基于RS和GIS的东钱湖镇土地利用景观格局变化分析

魏 悦 ，陈文君

(1.宁波海洋研究院，浙江 宁波 315000；2.宁波市天一测绘设计研究有限公司，浙江 宁波 315000)

分析土地利用变化过程、特点及驱动因素，了解土地利用的作用机制与形成原因，可以使人类明确土地利用变化对生态系统的影响，重新审视自己的行为，合理开发自然环境，保护生态环境，促进经济的持续增长，保持自然资源的可持续利用[1]。

本文的研究区域是位于宁波市鄞州区的东钱湖镇，镇内有被郭沫若先生誉为“西子风韵、太湖气魄”的东钱湖，即浙江省第一大淡水湖泊、省级风景名胜区。东钱湖镇有着浓厚的文化底蕴、优越的地理位置、优美的自然环境、丰富的物资资源，在宁波市的旅游、文化、经济等方面都有着极其重要的地位。因此，对东钱湖镇的土地利用结构的动态变化进行宏观的监测显得尤为重要。本文以RS(Remote Sensing，遥感)和GIS(Geographic Information System，地理信息系统)作为技术支撑对东钱湖镇的土地利用景观格局做动态的监测和定量的分析，以期为本区的土地利用景观格局规划以及土地资源的可持续利用提供参考依据。

1 研究方法

1.1 数据

本研究涉及四景遥感数据(1987年5月TM数据一景、2000年6月TM数据一景、2009年7月TM数据一景、2017年4月ETM数据一景)，数据影像色彩丰富、无阴影、无云、无积雪覆盖、地物分界明显，图像质量良好，便于解译。

1.2 土地利用遥感解译分类

RS的发展实现了国土资源的一体化监管体制。近年来，遥感在监测土地利用动态变化方面的应用越来越广泛。针对同一地区不同时相的遥感影像进行分类、分析等，可以实现对该地区的土地利用、土地覆盖等演变过程及规律的解释、预报和调控[2]。本研究的影像处理主要分为两个步骤，即数据预处理和影像分类。

1.2.1 数据预处理 由于天气、传感器以及地形等原因引起的影像扭曲、变形、模糊等都对研究产生不利影响，所以需对原始影像进行辐射校正、几何校正等一系列工作，以消除图像中的不利因素，恢复图像的真实地物信息,处理后的东钱湖镇影像如图1所示。

图1 预处理后四期影像

1.2.2 监督分类 本文选择监督分类方法进行影像的解译，监督分类按两个步骤进行，首先提取训练样本，提取训练样本的前提是确定研究区土地利用分类体系。本文根据《土地利用现状分类》(GB/T 21010-2007)和国土资源部关于印发试行《土地分类》的通知，结合已收集的研究区基础数据，考虑数据的分辨率等情况，将本研究区土地利用分为农用地、林地、建设用地、水域及水利设施用地等类型。

选择合适的分类算法是监督分类的第二个步骤。本文选择支持向量机分类方法进行监督分类[3]。支持向量机算法具有收敛性高、分类精度高等优点。本文监督分类工作在ENVI4.8的Support Vector Machine模块下进行，最后对分类结果进行总体分类精度和KAPPA分析评定。四期影像的分类精度都在0.9以上，满足最低分类精度的要求。四期监督分类成果如图2所示。

2 土地利用景观格局变化分析

景观生态学家提出了各式各样的景观指数，这些指数成功地应用在揭示生态过程与生态机理的研究[4]，所以选择合适的景观指数，是对目标区域景观特征进行定量研究的前提。在景观生态格局的研究分析应用方面， Fragstats软件因其强大的功能以及丰富的景观指标库应用最广泛，所以本文选择Fragstats软件指数库中其中5个指数分别从景观结构、景观优势度、景观破碎度、景观多样性四个方面对东钱湖镇土地利用景观格局变化进行分析，软件分析的原始数据就是四期影像监督分类的结果。选取的指数分别为斑块类型面积(CA)、相似邻接比例度(PLADJ)、景观形状指数(LSI)、斑块类型面积比重(PLAND)、Shannon's多样性指数(SHDI)。

3.1 景观类型面积变化分析

CA值是其它许多指数的计算基础，也是最直观反映斑块类型变化的指数，东钱湖镇三个时期的CA值见表1(“水域及水利设施用地”简称为“水体”)，表中数据简单明了地反映了1987-2017年东钱湖镇土地利用的变化情况，农用地逐渐被建设用地“侵蚀”，建设用地呈现以发散性状态向城镇发展的趋势。1987-2017年林地面积变化不大，主要由于东钱湖镇属于旅游保护区，且林地主要出于山区，被开发程度不高。

表1 三个时期不同土地利用类型CA值分析

3.2 景观破碎度分析

通过PLADJ、LSI两个指数分析景观破碎度，PLADJ表示景观类型复杂度和斑块周围复杂度，是对景观类型在空间上的描述，若斑块类型最大程度分散，则该指数最小，无论该斑块类型在景观的比例多大，只要该类型在景观中最大限度离散化，它就会取得最小值。由数据(表2)分析可得，水体、农用地的破碎度呈现“下降-上升”趋势，建设用地破碎度呈现下降趋势，林地的破碎化程度变化不大，并且建设用地和农用地的破碎化程度变化幅度较大。

表2 三个时期不同土地利用类型PLADJ值分析

LSI是对斑块聚集度或离散程度的度量，随着它的增加，景观越来越离散。三个时期的LSI值计算结果如表3所示。

表3 三个时期LSI值

由数据分析，LSI的变化呈现上升-下降-下降的趋势，LSI的值越大，说明其形状越复杂，受干扰程度越低，由分析数据知1987-2000年土地利用受干扰程度较大；2000-2009年LSI值降低，斑块的连通度升高，相应的景观的破碎度降低；但随着开发的程度越来越大，2009-2017年，斑块的聚集度降低，离散程度加大。

3.3 景观优势度分析

景观优势度分析主要采用斑块类型面积比重(PLAND)指数。PLAND表示某一斑块类型面积在景观中所占的比重，是用来分析优势景观的重要指标。各时期PLAND指数计算结果见表4。

表4 三个时期PLAND值

由表5知1987年农用地的优势度达到28.32，远高于其它斑块类型，占据绝对优势地位。而到2009年农用地的优势度大大降低。纵向比较可知，各景观类型的优势度向均衡化发展。

3.4 景观多样性分析

景观格局的多样性是指景观中斑块的复杂性、多样化状况[4]。本文选择Shannon's多样性指数(SHDI)作为评价研究区多样性的指数，评价结果如表5所示。

表5 三个时期SHDI值

由表6知，研究区多样性呈上升趋势，说明研究区内各景观类型的复杂度越来越强，各景观斑块复杂度增加，各景观类型优势度差距的逐渐缩小，景观均匀度相应增加，景观类型越来越均匀发展。

4 结论

本文对东钱湖镇土地利用景观从斑块面积变化分析、景观破碎度分析、景观优势度分析以及景观多样性和均匀度分析四个方法进行评价，从整体看东钱湖镇破碎度表现为“降低-增加”，各景观类型优势度差距缩小，景观均匀度增加，但景观斑块类型、形状趋于复杂化，景观多样性相应增加。随着科技的进步，RS和GIS技术将对土地资源规划与管理有较大的帮助。