基于遥感影像的近20年杭州土地类型的变化

浙江省富阳中学 浙江 杭州 310000

正文：

1 引言

遥感影像是指航空或航天平台搭载的设备拍摄的相片。通过对遥感影像的研究和分析，可以对地表的资源、环境、灾害、区域、城市等进行调查、检测分析和预测预报等，在地理研究和生产生活中应用广泛。

土地类型是指土地按其自然属性(综合自然特征)的相似性和差异性划归的类别。土地各个构成因素(土壤、岩石、地貌、气候、植被和水分等)性状的不同量的不同组合，由此构成了不同的土地类型[1]。土地类型是研究土地利用状况的最为重要的因素之一[2]。杭州作为浙江省的省会城市，近几年来在经济和科技上都发展迅速，其城市的土地利用类型也发生着一定的变化，通过对该地的土地类型的研究，可以更好得了解杭州市的发展方向并且可以对其未来的土地利用规划有一个预测。因此，通过遥感影像来对杭州市的土地类型利用进行详细的分析是十分必要的。

本文利用1996年和2007年杭州市的卫星遥感影像，运用遥感影像分类的方法对杭州的土地类型进行识别，并对比了近20年来土地类型的变化，对了解杭州市的土地变化和相关对策具有指导意义。

2 研究区域与资料来源

2.1 研究区概况

杭州是浙江省的省会城市，其风景优美，享有“人间天堂”的称号，境内有西湖、千岛湖、天目山、西溪湿地等众多风景名胜。杭州坐落在中国东南沿海（东经118°21′-120°30′，北纬29°11′-30°33′），位于钱塘江流域，地形以丘陵为主。得益于京杭大运河、钱塘江和众多通商口岸，自古以来便是经济繁华之地，是重要的商业集散中心。21世纪以来，互联网科技在杭州发展迅速，并且带动杭州经济科技快速向前发展。截至2017年，杭州共有10个区、2个县、1个县级市，本文主要关注杭州城区的变化，所研究的杭八区是指传统的西湖、拱墅、江干、下城、上城、滨江、萧山、余杭八区。由于近两年来新增的富阳区和临安区撤市设区时间较短，变化不明显，而这八区，与杭州主城区距离更近，联系更加密切，因此，通过对这八区的土地利用类型的情况的观察，可以更加直观地了解到杭州的土地利用变化情况和发展趋向。

2.2 资料来源

本文数据来源于中国科学院计算机网络信息中心地理空间数据云平台(http://www.gscloud.cn)。利用Landsat系列卫星的第5颗、第8颗卫星，搜寻了1996年和2017年杭州地区（条带号：119，行编号：39）成像条件好的遥感影像。具体编号为LT51190391996122CLT00（1996年5月1日）和LC81190392017147LGN009(2017年5月27日)。两幅影像的成像时间同在5月，均为春夏之交，植被茂盛，土地类型明显；且成像效果较好，云量均低于5%，适合进行影响分类。数据产品已经经过系统辐射校正和几何校正。

3 数据预处理

3.1 数据预处理

影像的成像时间为春末夏初，植被茂盛，便于观察。本文首先对遥感影像进行了数据预处理，由于下载数据产品已经经过系统辐射校正和几何校正，故本文利用ENVI软件，主要进行了图像裁剪、辐射定标和大气校正三个预处理步骤。

图像裁剪是为了裁剪出所研究区域的地图。本文利用杭八区的矢量地图，通过ENVI 的图像裁减工具，裁剪出八个杭州主城区(西湖、拱墅、江干、下城、上城、滨江、萧山、余杭)的轮廓，共计约3068平方千米。辐射定标可以将图像的数字量化值转换成绝对辐射亮度值，本文利用ENVI的Radiometric Correction工具，进行了辐射定标。大气校正可以消除大气和光照等因素对地物反射的影响，利用ENVI的FLAASH大气校正工具，进行了大气校正。在图像预处理完毕后，便可以进行土地类型的图像分类工作。

3.2 图像分类

遥感影像的图像分类是指通过影像中不同地物的像素的亮度值或像元值的差异，利用相关算法将地物类型进行分类的过程。主要的方法有灰度分割、监督分类、非监督分类和基于专家知识的决策树的分类。其中，监督分类，也称训练场地法，是指根据提供的样本数据进行比较判别，再根据样本自身固有的鲜明特征进行分类。监督分类可以分为4个过程：定义训练样本，执行监督分类，评价分类结果和分类后处理。监督分类的主要方法有平行六面体、最小距离、马氏距离、最大似然、神经网络、支持向量机等[3]。其中，马氏距离法就是计算图像到各个样本的马氏距离，选择最小的马氏距离为一类别进行分类的方法。

本文运用了ENVI软件，采用监督分类中的马氏距离法，将土地类型分为植被、水体和建筑物三类，从而对比分析1996年和2017年的土地类型变化。

4 结果分析

经过图像分类，得到了1996年与2017年杭州市的土地利用类型（图1）。

图11996 年和2017年杭州八区的土地类型分布图

在图1中，绿色为植被，蓝色为水体，紫色为建筑物。表1对两个年份的分类结果进行了统计，可以明显的看到，在1996年—2017年的21年间，建筑物的面积向西北和东南扩大了许多，所占总面积的比例也大大增加，从583km2增加到1411km2，由原来的占总面积的19%增加到了46%。植被面积明显缩小，从2243km2减少到1538km2，由原来的占总面积的73.1%减小到了50.2%。同时水体的面积也有所减少，从241km2减少到118km2，比例也从7.9%变为3.8%，差不多缩小到了原来的一半。

表1 1996年和2007年杭州八区土地面积及比例对比

由此可以推测大部分的植被面积和水体面积都被建筑物所代替。从图1中还可以看出，北面的水体面积已经基本上被建筑物所占据。并且有继续扩散的趋势。

4.1 驱动力分析

综合上述分类结果和杭州市的相关统计资料，可以将1996-2017年土地利用类型发生此种变化的原因归结为3个方面

（1）人口增加。20年来，从1996年到2017年杭州市人口持续增加，从603.22万增长到了753.88万，城镇人口比例从32.6%增加到64.0%[4]。随之而来，也带来了一系列建筑物用地的需求，如居民居住地的增加，居住地附近相关配套设施的需求如学校、医院、餐馆、消费娱乐购物中心等。人口数量的增加对生活用地的需求是土地利用类型改变的一个重要的驱动力。

（2）经济快速发展。从1996年到2017年，中国经济进入了快速发展的阶段，杭州位于中国的东部沿海地区，是首先发展起来的一批城市，经济发展十分迅速。尤其是高新技术产业的发展。阿里巴巴等新兴互联网公司落户杭州，促使杭州地区的经济水平不断提高。吸引了来自全国各地的高科技人才。各种投资商也将眼光放到了杭州。杭州的城市规模不断扩大，建筑用地不断增加。

（3）重大赛事与活动的举办。杭州市于2016年举办了第11届G20峰会，2018年举办了世界短池游泳锦标赛，并将于2022年举办亚运会。为了迎接这些国际性的赛事，杭州市大力推进基础设施的建设，建造了各种场馆和住宿场所。

4.2 相关建议

针对杭州市近20年来建筑面积不断上升，而植被和水体面积不断下降的情况，提出以下建议：

（1）加快恢复生态环境。虽然随着建筑面积的增加，杭州市的经济不断发展，但是随之而来的生态问题也日益严峻。雾霾天气的增加，让杭州的空气环境质量不断下降。同时随着工厂的增多，水体污染问题也十分严重。因此加快恢复杭州市的生态环境问题刻不容缓。绿水青山就是金山银山。杭州市应先保护好原有的生态环境，建立自然保护区。同时，针对环境破坏较严重的区域，应循序渐进，先回复其正常的生态，防止其进一步的恶化。

（2）推进城市空间结构布局的优化。近20年来，杭州市的城市面积扩展迅速。许多高层建筑，工厂等被建立起来。其中不乏有一些位置安排不妥当的区域对城市的近一步发展起到了阻碍作用。因此，就需要相关部门对杭州市的土地利用有一个整体的规划，并对一些不合理的建筑进行调整。同时增加绿化的面积，美化杭州市的环境。

5 结论

运用了遥感影像，对杭州市近20年来的土地利用状况进行了初步的分析，得出以下结论：

（1）杭州市从1996年到2017年，土地利用面积变化较大，建筑用地面积显著增加，且大部分是由绿地面积转化而来，水体面积也有一半转化为建筑用地。建筑用地的面积主要以钱塘江为界，向西北和东南方向扩散，并且有继续向外扩散的趋势。

（2）杭州市位于中国的东部沿海地区，经济科技发展处于全国的前列，吸引了许多外来人口，人口增长较快，各种高科技产业汇集于此。因此，应在发展城市水平的同时，注重保护生态环境，做到经济与生态同步发展。