基于遥感影像的钦州市土地利用动态变化研究

张 燕，王立娜，胡毅佳，廖永生

（1.广西壮族自治区地理国情监测院，广西 南宁 530023）

基于遥感影像的钦州市土地利用动态变化研究

张 燕1，王立娜1，胡毅佳1，廖永生1

（1.广西壮族自治区地理国情监测院，广西 南宁 530023）

从钦州市土地利用特征出发，利用RS、GIS技术，对钦州市遥感影像进行监督分类，并对分类结果进行动态分析，获得历年来土地利用变化转移矩阵，分析土地利用结构变化的影响因子，为钦州市资源优化和土地集约利用提供依据。

遥感影像；土地利用；监督分类

土地利用是一个动态的变化过程，是自然因素内部矛盾和人为因素相互作用的结果。随着经济和城镇化水平的不断提高，人为因素对土地利用变化的影响日益突出。本文利用1990年、2000年、2013年3个时段的Landsat MSS 和 TM 影像，对钦州市20余a来土地利用变化进行动态分析，研究遥感影像的土地利用结构和空间变化因素，为钦州市环境保护、资源优化和土地集约节约利用提供依据，有效预防和减少自然灾害，如水灾、滑坡、土地退化等的发生，缓解因经济发展而导致的用地矛盾[1,2]。

1 研究区域及方法

1.1 区域概况

选择钦州市沿海和重要发展区域作为研究区，范围覆盖了最能反映钦州市土地利用变化的钦州市区、钦州保税港区、钦州石化产业园和中马钦州产业园等产业园区，还覆盖了能反映钦州市海洋资源的茅尾海红树林自然保护区、老人沙海洋保护区、围海养殖区和滩涂区域，是钦州市经济圈的核心部分。研究区位于北回归线以南，东部属低丘陵区；南部属低丘滨海岗地、平原区，有市内最大的冲积平原——钦江三角洲；西部和北部属山地和中丘陵区；中部属低丘台地、盆地和河谷冲积平原区，以低丘和河谷平原为主，地形稍平坦。研究区主要受海洋气候影响，太阳辐射强，季风环流明显，是中国湿热多雨的地方之一。

1.2 研究方法

基于遥感影像的土地利用分类方法有监督分类法和非监督分类法，监督分类结果往往比非监督分类结果更准确，因此，本研究采用监督分类方法对钦州市土地利用进行分类。监督分类法的关键在于训练样本的选择[3]。在选择训练样本时，要充分考虑研究区地物的光谱特征和地物分布特征，并结合野外实地踏勘调查，保证所选择的训练样本具有较好的代表性。本研究是在ENVI环境下对钦州市历年遥感影像进行预处理和监督分类，再在ArcGIS环境下对土地利用分类数据进行属性统计和分析，得到最终的变化数据。其工作流程见图1。

图1 工作流程图

2 数据来源及处理

2.1 数据来源

本研究选取1990年、2000年和2013年3个时间段共3景遥感影像数据，见表1。

表1 遥感影像数据列表

2.2 数据处理

为统一标准并便于地类信息的提取，本研究以2013年Landsat8获取的遥感影像数据为基准，以1980西安坐标系为参考系，在 ENVI EX环境下，对历年遥感影像数据进行几何配准、影像校正、波段组合等工作。

不同类型的地物在遥感影像上的形态、纹理与色调均存在差异。遥感影像中的近红外波段能够获取植物的近红外信息，并且对植物的叶绿素比较敏感，是反映植被信息的重要波段；短波、红外波段对植被、水体、土壤的差别表现得比较敏感，容易识别；红色波段能较明显地反映植物的叶绿素、叶红素和叶黄素等色素信息，有效识别植被的类型。因此，本研究选取TM传感器（Landsat5）和ETM+传感器( Landsat7)的4（近红外）、5（短波红外）、3（红色）波段，OLI传感器（Landsat8）的5（近红外）、6（短波红外）、4（红色）波段对影像进行融合，获取不同波段的遥感影像，进而对不同波段的遥感影像建立解译标志，采用监督分类法提取出反映钦州市土地利用情况的地类。

由于本项目所选用的遥感影像地面分辨率均为30 m，部分地类在遥感影像上不容易分辨，因此本研究通过野外实地考察，在钦州市第二次土地利用调查的基础上，结合钦州市土地利用情况和遥感影像分辨率，定义分类模板为以下8类：水系、林地、草地、耕地、建设用地、裸地、滩涂和虾塘。本研究通过对野外实地考察得到的土地利用分类数据与融合过的遥感影像分类图进行对比分析，拾取典型区域，确定分类模板，在ENVI EX环境下执行监督分类，得到钦州市历年土地利用分类图（见图2）。将遥感影像的分类结果与同时期的地面资料进行校对和精度检验，解译精度均在80%以上，Kappa 指数在0．7以上，符合本研究的精度要求。

3 地类分析

3.1 地类总体状况分析

目前的研究多着重于企业合作基础的影响因素方面，而对合作过程中影响因素的研究相对缺乏。深入挖掘对企业合作过程也有重要影响作用的潜在因素，如政策法律环境这一宏观变量，将法律法规与现有研究中提出的政府行为因子相结合，有助于加强企业在合作过程中对法律法规的重视与合理利用。因此本文对更多内外部影响因素的综合考察，在一定程度上实现了对合作影响因素理论研究的完善与丰富，可帮助企业意识到这些因素在合作中的重要作用及交互作用关系，为更好的开展协调联动工作、构建科学有效的协调联动机制提供参考与依据。

通过遥感和 GIS 技术处理，在得出1990年、2000年、2013年 3个年份的土地利用数据的基础上，分析了钦州的建成区、港口区以及重大工业园区范围内20余年的土地利用类型在数量和格局上的演变（见表2），通过空间变化特征与时间的联系，揭示土地利用变化特征和土地利用存在的问题，为合理开展土地规划提供科学依据。

3.2 土地利用变化分析

图2 钦州市历年卫星遥感影像对比与土地利用分类图

表2 1990～2013年钦州市地类构成情况

通过对3个不同时间点上钦州市各地类面积进行比较和分析，反映出研究区土地利用结构的变化和各种类型土地的变化趋势。钦州市历年土地利用净变化情况见表3。

依据表3可知，从面积来看，研究区自1990～2013年以来，反映植被类型的林地、草地、耕地面积持续下降且下降速度较快；城市建设和工业化进程的建设用地持续上升且速度较快；围海养殖的虾塘面积也呈上升趋势，另外水系、滩涂和裸地面积呈减少趋势。

从变化动态来看，建设用地的变化率最大，变化面积达到313．20 km2，说明在1990～2013年这23 a间，钦州市的建设用地变化最活跃，呈剧烈增加趋势；其次，地类变化率较大的是草地和耕地，其中草地变化面积达-149．52 km2，耕地变化面积达-82．87 km2，说明在此期间钦州市的草地和耕地与其他地类间的转化明显；水系的变化面积前10 a仅减少5．73 km2，后13 a减少达60．57 km2，呈剧烈减少趋势，这是由于在后13 a特别是近几年来，钦州市城镇化进程加快，港口建设、水利设施建设和围海造陆等建设急剧扩张，导致了水系面积的迅速减少。

从转化类型来看，地类的转化是相对的，既存在由一类地物转化为其他类型地物的转出，也存在由其他类型地物转化为该类型地物的转入[4]。本研究在ArcGIS平台下，对钦州市历年土地利用分类数据相互叠加，并通过属性值进行转移变化分析，得到1990～2000年、2000～2013年钦州市土地利用类型转化关系矩阵表，如表4和表5所示。

表3 1990～2013年钦州市土地利用净变化

表4 钦州市1990、2000年土地利用变化转移矩阵/km2

表5 钦州市2000、2013年土地利用变化转移矩阵/km2

从表4和表5可以看出，前10 a和后13 a钦州市土地利用类型转化特点基本相似：水系用地主要转化为建设用地，其次转化为虾塘、滩涂和草地；林地主要转化为草地、耕地和建设用地；草地主要转化为林地、建设用地和耕地；耕地主要转化为建设用地、林地和草地；建设用地转化为其他地类的面积相对较少，主要是从林地、草地、耕地和水系转化而来，也有少部分从裸地转化而来；裸地主要转化为建设用地、草地和耕地；前10 a由于经济发展相对缓慢，虾塘转出不明显，主要由水系和滩涂转化而来，近几年来由于用地矛盾越来越突出，部分虾塘转化为建设用地，同时也有大量水系转化为虾塘；前10 a滩涂主要转化为水系和虾塘，后13 a主要转化水系和建设用地，部分转化为虾塘。总体来讲，1990～2013年钦州市土地利用类型转换比较明显，尤其以建设用地、林地、草地、耕地之间的转换最为显著。

钦州市土地利用变化的主要驱动因素为城镇化和工业化的推进、交通发展和产业结构调整等人文因素。各地类变化的影响因素如下：

1）水系。导致水系面积变化的因素有2个：①由于不同时期的降雨量不一样而形成的水面面积不同；②在这个时间段内的人为因素，比如围海造陆、水利设施建设等[5]。其中围海造陆是水系面积减少的主要原因，特别是钦州保税港区建设、钦州港综合物流加工区建设、钦州港至大榄坪铁路支线、钦州大榄坪至保税区铁路专线、钦州茅尾海西岸的钦州滨海新城建设等涉海工程均占用大量水系面积。

2）林地。在经济动力的驱使下，钦州市乱砍滥伐现象比较严重，是导致林地资源减少的主要原因；城镇化建设占用林地面积，使得林地转化为建设用地；由于环境恶化、生态破坏、水土流失，造成林地减少的地方转化为草地和裸地；进入20世纪后，位于研究区的茅尾海红树林保护政策的实施则增加了部分林地面积。

3）草地。城镇化发展、土地整治、用地结构调整均是导致草地面积减少的因素，经济林是当地重要经济来源，为了开发其种植渠道，大量草地和耕地转化为林地。

4）耕地。耕地减少的原因主要是生态退耕、建设占用和灾毁。除此之外，20世纪90年代，国家出台退耕还林政策，使得大量耕地转化为林地。进入21世纪后，由于钦州市执行“建设用地占补平衡，确保耕地面积不减少”和“城市建设用地增加和农村建设用地减少相挂钩”的政策，通过土地整理、土地开发和土地复垦等途径又补充了部分耕地面积。

5）建设用地。随着城镇化和工业化的发展，工业园区和经济开发区建设步伐加快，工业企业沿着城市交通节点迅猛发展，产业结构的调整促使第一产业向第二产业转移，这些均导致了建设用地的扩张[6]，使得大量其他地类向建设用地转化。后期由于《钦州市土地利用总体规划》和各专项规划的合理实施，通过土地整治工程使得部分建设用地转为耕地和林地。

6）裸地。裸地形成的主要因素是天然环境和自然灾害，为了扩展建设用地的开发途径，保证耕地数量的平衡，钦州市开发了大量裸地，导致裸地面积减少。同时，由于大部分裸地土壤条件较差，从而导致了耕地整体质量下滑。

7）虾塘。研究区海域广阔，海产资源十分丰富，沿海居民主要收入来源于捕捞业和养殖业。随着经济发展和生活水平的提高，沿海居民逐步扩大经营区域，使得虾塘面积增加。钦州湾的茅尾海是海水养殖的高产区，虾塘面积在该区域增加比较明显。

8）滩涂。钦州市是主要海水养殖基地，所以围海养殖是导致滩涂面积减少的主要因素，滩涂围垦也是导致滩涂面积减少的一个重要因素。后期，一方面由于《广西北部湾经济区发展规划》、《广西壮族自治区海洋环境保护条例》等一系列控制性规划和政策的实施，另一方面由于互花米草的入侵，导致滩涂淤积速度增加，总面积增加。

4 结 语

本文以广西壮族自治区钦州市建成区、港口区、重大工业园区以及自然保护区为研究区，基于1990年、2000年和2013年3个时期的遥感影像资料及部分野外实地考察数据，在ENVI EX环境下进行监督分类，得到不同年份的土地利用分类图，然后在ArcGIS环境下进行对比分析，得到土地利用变化数据。研究结果如下：

1）研究区土地利用类型变化幅度较大且较复杂，总体来看，变化幅度从大到小排列依次为建设用地＞草地＞耕地＞水系＞滩涂＞林地＞虾塘＞裸地。

2）从转化方向来看，反映植被类型的林地、草地、耕地等向建设用地转出较剧烈。

3）从变化速度来看，进入21世纪后与20世纪90年代相比，地类变化速度整体上呈上升趋势。

基于以上结论，经济发展和城镇化建设是导致土地利用变化的主要因素，其变化对环境有直接的影响，是产生自然灾害，如水灾、滑坡、海啸、土地退化等的主要影响因子，钦州市应积极做好土地利用规划和保护措施，保护基本农田和地类覆被资源，优化土地资源和土地结构，促进土地集约节约和可持续利用。

[1] 吴壮金．广西北部湾经济区城市土地集约利用研究[D]．南宁：广西师范学院,2010

[2] 张超,余树全,李土生．基于多时相Landsat影像的庆元县植被覆盖变化研究[J]．浙江农林大学学报,2011,28(1):72-79

[3] 姚静林．广西北部湾经济区土地利用变化及其驱动力研究[D]．南宁:广西师范学院,2012

[4] 梁守真,李仁东,许国鹏．洞庭湖区湿地景观变化分析[J]．中国生态农业学报,2007,15(6):171-174

[5] 田义超，梁铭忠，吴彬．北部湾沿海地区土地利用动态模拟与水源涵养服务能力估算——以广西钦州市为例[J]．云南地理环境研究,2013,25(5):69-77

[6] 石龙宇,张雅京,杨职优．沿海城市土地利用/覆被变化及其驱动力分析[J]．环境科学与技术,2010,33(12):94-97

P237.9

B

1672-4623（2016）02-0056-04

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.02.020

张燕，硕士，工程师，主要研究方向为3S技术集成与应用。

2014-11-18。

项目来源：国家海洋公益资助项目（201305023）。