基于遙感和GIS的蒲縣土地利用研究

楊艷青 柴旭榮

摘要 從土地利用/覆蓋變化（LUCC）著手，以山西省蒲縣為例，采用遙感和GIS技術，結合研究區的土地利用現狀，以遙感影像為載體，利用支持向量機和最大似然法對研究區土地利用/覆蓋進行分類，分析了蒲縣2000～2014年土地利用動態變化，并進一步分析了土地利用變化的驅動力及其存在的問題，提出了土地可持續發展的對策及措施。

關鍵詞 蒲縣；土地利用/覆蓋；支持向量機；最大似然法；可持續發展

中圖分類號 S127 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2015）34-249-02

土地利用/覆蓋變化（LUCC）是全球環境變化和可持續發展的重要內容[1]，20世紀90年代以來，全球變化的研究進一步推動了對土地利用變化的研究[2]。加強對土地利用變化的研究對解決由土地利用變化導致的一系列資源、環境和社會經濟問題都具有重要的意義。

近年來，隨著衛星遙感技術的發展，遙感在全球土地利用/覆蓋變化研究中發揮著越來越重要的作用[3]，大大節省了常規實地測繪調查成本和時間，為土地利用變化的動態監測及定量分析提供了豐富的信息，極大地促進了土地利用變化的研究。目前，“3S”技術成為土地利用變化研究最重要的技術手段[4]。

筆者基于遙感影像處理技術，在GIS輔助下，選用支持向量機法和最大似然法對蒲縣土地利用/覆蓋信息進行提取，分析2000～2014年該縣土地利用變化的規律，在此基礎上進一步探討分析該縣轉型跨越發展中可持續發展的對策，更好地促進其發展。

1 數據來源與研究方法

1.1 研究區概況

蒲縣位于山西省黃土高原呂梁山南端西麓，地處110°51′09″～111°23′36″ E、36°11′32″～36°38′13″ N，是臨汾往西的門戶。蒲縣屬于暖溫帶大陸性氣候，年降雨量576.9 mm，水土流失嚴重，全縣總面積1 510.61 km2，土壤質地瘠薄，生態環境脆弱。

1.2 數據來源

數據主要來源于：①研究區Landsat7ETM、Landsat5TM和Landsat8OLI遙感影像數據；獲取時間分別為2000年5月21日、2007年8月14日、2014年12月30日，條帶號均為126，行編號分別為35、35、34。②輔助數據有1∶5萬土地利用圖、地形圖和行政區劃圖等。

1.3 研究方法

支持向量機SVM（Support Vector Machine）是小樣本情況下基于統計學習理論的一種新的機器學習法[5-6]。在遙感圖像的分類研究中，應用SVM最大的優點是進行分類時無須進行數據降維，訓練速度快，分類精度高[7]。

最大似然法MLC（Maximum Likelihood Classification）是遙感影像監督分類最常用的統計方法之一，與其他非參數方法相比具有易于與先驗知識融合和算法簡單而易于實施等優點[8-9]。

土地利用動態度可定量描述區域范圍土地利用變化的速度，為更好地研究蒲縣土地利用變化的情況，現引入單一土地利用動態度公式[10]。公式為：

K=Ub-UaUa×1T×100%（1）

式中，K為研究時段內某土地利用動態度；Ua、Ub為研究區某土地利用類型研究初期和末期的數量；T為研究時段長。當T設定為年時，K就是研究區某土地利用類型的年變化率。

2 結果與分析

2.1 土地利用/覆蓋數量結構分析

運用支持向量機法和最大似然法對蒲縣2000、2007和2014年的土地利用/覆蓋遙感影像進行分類，研究發現支持向量機法的分類精度較最大似然法高7.2%，因此采用支持向量機法的分類結果。

根據土地利用/覆蓋遙感分類結果，并結合ArcGIS空間統計與分析，得出該研究區3個時期土地利用類型面積的變化，結果見表1。

由表1可知，研究區土地利用類型中林地面積最大，未利用地、耕地次之，其余土地利用類型面積均很小，土地利用以林地為主，耕地為輔。2000～2014年，蒲縣耕地減少了2 368.34 hm2，減少了1.56%，林地增加了2 108.73 hm2，增加了1.39%，未利用地減少了734.33 hm2。據此，分析得出蒲縣土地利用類型的數量結構具有以下特征：

（1）耕地面積較小，僅占土地總面積的15.30%；林地資源豐富，占土地總面積的48.79%；牧草地資源少，占全縣土地面積的1.60%，所占比重甚少，對當地畜牧業的發展具有制約性，且不利于立體固沙，防止水土流失。

（2）居民點及工礦用地面積較小，僅占全縣土地面積的2.60%。

（3）后備資源豐富，但可挖掘的土地潛力不大，未利用的土地中以難利用土地居多，主要以土石山和黃土溝壑形式存在，可利用空間很小。

2.2 土地利用/覆蓋動態變化分析

利用公式（1）計算得出2000～2014年蒲縣單一土地利用動態度（表1）。

由表1得出蒲縣土地利用類型的數量變化情況為：

（1）2000～2014年，該縣耕地面積一直呈下降趨勢，其中2000～2007年減少速度緩慢，2007～2014年急劇減少。

（2）園地、牧草地和其他農用地變化比較復雜。2000～2014年園地呈不短增加的趨勢，牧草地和其他農用地呈先減少后增加的態勢。

（3）2000～2014年，林地面積呈不斷增長的趨勢。

（4）居民點及工礦用地、交通及水利設施用地和其他建設用地變化趨勢相似，始終呈增長趨勢。在整個期間居民點及工礦用地和其他建設用地的增長速度均為先慢后快，交通及水利設施用地的增長速度則為先快后慢。

（5）未利用地總面積在逐年減少。從2000～2014年，始終呈減少趨勢，但2000～2007年減少率大于2007～2014年減少率。

總體來看，2000～2014年蒲縣耕地、未利用地面積都減少了，其中耕地退化最快，其余土地利用類型都增加了。農用地中牧草地增幅較大；建設用地年增長速度最快，其中居民點及工礦用地增加速度較快，其他建設用地年變化速度較慢。林地面積增加了2 108.73 hm2，是土地利用類型中增加最多的。經濟發展、人口增長、城市化進程加快、礦產資源開采、“退耕還林還草”政策、農業用地結構調整等是該地區土地利用變化的主要動因。

3 蒲縣土地可持續利用對策及措施

3.1 加強水土保持，改善生態環境

加強水土保持工作，可在大于25°的陡坡上人工開挖水平溝、魚鱗坑等工程措施及封山育林、植樹種草等生態措施。同時要加強保護和改善天然林、自然保護區等生態脆弱地區的林地。此外，要注重廢棄礦區的還林還草，改良生態環境。

3.2 加強土地整理、復墾工作

在農村，合理地進行村莊合并，整理居民點用地[11]。蒲縣90%的礦區都不同程度的存在亂挖亂占土地資源的問題，土地復墾更顯迫切。例如，煤礦區固體廢棄物占用的土地經處理可以使用，塌陷區廢棄的土地經過復墾后可使用，廢棄的煤炭關聯廠可復墾為耕地。

3.3 加強土地的集約、節約利用

蒲縣正處于轉型跨越發展中，而其又屬于資源枯竭型城市，要發展就要調整、轉型和升級產業結構。為確保蒲縣經濟社會得到進一步發展，必須進行土地的節約集約利用，改變土地粗放、低效率的利用方式[12]。