四川省广安市近15 年土地利用变化动态分析

广安职业技术学院 范微维 马静月

前言

土地利用/覆盖变化对全球环境变化有重要的影响，也是目前国内外学者研究全球变化的核心主题[1-3]。LUCC 的变化对地球各圈层物质循环和生态复杂度产生了巨大影响，同时也对全球辐射平衡和能量流的改变产生了强烈影响，因此，它的变化越来越受到重视。

Markov 模型具有强大空间模拟能力，可动态地模拟土地利用类型变化过程，受到国内外学者的关注[4-6]。模型可以为土地利用、城市和区域等提供决策依据，同时，为科学利用土地资源、保护生态环境等提供理论支撑。

广安市，近15 年来经济发展迅速，土地利用变化类型十分明显。本文以广安市为研究区，利用广安市不同时期的遥感影像资料，在获得土地类型变化的基础上，结合Markov 模型计算不同土地利用类型的转入转出，为广安市土地利用规划、经济发展等提供一定的参考价值。

随着测绘技术的快速发展，利用RS 和GIS 技术对土地利用状态进行动态分析监测，可以及时有效地了解、分析城市和区域内的土地利用时空动态变化信息。本文以四川省广安市为例，利用TM/L8 遥感影像，结合GIS 技术，通过对广安市的遥感影像进行解译，分析了2005-2020 年广安市土地动态变化，其结果可为城市土地管理制定科学有效管理政策、城市土地用地布局提供决策依据，这对于实现土地的可持续发展利用等有重要意义。

1 研究区概况

广安市位于四川省东部，地理坐标为30°01′N～30°52′N，105°56′E～107°19′E，东西宽 134.5 km，南北长 93.6 km，总面积约6344 km2，辖区面积6344 km2。区域内地势东高西低，中西部为丘陵区，东部为平行峡谷低山区，海拔在82m～1695m。广安地处川渝接合部，是川东方向至重庆和南广安区位优势下东进的重要通道，也是全国“五纵七横”交通干线上的重要节点。已经融入重庆1 小时经济圈、成都2.5 小时经济圈。

2 数据与研究方法

2.1 数据来源及处理

TM、L8、DEM 影像数据来源于地理空间数据云（http://www.gscloud.cn/），选择3 期中无云或少云，清晰度较高的5-10 月的遥感影像，该时间段植被覆盖度高，易于区分识别。在ENVI5.3中对获取的影像进行大气校正、几何校正、裁剪等预处理后，波段组合进行假彩色合成。依据《土地利用现状分类》标准（马克伟），结合区域影像特征和广安市生态环境特点，采用监督分类与目视解译相结合的方法，将土地类型分为6 类：林地、耕地、草地、建设用地、其他用地和水体。

2.2 研究方法

2.2.1 Markov 模型

Markov 模型是根据某一时期的状态，预测其下一时期的状态，其中关键是确定事件发生转移的概率，一种长期预测方法。Markov 模型在数量上具有预测优势，模型将每个栅格看作一个元胞，离现存土地越近的栅格，具有这种状态的权重也越重，转换考虑了更多的空间关系，因此可分析转入转出率。

Markov 过程下的土地利用变化如下所示：

式中：X(t+1)表示随机事件在t+1 时刻的状态，即马尔科夫模型预测所得到的结果；X（t）是随机事件在t 时刻的状态；P 是转移概率矩阵，表示这一随机事件不同状态之间转换的转换概率。

Kappa 一致性检验是一种测定模型结果精度验证方法，检验完成后得到Kappa 系数，该系数是一种评价预测结果精度的指标。Kappa 一致性检验是基于混淆矩阵的。土地利用模拟结果验证精度计算公式如下：

公式中：Kappa 为计算的大的精度验证，Po、Pe 分别为总体模拟精度和理论模拟精度；a1a2...ac为每类用地类型模拟正确百分比；b1.b2....bc为预测每类用地类型的百分比；d1.d2...dc为实际每类用地类型的百分比。Kappa 系数在0～0.20 时，模拟结果精度极低；在 0.20～0.40 时，模拟精度一般；在 0.4～0.6 时，模拟精度中等；在 0.60～0.80 时，模拟精度较高；在 0.8～1.00 时，模拟精度非常高。

3 结果分析与讨论

3.1 土地利用变化分析

由 ENVI5.3 软件利用 2005、2015、2020 的三期遥感影像（图1）分析得到广安市三个时期的土地利用类型分布图（图2）及各类型面积百分比（表1）及变化百分比（表2）。从广安市土地利用类型面积统计中可以看出，耕地占地面积最大，其次是林地和建设用地。2005-2015 年间，研究区中的水体、建设用地、林地呈增加趋势，其中研究区内建设用地增加明显，从2005年的219.27km2增加到2015年的464.99km2，增加了245.72km2，增速达到了 112.06%；水体面积略微增加，面积变化不明显；林地面积增加较显著，由2005 年的 999.32 km2增加到 2015 年的 1222.66km2，增加了22334 km2。耕地、草地和其他用地面积减少，其中耕地面积减少最为显著，达到了-168.79 km2，变化速率为-4.737%。2015-2020年间建设用地面积持续增加，增速达到了67.73%，草地面积耕地也有所增加，水体、林地和其它用地面积减少，其中林地减少趋势最大。

图1 广安三期遥感影像图

图2 广安三期土地利用类型图

表1 广安市不同时期土地利用类型

表2 2005-2020 年广安市土地利用类型变化

3.2 土地利用变化分析

分类精度检验是分类工作中重要的也是不可缺少的环节。进行精度检验，既可以有效地对分类器进行评价进而改进分类方法及流程，也是对分类成果的最终评价指标。利用混淆矩阵，可以计算出总精度、Kappa 指数等精度指标。同时在Google earth 选取大量的高精度样本数据，结合广安市地形图资料，建立检验样本数据，样本的选取尽可能保在整个研究区内分布均匀。通过易康Developer 软精度进行Kappa 系数检验，三期分类结果Kappa 系数均大于0.8，表明分类结果良好。

3.3 Markov 模型分析土地转化结果及分析

由2005 和2015 年的土地分类图通过IDRISI18 软件中的Markov 模块生成广安市2005-2015 年土地利用类型的转移矩阵（表3），利用该转移矩阵定量分析不同类土地利用的变化方向，可整体了解研究区土地利用类型的演变过程以及某种土地类型的转化去向和转入来源。

表3 2005-2015 年广安市土地利用面积转移矩阵

通过对广安市2015 年土地利用类型CA-Markov 预测图与2015 年土地利用类型遥感图进行精度检验，结果表明，影像一致性系数Kappa 大于0.8 精度高，结果可靠。

利用2015 和2020 年的土分类影像生成广安市2015-2020年土地利用类型的转移矩阵（表4）。

表4 2015-2020 年广安市土地利用面积转移矩阵表

在研究时段内，广安区土地利用转移主要发生在耕地与建设用地之间，耕地与林地之间。2005-2015 年间，耕地的转出面积最大，达到3393.68 km2，占转出面积的53.49%，耕地主要转出为其他用地和林地，其中转入林地的为230.77km2，说明广安市实施的退耕还林工程取得了显著成果；耕地转入建设用的面积为123.87km2。转出面积大小依次排序为：耕地>林地>其他>建设用地> 水体> 草地。转入面积最大的也是耕地，达到3932.64km2，其中林地一部分转入耕地，填补了耕地的缺失。其次是建设用地为1241.13km2，转入面积最小的是草地，为25.03km2。

2015-2020 年期间，转出面积最大的依然是耕地面积，达到了4122.37km2，比上个研究时间段转出面积多189.73km2，其中耕地转建设面积占耕地转出比例最大，为9.6%，广安市在该研究时间段内城市扩张比上个研究时段更为显著。转出面积大小依次排序为：耕地>建设用地>林地>草地> 其他用地>水体。转入面积最大的为耕地为3932.64km2，其次为草地，说明广安市加强了城市绿化工程项目的实施。转入面积大小依次排序为：耕地>建设用地>草地>其他用地> 林地>水体。

4 结论与建议

4.1 结论

本文利用 TM/L8 遥感影像数据，在 Arcgis、ENVI、IDRIS 软件平台的支持下，对广安市近15a 土地利用类型的变化特征进行了分析，同时采用无人机航拍、现场踏勘、Google earth 影像等验证分类精度，主要结论如下：

（1）广安市耕地占地面积最大，其次是林地和建设用地。在研究时段内研究区中的水体、建设用地、林地呈增加趋势，其中建设用地增加明显，2005-2015 年增速达到了112.06%，2015-2020 年增速达到67.73%，研究区城市扩张比较剧烈；林地面积有所增加，增速为22.35%，广安市的退耕还林工程效果明显。耕地、草地和其它用地面积减少，其中耕地面积减少最为显著，达到了-168.79 km2，变化速率为-4.737%。2015-2020 年间建设用地面积持续增加，增速达到了67.73%，草地、耕地也有所增加，林地面积减少，其中林地减少趋势最大。

(2)从土地利用类型转移矩阵分析，广安区土地利用转移主要发生在耕地与建设用地之间，耕地与林地之间。

2005-2015 年间，耕地的转出面积最大，达到3393.68 km2，占转出面积的53.49%，耕地主要转出为其他用地和林地，其中转入林地的为230.77km2，转出面积大小依次排序为：耕地>林地>其他>建设用地>水体>草地。转入面积最大的也是耕地，达到3932.64km2，其中林地一部分转入耕地，填补了耕地的缺失。其次是建设用地为1241.13km2，转入面积最小的是草地，25.03km2。

2015-2020 年期间，转出面积最大的依然是耕地面积，达到了4122.37km2，转出面积大小依次排序为：耕地>建设用地>林地> 草地> 其它用地> 水体。转入面积最大的为耕地为3932.64km2，其次为草地，说明广安市加强了城市绿化工程项目的实施。转入面积大小依次排序为：耕地>建设用地>草地>其他用地>林地>水体。

4.2 建议

广安市近15 年土地利用变化趋势研究表明：由于人口增长、城市化建设节奏加快、工矿企业的发展及生态建设等原因，广安市土地利用变化显著。城市的发展也导致林地面积减少、耕地向建设用地转入，林地向耕地入。为提高土地集约利用程度，实现经济、社会和生态的可持续发展，针对广安市土地开发利用，提出以下建议：

①加大相应政策的宣传，提高民众保护土地的意识

土地资源的合理规划利用不只是政府管理部门的事情，而是与我们每个人都紧密相关，需要社会全体成员参与。加强对国家颁布的相关政策宣传，让大众掌握最新的国家土地管理政策，树立合理开发利用土地，保护土地的意识。

②合理处理经济发展与土地资源利用的关系

合理处理社会经济发展与土地资源利用的关系，经济发展与土地利用相互依赖、相互影响。经济发展会引起非建设用地向建设用地转化，改变土地利用结构。而不合理的土地利用结构又会阻碍经济的发展，因此在发展经济的同时，要合理安排土地利用结构，使经济发展和土地利用的统一协调，所以政府部门必须加强土地资源的监管。

③借助先进技术手段，为土地资源管理做保障

国土资源是不可再生资源，范围广，土地资源的需求日益增大，管理的难度较大也复杂，因此要在可持续发展的基本思想指导下，对土地资源进行科学合理的开发和利用，提高土地的利用率。其中测绘技术，如遥感、地理信息系统等，运用在土地资源管理中，可极大地提高对土地资源的掌握情况，为国土资源管理提供强有力的技术保障。