基于高分遥感的董家口经济区土地利用变化分析

孙立娥，王艳玲，汪进生

（山东省青岛生态环境监测中心，山东 青岛 266003）

董家口经济区位于青岛市西南端，距离青岛市中心约75 km，面向黄海，西临日照，北靠潍坊，处于国家“一带一路”重要节点，是山东半岛蓝色经济区九大核心区之一、国家循环经济示范区、青岛西海岸新区的重要组成部分[1-2]。2013年，国家发改委正式批复《青岛董家口区域循环经济发展总体规划》，明确要求“把青岛董家口区域打造成区域经济优化发展的典型示范”。

土地利用变化是生态环境问题的核心[3]，通过研究土地利用变化状况可以评估生态环境变化[4]，遥感技术是进行土地利用分类最常用的手段。尹占娥等[5]、王丰等[6]分别基于遥感技术研究了上海浦东新区、天津滨海新区的土地利用变化情况。在董家口经济区发展期间，土地利用变化情况和生态环境状况如何，目前尚未有研究。

卫星遥感技术是目前应用十分广泛的一种技术手段，在环境监测领域也逐渐得到应用[7-9]。应用多源卫星遥感数据, 结合地面实地考察与观测, 可以实现对不同空间、时间尺度对象的现状和变化趋势的监测和分析[10]。本研究基于高分遥感数据，提取2014和2018年青岛市董家口经济区的土地利用类型，分析董家口经济区土地利用变化，评价董家口经济区规划期间生态环境状况，为董家口经济区的环境保护和可持续发展提供理论依据。

1 研究区概况

董家口经济区地处青岛市南部沿海，包括泊里镇和琅琊镇全域，陆地面积约235 km2，近岸海域面积约2 000 km2，自然岸线长约90 km，规划建设临港产业区和旅游宜居区，研究区具体位置见图1。

2 数据和方法

2.1 数据

图1 研究区域

本研究以高分辨率卫星遥感影像为主要信息源，辅以中分辨率遥感影像提取土地利用类型信息。选用的高分影像为2014年和2018年的高分一号卫星全色多光谱数据、2018年的资源三号01星全色多光谱数据，数据来源于中国环境监测总站；中分辨率遥感影像为2014年的Landsat 8 陆地成像仪 （Operational Land Imager ，OLI）数据，数据来源于地理空间数据云平台（平台网址：http://www.gscloud.cn/.），各卫星传感器参数见表1。

表1 遥感卫星数据

2.2 数据预处理

2018年的高分一号和资源三号全色多光谱图像已由中国环境监测总站集中进行了几何精校正，从地理空间数据云平台获取的2014年Landsat8陆地成像仪数据也经过了几何精校正，且与2018年的高分遥感图像叠合很好。因此只有2014年的高分一号卫星全色多光谱数据需要进行几何精校正操作。

在几何精校正前，先利用ENVI软件对2014年的高分一号全色多光谱图像进行正射校正，DEM选用ENVI自带的RPC文件。正射校正后，多光谱和全色正射结果在视觉上无偏差，叠合很好。但与2018年的高分影像叠合后，还有一定的偏移误差，因此在完成全色多光谱图像融合后需要对2014年的高分一号图像数据进行进一步的几何精校正。

2.2.1 图像融合

多光谱数据可以显示地物色彩，但分辨率较低，而全色图像具有较高的分辨率，但因为是单通道的，不能显示地物色彩。因此，需要将全色图像和多光谱图像进行融合处理，得到既有全色图像的高分辨率，又有多波段图像彩色信息的图像。本研究利用ENVI软件分别对高分一号、资源三号、Landsat8的全色和多光谱数据进行图像融合，融合方法采用NNDiffuse Pan Sharpening算法。

2.2.2 几何精校正

利用ERDAS软件对2014年的高分一号融合后图像进行几何精校正，参考影像选择中国环境监测总站精校正后的2018年的高分影像，采用二次多项式模型，均匀选取不少于20个控制点，均方根误差控制在两个像元以内。

2.2.3 裁切

利用ArcGIS软件根据董家口经济区矢量图层对遥感影像进行裁切，得到2014和2018年董家口经济区的全色多光谱影像。

2.3 土地利用分类系统

董家口经济区土地利用类型遥感解译中，采用2000年全国土地利用/覆盖分类二级分类系统[11]，包括一级6类，二级25类，具体分类系统见表2。

表2 董家口经济区土地利用分类系统

3 土地利用类型变化统计分析

基于高分遥感影像利用人机交互的方法分别提取2014年和2018年董家口经济区的土地利用分类数据，见图2（a）、 （b）。对各种类型的土地利用面积进行统计分析，结果见表3。

数据结果表明：董家口经济区土地利用类型以耕地为主，建设用地次之，再次是林地，而草地和未利用地面积较小；2014—2018年，董家口经济区土地利用类型的数量变化以建设用地的大幅增加、耕地和水域湿地的减少为主。其中，建设用地面积增长量为12.94 km2，而耕地和水域湿地面积的消减分别达10.90 km2和2.06 km2。林地和草地面积几乎无变化，这要归功于西海岸新区管委黄岛区人民政府重视山体生态保护工作，实施退耕还林、荒山荒地造林、封山育林、低产林改造等造林工程，增加疏林地的植被密度，提高山体森林覆盖率。

图2 董家口经济区2014年和2018年各类型土地利用类型面积变化

表3 董家口经济区2014—2018年各类型土地利用面积变化

4 土地利用类型转移矩阵

根据2014年和2018年的土地利用类型图，运用GIS的空间分析功能，获得2014—2018年土地利用类型转换矩阵（见表4），分析该时间范围内各种土地利用类型的数量变化情况，反映区域土地利用变化的剧烈程度。

表4 土地利用类型变化转移矩阵（2014—2018年）km2

从转移矩阵可以看出，2014—2018年，董家口经济区土地利用类型变化主要集中在建设用地转入上，其中以耕地转入最多，草地、林地、水域湿地及未利用土地均有转入，这与董家口经济区开发进程加快密切相关；耕地和林地也有转入转出情况出现，但林地总面积无变化。

董家口经济区2018年建设用地转入情况空间分布特征见图3。从空间分布上看，2018年建设用地转入主要集中在董家口港口区，除此以外，董家口经济区的铁路及高架路建设也是建设用地转入的一个主要原因，根据发展规划，董家口要建成以石化、钢铁、装备制造、物流为主的临港产业区，打造第四代物流港，同时发展交通，改善基础设施布局。研究结果与董家口经济区的发展规划相吻合。

图3 董家口经济区2018年建设用地转入情况分布

5 结语

综上，2014—2018年董家口经济区土地利用变化并不十分显著，变化主要体现在建设用地的增加及耕地、水域湿地的减少方面；在空间分布上，建设用地的增加主要集中在董家口港口区和整个经济区的道路建设上，这与董家口经济区的发展规划相吻合。根据西海岸新区管委、区政府批复的《青岛董家口经济区产业发展规划（修编）》，确定2020年前重点布局新材料产业、现代物流业、特钢及装备制造业、大宗货物加工业四大主导产业，因此，道路基础设施建设用地及港口区建设用地面积会逐渐增多。但总体来说，董家口经济区规划理念立足于可持续性，生态环境保持良好。