瑞麗市土地覆被遙感動態變化研究

閆潔茹，趙志芳 (1.云南大學資源環境與地球科學學院，云南昆明650091;2.云南省遙感中心，云南昆明650091)

土地覆被反映了地球表層的自然狀況，是自然營造物和人工建設物所覆蓋的地表諸要素綜合體，包括地表植被、土壤、冰川、湖泊、沼澤濕地以及各種建設物，其形式和狀態可在多時空尺度上變化［1］。土地覆被作為地球表層的景觀標志，既是引起全球環境變化的原因，也是全球環境變化產生的結果。土地利用的變化在不斷地導致土地覆被的加速變化，而土地覆被的變化又會反過來影響土地利用方式和空間格局［2］。由于人類的生存和發展伴隨著土地覆被的變化，而土地利用作為人類的一種社會活動，也是人類對全球變化做出反應的一種方式，因此，對土地覆被變化的研究更加重要。

遙感影像土地覆被分類是指遙感影像中的像元根據其在不同波段的光譜亮度、空間結構特征或其他信息，按照某種規則或算法進行土地覆被的分類［3］。筆者將采用1991年TM影像、2000年TM影像、2012年RapidEye影像對瑞麗市進行土地覆被分類，并進行變化監測，分析近20年來瑞麗市的生態變化。這對瑞麗市土地利用方式的合理配置、瑞麗市生態建設和可持續發展的規劃和決策制定提供科學依據，也為其他地區提供一定的借鑒。

1 研究區概況

瑞麗市地處云南省西部，德宏州南部，位于97°31＇～98°02＇E、23°38＇～24°14＇N，總面積為 1 143.57 km2。距省會昆明市752 km，距州府潞西市103 km，為東起上海西達云南的320國道的終點，是昆瑞公路與中印公路的交匯處。其東連潞西，北接隴川，西北、西南、東南3面與緬甸克欽邦、撣邦山水相連，村寨相望。研究區植被覆蓋茂盛，植被種類多樣，有著巨大的生態意義。研究區地理位置如圖1所示。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源 該研究采用兩期ETM+影像(時相:1991年4月與2000年6月;空間分辨率:15 m，波段組合:R(3)、G(2)、B(1))與一期RapidEye影像(時相:2012年;空間分辨率:5 m，波段組合:R(3)、G(2)、B(1))作為研究基礎數據源。另外，還采用2011年RapidEye影像數據和20 m的DEM數據對研究區3期數據進行正射校正。

2.2 建立土地覆被分類系統 科學合理的土地覆被分類系統建設是開展遙感信息提取的基礎。該研究土地覆被采用了LUCC分類方法，并結合最新的《第二次全國土地調查分類系統》［4］以及瑞麗市地區的基本情況，將瑞麗市的土地覆被分為耕地、林地、水域、建設用地4個一級類(表1)。

2.3 研究方法 該研究采用監督分類中的最大似然分類法對研究區影像進行分類。最大似然分類是遙感主要的分類方法之一，它是在各類密度分布函數為正態的假設條件下基于貝葉斯準則構建起來的，有嚴密的理論基礎、清晰的參數解釋能力、易于與先驗知識融合、算法簡單等優點。

表1 瑞麗市土地覆被變化類型標準

分類前要先選取訓練樣區，訓練樣區選取的好壞對分類精度至關重要，選取的樣區應盡量只包含一種地物類型。分別對3期影像進行樣區的選取，并用J－M距離可分性進行樣本可分離性的計算，當4種土地覆被類型間的可分離性大于1.8時，則滿足分類需求，用最大似然分類法分類后得到3期影像分類面積(表2)，分類結果如圖2所示。

3 瑞麗市土地覆被動態變化分析

3.1 土地覆被數量變化特征 經遙感分類，統計各土地類型的面積和結構顯示，瑞麗市1991～2012年土地覆被數量和結構詳見表2。

從面積和結構上看，林地和耕地是瑞麗市主要的土地覆被類型，耕地減少的趨勢較明顯，總面積從1991年的275.38 km2到2012年的94.28 km2，減少幅度為15.08%。建設用地面積由1991年的12.29 km2到2012年的41.81 km2，增加幅度為1.71%。根據數據顯示，建設用地發展過快占用了大量的耕地，人地矛盾比較嚴重。同時其他土地利用類型也有不同程度的變化，但變化幅度不大。

3.2 土地覆被結構變化特征 土地覆被始終處于動態變化中，其變化既受自然因素的制約，也受社會因素的制約，總體上反映了土地資源的配置情況和比重變化狀況。通過對瑞麗市土地覆被數量和結構的分析，可把握土地利用變化總的態勢，并根據變化態勢，制定相應的對策，實現土地資源的良性利用和可持續發展。各土地利用類型數量和結構變化如表3所示，可以看出近20年間瑞麗市土地利用方式發生了顯著變化。

表2 瑞麗市1991～2012年土地覆被數量及結構統計

表3 瑞麗市1991～2012年土地覆被數量結構變化

由表4可以看出，1991～2012年間，瑞麗市耕地面積一直減小，而林地、建設用地和水體的面積一直在增長。瑞麗市1991～2012年耕地面積急劇減小，尤其是2000～2012年，耕地面積減小了112.98 km2，減小速率達到9.88%。建設用地在1991～2012年間不斷增大，1991～2000年增加的速率達到1.49%。

瑞麗市總人口數量由1991年的83 263萬增加至2012年的181 200萬，由此可見，建設用地面積持續增長和人口的擴張密切相關。與建設用地面積增長相反的是耕地面積持續下降，從一定程度上說明隨著建筑面積的增加，導致耕地出現流失的現象，耕地主要分布于建設用地的周邊區域，兩者相關性較強。

3.3 土地覆被數量變化模型

3.3.1 單一土地利用動態度［5］。單一土地利用動態度在程度上反映的是研究區一定時間范圍內某種土地利用類型轉變為其他土地利用類型的速度，主要是從研究時段內土地覆被變化的結果上反映出變化的劇烈程度，值越大，表明土地利用變化的速度越快、程度越劇烈。其表達式為:

式中，ua為單個土地利用類型初期的數量;ub為單個土地利用類型期末的數量;T為研究時間，以年計;R單為單個土地利用類型的年變化率。

瑞麗市1991～2012年單一土地利用動態度結果如表4所示。從表4可以看出，耕地減少的趨勢在增加;而林地在后一時期被大量開發，處于增加的趨勢;建設用地面積呈一直增加的趨勢;水域面積在前一階段被大量開發，后階段有明顯的減少趨勢。但總體來看，相對于1991～2000年，土地利用變化在后一階段動態較高，表明后一階段土地覆被變化的速度比較快，土地利用方式發生了很大的變化。后一階段土地利用變化的速度呈現出明顯的回落趨勢，說明在這個時期內土地利用結構比較合理，土地利用程度較高。

表4 瑞麗市單土地利用動態度變化 %

3.3.2 綜合土地利用動態度。綜合土地利用動態度反映的是研究區土地利用的總動態，值越大，說明研究區在一定時間段內土地利用動態變化越激烈;反之，越弱［6］。計算公式為:

式中，LUi為研究初期第i類土地類型面積，ΔLUi－j為研究初期第i類土地類型轉為研究末期非i類土地利用類型面積的絕對值;T為研究時段，以年計;R綜為該研究區土地利用年變化。

利用公式(2)計算得出2個時期的土地利用綜合動態度，瑞麗市1991～2000年綜合土地利用動態度為0.03%，2000～2012年土地利用綜合動速度為0.06%。

從前后2個時期綜合土地利用動態度可以看出，后期的動態度是前期的1.8倍，說明瑞麗市在2000～2012年土地利用綜合動態度變化較1991～2000年大，說明在后一階段(2000～2012年)中，土地利用發生了較大的變化。

4 野外驗證

在室內完成瑞麗市研究區土地覆被遙感解譯的基礎上，為保證室內信息提取的可靠性，特收集了以往驗證成果資料，對室內土地覆被類型等變化是否解譯正確進行判斷。

此次野外調查路線主要設計在瑞麗市和弄島鎮，該地區的土地覆被特征在影像上非常明顯，河流、耕地、建設用地區分度很高，是遙感解譯土地覆被非常典型的地區。2013年瑞麗市野外驗證點如圖3所示。經野外調查發現，室內解譯的土地覆被與現實情況基本相符。

5 結論與討論

5.1 結論 瑞麗市以林地和耕地為主要的土地覆被類型，1991～2012年間，研究區耕地表現為減少的趨勢，林地表現為增加的趨勢。而建設用地的年增長較為明顯，從1991年的1.08%到2012年的3.36%。瑞麗市在1991～2012年期間土地覆被變化比較顯著。與1991～2000年相比，瑞麗市在2000～2012年土地覆被動態度大，說明在這個時期土地利用綜合程度高。

5.2 討論 該研究采用的3期影像，以2012年的影像最為清晰，但還是有少量云層的覆蓋。1991年的數據由于時間比較早，分辨率比較低，對影像的解譯造成了很大的不便，導致分類精度不高。

隨著時間的推移，瑞麗市人口的增長導致建筑用地擴張趨勢明顯。農田因為城鎮的擴張出現了減少的現象，農田流失問題較為嚴重。面對瑞麗市土地覆被的現狀，需要有效控制人口數量、合理規劃人口布局，減輕人口對土地的壓力，才能使土地資源得到有效可持續的利用。

［1］陳穎彪，周倩儀，陳健飛.近30年廣州市土地覆被變化時空特征分析［J］.地理科學，2009，29(3):368 －374.

［2］李芳芳.基于RS與GIS的棗陽市土地利用與覆被變化及驅動力研究［D］.武漢:華中農業大學，2012.

［3］崔林林，羅毅，包安明.NWEE結合紋理特征的SVM土地覆被分類方法研究［J］.國土資源遙感，2012(1):36－42.

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［5］李芹芳，楊震，靳慧芳，等.西安市臨潼區土地利用動態變化研究［J］.安徽農業科學，2008，36(2):689 －691.

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