遥感技术在快速城镇化地区的应用

熊迭狗

（江西理工大学，江西 赣州341000）

目前，中国正处于土地利用变化剧烈，快速城镇化的阶段。快速城镇化区域已成为土地利用变化的研究热点[1]，许多学者利用空间分析技术刻画快速城镇化区域土地利用变化过程及城镇用地扩张特征。快速城镇化区域土地利用空间变化较复杂，需要进一步深入刻画、认识快速城镇化区域土地利用演变过程和城镇土地演变特征。由于北京处于快速城镇化阶段，远远走在其它城市前面，因此选取北京东部地区作为研究区域，基于遥感技术和地理信息系统空间分析技术，运用土地利用转移矩阵和土地利用动态度分析北京东部近30 年来土地利用类型的空间分布以及变化特征，从空间格局视角研究北京东部土地利用变化的基本特征和规律，测算城镇土地利用变化特征，加深快速城镇化区域土地利用变化和城镇化规律的理解，合理规划快速城镇化区域土地利用，促进快速城镇化地区土地利用可持续发展和提供科学的土地利用政策参考。

1 研究区概况

北京是全国政治中心和经济发达城市，地处华北大平原的北部，背靠燕山山脉[2]。本文把北京东部地区定为通州区和顺义区，大部分是平原地区，其它是山地区域。

2 数据来源及处理

本文的研究时间范围是1990-2018 年，平均每隔四年选取1 个年份，共有8 期遥感影像数据。本文的数据来源是中国科学院计算机网络信息中心地理空间数据云平台的Landsat 30m 精度遥感数据。

3 研究方法

3.1 土地利用转移矩阵。土地利用转移矩阵[3]可以全面具体地分析区域土地利用变化的数量结构特征与各用地类型变化的方向，可以反映研究期初、研究期末的土地利用类型结构，掌握研究期初各利用类型土地的流失和去向以及研究期末各土地利用类型的来源与构成，因而在土地利用变化和模拟分析中具有重要意义。因此运用土地利用转移矩阵来反映不同土地利用类型在1990-2018 年的变化信息。土地利用转移矩阵表见文献[3]。

3.2 土地利用动态度。为了反映某时段内土地利用类型的数量变化特征，采用土地利用动态度[4]刻画数量特征，刻画研究区域内某一土地利用类型数量变化特征，采用单一土地利用动态度计算变化程度，计算公式见文献[4]。

4 结果分析

4.1 土地利用数量变化特征。土地利用类型的变化主要是观察土地利用类型的面积变化，通过分析面积变化来掌握土地利用变化特征，统计了8 个年份水体、耕地、林地、草地、裸地和居民地的面积，结果如表1 所示。土地利用变化转移矩阵表，如表2 所示。从表中可知，1990 年北京市东部区域土地利用类型主要结构是耕地、居民地和草地，分别占据了39%、28%和27%；而2018 年居民地占比40%，草地占比15%，耕地占比大幅度降至16%，林地急剧增长到23%。和1990 年比较，土地利用类型结构发生了巨大的改变，2018 年土地利用类型以林地和居民地为主导，居民用地从1990 年554km2增加到2018 年784km2，一直在持续增加，28 年时间共增加了230km2，比例从28%增长到40.8%，增加了12%，这意味着2018 年土地用地将近41%是居民用地，即城镇土地空间快速扩大，这增加的12%，即230 平方千米居民用地有29%是从耕地演变而来的，表明居民用地扩张占用了大量的耕地，大约66.7km2，这是城镇化的一个具体表现；其次大约有21%来自草地类型转移，面积48km2；林地面积从1990 年33km2增加到2018 年432km2，大约增加了12 倍，增加了大约400km2，比例从1.7%增长到23%，比例增加了21.3%，是增长幅度最大的一个土地利用类型，这其中增加的土地面积大约有50%，即200km2由耕地演变而来，这其中应当属于退耕还林的结果，另外大约有29%，即116km2的林地由草地演变而来，由于大规模植树造林导致林地面积大幅度增加；耕地很明显大量地减少，从1990 年749km2降到了2018 年的318km2，是变化量最大的一个土地利用类型，大约减少了430km2，比例减少了23%，其中46%耕地演变成了林地，28%演变成居民用地，表明消失的耕地将近一半用来退耕还林了；草地面积在大量地减少，减少了12%，大约232km2，其减少的面积50%演变成了林地，27%演变成了居民地，其中草地向林地的转化是北京治理荒山的结果。裸地属于荒地类型，从40km2增加到51km2，共增加了大约11km2，增长了27%，其中，大约有42%是耕地转化而来，大约27%是草地转化成裸地，耕地到裸地的转化是耕地撂荒导致的，撂荒地大约4.6km2。把草地和裸地都属于未利用地，未利用地从566km2减少到349km2，大约有83km2用来开发成居民用地，比例大约38%，而用来植树造林的部分大约126km2，比例大约58%，表明北京东部区域对未利用地的处理主要用于植树造林和开发扩大城镇范围。从结构上来看，1990 年耕地占地最多，大约是39%，其次是建筑用地和草地，到了2018 年，林地和居民用地最多，分别是38%和40%。因此北京东部土地利用结构变化十分明显，城镇用地扩张十分明显，北京东部大造林工程取得了很明显的效果。

表1 不同地物在不同时期的面积/km2

表2 1990 年至2018 年土地利用变化转移矩阵/%

4.2土地利用动态度分析。为了进一步探讨土地利用结构变化特征，计算土地利用动态度，结果见表3 所示。从表中可知，北京东部综合土地利用变化速度总体上是在增加，表明人类经济社会活动对该区域的土地利用影响越来越大，从1990-1994 年的8.2%增加到2013-2018 年的13%，最大值是在2006-2009 年时间段，达到15%，几乎是1990-1994 年时段的两倍，表明人类活动对土地利用变化影响增加了大约一倍。从1990-2002 年，土地利用综合动态度呈现加速趋势，2002-2018 年土地利用综合变化速度比较稳定。从单一土地利用类型看，在1990-2018 年，水体类型变化速度差异比较大，这是由于河流汛期和北京河流工程整治的影响；居民地在1990-1994 年和2006-2009 年变化速度不大，表明这段时期人类对城镇用地没有太多的活动，而在1994-1998 年和2002-2006 年的土地利用动态度达到4.9 和4.7，表明在这两个时段内北京东部城镇建设十分剧烈，城镇空间大大扩张，具体表现在土地被大量地开发，成为居民地；裸地在1994-2013 年土地利用变化速度在减少，说明这种未利用地开发活动剧烈程度在降低，而在1994-1998 年裸地变化最剧烈；耕地整体上变化速度在降低，耕地在1998-2002 年变化剧烈，结合同时期裸地变化速度，表明耕地在这时期被大量地撂荒，表明这段时期农业活动在大量地减少，2009-2018 年，由于基本农田政策耕地变化幅度开始减少；由于造林工程，林地在2006-2018 年变化速率比较大，相对来讲变化比较突出。

表3 北京东部土地利用动态度/%

5 结论

通过运用土地利用转移矩阵、土地利用动态度方法分析了快速城镇化地区北京东部土地利用变化特征，得到以下结论：

1990 年土地利用类型主体结构是耕地、居民地和草地，而随着北京东部城镇建设、城镇扩张以及生态建设和大规模造林工程，2018 年主体结构演变成居民用地和林地，分别增长了46%和12 倍，在此过程中林地增长极其突出，耕地在后期减少非常剧烈，主要向居民地和林地转化，农业生产结构发生巨大的变化，未利用地开发度不高，大约只有38%被用来开发成居民地；北京东部综合动态度总体上增加，人类活动对快速城镇化地区的土地利用活动越来越剧烈；城镇用地动态度总体上在扩大，在1994-1998 年和2002-2006 年达到了最大的扩张速度，在这两个时期城镇建设最剧烈，这是快速城镇化区域的一个明显的特点；林地动态度比较突出，达到了15%；生态建设十分突出，耕地在1998-2002 年大量演变成撂荒地，落后的农业活动大量减少，这也是落后的农业生产方式逐渐消失的一个过程时期。

本文研究结果验证快速城镇化地区土地利用变化许多明显的特征，尤其是选择北京东部这样具有代表性的快速城镇化区域，这些特征更加明显，更具有代表性，也是中国许多大城市必然要经历的一个过程。