基于遥感影像的太原土地利用频度变化分析

姚梅梅,裴 桐

(山西师范大学 地理科学学院，山西 太原 030031)

1 引言

随着社会经济的发展，人口、资源和环境之间的矛盾日益突出[1]，土地资源作为人类社会发展不可或缺的一部分，其利用方式及变化对人类社会经济的发展具有重要影响，其中杨国东、郑怡鹏等通过遥感影像和GIS对长春市经济开发区和云南呈贡新区的土地利用变化进行分析，揭示了土地利用变化的内在机制[2，3]。同时，土地利用变化研究是国土空间规划和社会经济发展规划的前提和基础，吴楠、陈铸等分别以长江上游和株洲城市的土地利用为研究对象，得出城市建设和不同地形条件下对土地利用的影响因素是不同的[4，5]，在城镇化高质量发展背景下，土地利用变化研究已成为学者及社会关注的热点问题，学者分别对阜康绿洲、铜陵县、太原市和长沙市基于遥感影像对土地利用进行研究，证明随着社会经济的发展，人为因素对土地利用的影响不断加大[6～9]，尤其是随着遥感技术的不断发展，利用遥感影像进行土地利用/覆盖变化的研究已经得到广泛应用，研究者基于遥感影像对各个城市的土地利用变化进行分析研究，认为在城市建设发展过程中要注意耕地的保护和生态环境的保护，土地利用跟国家相关政策密切相关[10～15]。其中，不同时相下的土地利用遥感检测研究成果较丰富，相关学者通过对研究区的土地利用变化情况进行研究，得出在土地利用过程中要注重耕地、水源和生态环境的保护，遵守国家相关的可持续发展政策，对城市健康发展做出助力[15～22]。本文以山西省太原市为研究区，利用遥感影像数据，基于ArcGIS平台对太原市2000年、2005年、2010年、2015年4个时相下的土地利用变化和变化频度进行分析。以期为当地的土地资源利用、国土空间规划及社会经济发展规划提供一定的参考。

2 研究区概况

太原位于山西省中央，太原盆地北端，于华北地区黄河流域中部，西、北、东三面环山，中、南部为河谷平原，全市整个地形北高南低呈簸箕状。介于东经111°30′～113°09′，北纬37°27′～38°25′之间，东西横距约144 km，南北纵约107 km。全市面积约6988 km2，以山地、丘陵为主。其中市区面积约为1460 km2，建成区面积约438 km2。其土地利用类型多样、土地利用变化较明显。

太原地处南北同蒲和石太铁路线的交汇处。市辖6个区、3个县、1个县级市。2021年末常住人口约539万人，其中城镇人口约481万，约占常住人口的89.23%。城镇化的快速发展、社会经济水平的稳步增长使得太原土地利用类型变化较为明显。

3 数据来源与预处理

3.1 数据来源

本文中所运用的数据来源于中国科学院资源与环境数据中心，数据分辨率为1km，基于arcgis10.2对2000年、2005年、2010年和2015年4个时相的LandsatTM影像进行处理分析。

3.2 数据预处理

数据处理的准备工作：在全国土地利用矢量数据基础上裁剪山西省的土地利用数据，然后提取出太原市的土地利用数据。运用2000年、2005年、2010年、2015年4个时相、6973个相元进行分析。最后进行土地利用重分类。将4个时相、6973个像元数据进行重分类，为之后的重编码做准备。最后对各个土地利用类型进行赋值、重编码，将耕地土地利用类型赋值为1，林地赋值为2，草地赋值为4，水域赋值为8，城乡工矿、居民用地赋值为13，未利用土地赋值为21，通过整理得到太原市4个时相下的土地利用类型面积统计表(表1)。

表1 太原4个时相下土地利用类型统计 km2

4 结果与分析

4.1 土地利用变化

通过对相元值重新赋值，得出3个时段下太原市市土地利用类型变化。

2000～2005年、2005～2010年、2010～2015年太原土地利用变化情况如下。

2000～2005年间，太原土地利用类型由水域变为耕地的地区有7 km2，未变化的区域为6934 km2，草地变为水域和水域变为建设用地的区域分别为1 km2，耕地变为水域的有5 km2，草地变为建设用地的地区为2 km2，耕地变为建设用地的地区有23 km2。

2005～2010年间，太原土地利用类型由建设用地变为未利用的区域有1 km2，6914 km2没有发生变化，10 km2耕地变为林地，1 km2由林地变为草地，11 km2由耕地变为草地，由草地变为水域的地区有1 km2，耕地变为水域的地区有1 km2，草地变为建设用地的有2 km2，林地变为建设用地有1 km2，耕地变为建设用地有31 km2。

2010～2015年间，太原土地利用类型由建设用地变为水域的地区有2 km2，由草地变为耕地的区域有2 km2，未变化区域未6959 km2，耕地变为水域、草地变为建设用地和林地变为建设用分别为1 km2，由耕地变为建设用地的地区有7 km2。整理得出3个时段里太原市土地利用各类型面积变化情况(表2)。

表2 3个阶段太原土地利用类型变化情况 km2

综上所述，由草地变为建设用地的土地利用类型共有5 km2，由耕地变为城乡建设用地的土地利用类型共有61 km2，由耕地变为水域的有7 km2，由水域变为耕地的有7 km2，草地变为水域、水域变为建设用地、建设用地变为水域，草地变为耕地的区域分别为2 km2，耕地变为草地的有11 km2，，耕地变林地的有10 km2，林地变草地的有1 km2。建设用地得变化最大，耕地减少相对明显，表明，随着时间的推移，国民经济的发展，城市化进程不断加快，建设用地使用不断增加。

4.2 土地利用频度变化

通过以上分析，整理得出2000～2015年太原市的土地利用频度变化(表3)。

表3 2000～2015年太原土地利用频度变化

原因分析：2000～2005年间，由于城市建设的发展，耕地变为建设用地的土地利用类型变化较为明显，主要集中在太原城区的尖草坪区、杏花岭区、迎泽区和小店区以及下辖的阳曲和清徐县。水域变为耕地的类型变化较大，主要是农业发展带动耕地面积的发展，集中处于晋阳湖段和娄烦县汾河水库的相关区域。

2005～2010年间，基于相关政策的变化，城市不断向南发展，耕地面积随之减少，建设用地不断增多；主要集中在小店区，由于退耕还林政策的实施，耕地、林地、草地变化明显，耕地变为林地的土地利用类型变化主要集中在东部阳曲县，耕地变为草地的土地利用类型则在尖草坪区和杏花岭区相对集中。

2010～2015年间，城市建设进程加快，建设用地不断增加，主要集中在太原市区的尖草坪区、杏花岭区、迎泽区、小店区和下辖的清徐县区域内。太原市内晋阳湖和娄烦县汾河水库变为耕地类型，主要原因是城市发展，耕地紧缺。耕地变为水域的土地利用类型集中在娄烦县城区和清徐县。

综上，太原市土地利用变化主要集中在六大城区和娄烦县、阳曲县。

5 结论

2000～2015年太原土地利用变化频度为6865 km2，是未变化区域，处于低频变化区有104 km2，中频变化区有4 km2。其中，低频变化区主要集中在太原城区的尖草坪区、杏花岭区、迎泽区和小店区，以及下辖的娄烦县和阳曲县；中频变化区则集中在娄烦县的城区和太原城区的小店区。由于分辨率较低，部分地区土地利用类型变化不明显。

根据4个时间节点及3个时段的太原市土地利用变化、土地利用各用地类型转换及相应表格分析，得出：①2000～2005年太原市土地利用类型变化中，建设用地面积增加最多，表明政府大力发展经济建设；其中主要城区以及道路沿线的变化特征较明显，充分说明建设用地面积的变化和经济发展水平、人口密度等密切相关；②研究时段内，耕地变为建设用地的面积占比较大，这是一个不合理现象，城市化进程加快导致耕地大量流失，应注重粮食安全和城市的健康发展；③值得注意的是，从2000～2015年水域面积没有明显的变化，表明在城市发展过程中，注重水资源的涵养，没有盲目占用水域面积。

综上所述，太原市政府在土地利用规划及社会经济发展规划中要充分保护耕地和基本农田，严守耕地红线；同时更要坚持绿水青山就是金山银山的发展理念，促进城市健康发展乃至黄河流域的高质量发展。在城市化发展过程中要科学发展规划，坚持可持续发展方针，注重粮食安全，注重生态环境保护。