区域规划土地利用变化监测与评估关键技术研究

2020-04-14

电子元器件与信息技术 2020年11期

（国家地理空间信息中心，北京 100071）

0 引言

本文主要进行区域规划动态监测评价中土地利用变化研究，土地利用类型面积的变化、土地利用类型的转换特征、土地利用类型变化速度和相对变化率以及土地利用程度的变化等是区域规划监测与评估工作的核心内容[1-2]。

1 数据源选取

收集土地利用/土地覆被数据，主要通过遥感数据解译实现，为了满足变化监测的精度质量要求，影像数据挑选综合考虑云覆盖、成像时间、辐射质量与初始几何定位精度等因素，具体的影像挑选要保证成像时间控制在6月-9月之间；遥感影像云量控制在20%以内，尽可能无云；遥感影像辐射质量良好，不存在过度曝光、偏色、CCD拼接色差等问题；可以使用高分一号PMS传感器、高分二号PMS传感器、资源三号MUX传感器等多光谱数据进行补充。

2 土地利用/土地覆被遥感解译

土地利用/土地覆通过遥感解译，其依据是土地利用/覆被分类体系[3]、分析遥感影像解译标志，在基于ARCMAP软件运行条件下，通过人机交互土地利用/覆被类型实现其解译。其解译过程将会涉及土地利用/覆被遥感监测分类体系的制订和选择、遥感数据资源的取舍、处理，其他地形图数据源的处理、遥感解译标志及解译条款式的规定、解译质量好坏和分析准确度等各个环节。

首先进行高分一号遥感影像的预处理，主要包括影像挑选、区域网平差、几何精矫正、融合镶嵌、匀光匀色等环节[4]。然后，参照中国科学院资源环境科学数据中心2000年和2015年的土地利用变化与土地覆被分类结果[5]，按照相同的分类系统、制图标准和规范，选择相应的监督分类样本，利用基于支持向量机[6]的监督分类与人机交互相结合的方法，将国家级新区的土地利用类型分为耕地、林地、草地、水域和城镇用地，另外，还将涉及到农村人员居住地、工矿建设占有土地和尚未开发使用地共8个类型。

3 关键技术研究

3.1 土地利用类型面积变化

土地利用情况将呈现动态变化趋势，主要反映为土地利用面积、类型和其占几率的变化趋势。土地利用面积变化，以及在整个土地面积中的所占几率将是区域土地利用状态变化研究的基础数据。在调查研究土地利用类型时，还要考虑所占几率变化趋势，由此熟悉区域土地利用呈现出来的总体变化态势及内在特征。土地利用类型的面积及所占比重的数量变化可以用统计表的形式来表达，统计表可以直观的反映研究区各土地利用类型的面积及所占比重的数量，及其在不同时间段的变化情况，从而利于把握区域土地利用的现状及变化态势。

3.2 土地利用类型转换特征

土地利用情况不会一成不变，除非是土地利用类型及面积大小出现变化，存在于不同土地利用类型之间的互换状况。土地利用类型差异，其间会发生转化和转变两种模式，转变主要指利用目的的改变，使得土地利用类型转换成其他形式的类型，常见的有毁林造田，或毁林造地，或者毁坏草地，或开垦草地转化为耕地，或将耕地荒芜从而转变为草地等。转化的意思是指土地利用目的依然保持原有利用状态，仅停留在土地利用内部类型转化情况，常见的事例如水田作为旱地耕种、将林地变成灌木林、优质草地转化为劣质草地等。

土地利用面积转化真实地反映出土地利用实际情况，也反映出其变化的规律，也是其评估土地转化的关键性指标之一，正确地表达土地利用类型转移规律，其转移规律反映出土地利用类型内部面积变化情况，也表达出其土地利用类型情况，也体现出土地利用转型的类型。一般用转移矩阵表示土地利用类型转换，转出的土地利用类型用行表示，转入的土地利用类型用列表示，行列一起可以用来显示转入的土地利用类型净面积。转移矩阵同时能够清析地反映出土地利用类型面积增减，还能够清晰地追踪土地利用类型发生变化的轨迹。

3.3 单一土地利用类型变化率

根据研究区前后不同时期的土地利用类型数据，分析其中的一种土地利用类型增减率，计算出土地利用类型的总体结果。

土地利用面积的增减的区域差异，一般采用土地利用类型增减率表示，土地利用类型变化率模型表达为：

公式中，为R代表指定小区其中的土地利用类型增减率，Sa及Sb规定为同一地区土地利用类型研究初期和研究未期面积的数值。为了详细刻画土地利用数量变化的区域差异，上式采用10km×10km的网格单元设定为研究区域，再利用公式算出网格单元土地利用类型增减变化率。当某网格单元开始研究缺乏必要的土地利用类型，而研究后期又呈现该种土地利用类型，通常选用下式表示：

3.4 土地利用类型综合变化速率

根据研究区前、后两期土地利用数据，获得区域土地利用类型面积变化，在此数据基础上除以研究期时间（年），获得土地利用年变化动态度。

受自然和人文因素双重影响，区域内不同土地利用类型总量随时段变化其幅度和速度数值存在差别。土地利用速度变化的区域差异一般选择土地利用动态度模型进行分析。一方面，显示单一的土地利用类型改变依次发生，另外，选择区域土地利用动态数据或区域分异进行研究。土地利用动态度模型公式如下：

公式内Si设定为监测起始时，i类土地利用类型面积总和，ΔSi-j则设定为监测起始至结束时，i类土地利用类型其转化类型面积总数，t设定为时间范围，S设定为t时间内相关综合土地利用变化现状图，举例说明：t代一表年度，而S则代表土地利用年变化速率。

3.5 土地利用程度变化

土地利用状况评价主要用于确定区域土地利用状况的整体特征。选择刘纪远的研究成果土地利用状况模型，此时，土地利用程度在土地自然综合体和社会各种因素的影响下，其正常平衡情况可划分不同等级，同时计算出相应分级指数，计算公式为：

式中L为某区域土地利用程度综合指数，介于100～400之间；Aj、Cj为区域间，j级土地利用程度指数分级值与面积的百分比；m设定作为土地利用程度分级指标量。土地利用程度归纳指数数值，可设定在100～400内，值的大小表现区域土地利用程度的高低。

土地利用程度量化的基础，离不开土地利用程度的上限值的大小。土地利用上限数值，表达出土地资源利用顶点时的数值，超过上限的情况下，无法再做深度利用与开发工作；至于土地利用下限数值，反映出人类开发利用土地资源起始状况。可以认定其土地利用程度，可采用不连续的函数来表达。据此，可将上述4种土地利用状态划分成4种土地利用等级，并进行赋值，得到分级指数，详见表1所示。