益阳市城市规划区自然山体水体地理国情监测与分析

唐根 陈铸 陈佳音

摘要：为服务于益阳市城市规划区山体水体自然资源保护与规划实施管理，采用地理国情监测技术，以测绘遥感技术为支撑，整合并充分利用各类测绘地理信息资源和专题数据资料，开展益阳市城市规划区自然山体水体地理国情监测与分析，形成专题性监测成果，为城市规划区山体水体保护的相关职能部门提供客观、准确的基础资料，为山体水体保护规划实施评估提供客观资料和依据。

Abstract： In order to serve the protection and implementation of the management of natural resources of mountain and water bodies in the urban planning area of Yiyang City， it adopts geographic national condition monitoring technology， supported by surveying and mapping remote sensing technology， integrates and fully utilizes various types of surveying and mapping geographic information resources and special data， carries out the monitoring and analysis of the geographical conditions of natural mountain and water bodies in the urban planning area of Yiyang City， and forms thematic monitoring results to provide objective and accurate basic data for the relevant functional departments of mountain water body protection in urban planning areas， and provide objective data and basis for the implementation assessment of mountain and water bodies protection planning.

關键词：自然山体水体;地理国情监测;植被覆盖度;土地利用转移矩阵;温度反演

Key words： natural mountain and water bodies;geographic and national conditions monitoring;vegetation coverage;land use transfer matrix;temperature inversion

中图分类号：P208                                         文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）15-0227-02

0  引言

地理国情监测是测绘地理信息领域一个新的、极为重要的发展方向，对传统的测绘技术实现质的发展，是对国情和地表过程的动态监测与分析，提供基于数据的国情信息与分析结果[1]。近年来，随着人口不断增长和工业化、城镇化步伐进一步加快，工业、交通和城市建设空间进一步扩大，不断挤占可用的生态空间，经济发展与山水生态保护之间的矛盾日益尖锐。以益阳市城市规划区自然山体水体为监测对象，充分发挥国土资源管理和测绘地理信息服务优势，开展地理国情监测。

1  研究区概况

监测范围为《益阳市城市总体规划（2004-2020）》（2013年修改）所确定的城市规划区，规划区主要位于益阳市的资阳区和赫山区内，共1058km2控制用地范围。

监测区内地貌形态为低山、丘陵和平原，以中低丘陵为主，整体地形呈西南高、东北低，最高点位于碧云峰，海拔约为502.8m。区内山体类型较为单一、起伏不大，山体分布不均，北部几乎无大的山体;水体类型多样，分布较为均衡，水体水质总体良好，水生资源较为丰富。

2  监测分析方法

利用监测区监测数据，完成植被覆盖度变化分析、水体基本统计和变化分析、土地利用变化分析、地表温度反演，以及山体水体保护范围遥感动态监测。

2.1 植被覆盖度计算

利用2006年7月、2011年8月两期的Landsat 5 遥感影像，2016年7月1期Landsat 8 遥感影像计算城市规划区2006、2011和2016年植被覆盖度，三期多光谱波段影像分辨率为30m。首先采用归一化植被指数（NDVI）计算植被指数，计算公式为：

NDVI=（ρNIR-ρRED）/（ρNIR +ρRED）

再采用基于像元二分模型计算植被覆盖度，基于NDVI的像元二分模型计算公式如下[2]：

Pv=[（NDVI-NDVISoil）/（NDVIVeg-NDVISoil）]

2.2 水体基本统计分析

利用2011年、2016年土地利用年度变更数据，对河流、湖泊、水库、坑塘、沟渠五类水体水面面积进行基本统计和对比分析，反映近五年来监测区内自然水体数量变化。

2.3 土地利用变化分析

利用GIS空间分析，对2011和2016年两期数据进行叠置分析，计算2011-2016年监测区土地利用转移矩阵，并根据矩阵分析2011-2016年期间各类土地利用类型的结构转化及在时间上的规律性[3]。土地利用转移矩阵形式为：

2.4 基于大气校正法的Landsat8TIRS反演地表温度

基于大气校正法，利用2016年7月Landsat 8 遥感影像反演地表温度。基本原理：首先预估大气对地表热辐射的影响，然后把从卫星传感器所观测到的热辐射总量减去这部分大气影响，从而得到地表热辐射强度，再将这一热辐射强度转化为相应的地表温度。

2.5 山体水体保护范围遥感动态监测

山体水体保护范围遥感辅助监测，主要利用2014年和2016年遥感影像，对规划区山体水体保护范围进行目视解译监测，提取疑似变化图斑。结合年度基础性地理国情监测数据地表覆盖信息，经外业核查，确定保护范围内发生地表变化区域的变化内容、变化面积、变化位置等详细的变化信息。

3  监测结果与分析

3.1 植被覆盖度监测与分析

3.1.1 植被覆盖度的时序分布

规划区植被覆盖度呈现出明显的空间差异性，主城区和水域形成了明显的低植被覆盖度区域;而有大量森林分布的西南部植被覆盖度较高，并且这些区域也是植被覆盖度变化较大的地方;另外在大量耕地分布的东北部等地区植被覆盖度的变化也比较明显。

3.1.2 夏季平均植被覆盖度的年际变化

2006年、2011年、2016年夏季平均植被覆盖度分别为0.83、0.87、0.80，植被覆盖度从2006-2011年呈上升趋势，上升了4.7%，从2011-2016年又呈下降趋势，下降了7.9%。

3.1.3 土地利用类型对植被覆盖度的影响

将植被覆盖度分为五级，0-0.2为低覆盖，0.2-0.4为中低覆盖，0.4-0.6为中覆盖，0.6-0.8为中高覆盖，0.8-1.0为高覆盖。2016年不同植被覆盖度区间土地利用类型面积统计见表1，其中林地是所有地类中植被覆盖度最高的，林地面积覆盖占高覆盖面积的48%。耕地高覆盖面积占总高覆盖面积的40%。建设用地的植被覆盖度最低，耕地和草地的植被覆盖度较为接近。

3.2 监测区水体分布与统计分析

监测区内水资源丰富，分布均匀。2011年至2016年期间，各类水体均有所减少。湖泊水面减少了26.87hm2，坑塘水面减少了18.24hm2，水体总共减少了53.06hm2。

3.3 监测区地表温度反演

利用Landsat 8卫星影像对规划区进行温度反演，同时针对温度反演结果采用密度分割法进行密度分割，将规划区建设用地、林地、耕地、水域、草地和裸地6种用地类型与温度反演图做叠加和统计分析，统计地表覆盖与地表温度的关系。

温度分布情况和地表温度与地表覆盖的关系主要表现在以下几个方面：①2016年7月30日3时许，益阳市城市规划区温度最低点为27.37℃，最高温度为54℃，最高温和最低温相差27℃;②规划区温度分布差异明显，且分布不均匀;③其中多处工业用地的地表温度表现为异常高值（高于50℃）;④不同土地利用类型的地表温度存在较大差异。城区建设用地地表温度较高（38℃以上），植被及绿化用地的温度较低（32-38℃），水体和林地最低（低于32℃），水体和林地对于城市的热环境调节发挥着一定的作用。

3.4 山体水体保护范围遥感动态变化监测

通过2014年和2016年两期的影像对比，选取两处典型变化区域扶王仑山与马良湖进行影像对比。扶王仑山保护级别为二级山体，保护面积28.2hm2，最高海拔160.3m。2014-2016年期间，露天煤矿采掘场占地面积34144m2。根据外业调查，扶王仑山破坏区域为益阳泰天矿业有限公司，主要經营石煤露天开采，年产10万吨石煤项目。马良湖保护级别为一级水体，水体面积为1.7hm2。2014-2016年期间，多层独立房屋建筑占水体面积9780m2。

4  结论

通过以地理国情监测数据和遥感图像解译数据为代表的空间数据与规划区专题统计数据的结合分析，对城市规划区获得了更加微观化精细化的认识。

从整体上分析，监测区夏季平均植被覆盖度2006-2011年呈上升趋势，2011-2016年期间植被覆盖度呈下降的趋势，土地利用变化是造成植被覆盖度下降的主要原因，2011-2016年期间监测区建设用地增加了1058.50hm2，将近1000hm2的林地和耕地转为了建设用地。监测区各类水体也是呈减少的趋势，总共减少了53.06hm2。从地表温度反演可得到该区域夏季7月某天温度最高温度为54℃，最高温和最低温相差27℃;其中多处工业用地的地表温度表现为异常高值（高于50℃）。

新增的城镇建设用地主要来自周边的耕地和林地，主要由于随着近年来规划区社会经济的发展，部分农业人口向城镇转移，城市扩展加速，相应地导致城镇住房、交通等基础设施扩展，引起城镇用地和其他建设用地增加。城市规划区林地面积虽然占绝对优势，但是中心城区周围林地退化对城市生态环境的影响不容忽视，对其必须进行科学的使用和管理。

从每处山体水体上分析，2011-2016年期间，益阳市城市规划区地表形态变化比较明显，一、二级山体保护范围变化图斑面积较大，一、二级水体保护范围变化不大。规划区山体保护范围变化面积86.03hm2，山体由原始植被生态环境转化为建设用地、堆掘地、硬化地表、水域、园地和露天煤矿采掘场等类型。水体保护范围变化面积2.28 hm2，水体由原始水域生态环境转化为建设用地等类型。

继续开展自然山体水体常态化遥感动态监测。各级行政主管部门可根据监测成果，对山体水体保护红线内的破坏区域进行有针对性的巡查，打击违法侵占、破坏山体水体行为。建议对保护红线内的矿区开展“矿山复绿”行动，对监测内仍在保护区内生产的矿区，依法责令退出。

参考文献：

[1]史文中.地理国情监测理论与技术[M].科学出版社，2013.

[2]许娟.3S技术在地理国情普查信息采集中的应用硏究[D].成都：成都理工大学，2015.

[3]肖昶，张莉.地理国情监测遥感数据源比选方法研究[J].测绘通报，2019（8）：116-120.

作者简介：唐根（1977-），男，湖南长沙人，在职研究生，高级工程师，研究方向为测绘地理信息。