基于GIS的土地利用变化及地形梯度分析

2018-07-24，

许昌学院学报 2018年6期

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(许昌学院城乡规划与园林学院，河南许昌 461000)

土地利用是人类有目的社会经济活动，是多种因素互相影响的结果，能够集中体现出来人地关系的属性、特性和作用机制[1].自二十世纪以来，土地利用/覆盖变化已经成为全球环境变化研究的重点领域，而且也是遥感信息科学、地理学等多个学科的研究热点[2].目前,国内土地利用研究已经从比较常用的土地资源调查、评价、开发，逐步转向利用遥感与GIS技术对典型区域土地利用变化、特点、过程等方面的研究.在土地利用变化研究中，地形因子是一个非常重要的因素[3]，它对地表能量的转换以及物质的转移有极大的影响，在某种程度上决定着土地利用方向与方式的变化[4].遥感影像技术的发展为土地利用变化的动态监测提供了技术支持，进一步的促进了土地利用变化更深层次的研究[5].

土地利用变化的原因不仅受自然因素的影响，也深受人类活动的影响[6].本研究从地形梯度的角度出发，探讨土地利用过程中高程、坡度两种地形因子与人类社会经济活动之间的关系，为土地资源可持续利用以及人口、资源、环境的协调发展提供参考.

1 研究区概况

宜阳县位于洛阳市西部，北纬34°16′～34°42′，东经111°45′～112°26′，距离省会郑州188 km，与洛阳市相距25 km.全县东西长约57.5 km，南北宽约50 km，西部高东部低，最高海拔为1 768 m,最低海拔为107 m，高差为1 661 m，南部为山地，北部为丘陵区.宜阳县水资源储量较多，但是年际变化大，主要分布在南部的丘陵地区以及中部的河谷地区.

2 研究方法

以宜阳县不同时期遥感影像数据为基础，提取出土地利用类型数据，比较不同时期土地利用变化.与宜阳县的DEM数据叠加，从高程、坡度两个方面分析土地利用变化，揭示土地利用类型的分布规律.

2.1 遥感数据获取

根据研究区的状况，考虑时间、天气等诸多方面的因素，选用美国发射的陆地资源卫星(Landsat)数据，分别是1995年6月26日Landsat5 TM影像数据，2002年6月13日Landsat5 TM影像数据，以及2014年5月29日Landsat8 OLI 影像数据.

2.2 研究区DEM数据的获取与处理

在地理空间数据云网站下载宜阳县DEM数据，把研究区的DEM高程分为五级：107～200 m、200～500 m、500～1 000 m、1 000～1 500 m和1 500～1 768 m.根据DEM数据提取坡度，把坡度分为五级：0～5°、5～10°、10～20°、20～25°、25～90°,如图1.

图1 宜阳县DEM高程

2.3 土地类型分类

利用ENVI软件的投影转换功能，将1995和2002年的TM遥感影像以及2014年的OLI遥感影像的投影坐标统一转换为通用横轴墨卡托投影，基准面为WGS84坐标系.利用Arcgis软件，制作出研究区的行政区划矢量数据shape格式的文件，研究区域的坐标系与遥感影像的坐标系保持一致，利用ENVI软件的剪裁功能加载研究区的shape文件分别裁剪三个时期的遥感影像合成图，裁剪出研究区三个时期的遥感影像数据.

利用监督分类法对遥感影像进行处理，然后进行分类精度评价，解译的结果与实地的类型符合度较高，满足研究的要求.经过整个流程之后提取出三个时期的土地利用类型，图2、图3、图4为研究区三个时期的土地利用类型图.

图2 1995年宜阳县土地利用类型图图3 2002年宜阳县土地利用类型图图4 2014年宜阳县土利用类型图地

3 宜阳县土地利用变化分析

3.1 各时期土地利用类型面积统计

利用Arcgis软件，提取宜阳县1995、2002、2014年三个时期的土地利用现状图的面积，得到三个时期的土地利用类型面积统计表，如表1所示：

表1 宜阳县1995，2002，2014年土地利用类型面积/(hm2)

由表1可知，1995至2014年，宜阳县耕地面积在不断减少，共减少了12 147.84 hm2；建设用地面积在不断增加,共增加了3 609.09 hm2，林地与草地面积有所增加，林地增加了4 692.6 hm2，草地增加了4 450.32 hm2.1995至2002年水体面积增加，而2002至2014年水体面积减少，总体上减少了332.91 hm2.1995至2002年未利用土地面积减少，而2002至2014年未利用土地面积有所增加，总体上未利用土地面积减少了271.26 hm2.

3.2 各时期土地利用类型面积转移矩阵

将1995、2002和2014年的土地类型现状图分别叠加在一起，利用Arcgis软件，分别求出1995至2002年和2002至2014年的转移矩阵，分析各土地利用类型的变化,见表2和表3.

表2 1995和2002年各土地利用类型面积转移矩阵/(hm2)

由表2可知，1995至2002年间草地主要向林地和耕地转移，草地向林地转移了14.3%，草地向耕地转移了13.6%；耕地主要向草地和建设用地转移，耕地向草地转移了6.7%，耕地向建设用地转移了3.1%；而其它类型的转移变化不大.

表3 2002和2014年各土地利用类型面积转移矩阵/(hm2)

由表3可知，2002至2014年间草地主要向耕地、林地转移，草地向耕地转移了17.8%，草地向林地转移了13.9%；耕地主要向草地、建设用地转移，耕地向草地转移了13.0%，耕地向建设用地转移了5.4%；而其它类型的转移变化不明显.

3.3 不同高程土地利用类型面积的分布

利用Arcgis软件，将宜阳县2014年的土地利用现状图与宜阳县的分级后的DEM高程图进行叠加，提取土地利用类型在不同高程段的面积，见表4.

表4 不同时期不同土地利用类型在各高程段的变化/(hm2)

由表4可知，水体主要分布在200 m至500 m之间,耕地主要分布在200 m至1 000 m之间，海拔在1 000 m以上没有耕地分布.林地主要分布在海拔200 m至1 500 m之间.草地主要分布在海拔200 m至1 000 m之间.建设用地主要分布在海拔500 m以下，海拔1 000 m以上几乎没有建设用地分布.未利用土地主要分布在海拔200 m至500 m之间.