多基于中高分辨率的遥感影像分析研究区岸线[9-10]或土地利用[11-12]变化的特点和规律。针对岸线和土地利用变化，主要从自然因素、社会经济因素和人类活动等方面分析了其变化的原因[13-14]，并基于海岸带和土地利用类型的变化分析港口与城市的发展关系，如以遥感数据为基础，基于RS与GIS技术对港口城市连云港的城市土地利用变化特征进行分析，得出了近年来土地利用变化迅速，土地快速向第二、第三产业用地转移，港城融合，土地利用一体化的结论[15]；以胶州湾西岸为例，分析了港口城市景观格局变化规律及其驱动因素等[16]。但对国际重要港城发展变化的研究仍相对较少，且大部分只研究单一港区，对港区进行对比分析的研究较少。因此，在借鉴前人研究结果的基础上，本文以两个不同时期的遥感影像和社会经济状况为数据基础，对马来西亚仙那和斗湖两个港区1990和2017年的海岸线及土地利用类型变化进行分析。马来西亚的仙那港和斗湖港分别位于沙巴州的南北两岸，是马来西亚的优良港湾，经济发达，人口稠密，海岸线和土地利用类型明确，故选其为本研究的分析对象。通过对两个港区不同时期的岸线变化与土地利用变化监测结果的研究，分析仙那港区与斗湖港区岸线与土地利用变化的异同和引起变化的原因，掌握研究区域海岸线和土地利用类型的变化特征及趋势。

1 研究区域与数据处理

1.1 仙那和斗湖港城概况

仙那港是马来西亚东部第一良港，滨临苏禄海，处于仙那港湾口北岸，地理位置为5.83°N，118.12°E。海湾内阔口窄，可泊万吨轮。山打根市是马来西亚沙巴州的第二大城市，经济发展也居于州内第二，人口约30万人，是全国规模最大的木材出口港和渔港，木材、龙虾、燕窝等出口量居全国第一。斗湖港属于商港，位于马来西亚东部，具体位置为沙巴州东南海岸，与苏拉威西海相邻，地理位置为4.233°N，117.833°E。港口位于科威湾的东北岸，南部有塞巴堤克岛作遮挡，港区方向呈沿海岸西北-东南伸展，有一座新码头和一座老码头。斗湖是沙巴州的省会，第三大城市，位于沙巴东南部，面向苏拉威西海，后靠内陆山脉。

1.2 数据来源

本文依据最佳遥感数据选取原则研究区海岸带和土地利用类型变化特点，根据研究的时段需求，结合影像季节变化的特征，选用云量较少，接近低潮位时间，色彩表现较好的1990年和2017年两期的Landsat TM /OLI影像，设有9个波段，其中全色波段空间分辨率15 m，多光谱波段空间分辨率30 m。两份影像处于同一季节，地表植被类型接近，色调变化较小，这样便于对比研究。软件平台为ENVI，ArcGIS。

1.3 数据处理

根据海岸线成因及研究区海岸线底质两方面，建立了适用于仙那和斗湖港区详细的海岸线和土地利用类型分类体系，该海岸线分类体系包括自然岸线和人工岸线两大类。其中自然岸线具体分为基岩岸线、沙质岸线、淤泥质岸线、红树林岸线和其他岸线5类，人工岸线包括6类，具体为养殖围堤、盐田围堤、码头围堤、建设围堤、交通围堤和农业围堤。土地利用类型包括24种地物，分别是水田、旱地、人工林、再种林、红树林、次生林、天然林、灌丛、草地、草本湿地、林灌湿地、海洋、河流、河漫滩、湖泊、水库坑塘、海涂、城镇用地、农村居民地、其他建设用地、裸土地、裸岩石砾地、其他未利用地。本研究使用的数据经过了遥感影像预处理和信息提取。

1)遥感影像预处理。用裁切仙那和斗湖港区边界获取的Landsat TM /OLI影像数据，获得影像2～7波段的灰度值图层。将遥感数据进行大气校正和辐射校正，并对Landsat TM /OLI全色和多光谱影像进行融合，融合后的影像空间分辨率为15 m；然后基于地面控制点对融合后的影像进行几何精校正，校正精度小于1个像元，满足开展地物类型遥感监测的要求。

2)监督分类及其评估。利用以下算式对仙那和斗湖港区遥感影像进行分类处理：

①提取建设用地：NDBI=(MIR-NIR)/(MIR+NIR)；

②提取裸地：BSI=[(MIR+Red)-(NIR+Blue)]/[(MIR+Red)+(NIR+Blue)]；

③提取水体：NDWI=(Green-NIR)/(Green+NIR)和MNDWI=(Green-MIR)/(Green+MIR)；

④提取植被：NDVI=(NIR-R)/(NIR+R)。

其中，NIR为近红外波段的反射值，MIR为中红外波段的反射值，R为红光波段的反射值，Green为绿波段的反射值，Blue为蓝波段的反射值。

3)为了进一步提高分类精度，对分类结果进行目视解译，结合地物纹理特征，人工干预修改错分地类，具体流程图如图1。

图1 信息提取流程图

4)海岸线分类提取。根据港区岸线解译标准及提取原则，利用landsat卫星影像图和地形图对仙那港区和斗湖港区的海岸线进行人工目视解译，得到港区海岸线矢量图。

遥感影像分类精度的高低是进行土地利用动态分析的基础，是衡量研究结果是否可信的重要指标。分类精度评价方法主要有分类结果叠加法、混淆矩阵(Confusion Matrices)和ROC Curves。本研究采用混淆矩阵来检验遥感分类精度，主要输出的统计参数为总体分类精度和Kappa系数[17]。分别对1990年和2017年仙那和斗湖港区遥感影像分类精度进行评价，结果较为理想(表1)，基于混淆矩阵的统计参数均达到分析要求。

表1 分类精度结果(%)

在分类精度达到0.8及以上后，还有一些分类不十分准确，对获取的分类精度处理后，得到更加准确的分类结果。本研究的后处理过程为更改分类颜色、Majority/Minority分析、过滤(Sieve)处理等。

2 结果

2.1 仙那港区海岸线和土地利用时空格局

1990年仙那港区红树林岸线分布在港区沿海两侧，在所有岸线中分布最广，总长为42.8 km，占总岸线长度的47.3%；人工岸线分布在港区中间部位，长度略少于红树林岸线，总长为38.6 km，占总岸线长度的42.64%；沙质岸线总长6.7 km，占总岸线长度的7.39%；基岩岸线总长0.9 km，占总岸线长度的1.02%；港区内无淤泥岸线。

2017年仙那港区人工岸线主要分布在港区中间部位，在所有岸线中分布最广，总长为51.7 km，占总岸线长度的54.46%；红树林岸线分布在人工岸线两侧，长度仅次于人工岸线，总长为34.4 km，占总岸线长度的36.31%；沙质岸线、基岩岸线总长分别为6.3 km、1.0 km；港区内无淤泥岸线分布。

仙那港区岸线以人工岸线、红树林岸线为主(图2，该图基于自然资源部标准地图服务网站下载的审图号为GS(2020)4393的标准地图制作，底图无修改)，人工岸线主要位于仙那港区的东南部，岸线长度增量最高，占比从42.64%增至54.46%，长度从35.32 km增至37.86 km，增长长度为2.54 km；基岩岸线略有增加，主要集中于仙那港区南部。该港区无淤泥岸线，红树林岸线主要分布于仙那港区的南北两侧，岸线长度占比降低19.5%，岸线长度从42.81 km减少至34.45 km，减少长度为8.36 km，减少部分主要转换成人工岸线(图3)。

图2 1990年和2017年仙那港区海岸线类型空间分布

仙那港区人工岸线主要以养殖、建设、码头、盐田围堤为主，无农业围堤，交通围堤也较少(图3)。建设围堤远远高于其他人工岸线，主要位于仙那港区中部的集装箱建设区域，1990年占比为91.53%，2017年所占百分比有所下降(73.29%)，但岸线长度呈增加趋势。码头围堤增量最高，其占比从4.67%增至14.28%，增加部分主要位于仙那港区东南部的码头。1990—2017年，盐田围堤表现为增长趋势，增幅为6.62%，增加围堤主要来源于仙那港南部的盐田。养殖围堤增幅较小，约为2%。

图3 1990年和2017年仙那港区岸线类型结构特征变化(a)岸线长度；(b)人工岸线长度

在仙那港区1990年所有土地利用类型中，除海洋(37%)外，人工林和红树林占比最多，分别为14.9%和12.5%，人工林主要分布在港区中心位置，与城镇用地相邻，红树林主要分布在港区两侧沿海地区；其次是天然林和次生林，占比分别为12%和9.4%，天然林主要分布在港区南部，与红树林、人工林相邻；城镇用地占比6.2%，多分布在沿海地区，少数分布在港区内陆地区；再种林和草地占比分别为3%和2.1%，河流占比1.7%，其他类型分布较少。

在2017年仙那港区所有土地利用类型中，除海洋(36.8%)外，城镇用地和人工林占比最多，分别为15.8%和12.6%，城镇用地大部分分布在港区中心地区和沿海地区，人工林分布在城镇用地周围和港区西北部内陆地区；其次是红树林和次生林，占比分别为8.1%和11.4%，红树林主要分布在港区南北两侧沿海地区，次生林分布在天然林和人工林中间地区；天然林占比7%，灌丛和河流占比分别为2.7%和1.6%，再种林占比0.7%，其他类型分布较少。

1990—2017年间，仙那港区土地类型变化幅度较大，城镇用地增量最大，其次是次生林，天然林面积减少量最多，其次是红树林。城镇用地所占比例从6.2%增至15.8%，城镇用地围绕原有城市圈向中部扩张。天然林减少部分主要转换为次生林(63.7%)、城镇用地(14.1%)。红树林面积呈下降趋势，占比从12.5%降至8.1%，灌丛、草地是新增次生林的主要来源，新增次生林主要分布在仙那港区东南侧城镇用地稀少位置，以及城市圈西南侧。相较于1990年，仙那港区裸地(裸土地、裸岩石砾地、其他未利用地)减少量较小，主要集中在港区东南侧沿海区域。

1990—2017年，城镇用地呈增长趋势，增加面积达33.1 km2，沿原有城市圈向内部延伸。从仙那港区土地类型变化图(图4，该图基于自然资源部标准地图服务网站下载的审图号为GS(2020)4393的标准地图制作，底图无修改)可看出，该城市圈南北扩张速度远远大于东西部扩张，南部与北部的扩张主要以林地面积的减少为代价，西侧城市扩张速度较为缓慢，主要由次生林、天然林转化而来(图5)。

图4 1990年和2017年仙那港区土地利用空间格局

图5 1990年和2017年仙那港区主要土地利用类型变化

2.2 斗湖港区海岸线和土地利用时空格局

1990年斗湖港区人工岸线在所有岸线中分布最广，总长为29.2 km，占总岸线长度的69.38%，主要分布在斗湖港区中部地区；红树林岸线分布略少于人工岸线，总长为12.9 km，占总岸线长度的30.62%，主要分布在人工岸线两侧地区；港区内无淤泥岸线、基岩岸线和沙质岸线。

2017年斗湖港区人工岸线在所有岸线中分布最广，总长为32.3 km，占总岸线长度的72.37%，主要分布在斗湖港区中部地区；红树林岸线其次，总长为9.8 km，占总岸线长度的21.91%，主要分布在人工岸线两侧地区；沙质岸线总长分别为2.6 km；港区内无淤泥岸线和基岩岸线分布。

斗湖港区岸线以建设围堤、红树林岸线为主(图6，该图基于自然资源部标准地图服务网站下载的审图号为GS(2020)4393的标准地图制作，底图无修改)，建设围堤主要位于斗湖港区中部，岸线长度增量占比从56.24%增至56.31%，长度从23.66 km增至26.07 km；沙质岸线从0 km增至2.55 km，增长5.7%；基岩岸线略有增加，主要集中于斗湖港西侧。该港区无淤泥岸线，红树林岸线主要分布于斗湖港区的东西两侧，岸线长度占比从30.62%降至21.91%，长度从12.88 km减少至9.77 km，减少部分主要转换成人工岸线(图7)。

图6 1990年和2017年斗湖港区海岸线类型空间分布

斗湖港区人工岸线主要以农业、建设、码头围堤为主，无盐田、交通、养殖围堤(图7)。建设围堤远远高于其他人工岸线，主要位于斗湖港区中部，1990年占比为56.24%，2017年所占百分比有所上升(56.31%)，但岸线长度呈增加趋势。码头围堤略有增加，增量占比从11.07%增至12.43%，增加部分主要位于西里伯斯海附近的码头。1990—2017年，农业围堤表现为降低趋势，降幅为37.73%，减少围堤主要来源于斗湖港区建设用地的扩张。

图7 1990年和2017年斗湖港区岸线类型结构特征变化(a)岸线长度；(b)人工岸线长度

在1990年斗湖港区所有土地利用类型中，除海洋(34.4%)外，天然林和人工林占比最多，分别为28%和13.6%，天然林主要分布在斗湖港区中部内陆地区，人工林紧挨天然林分布，一部分人工林分布在城镇用地周围；其次是城镇用地和次生林，占比分别为8.6%和9.4%，城镇用地大多分布在斗湖港区中部沿海地区，次生林分布在天然林中间和城镇用地中间；红树林占比2.6%，主要分布在斗湖港区两侧沿海地区；农村居民地和河流占比分别为0.3%和0.3%，水库坑塘占比0.1%，其他类型分布较少。

在2017年斗湖港区所有土地利用类型中，除海洋(34.6%)外，城镇用地和人工林占比最多，分别为15%和32.4%，城镇用地主要分布在港区中部沿海地区，人工林分布在城镇用地北部内陆地区；其次是天然林和次生林，占比分别为5.2%和6.3%，天然林主要分布在港区东部、中部和北部，呈块状分布，次生林分布在天然林周围地区；红树林占比7%，主要分布在港区两侧沿海地区；农村居民地和河流占比分别为1.9%和0.3%，水库坑塘占比0.2%，其他类型分布较少。

1990—2017年间，斗湖港区土地类型变化幅度较大，人工林面积增量最大，其次是城镇用地，天然林面积减少量最多，其次是次生林。城镇用地所占比例从9%增至15%，城镇用地围绕原有城市圈向北部及东西两侧扩张，其中北部城市范围的扩大与斗湖的发展也有着密不可分的关系。天然林占比从28%降至5%，减少部分主要转换为人工林(64.1%)、城镇用地(5.1%)。次生林面积呈下降趋势，占比从9%降至6%，主要转换为人工林(38.6%)、城镇用地(33.6%)。裸地(裸土地、裸岩石砾地、其他未利用地)减少量较小，主要集中在港区东南侧沿海区域。

1990—2017年，城镇用地呈增长趋势，增加面积达39.0 km2，沿原有城镇向四周延伸。从斗湖港区土地类型变化图(图8，该图基于自然资源部标准地图服务网站下载的审图号为GS(2020)4393的标准地图制作，底图无修改)可看出，该城市圈从中心向四周扩张，主要以次生林和天然林的面积减少为代价。西南沿海的码头随着城市的扩张呈增多的趋势，沿海地区城市面积增长较快(图9)。

图8 1990年和2017年斗湖港区土地利用空间格局

图9 1990年和2017年斗湖港区主要土地利用类型变化

2.3 仙那港区与斗湖港区海岸线与土地利用时空特征对比

从岸线分布类型来看，仙那港区的岸线类型较多，斗湖港区的岸线类型较少。仙那港区除淤泥岸线和农业围堤外其他皆有分布。而斗湖港区基岩岸线、淤泥岸线、交通围堤、盐田围堤和养殖围堤皆无分布，两个港区均以红树林岸线和人工岸线为主要分布类型。建设围堤均分布在两个港区岸线中部，而红树林岸线则都分布于两个港区的两侧沿海地区。

从岸线分布长度来看，两个港区分布最广的皆为人工岸线，主要位于仙那港区的东南部，斗湖港区中南部，岸线长度增量最高，1990年仙那港区人工岸线占比为42.64%，2017年占比54.46%，同比增长11.82%，增长长度为13.07 km；人工岸线中码头围堤增量最高，其占比从4.67%增至14.28%，增长9.61%，增长长度为5.57 km。1990年斗湖港区人工岸线占比为69.4%，2017年占比74.6%，同比增长5.2%，增长长度为3.09 km；码头围堤略有增加，增量占比从11.07%增至12.43%，增长1.36%，增长长度为0.88 km。27年来仙那港区人工岸线长度比斗湖港区多增加9.98 km，约为斗湖港区增长长度的4.2倍；码头围堤比斗湖港区多增加4.69 km，约为斗湖港区增长长度的6.3倍。

较1990年，两个港区2017年的建设围堤都有所增长，这与港区城市的发展有着密不可分的关系。码头岸线也均有增长，码头是港口和港口城市与国际接轨必不可少的一部分，随着港口城市的发展，码头的建设也成为推动港区经济发展的重要手段。两个港区的红树林岸线均有所下降，仙那港红树林岸线长度降低19.5%，斗湖港红树林岸线长度降低8.7%，其减少部分主要转换成人工岸线。

从土地利用分布类型来看，仙那港区土地利用类型较多，斗湖港区土地利用类型较少，且无水田和灌丛分布，两个港区均无旱地分布。

从土地利用分布面积来看，两个港区均以林地和建设用地为主要分布类型。1990—2017年间两个港区土地利用类型均有较大程度的变化。1990年仙那港区人工林和红树林占比最多，分别为14.9%和12.5%，城镇用地占比6.2%，2017年城镇用地和人工林占比最多，分别为15.8%和12.6%，城镇用地占比增长9.6%，增长面积为33.6 km2；1990年斗湖港区天然林和人工林占比最多，分别为28%和13.6%，城镇用地占比8.6%，2017年城镇用地和人工林占比最多，分别为15%和32.4%，城镇用地占比增长6.4%，增长面积为13.1 km2。27年来仙那港区城镇用地面积比斗湖港区多增长20.5 km2，约为斗湖港区增长面积的2.6倍。两个港区城镇用地面积的增加均以林地的减少为主要代价。仙那港区城镇用地围绕原有城市圈向中部扩张，而斗湖港区城镇用地则沿中部城市圈向四周扩张。

两个港区沿海的码头随着城市的扩张呈增多的趋势，且沿海地区城市面积增长较快。与仙那港区相比，斗湖港区的城镇用地密度较大，而仙那港区城镇用地扩张的速度比斗湖港区的速度快一些。由于原有城市圈的影响，两个港区建设用地扩张的方向也表现出明显的差异，仙那港区原有城市圈较大且城镇用地多分布于港区边缘地区，因此仙那港区的建设用地扩张方向呈现出从外部城市圈向港区中心扩张的局面；而斗湖港区原有城市圈较小且城镇用地分布较密集，于是斗湖港区的建设用地扩张方向则呈现出从港区中心向四周扩张的局面。

3 讨论：发展差异原因分析与发展对策

区位条件是影响两个港口土地利用和岸线变化的主要因素。仙那港区位于东马来西亚东北部，沙巴州北岸，面临苏禄海，与菲律宾隔海相望，地理位置优越，与菲律宾、中国、澳大利亚等国家贸易往来密切。斗湖港区位于东马来西亚东南部，沙巴州南岸，面向苏拉威西海，后靠内陆山脉，因地形地貌原因建设用地相对较少，主要与印度尼西亚进行贸易往来。

人口增长在两个港区的发展过程中也有着很大的影响。1991年到2018年，山打根市人口从22万增长为49万，增长人口数为27万，增量为122.7%，斗湖市人口从24万增长为41万，增长人口数为17万，增量为70.8%，山打根市人口数比斗湖市多增长51.9%。期间，仙那港区的人工岸线长度和建设用地面积比斗湖港区增长较多，港口海岸线和土地利用类型受城市演变、滩涂养殖、人工建设等人为因素的影响较大，因此人口的增长是影响港区岸线变化的重要原因。

腹地经济条件是港区发展的基础。仙那港区的山打根市是马来西亚沙巴州的第二大城市，斗湖港区的斗湖市是马来西亚沙巴州的第三大城市。在港区规模上，仙那港区比斗湖港区要大得多，这也是仙那港区较斗湖港区岸线类型和土地利用类型更多的主要原因。

对比分析马来西亚仙那和斗湖两个港区的发展，可知，对于仙那港和山打根市，港区发展已经较为成熟，城镇用地逐渐成为港区的主导土地利用类型，因此可以利用港口城市得天独厚的优越自然区位优势，积极开发旅游资源，大力发展旅游业。抓住机遇，发挥其滨海、港口和文化资源优势，开发多元化的生态旅游，打造旅游城市标签[18]。对于斗湖港和斗湖市，应加快区域中心城市建设，集约利用市区岸线资源城市是斗湖港口发展的重要依托。除此之外，斗湖港区正处于快速发展的时期，面临日益增长的人口，环境压力和负担越来越重，因此还要重视港口城市区域协调可持续发展与环境保护。在港口与港口城市的发展过程中，要在发展好临港重化工业的时保护好环境。这样保护了海湾河口的优良生态环境，也实现了港口经济的持续发展[19]。

4 结论

本研究基于Landsat遥感影像对马来西亚仙那和斗湖港区进行解译判读，获取两个港区1990年和2017年的岸线分布和土地利用数据，研究仙那港和斗湖港区域的海岸线和土地利用类型动态变化，比较两个港区变化的异同和原因，并提出发展建议。1990—2017年，仙那港区人工岸线长度比斗湖港区多增加9.98 km，约为斗湖港区增长长度的4.2倍；两个港区土地利用类型均有较大程度的变化，仙那港区1990年人工林占比最多，为14.9%，人工岸线占比42.64%，2017年城镇用地占比最多，为15.8%，人工岸线占比54.46%；斗湖港区1990年天然林占比最多，为28%，27年来仙那港区城镇用地面积比斗湖港区多增长20.5 km2，约为斗湖港区增长面积的2.6倍。仙那港区因比斗湖港区较优越的自然区位条件、较多的人口增长和较发达的腹地经济条件，在港区岸线和土地利用类型上比斗湖港区增长较多，经济发展较快。但两个港区建设用地变化的重点均由城市用地为主向港口用地为主转变，进而向港城土地一体化方向转变，进一步呈现港城一体化的局面。由于受到数据获取途径的限制，港区城市GDP、港口货物吞吐量、港口泊位等数据无法获得，在本研究中两个港区发展变化差异的原因分析还存在着不足，未来如果能获取相关的数据，还可以从更多角度对两个港区的发展变化进行分析。