基于遥感影像的恩施市土地利用/覆被变化研究

冯鑫 宋鄂平

摘 要：以恩施市2003年和2015年的遥感影像为基础，本文利用ENVI5.1将影像分成六大土地利用类型：林地、耕地、草地、建设用地、水域和裸地。同时，采用土地利用/覆被变化幅度、动态度的数学模型和混淆矩阵的分析方法，研究恩施市2003—2015年土地利用/覆被动态变化。结果表明，2003—2015年，恩施市土地利用类型占比最高的为林地和耕地，二者总面积超过恩施市总面积的80%，林地和耕地是土地利用类型变化幅度最大的用地类型;土地利用/覆被变化最剧烈的主要为建设用地、水域和裸地，土地利用变化过程动态度[K2]分别达到28.43%、16.63%和7.74%;土地利用类型相互转化方面，主要是林地和耕地的转化，其次是草地、裸地向建设用地的转化。

关键词：恩施市;遥感影像;ENVI;土地利用/覆被变化;土地利用变化动态度

中图分类号：F301文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）02-0136-04

Abstract： Based on the remote sensing images of Enshi City in 2003 and 2015， this paper used ENVI5.1 to divide the images into six land use types： forest land， cultivated land， grassland， construction land， water area and bare land. At the same time， a dynamic model of land use / cover change amplitude and dynamics and an analysis method of confusion matrix were used to study the dynamic changes of land use / cover in Enshi City from 2003 to 2015. The results show that from 2003 to 2015， the highest proportion of land use types in Enshi City was forest land and cultivated land， with the total area of both exceeding 80% of the total area of Enshi City， forest land and cultivated land were the types of land with the largest changes in land use types; the most drastic changes in land use / cover were construction land， water area and bare land， the dynamic degree of land use change process [K2] reached 28.43%， 16.63% and 7.74%， respectively; in terms of mutual conversion of land use types， the conversion was mainly from forest land and cultivated land， followed by the conversion of grassland and bare land to construction land.

Keywords： Enshi;remote sensing images;ENVI;land use /cover;land use and land cover dynamics

遙感影像在土地利用动态监测方面的应用已成为环境保护的重要手段，本文利用ENVI5.1解译恩施市2003年和2015年的遥感影像，研究从2003年到2015年恩施市土地利用/覆被的动态变化，研究恩施市土地利用/覆被的变化趋势和主要特征。其研究结果将有利于恩施市土地的可持续利用、生态环境建设和经济发展。

1 研究区概况

恩施市位于湖北省最西端，全市总面积为3 972 km2。东边与建始、鹤峰相邻，西与利川、咸丰接壤，北部比邻重庆奉节，南接宣恩。恩施市属于亚热带季风气候，冬暖夏凉，降水充沛。但恩施市内山地地形复杂，海拔高低相差悬殊，相对高差达1 816 m，所以又表现出明显的垂直地域差异。

2 数据来源及研究方法

2.1 数据来源及处理

本文研究的数据为恩施市2003年5月的Landsat-TM影像和2015年9月的Landsat8-OLI影像，均源于地理空间数据云。本研究利用ENVI5.1对图像进行辐射定标、大气校正和裁剪等处理，然后监督分类，结合恩施市地形特征以及土地利用分类标准《土地利用现状分类》（GB/T 21010—2017），将恩施市的土地利用类型分为六类，即耕地、林地、草地、建设用地、裸地和水域，最终分类结果如图1所示。

2.2 分类精度验证

Kappa系数用来表现分类精确度[1-2]。Kappa系数值越高，表明精确度越高，0.611～1表示较高的精确度，均能满足研究需要。由表1、表2可知，两期影像总体精度均保持在80%以上，Kappa系数值均超过0.73，满足研究所需要的精度标准。

2.3 研究方法

本文主要的研究方法为综合定性分析法，在ENVI软件的支持下将恩施市2003年和2015年的遥感影像进行地理计算和空间分析，定量化恩施市各类土地利用类型，再通过分析两期影像定量化的指标以及空间布局，揭示恩施市土地利用/覆被变化的过程以及恩施市土地利用/覆被变化趋势。动态变化的分析主要从土地利用类型变化的幅度、土地利用/覆被变化动态度和土地利用类型相互转化等方面进行研究。

3 土地利用/覆被动态变化分析

3.1 土地利用变化幅度分析

土地利用变化幅度体现了某土地利用类型面积在研究时间段内总量的变化，它能反映出土地利用变化的程度和总体趋势、人类对土地资源利用的改变程度和土地结构的变化[3]。

本文对2003年和2015年遥感影像进行处理，获得的数据如表3所示。

由表3可知，恩施市主要的土地利用类型是林地、耕地和草地，2003—2015年，恩施市土地利用总趋势为：林地、建设用和水域用地面积增加，耕地、草地和裸地用地面积减少。从土地利用的面积总量来看，2003—2015年，恩施市土地利用结构产生了改变，其中，林地、耕地和裸地是面积变化最多的用地类型。林地变化幅度最大，12年间用地面积增加163.74 km2;其次是耕地，12年间总用地面积减少了129.66 km2;裸地变化量较大，2003—2015年有85%以上的裸地转变成其他用地。总的来看，林地、耕地变化幅度最大，而面积基数较小的裸地和建设用地等变化速率较快。

3.2 土地利用/覆被变化动态度分析

本文运用两种土地利用类型变化动态度模型来监测恩施市土地利用结构和土地利用变化速度的情况。一种为土地利用变化总体动态度[K1]，反映土地利用类型变化的年变化率;另一种为土地利用变化过程动态度[K2]，反映土地转入和转出[4-5]。[K1]的表达式为：

式中，[K2]为土地利用变化过程动态度指数;[ΔU1]为[T]年内某土地利用类型面积增加的绝对值;[ΔU2]为[T]年内某土地利用类型面积减少的绝对值;[T]为研究时间间隔;[Ua]为研究区内某土地利用类型在研究时间初期的初始面积。

2003—2015年，恩施市土地利用面积转出、转入情况如表5所示。

通过表4可知，耕地变化程度是比草地变化程度大的，而表5将空间区位性和相关属性考虑进去之后，可以得出草地的变化程度实际比耕地的变化程度更加剧烈。由表5可以得出，恩施市土地利用变化剧烈程度顺序为：建设用地>水域>裸地>草地>耕地>林地。

3.3 土地利用/覆被转移矩阵分析

在ENVI软件的支持下，对恩施市2003年和2015年的土地利用分类图进行混淆矩阵统计分析，其统计结果如表6所示，表中的第一行表示2003年恩施市土地利用类型，第一列表示2015年恩施市土地利用类型，行列相交处表示恩施市2003到2015年某类土地利用类型转化成其他土地利用类型的面积。

从表6可以看出，耕地转变成林地面积为295.18 km2，是转变面积最多的;其次是林地转变成为耕地，转变面积为182.31 km2。从耕地的转入与转出来看，耕地转入面积为248.55 km2，转出面积为378.2 km2，转出量比转入量多了50%，呈递减趋势，转出的主要土地利用类型为林地，占所有耕地转出面积的48.2%。转变为耕地的土地利用类型主要有林地、草地和裸地。从林地的转入与转出总量来看，其转入量比转出量多70%，呈递增趋势。

4 结论

随着经济的飞速发展和人口的增加，恩施市未利用土地资源（裸地）被极大效率利用，城镇面积扩张。耕地逐渐减少，转变成为林地，对于耕地逐渐减少的趋势，应当制定相关的规划，划定基本农田红线范围，防止基本农田被非法侵占。在如今发展迅速的现代社会，既要增加人民生活水平，又要保证生态环境的建设，因此土地利用的合理性至關重要。土地利用/覆被变化遥感监测的建立，将有效地为恩施市土地利可持续利用提供理论依据。

参考文献：

[1]雷鸣，田卫新，任东，等.基于对象分类的遥感影像森林变化检测方法[J].森林与环境学报，2019（6）：641-646.

[2]杨帆，王博.基于决策树的遥感图像分类方法研究[J].测绘与空间地理信息，2019（7）：1-4.

[3]崔晓庆，于泉洲，汤庆新，等.1975—2016年济南市南部山区土地利用及其地形控制特征[J].中国水土保持，2019（8）：51-55.

[4]郭少壮.1980—2015年秦岭地区土地覆被变化及其驱动因素[D].西安：西北大学，2019.

[5]王国玲，李艳红，苏志珠，等.2008—2013年晋北地区土地利用/覆被变化研究[J].农学学报，2019（5）：38-43.