基于RS的重慶市土地利用變化特征研究

(成都理工大學(xué) 四川 成都 610000)

一、引言

土地利用是由土地質(zhì)量特性和人類勞動(dòng)需求協(xié)調(diào)所決定的土地功能過程，這一過程表現(xiàn)為人類與土地之間進(jìn)行的物質(zhì)、能量和信息、價(jià)值的交流轉(zhuǎn)換[1]。土地利用既受自然條件制約，又受社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件影響，是這些因素共同作用的結(jié)果。由于技術(shù)的進(jìn)步，人類改造和利用自然環(huán)境的能力日益提高，土地利用變化愈演愈烈，引起的環(huán)境問題也日漸突出。探究土地利用類型的時(shí)空動(dòng)態(tài)變化特征，是實(shí)現(xiàn)自然和人類社會(huì)和諧發(fā)展的迫切需要[2]。重慶市作為西南地區(qū)城市群的引領(lǐng)者，其土地資源的利用和變化對(duì)西南山地城市的發(fā)展至關(guān)重要，本研究運(yùn)用RS和GIS技術(shù)，對(duì)重慶市近20年土地利用變化進(jìn)行分析，以期為重慶市的土地利用和城市可持續(xù)發(fā)展提供數(shù)據(jù)支持。

二、研究區(qū)概況

重慶市地處中國西南部、長江上游地區(qū)，是青藏高原與長江中下游平原的過渡地帶。位于東經(jīng)105°11'-110°11'、北緯28°10'-32°13'之間。東臨湖南湖北，西接四川，南接貴州，北連陜西，面積約8.24萬km2，為北京、天津、上海三市總面積的2.39倍。地勢(shì)由南北向長江河谷逐級(jí)降低，西北部和中部以丘陵、低山為主。氣候?yàn)閬啛釒Ъ撅L(fēng)性濕潤氣候。近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，重慶市土地利用發(fā)生了較為顯著的變化[3]。

三、數(shù)據(jù)來源及預(yù)處理

參考《土地利用現(xiàn)狀分類(GB/T21010-2007)》，將重慶市土地利用分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用土地六大類。本研究使用的2005年和2015年30m分辨率TM遙感影像和1:25萬土地利用數(shù)據(jù)均來源于中科院地理所資源環(huán)境數(shù)據(jù)中心。在ENVI軟件的支持下，對(duì)兩期TM影像進(jìn)行幾何校正、投影轉(zhuǎn)換、波段融合等預(yù)處理，然后通過研究區(qū)的行政邊界進(jìn)行裁剪，得到研究區(qū)的遙感影像圖。

四、研究方法

利用ENVI5.1對(duì)研究區(qū)兩期遙感影像進(jìn)行土地利用分類，所使用的分類方法為監(jiān)督分類中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法。近年來，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法被廣泛應(yīng)用于遙感圖像分類，可靠性較高[4]。基本分類過程包括定義訓(xùn)練樣本、執(zhí)行監(jiān)督分類、評(píng)價(jià)分類結(jié)果和分類后處理。然后在ArcGIS軟件中運(yùn)用疊加分析，建立研究區(qū)土地利用面積變化的轉(zhuǎn)移矩陣。

五、精度評(píng)價(jià)與結(jié)果分析

(一)分類精度評(píng)價(jià)

執(zhí)行監(jiān)督分類之后，由于采用的是數(shù)學(xué)模型和先驗(yàn)知識(shí)進(jìn)行的分類，其結(jié)果只是盡可能的接近自然性質(zhì)，與實(shí)際地物仍存在偏差，所以需要對(duì)分類精度進(jìn)行評(píng)估[5]。ENVI5.1提供了多種分類結(jié)果評(píng)價(jià)方法，本次研究采用混淆矩陣的方法。對(duì)分類結(jié)果進(jìn)行精度評(píng)價(jià)時(shí)，混淆矩陣方法需要地表真實(shí)感興趣區(qū)，因此在高分辨率影像上，通過目視解譯選取與執(zhí)行監(jiān)督分類時(shí)相同數(shù)量的訓(xùn)練樣本，以此樣本代表地表真實(shí)感興趣區(qū)執(zhí)行混淆矩陣分類精度評(píng)價(jià)，計(jì)算得到2005年總體分類精度為：89.937%，Kappa系數(shù)為0.899；2015年總體分類精度為：89.979%，Kappa系數(shù)為0.902。

(二)土地利用面積變化分析

利用ArcGIS軟件中的空間分析和統(tǒng)計(jì)分析等工具，得到重慶市2005年和2015年兩期土地利用面積以及所占比例數(shù)據(jù)。2005年各土地利用類型的面積占比依次為林地(58.83%)、耕地(31.24%)、草地(2.12%)、水域(1.11%)、建設(shè)用地(0.74%)和未利用地(0.02%)。2015年各土地利用類型的面積占比依次為林地(63.74%)、耕地(31.24%)、草地(1.96%)、水域(1.39%)、建設(shè)用地(1.65%)和未利用地(0.02%)。由此看出重慶市土地利用類型主要由耕地和林地組成，2005-2015年期間發(fā)生明顯改變的土地利用類型是耕地和建設(shè)用地，呈現(xiàn)一減一增的趨勢(shì)。林地和水域所占面積比例均呈增加趨勢(shì)，而草地和未利用地土地面積占比呈減少趨勢(shì)。

(三)土地利用空間變化分析

由2005-2015年土地利用類型面積轉(zhuǎn)移概率矩陣可知，近10年期間每一種土地利用類型都向其他類型有不同程度的轉(zhuǎn)化，最主要的轉(zhuǎn)化關(guān)系存在于耕地、林地和草地之間。10年期間有64%的耕地保持原有類型，32%的耕地轉(zhuǎn)為林地，少量向草地和建設(shè)用地轉(zhuǎn)移；林地中有13%的面積轉(zhuǎn)為耕地，草地除了未轉(zhuǎn)向未利用地，對(duì)其他用地類型均有不同程度的轉(zhuǎn)移；96%的建設(shè)用地保持原有地類不變，共3%的建設(shè)用地轉(zhuǎn)向了耕地和水域；水域也有向耕地、建設(shè)用地、林地和草地這幾類轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移面積概率均較小，未利用地中少量轉(zhuǎn)為林地和耕地，仍有70%的土地未能被開發(fā)為其他的用地類型。

六、結(jié)語

根據(jù)本研究區(qū)2005-2015年各土地利用類型面積占比和轉(zhuǎn)移概率矩陣可以看出本地區(qū)土地利用變化特征如下：

(1)近10年重慶市林地和耕地變化面積最大，且林地的轉(zhuǎn)移對(duì)象與耕地相似，但沒有耕地劇烈，說明在本地區(qū)中林地和耕地面積變化占主導(dǎo)地位；

(2)近10年重慶市的水體呈增加趨勢(shì)，期間有向耕地、建設(shè)用地、林地和草地這幾類轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移面積概率均較小。

(3)近10年建設(shè)用地呈增加趨勢(shì)，草地和未利用地逐漸減少，表明人類活動(dòng)對(duì)土地利用變化的影響較大。