吉林市土地利用變化遙感監測分析

相恒星，劉士瑩，姚 昆，崔桂善,4，朱衛紅,4*

(1.延邊大學理學院，吉林 延吉 133000；2.吉林師范大學，吉林 四平 136000；3.成都理工大學國土資源部地學空間信息技術重點實驗室，四川 成都 610059；4. 長白山生物資源與功能分子教育部重點實驗室，吉林 延吉 133000)

吉林市土地利用變化遙感監測分析

相恒星1，劉士瑩2，姚 昆3，崔桂善1,4，朱衛紅1,4*

(1.延邊大學理學院，吉林 延吉 133000；2.吉林師范大學，吉林 四平 136000；3.成都理工大學國土資源部地學空間信息技術重點實驗室，四川 成都 610059；4. 長白山生物資源與功能分子教育部重點實驗室，吉林 延吉 133000)

基于ENVI5.2/ArcGIS10.2軟件以吉林市為研究區域，采用1995年、2010年、2015年三期遙感影像進行土地利用/覆蓋分類.通過對比三期遙感分類土地利用現狀圖，分析吉林市土地利用動態變化及原因.研究結果表明，應該加大對耕地的保護力度，加強對城鄉、工礦及居民用地的計劃和管理，科學合理地規劃土地利用，實行和完善土地管制制度，鼓勵和推進土地整理、土地開發和土地復墾.除采用強有力的法律、經濟、規劃等手段外，還需要對土地利用情況進行遙感監測，實時關注土地利用變化情況，有效預防土地濫用等現象，保證各用地類型的均衡發展，促進土地利用效率穩步提高.

土地利用；目視解譯；遙感監測

土地利用是一種動態過程，指人類對土地自然屬性的利用方式和意圖.自上個世紀初，世界人口數量迅猛增長，人均可使用土地面積隨之縮減，導致我們本來就略顯貧乏的土地資源少之又少，所以，土地利用問題已經成為亟待解決的世界難題之一[1,2].尤其是人口向城市集中的趨勢和城市占地面積的日益擴大，容易引起城鄉、工礦及居民用地與其他類型用地，特別是與農業用地的矛盾.與此同時，因為技術的不斷革新，人類對于自然環境可以更好地改造以適應逐步增多的利用需求，假設我們的方式方法不遵循客觀發展規律，那么極容易污染環境，從而導致生態平衡遭到嚴重破壞的狀況，而這些問題大多情況從土地利用上得到體現[3,4].因而開展土地利用遙感監測，將對區域可持續發展提供科學支撐.

對于 LUCC 的監測,一般在遙感和地理信息系統(GIS)技術的支持下，通過分析遙感數據的光譜特征捕捉地表信息,結合遙感數據的時空分辨率特點監測地表動態變化.目前用于 LUCC 的遙感數據主要有 NOAA/AVHRR 數據，Landsat TM/ETM+數據，SPOT， Quickbird,IKONOS, MODIS, LiDAR, SAR 等.土地覆被分類方法主要可分為利用單一傳感器的遙感數據分析方法和多種傳感器相融合的方法.前者，大多是利用中低分辨率的遙感數據，以像素為單位的分類方法[5-7].后者主要是通過具有不同光譜特征的光學影像的融合，或者是光學影像與 LiDAR、SAR 等微波遙感數據間融合的研究方法.雖然高分辨率影像與激光雷達數據能提高地物分類精度，但是具有費用高，覆蓋面積小的局限性[2,4].所以， LUCC 進行長期監測時，多選用中低分辨率的影像，采用以像素為單位的分類方法結合野外考察驗證.因此，本文采用Landsat TM/OLI遙感數據研究近20年吉林市土地利用情況，為今后地方政府合理利用土地資源，為生態環境可持續發展提供理論依據.

1 研究區概況與數據處理

1.1 研究區概況

吉林市位于吉林省中部偏東，東北腹地長白山脈，長白山向松嫩平原過渡地帶的松花江畔，地理位置介于東經125°40′～127°56′，北緯42°31′～44°40′[8,9].東接延邊朝鮮族自治州，西臨長春市、四平市，北與黑龍江省哈爾濱市接壤，南與白山市、通化市、遼源市毗鄰[10].吉林市總土地面積約27799km2，下轄5區5縣，分別為船營區、昌邑區、高新區、豐滿區、龍潭區、蛟河市、磐石市、舒蘭市、樺甸市、永吉縣[11].吉林市資源豐富，物產豐饒.土地、水利、礦產、森林、野生動植物資源均高于全國平均水平，特別是水利資源蘊藏量較大，是全國平均水平的1.8倍，是全國少有的不缺水城市之一[12].

1.2 數據來源

表1 遙感影像一覽表

本文利用中國科學院數據云中Landsat系列數據作為研究基礎，獲取土地利用結構變化的時序特征并從中選取1995年、2010年及2015年三個特征年份的Landsat TM和OLI影像數據，數據信息如表1.

1.3 數據處理方法

遵循“全國遙感監測土地利用/覆蓋分類體系”采用一級分類系統的原則，將土地利用類型信息分為六類，解譯標志如表2所示，采用432波段判斷，即：耕地，林地，草地，水域，城鄉、工礦及居民用地和未利用土地[13].

通過TM432和OLI764通道進行假彩色合成，經過圖像增強和幾何精度校正等圖像預處理方法，對同期影像做圖幅鑲嵌處理，再按研究區矢量邊界范圍對圖像進行裁剪，然后利用ENVI軟件進行監督分類.利用ArcGIS軟件人機交互式解譯的方法，提取各土地利用類型信息[14]，最終得到吉林市三期土地利用類型圖(圖1).

表2 遙感解譯標志

1995年 2010年 2015年

圖1 1995-2015年吉林市土地利用類型變化情況

2 結果與分析

2.1 1995-2015年土地利用的分類變化特征

土地利用動態監測，是指把兩個或兩個以上不同時相的土地利用數據放在一起對比，對其動態變化特征和未來發展趨勢進行空間、數量兩個角度的分析[9].因此，本文通過計算各土地類型面積的變化來進行土地利用動態監測.整理結果如圖2所示.

圖2 1995-2015年吉林市土地利用變化

通過對同一類型土地面積在1995年、2010年和2015年不同時間下的變化進行對比，可以得到吉林市三個特征年份各用地類型面積的轉移矩陣，進而探究吉林市土地利用類型變化及發生改變的原因.

由表3可以看出，1995-2010年林地面積減少，且減少速度較快，大部分轉換為耕地；耕地面積增加，主要占用林地；草地由于各種原因退化，面積縮小，且縮減速度相對緩慢；水域面積也在減少，減少速度同樣相對緩慢；城鄉、工礦及居民用地面積減少，大部分轉換作為耕地.

表3 1995-2010年吉林市土地利用類型面積轉換情況 km2

表4 2010-2015年吉林市土地利用類型面積轉換情況 km2

由表4可以看出，2010-2015年林地面積擴大，大部分占用農用地；耕地面積縮小，關鍵是因為城鄉、工礦及居民用地的擴張占用了農用地；草地面積呈穩定縮減態勢；水域面積雖然沒有變動，但是總體呈減少趨勢；城鄉、工礦及居民用地面積擴增，其中有大部分都是占用耕地.

表5 1995-2015年吉林市土地利用類型面積轉換情況 km2

總體來說，在2015年土地利用情況中，由于退耕還林工程工作的全面實施開展，吉林市林地面積進一步增加，與此同時耕地面積進一步減少，并且城鄉、工礦及居民用地面積隨著城市經濟水平提高也在急速增加.因此，應加大對耕地的保護力度，合理規劃各用地資源.

2.2 主要土地利用類型變化的原因

吉林市土地利用類型齊全，其中林地和耕地類型為全市的主要土地利用類型，所以用地格局以農用地為主.1995-2015年耕地面積的發展趨勢是先增加后減少，隨著人民對生活質量水平要求的提高，日益增長的人口數量使得我們對糧食的需求大大增加，在政府鼓勵和利益的驅動下，不斷地開墾草地和林地，使這些土地大面積地變為耕地.之后，隨著城市化進程的提速，城市化與耕地保護的矛盾越來越明顯，其中導致耕地面積減少的主要原因就是城鄉、工礦及居民用地的擴大，同時21世紀初開始開展的例如以林、草為主的植被恢復工程也是耕地面積持續減少的原因.林地面積先是持續減少，在2000年發生轉折，此后變為逐步增加.2000年前林地面積減少的關鍵性因素是林地的砍伐和耕地的擴張，2000年后林地面積增加則是因為退耕還林工程的開展.同期，城鄉、工礦及居民用地面積逐漸擴大，主要占用農耕區.草地面積持續減少，以開墾為耕地為主.未利用地面積逐漸減少，主要開墾為耕地.

3 結論

土地利用/土地覆被變化(LUCC)是人類活動與自然環境相互作用最直接的表現形式，土地利用變化的空間格局表征了該時段人—地關系在不同地域空間上的作用強度與作用模式[15,16].本文通過ENVI和ArcGIS軟件及目視解譯方法對吉林市土地利用進行了遙感監測，利用吉林市三個特征年份的影像數據對土地利用的動態變化進行了分析研究.

研究結果表明，吉林市耕地面積持續減少，實質上是城鄉、工礦及居民用地面積占用了農耕區，這一舉措積極響應國家號召實施退耕還林政策，林地面積逐漸增加，草地面積持續減少.在此之外，吉林市市區的土地利用程度較高，隨著城市化發展階段性穩步提升，人口數量也在相應增加，經濟水平較為發達.其東南部多為山區，其土地利用類型大部分為林地和耕地，城鄉、工礦及居民用地較少，經濟欠發達，應加強生態建設，實施天然林保護等工程，合理有序開發耕地資源.其西北部地勢相對較低，以耕地為主，同時城鄉、工礦及居民用地的比重明顯提高，工業較發達，要提高耕地質量，積極推進高標準農田建設.

國民經濟的發展需要依靠城市經濟的發展來實現，而城市經濟的發展需要積極有力的社會活動來體現，那么城市土地就是所謂的物質載體.它不僅可以為一個城市的經濟水平的提升提供有力支持，還影響著這座城市的方方面面[17,18].而不合理的土地開發活動多是以犧牲環境為代價，因此，針對吉林市土地利用現狀和存在的問題，應該加大對耕地的保護力度，嚴格控制非農建設占用農耕區，加強對基本農田的保護和建設，穩定數量，提高質量.同時，為了更好地利用土地資源，應該合理制定土地利用計劃，完善土地利用宏觀調控制度，嚴格控制城鄉、工礦及居民用地規模，加強對城鄉、工礦及居民用地的計劃和管理，為有效規避土地濫用等情況出現，建立建設完善的土地管理信息系統，充分利用遙感數據可以大面積長時間序列獲取的優勢，定期對吉林市土地利用動態監測，對土地利用動態變化進行分析，不僅優化用地結構還要做到掌握布局，達到每一寸土地都合理有效利用的要求.在吉林市未來的發展中，不僅要把土地利用達到集約高效，同時土地利用結構也要達到相對有序，從而促進土地利用效率穩步提高.

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(責任編校：晴川)

Remote Sensing Monitoring of Land Use Change in Jilin

XIANG Hengxing1, LIU Shiying2, YAO Kun3, CUI Guishan1,4, ZHU Weihong1,4*

(1.College of Science, Yanbian University, Yanji Jilin 133000，China; 2.Jilin Normal University, Siping Jilin 136000，China; 3. Key Laboratory of Geological Spatial Information Technology of Ministry of land and Resources,Chengdu University of Technology, Chengdu Sichun 610059，China; 4.Changbai Mountain Key Laboratory of Biological Resources and Functional Molecules, Yanji Jilin 133000，China)

Based on ENVI5.2 / ArcGIS10.2 software and taking Jilin city as the research area, the paper used three remote sensing images of the year of 1995, 2010 and 2015 for land use/cover classification. By comparing the remote sensing classification charts of the three periods, it analyzed land utilization changes and the causes in Jilin. The findings indicate several aspects. Firstly, the farmland protection is supposed to be enlarged. Secondly, what should be strengthened are the plans and managements to the cities and countryside, the industry and mining area, as well as the residential land. It is essential to manage land utilization scientifically and reasonably, implement and perfect land management system, as well as encourage and advance land consolidation, land development and land rehabilitation. In addition to adopting powerful means of laws, economy, management and so on, it is of great necessity to carry out remote sensing monitoring to the land utilization situation, pay attention to the changing situations of land utilization, prevent the land from being abused effectively, ensure a balanced development of all types of land, and promote the steady improvement of land utilization efficiency.

land utilization; visual interpretation; remote sensing monitoring

2017-03-20

國家自然科學基金(批準號：31500400、41361015)資助項目；吉林省科技廳項目(批準號：20170622018JC).

相恒星(1993— ),女,吉林白山人，延邊大學理學院碩士生.研究方向：資源環境遙感.

P272

A

1008-4681(2017)02-0011-04

*通訊作者：朱衛紅(1972— )，女，吉林延吉人，延邊大學理學院教授，博士.研究方向：濕地保護、生態遙感.