基于RS和GIS的土地利用變化時空特征研究
——以重慶主城區為例

王福海，陳　丹

(重慶工商大學 融智學院，重慶　400033)

?

基于RS和GIS的土地利用變化時空特征研究
——以重慶主城區為例

王福海，陳丹

(重慶工商大學 融智學院，重慶400033)

摘要：科學認識重慶主城區土地利用變化時空格局的歷史特征，對區域土地利用政策的制定和實施具有重要的意義。利用1985—2010年TM遙感數據，基于RS和GIS技術對重慶主城區近30年不同土地利用類型的時空變化特征進行研究，形成對重慶主城區自1985年以來土地利用變化的基本規律、階段性趨勢和空間差異的科學認識。結果表明：1985—2010年，重慶主城區總體上呈現耕地、草地、未利用地面積減少，林地、建設用地、水域面積增加的趨勢，但各個地類的變化程度和變化過程有所差異；土地利用程度總體呈增大的趨勢，表現出明顯的時間階段性。研究結果對區域土地管理及土地的合理利用具有一定的參考價值。

關鍵詞：RS和GIS;重慶主城區;土地利用變化;時空特征

土地是人類一切生產生活的載體，也是人類賴以生存與繁衍的主要物質基礎和基本資源，因此清楚地掌握土地資源動態情況至關重要[1-3]。土地利用則是人類基于社會經濟目的對土地進行長期經營的各類活動[4-7]。土地利用時空特征變化是人類對土地利用強度和趨勢的體現，特別是在城市化進程中，人類對土地利用的需求逐漸加大[8]。基于RS和GIS技術，對土地利用時空特征變化進行研究，對指導土地利用總體規劃、城市規劃、改善城市生態環境和保護自然資源等具有非常重要的意義。

重慶主城區是著名的特大山地城市，也是一個綜合性的工業城市，由9個市轄區組成，總面積5 479km2。2013年中共重慶市委四屆三次全會召開，會議決定將重慶市劃分為5個功能區，即都市功能核心區、都市功能拓展區、城市發展新區、渝東南生態保護發展區和渝東北生態涵養發展區。重慶市經濟社會發展將面臨一個全新的發展機遇[9-10]。重慶主城區位于都市功能核心區、都市功能拓展區內，將進入下一個快速發展階段。這必將導致重慶主城區周邊土地被加劇侵占，深刻影響到重慶主城區的生態環境[11-14]。

1　數據來源

本研究利用1985、1988、1993、1996、2000、2002、2007年和2010年的美國陸地衛星TM遙感數據，解譯1985、1988、1993、1996、2000、2002、2007年和2010年的土地利用/覆被現狀數據庫，分別從變化方向和土地利用與變化程度等方面來分析1985—2010年的時空變化歷程。

2　重慶主城區1985—2010年土地利用結構變化

利用ArcMap10.2對重慶主城區土地利用/覆被現狀數據庫進行統計分析，計算出各地類面積，結果如表1所示。

表1可以清楚地反映出重慶主城區1985、1988、1993、1996、2000、2002、2007年和2010年各土地利用類型面積和所占比例情況。總體上呈現建設用地和林地面積增加，水域、耕地和草地面積減少的趨勢，但各土地利用類型變化過程與變化程度各不相同。

1) 從面積變化幅度來看，耕地面積變化的幅度最大，面積從1985年的4 113km2減小到2010年的3 217km2，減少了896km2。

2) 從建設用地面積變化的幅度來看，建設用地面積持續增加，從1985年的111km2增大到2010年的637km2，增加了526km2。

3) 從林地面積變化的幅度來看，林地面積從1985—2010年總體增加，從1985年的1 037km2增加到2010年的1 395km2，增加了358km2。林地面積的變化過程經過了3個階段：1985—1996年林地面積增加，從1985年的1 037km2增加到1996年的1 143km2；1996—2000年林地面積減少，從1996年的1 143km2減少到2000年的1 064km2；2000—2010年林地面積增加，從2000年的1 064km2增加到2010年的1 395km2。

4) 從水域面積變化的幅度來看，1985—2010年水域面積總體增加，其面積變化過程經過3個階段：1985—2010年水域面積增加，從1985年的149km2增加到1988年的164km2；1988—2000年水域面積減少，從1988年的164km2減少到2000年的146km2；2000—2010年水域面積增加，從2000年的146km2增加到2010年的172km2。從三峽大壩建設到正式蓄水的情況來看，水域面積變化的趨勢與實際情況完全吻合。未利用地與草地面積變化幅度較小，呈現未利用地面積減少、草地面積略有增加的趨勢。這是因為隨著城市化進程的加快，人類對未利用地的開發較多。

表1重慶主城區1985—2010年土地利用類型面積統計

年份地類草地建設用地耕地水域林地未利用地2010面積/km243637321717213951比例/%0.711.658.83.125.50.022007面積/km257369375714911294比例/%1.06.768.72.720.60.082002面積/km268286386114910974比例/%1.25.270.62.720.00.072000面積/km252265393314610644比例/%0.94.871.92.619.40.081996面積/km247195393014711433比例/%0.83.571.92.720.90.061993面積/km245182400514810813比例/%0.83.373.22.719.70.061988面積/km244175400616410724比例/%0.83.273.33.019.60.071985面積/km251111411314910374比例/%0.92.075.22.718.90.08

3　重慶主城區1985—2010年土地利用流向變化

3.1轉移矩陣分析模型

轉移矩陣分析模型可全面反映區域土地利用類型變化的方向、特征與結構。其數學形式為[15-17]：

式中：n為地類的數量；S為圖斑面積；i為研究初期地類；j為研究末期地類。利用轉移矩陣分析模型計算出1985—1988年、1988—1993年、1993—1996年、1996—2000年、2002—2007年和2007—2010年的土地利用轉移矩陣。轉移矩陣不僅可以反映研究初期和末期的土地利用類型結構，還可以反映研究時段內各地類的構成和來源。

3.2單一土地利用類型變化流向分析

利用ArcGIS10.2的空間分析模塊對1985—1988年、1988—1993年、1993—1996年、1996—2000年、2000—2002年、2002—2007年、2007—2010和1985—2010年的土地利用/覆被數據庫進行統計分析，得到各時間段地類變化轉移矩陣。

1985—1988年間地類的變化見表2，由本地類向其他地類轉化時占有率由小到大排序：水域<未利用地<建設用地<草地<林地<耕地。其中，草地、林地、未利用地和建設用地轉化率分別為2.39%，34.06%，0.02%和0.93%，而耕地轉化率占總變化率的62.59%，水域轉化率最小為0.01%。由其他地類向本地類轉化時占有率大小排序：建設用地<耕地,林地，其中水域、草地與未利用地向本地類轉化很少，林地轉化率最大，占總變化率的42%。

在總的變化中，1988年建設用地面積和林地面積相對1985年有所增加；草地面積與未利用地面積有所減少，其中耕地面積減少最多，主要轉向是建設用地和林地，少許轉向是水域和草地。可以看出：這時段建設用地面積擴展量最大，大量耕地被占用為建設用地；水域面積、草地面積和未利用地面積幾乎保持不變。

1988—1993年間地類的變化見表3，由本地類向其他地類轉化時占有率由小到大排序：未利用地<水域<草地<林地<耕地，其中耕地轉化面積占總變化率的51.12%，而草地、未利用地、水域和林地分別為5.74%，39.03%，1.24%和2.56%，建設用地轉化率最小為0.32%。由其他地類向本地類轉化時占有率從小到大排序：水域<草地<建設用地<林地<耕地，未利用地未向本類土地類轉化，耕地轉化最突出，占總變化率的42.88%。

在總的變化中，1993年建設用地面積增加較快，林地面積變化較小，耕地、水域和草地面積有所減少，其中未利用地面積減少的趨勢最明顯。

1993—1996年間地類變化見表4，由本地類向其他地類轉化時占有率由小到大排序：草地<林地<耕地，其中耕地轉化率占總轉化率的55.35%，而草地和林地分別為4.94%和38.25%，未利用地、建設用地和水域轉出率較小。由其他地類向本地類轉化時占有率從小到大排序：草地<建設用地<林地耕地，其他地類向水域轉化很少，而未利用地無變化。

在總的變化中，1996年建設用地面積增加，而其他地類面積減少，其中耕地面積減少最多，主要流向草地、建設用地與林地，少許流向水域。這一時段建設用地面積擴展量最大，林地和耕地被建設用地占用。未利用地、草地和水域面積保持不變。

1996—2000年間地類變化(表5)，由本地類向其他地類轉化時占有率由小到大排序：草地<水域建設用地<耕地<林地，其中林地面積變化率占總變化率的46.72 %，而草地、建設用地、水域和林地分別為1.37%，3.07 %，9.37 %和46.72 %，未利用地轉出比率為0。由其他地類向本地類轉化時占有率從小到大排序：水域<草地<建設用地<林地<耕地，其中未利用地向本地類轉化很少，林地變化率最大，占總變化率的46.72%。

在總的變化中，2000年未利用地、草地、耕地和建設用地面積相對于1996年有所增加，林地面積和水域面積有所減少，其中林地面積減少的趨勢最明顯，少許轉向是水域，主要轉向是草地、建設用地和耕地。可以看出：這一時段是建設用地主要擴展時期，其中建設用地的主要用地來源是耕地與林地。

表2　研究區1985—1988年土地利用轉移矩陣

表3　研究區1988—1993年土地利用轉移矩陣

表4　研究區1993—1996年土地利用轉移矩陣

表5　研究區1996—2000年土地利用轉移矩陣

2000—2002年間地類變化見表6，由本地類向其他地類轉化時占有率由小到大排序：草地<建設用地<水域<林地<耕地，其中耕地變化率占總變化率的58.23%，而水域、建設用地與林地分別為4.35%，3.55%和33.48%，未利用地和草地轉換最少，分別為0.02%和0.38 %。由其他地類向本地類轉化時占有率由小到大排序：水域<草地<建設用地<耕地<林地，其中林地變化最大，占總變化率的40.95%，未利用地和草地向其他地類轉化很少。

在總的變化中，2000年水域、草地、建設用地、林地面積相對于2002年有所增加，耕地面積有所減少，主要流向是建設用地和林地，少許流向是水域和草地，未利用地未發生變化，其中耕地面積減少最明顯。這一時段由于經濟的發展、基礎設施用地的增加等引起的房地產的開發和商業投資的增加，占主導地位的依舊是建設用地擴展。

2002—2007年間地類變化見表7，由本地類向其他地類轉化時占有率由小到大排序：草地<建設用地<水域<林地<耕地，其中耕地變化率占總變化率的57.00%，而草地、建設、水域用地和林地分別為2.63 %，2.94%，4.96%和32.44%，未利用地面積變化率最少，為0.01%。由其他地類向本地類轉化時占有率由小到大排序：水域<建設用地<耕地<林地，其中草地向其他地類轉化較少，未利用地未向其他地類轉化，林地轉化率最大，占總轉化率的42.31%。

在總的變化中，2007年草地、建設用地和林地面積相對2002年有所增加，水域面積和耕地面積有所減少，其中耕地面積減少的趨勢尤其明顯，主要流向水域、建設用地和林地，少許流向草地。這一時期，城市建設用地面積增大、城市規模擴大。

2007—2010年間地類變化見表8，由本地類向其他地類轉化時占有率由小到大排序：草地<林地<耕地，其中耕地變化率占總變化率的72.56%，建設用地變化率占總變化率的0.30%，而水域與未利用地轉化率為0。由其他地類向本地類轉化時占有率由小到大排序：耕地<建設用地<林地，其中未利用地、水域和草地向其他地類轉化很少，林地轉化率最大，占總轉化面積的的46%。

在總的變化中，林地面積減少明顯，主要轉化為建設用地和耕地。隨著重慶主城區城市化進程的加快，人們對建設用地的需求增加，因此建設用地在整體變化中增加最為明顯。

1985—2010年間地類變化見表9。由本地類向其他地類轉化時占有率由小到大排序：未利用地<建設用地<草地<水域<林地<耕地，其中耕地變化率占總變化率的80.21%，而水域、草地和林地分別為2.36%，2.25%，14.69%，建設用地和未利用地轉換最少。由其他地類向本地類轉化時占有率由小到大排序：耕地<林地<建設用地，其中未利用地、水域和草地向其他地類轉化很少，建設用地變化幅度最大，占總變化率的43.36%。

在總的變化中，在1985—2010年中草地面積也有增長。在總的變化中，從1985—2010年，未利用地面積和耕地面積減少，耕地面積變化幅度非常大，耕地主要流向建設用地和林地。隨著三峽大壩蓄水成功、經濟飛躍式增長和城鄉統籌發展，水域面積、建設用地、林地均增加，其中建設用地和林地增加最為明顯。在1985—2010年中草地面積也有增長。

表6　研究區2000—2002年土地利用轉移矩陣

表7　研究區2002—2007年土地利用轉移矩陣

表8　研究區2007—2010年土地利用轉移矩陣

表9　研究區1985—2010年土地利用轉移矩陣

4　結論

1) 1985—2010年，重慶主城區總體呈耕地、草地、未利用地面積減少，林地、建設用地、水域面積增加的趨勢，但各個地類的變化程度和變化過程有所差異。

2) 1985—2010年，重慶主城區的耕地和林地的變化數量在所有土地利用類型中一直處在較大值，但由于其自身基數較大，土地利用動態度很小。

3) 各個土地利用類型在研究區的分布和利用水平有所不同。從各個地類的面積比例看，未利用地在研究區中所占比例小，同時建設用地的快速擴張說明了重慶主城區的土地利用程度較高、處于城市快速發展的階段。

參考文獻：

[1]陳倩,馬澤忠,鄭麗,等.重慶山地城市區1985—2010年土地利用變化特征研究[J].水土保持研究,2013,20(4):194-198.

[2]陳丹,周啟剛,何昌華,等.重慶山地都市區1985—2010年土地利用變化地形特征分異研究[J].水土保持研究,2013,20(5):761-765.

[3]孫丕苓,許月卿,王數.環京津貧困帶土地利用變化的地形梯度效應分析[J].農業工程學報,2014,30(14):277-288.

[4]楊樂.山地城市空間擴展及其生態效應研究[D].重慶:西南大學,2010.

[5]楊國安,甘國輝.基于分形理論的北京市土地利用空間格局變化研究[J].系統工程理論與實踐,2004,24(10):131-137.

[6]鮑麗萍,王景崗.中國大陸城市建設用地擴展動因淺析[J].中國土地科學,2009,23(8):68-72.

[7]韓濤.遙感監測土地覆蓋變化的方法及研究進展[J].干旱氣象,2004,22(2):76-81.

[8]張炳智,張繼賢.土地利用動態遙感監測中多源遙感影像融合方法比較研究[J].測繪科學,2000,25(3):46-50.

[9]戴昌達,唐伶俐.衛星遙感監測城市擴展與環境變化的研究[J].環境遙感,1995,10(1):1-8.

[10]趙樂,朱建玲,劉南,等.浙江東部沿海城市建設用地空間結構分析[J].經濟地理,2010,30(3):494-500.

[11]韓雪培,徐建剛,付小毛.基于高分辨率遙感影像的城市建筑容積率估算方法研究——以上海市中心城區為例[J].遙感信息,2005(2):24-28.

[12]趙曉麗,張增祥,易玲,等.呼和浩特市城市用地的擴展及其驅動力分析[J].干旱區資源與環境,2010,24(10):30-35.

[13]朱會義,李秀彬.關于區域土地利用變化指數模型方法的討論[J].地理學報,2003,58(5):643-650.

[14]劉美玲,齊清文,鄒秀萍,等.基于RS對云南邊境地區土地覆蓋現狀及變化研究[J].國土資源遙感,2006(1):75-78.

[15]吳雪彪,陳士銀,周飛.農地利用結構變化及其社會經濟影響研究——以廣州市番禹區為例[J].廣東土地科學,2009,25(2):124-127.

[16]趙旭東,楊昆.基于多時相TM/ETM+數據的昆明市呈貢區城市擴張及其驅動力分析[J].數字技術與應用,2013(1):176-177.

[17]尤淑撐,劉順喜,李小文,等.基于空間約束關系的土地利用/覆被遙感分類方法研究[J].農業工程報,2006,21(9):51-55.

(責任編輯何杰玲)

收稿日期：2016-03-26

基金項目：國家自然科學基金資助項目(41101503)；國家社會科學基金重大項目(11&ZD161)

作者簡介：王福海(1986—)，男，講師；主要從事3S理論與應用研究。

doi:10.3969/j.issn.1674-8425(z).2016.07.014

中圖分類號：Q958.113

文獻標識碼：A

文章編號：1674-8425(2016)07-0078-08

StudyonSpatial-TemporalCharacteristicsofLandUseChangeinMainUrbanAreaofChongqingAbout30YearsBasedonRSandGIS

WANGFu-hai,CHENDan

(RongzhiCollegeofChongqingTechnologyandBusinessUniversity,Chongqing400033,China)

Abstract:Scientific view on the historical characteristics of spatial and temporal pattern of land use change of main urban area of Chongqing has significant imprtance. Using the TM remote sensing data of 1985—1985, based on RS and GIS technology, the spatial and temporal variation characteristics of different land use types in Chongqing urban area of nearly 30 years were studied, the basic rule of land use change, periodic trends and scientific understanding of the spatial differences f Chongqing urban area since 1985 were formated. Results show that cultivated land, grassland and unused area of Chongqing urban area reduced overally in 1985—2010, whlie forest land, construction land, and water area increased, but each kind of land types has different degree of change and change process. General land utilization degree showed a trend of increase, showing obvious stages. The result of the study has a certain reference value for regional land management and the rational use of land.

Key words:RS and GIS; main urban area of Chongqing; land use change; spatial-temporal characteristics

引用格式：王福海，陳丹.基于RS和GIS的土地利用變化時空特征研究——以重慶主城區為例[J].重慶理工大學學報(自然科學)，2016(7):78-85.

Citationformat：WANGFu-hai,CHENDan.StudyonSpatial-TemporalCharacteristicsofLandUseChangeinMainUrbanAreaofChongqingAbout30YearsBasedonRSandGIS[J].JournalofChongqingUniversityofTechnology(NaturalScience)，2016(7):78-85.