中原城市群城乡建设用地时空变化及其驱动力分析

摘要：研究以中原城市群的新乡、鹤壁和安阳为研究区域，利用Envi5.3和ArcGIS10.2软件，结合Landsat8OLI_TIRS卫星遥感数据，分析2013年、2017年和2021年3个时间节点的城乡建设用地变化。研究发现，2013—2021年间，研究区域建设用地面积显著增长，其中，2017—2021年的增长速度尤为显著。通过对比分析和转移矩阵方法，揭示了建设用地扩张与区域经济发展、人口增长、城市化进程等因素的密切关联。研究结果可为区域土地资源管理和城乡规划提供参考。

关键词：城乡建设用地土地利用变化遥感地理信息系统中原城市群

AnalysisoftheSpatiotemporalChangesandDrivingForcesofUrbanandRuralConstructionLandintheCentralPlainsUrbanAgglomeration

ZHANGWenjing1ZHANGHe1LIJun2

1.HenanCollegeofSurveyingandMapping，ZhengzhouCity，He’nanProvince，454000China;2.ChinaConstructionIndustrialandEnergyEngineeringGroupCo.，Ltd.，ZhengzhouCity，He’nanProvince，454000China

Abstract：TakingXinxiang，HebiandAnyangoftheCentralPlainsurbanagglomerationastheresearcharea，usingEnvi5.3andArcGIS10.2softwarealongwithLandsat8OLI_TIRSsatelliteremotesensingdata，thisarticleanalyzesthechangesinurbanandruralconstructionlandatthreetimepointsin2013，2017，and2021.Thestudyrevealsasignificantincrease ;inconstructionlandareafrom2013to2021，withthegrowthratebetween2017and2021beingparticularlynoteworthy.ThroughComparativeAnalysisandTransitionMatrixmethods，thecloseconnectionbetweentheexpansionofconstructionlandandregionaleconomicgrowth，populationincrease，andurbanizationprocesses，andotherfactorshasbeenrevealed.Thesestudyresultscanprovidereferenceforregionallandresourcemanagementandurban-ruralplanning.

KeyWords：Urbanandruralconstructionland;Landusechange;Remotesensing;GIS;CentralPlainsurbanagglomeration

随着我国经济的快速发展，城乡建设用地快速扩张，特别是在中原城市群这样的经济活跃区，土地资源的供需矛盾日益尖锐。土地资源的合理利用和规划是区域经济发展和社会稳定的关键。遥感技术和地理信息系统（GeographicInformationSystem，GIS）已成为土地利用变化研究的重要工具，其能够有效监测和分析土地利用的动态变化。随着这些技术的发展和城镇化速度的加快，土地利用变化研究也逐渐增多，研究范围从单一的变化监测扩展到变化机制[1]、影响评价[2]、预测模拟[3]等多个方面。然而，对于中原城市群这样的特定区域，特别是其城乡建设用地时时空动态变化及对区域发展影响的深入分析还相对缺乏。

本文以中原城市群的土地利用变化研究为例，综合应用多种技术和方法，不仅揭示了土地利用类型的变化和驱动因素，还评估了这些变化对生态系统服务和生态景观的影响。尽管土地利用效率的研究起步较晚，但通过方法如数据包络分析法（DataEnvelopmentAnalysis，DEA）[4-6]，学界已开始评价和探讨土地利用效率及其影响因素，为提高土地资源管理的效率提供了新的视角。未来的研究需要进一步探索土地利用变化的机制，加强效率评价方法的研究，以促进土地资源的可持续利用和高质量的城镇化发展。

1数据获取

1.1研究区域

安阳、鹤壁和新乡位于河南省北部，其各具特色的地理位置和自然环境为中原城市群的发展提供了独特的背景。安阳拥有深厚的历史文化，地理上处于晋豫鲁交界，展现了中原地区的文化深度和城市发展的历史轨迹。鹤壁位于太行山东侧，是一个典型的山地与平原交界的城市，其土地利用状况反映了地形地貌对城乡建设的影响。新乡则位于黄河北岸，是河南省的重要交通枢纽和农业生产基地，其土地利用变化可以揭示农业发展和城市扩张的关系。这3个城市不仅在经济和社会发展上具有重要地位，同时也在河南省乃至整个中原经济区的城乡建设和土地利用规划中扮演着关键角色，通过对这3个城市的综合研究，可以全面理解中原城市群在快速发展中土地利用变化的规律，为制定区域土地规划和城乡建设提供有价值的参考。

1.2数据来源

本研究主要利用了来自中国科学院国家计算机科学网络信息中心（中国科学院大数据中心）的大数据处理云平台，从中获取了Landsat8卫星遥感数据，包括2013年、2017年和2021年不同时间点获取的遥感影像。其中，除了波段8的空间分辨率为15m外，其余10个波段的分辨率均为30m。

2数据处理

2.1遥感影像预处理

ENVI5.3软件被用于图像的预处理，包括辐射定标、大气校正、图像融合、镶嵌、裁剪等关键步骤。利用ENVI的辐射定标工具进行了辐射定标，随后进行了大气校正，以减少大气因素对图像的影响。同时，为提高影像的空间分辨率，进行了图像融合处理，特别是利用Landsat8的第八波段进行了分辨率增强；接着，通过图像镶嵌技术，合并了不同图像；最后进行图像裁剪（见图1），以确保研究区域的准确性。

2.2城乡建设用地的提取

本文依据“中国科学院土地利用覆盖分类体系”进行分类。其中，耕地，表征为人类耕作的区域，如农田，显示为规律的块状或线条状图案；林地，由树木覆盖，多呈现为不规则的绿色斑块；草地，表现为连绵不断的绿色区域，但质地较林地更为均匀；水体，以蓝色或黑色表示，形态多变；城乡建设用地，显示为密集的建筑群落，颜色因材料不同而异；未利用地，通常为自然状态下的地表，色彩多样，纹理较为杂乱。通过这些类别，可以更精确地解读和分析土地的利用情况。本文采用监督分类的方法进行。

2.3城乡建设用地的分类

分类主要需要分析建设用地在2013—2017、2017—2021两个时间段的变化。重分类、边界消除与合并常用在区域数据的操作中，需要依据土壤类型这个属性项对原始数据层重新分类。如果两个相邻多边形具有相同的土壤类型，则删除它们之间的分界弧段分界，重新建立拓扑关系，合并无分界弧段的、相邻的多边形。然后，利用ArcGIS做土地利用转移矩阵。

3结果

3.1城乡建设用地变化

在2013—2017年间，具体以鹤壁市来看，建设用地经历了显著的土地用途转变。具体而言，建设用地中的15.16km2、42.41km2和96.17km2分别由水域、未利用地和植被覆盖提供，在同一时期内，水域的总面积减少了0.3112km2，未利用土地也减少了0.4078km2。在2017—2021年期间，建设用地中的4.85km2、14.18km2和657.24km2分别由水域、未利用地和植被覆盖提供，建设用地面积增加到了1368.3166km2。

在2013年—2021年间，安阳、鹤壁和新乡三地的建设用地面积经历了显著增加，从2013年的建设用地面积8831km2开始，到2021年增长至11726km2，增长幅度达到了32.8%。分阶段来看，2013—2017年的增长率为7.4%，而在2017—2021年期间，增长率大幅上升至23.6%，这表明后四年的增速更为迅猛。建设用地面积的扩张以减少植被覆盖的土地为代价，原有的植被覆盖地比例从2013年的44%下降到2021年的30%，同时，建设用地占比从2013年的50%增加到2021年的66%，这一变化反映出两者之间的转换关系，大部分原本的植被覆盖地转变为了建设用地。

3.2城乡建设用地驱动力

对于2013—2019年间城乡建设用地动态变化，研究侧重于人口因素和经济因素两个关键维度的影响。经济因素的考量涉及城市化进程的经济动力、经济整体增长水平及产业结构的调整对建设用地的需求。具体来说，区域内生产总值增长、财政收入的提升、二三产业增加值的提高、固定资产投资的扩大、建筑业产值和房地产投资的增加都是推动建设用地变化的经济驱动力。此外，居民生活水平的提高，如人均收入的增长和在岗职工平均工资的上升，反映了居民对更高生活质量的追求，这也在一定程度上推动了建设用地的扩张。而从人口因素角度分析，城乡建设用地的变化主要受到城镇人口增长、农村人口变动及净迁入率的影响，人口的集聚加速了城市化进程、增加了对城乡建设用地的需求，特别是城镇化率的上升，促使了更多农村地区向建设用地转变。

3.2.1经济因素

2013—2019年，从河南省生产总值与财政总收入统计表可看出，河南省的土地利用变化受到经济发展特别是第二、三产业增长的显著影响，河南省的生产总值从31632.50亿元增至54259.20亿元，增长率达到71.53%。其中，第三产业增长最为显著，生产总值从11809.92亿元飙升至26018.01亿元，占总生产值的比重也由37.3%上升至近48%，反映出服务业的迅速扩张。与此相反，第一产业的增长则相对缓慢，其在总生产值中的比例从12.1%降至8.5%；第二产业虽然增长幅度较大，但在总生产值中的比例有所下降，从50.6%减至43.5%。财政收入的增长与经济发展密切相关，河南省的财政收入从2013年的3686.81亿元增长至2019年的6187.23亿元，呈现出67.82%的增幅，这一增长在一定程度上表明了河南省的经济增长势头。

结合这些数据可以看出，在经济发展的推动下，河南省城乡建设用地扩张明显，农业用地减少趋势显著。此外，随着服务业尤其是第三产业的快速发展，土地利用类型及结构调整是必然的结果。

对2013—2019年河南省建设投资进行统计，发现河南省在此期间的全社会固定资产投资总额几乎翻倍，从2013年的26087.45亿元增长至2019年的51949.28亿元，呈现出显著的增长趋势，增长率达到了99.14%；在建筑业方面，产值也有明显的增长，从7003.20亿元上升到12701.68亿元，增长率为81.37%，同时，建筑业相关单位数和从业人员也有所增加；房地产投资额方面，投资额增长了94.20%，从3843.76亿元上涨至7464.59亿元。固定资产投资总额翻倍，建筑业产值和房地产投资额显著上涨，反映出省内基础设施建设和城市扩张的活跃，导致建设用地显著扩张。建设用地的增加和农用地的减少是河南经济快速发展和城镇化进程的直接结果，但也为土地资源的可持续利用带来挑战。

3.2.2人口因素

河南省在2013—2019年期间经历了显著的人口和经济变化。这一时期内，总人口增加了351万，城镇人口增加了1185万，而乡村人口减少了834万，反映出显著的城镇化趋势。城镇化率的提高反映了农村劳动力向城市的大规模迁移，这不仅改变了人口分布，也推动了城市建设用地的需求增加。同时，居民的经济状况也有了显著改善，数据显示，城乡居民的人均可支配收入和平均工资都有了大幅度的增长，分别增长了44.48%和75.63%，收入的增加直接促进了居民消费能力的提升，进而增加了对住宅、商业和其他建设用地的需求。随着人们生活水平的提高，对于教育、休闲、文化等公共设施的需求也随之增加，这些都需要相应的土地来支持。

城镇化的加速和居民生活水平的提升虽然促进了经济发展和社会进步，但同时也带来了对土地资源的巨大压力。建设用地的快速扩张，尤其是在城市和城郊地区，往往以牺牲农用地和绿地为代价，这对农业生产和环境保护构成了挑战。

4结语

本研究采用遥感和GIS技术，对河南省安阳、鹤壁和新乡三城市2013年、2017年和2021年的土地利用情况进行了分析，重点关注了建设用地的变化。通过精确处理遥感数据并应用监督分类方法，研究建立了适应该区域特点的土地利用分类体系，有效地揭示了研究期间的土地利用动态变化。结果表明：三城市建设用地面积在2013—2021年间增长了32.8%，尤其是2017—2021年间增长速度加快，达到23.6%。研究进一步分析鹤壁市的土地利用转移矩阵，揭示了建设用地扩增的具体源头，体现了不同土地类型间的转换关系。研究还探讨了经济和人口因素对土地利用变化的影响，显示建设用地扩张与经济增长、产业结构调整、人口变动及城镇化紧密相关。

尽管本研究提供了有关河南省土地利用变化的宝贵视角，但也存在局限，如遥感数据分辨率和数据收集的不足。未来工作需引入更高分辨率的遥感数据和更全面的地区数据，以提升土地利用变化分析的精确度和深度，从而更好地支持土地规划和管理策略的制定。

参考文献

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