基于ENVI的土地利用類型變化分析
——以萊蕪市為例

高俊美，張吉祥

(山東建筑大學建筑城規學院，山東 濟南 250101)

ENVI （The Environment for Visualizing Images）是采用交互式數據語言IDL(Interactive Data Language)開發的遙感圖像處理軟件，能夠準確高效地從影像中提取信息。近些年遙感影像空間分辨率提高迅速，數據源更新更快更準確，這使得利用ENVI能更快速高效地分析土地利用類型及變化，為優化土地結構提供科學依據。隨著萊蕪市城鎮化快速推進，耕地資源流失嚴重，土地集約利用水平較低，現有土地質量下降等問題隨之而來。結合已有土地利用現狀及經濟社會發展資料，利用ENVI分析土地利用類型變化，分析萊蕪市土地利用變化驅動力。

1 研究區概況

研究區萊蕪市面積2286 km2，地處山東省中部，東臨淄博，北鄰濟南市，西部與南部緊鄰泰安。春暖多風，夏熱多雨，秋高氣爽，冬燥寒冷，屬于四季分明的暖溫帶半濕潤季風氣候。除西部以外三面環山，中部是有地形起伏的萊泰平原，整體上是為由南向北逐漸變陡且北邊為弧形的半圓形盆地。

萊蕪市土地利用結構和布局近幾年有巨大改變，這主要是由產業結構的調整造成的。城鄉二元化經濟局面被打破，萊蕪市的經濟發展水平快速提高。

2 數據來源

本研究以地理空間數據云提供的遙感影像作為數據源，具體成像時間為2009年5月的Landsat4-5影像與2016年10月的 Landsat8影像，研究區云量均為0%，空間分辨率為30 m。

3 研究方法

選取萊蕪市2009年與2016年的TM影像，經過幾何配準后進一步數據融合，并進行影像裁剪，再利用ENVI監督分類，對分類后的結果分析，再利用ArcGIS進行信息提取得到數據。

3.1 數據處理

3.1.1 影像配準

影像幾何配準有四種方式：影像到影像配準、地形圖的配準、影像到地圖配準、以及自動配準[1]。本文采用影像到影像配準。

3.1.2 數據融合

研究選用的圖像空間分辨率為30m，由于分辨率不高這將影響影像判讀，使最終數據準確性降低。將萊蕪市同一時相多光譜數據與全色波段融合，空間分辨率得到提高。分別將2009年的landsat4-5影像和2016年的landsat8影像與全色波段進行數據融合。

3.1.3 影像剪裁

影像裁剪是對研究區域進行分析的前提，由此將研究區的范圍確定才能分析。 本文采用的是按矢量邊界裁剪。將2009年與2016年的真彩色影像分別打開，配準融合，再將矢量邊界導入影像裁剪后進行掩膜，最終獲取萊蕪市范圍影像（圖1、圖2）。

圖1 2009年萊蕪市影像剪裁圖Fig.1 Image clipping map of Laiwu in 2009

3.2 監督分類

圖2 2016年萊蕪市影像剪裁圖Fig.2 Image clipping map of Laiwu in 2009

ENVI提供了多種分類方法，本研究采用了最大似然法，根據研究的需要，將研究區土地利用類型分為交通運輸用地、耕地、林地、水域、建設用地、和裸地6個類別。結合對萊蕪市部分地區的實地調查，考慮地貌地形、土壤、植被等因子，與相應的TM影像特征對照驗證，根據影像特征分別建立2期地類影像特征庫，借助 ENVI軟件對2期影像進行監督分類，得到2期萊蕪市土地利用現狀圖(圖3、圖4)。

圖3 2009年萊蕪市土地利用分類圖Fig.3 Land use classification map of Laiwu in 2009

圖4 2016年萊蕪市土地利用分類圖Fig.4 Land use classification map of Laiwu in 2009

4 數據統計與分析

4.1 數據統計

統計萊蕪市2009年與2016年兩個時期的分類結果，如表1、表2所示，可以得出2009年、2016年的土地利用變化結果如下（圖5、表1）。 研究范圍內共計約2286km2。 結果表明：耕地、建設用地、林地、裸地這3種是7年來萊蕪市范圍內土地利用主要類型。2009年～2016年，萊蕪市耕地面積從362.65 km2減少到301.48 km2，耕地面積減少了1/6，裸地及未利用地面積減少，建設用地與交通運輸用地面積穩定增加，林業與水域面積也有小幅度增加。從各土地利用類型面積數據來看，交通運輸用地面積大幅增加，建設用地面積也增量不少，這反映出近7年來萊蕪市城市化進程不斷加快，農用地減少凸顯了城市化的進程中占用了大量的農用地。耕地面積少了1/6，而萊蕪市林地面積增加，這種現象與現實情況吻合，位于萊蕪市城鄉結合地區的農民不再熱衷于糧食作物和經濟作物的種植，進而使得農業產業內部結構產生了一定調整。

圖5 土地利用類型面積柱狀圖Fig5 Land use type area histogram

表1 土地利用類型面積及比例Table 1.Land use type area and proportion

表2 2009年～2016年萊蕪市土地利用轉移矩陣Table 2.Land use transfer matrix in Laiwu from 2009 to 2016

4.2 土地利用變化速度分析

土地利用動態度有兩種分別是單一土地利用動態度和綜合土地利用動態度，本文主要用單一土地利用動態度對一段時間內萊蕪市某種土地利用變化的速度進行定量描述。 土地利用動態度計算公式為：

其中 K表示研究時段內某土地利用類型動態度，Ua為研究期初某土地類型的數量，Ub為研究期末某土地類型的數量，T為研究時段長(常以年為單位)[2]。 結果表明：交通運輸用地、裸地和耕地變化速度最快年變化率分別達到了5.10%、4.27%、2.41%。其次是水域、建設用地、林地年變化率為2.20%、2.00%、0.80%（如下文表 3）。

表3 2009-2016年萊蕪市土地利用年變化率Table 3.Annual change rate of land use in Laiwu city from 2009 to 2016

從年變化率來看，交通運輸用地增速最快，萊蕪市內交通運輸用地擴大的主要原因是由于最近幾年，萊蕪市針對萊城大道、魯中西大街、鳳凰路大道、汶河大道、長勺路等主干道進行了修建與拓寬[3]，而由于建設用地本身的基數大所以增幅速度相對來說慢。裸地及未利用地年變化率相對較高原因相對復雜，市區范圍內中的未利用地是由于萊蕪市在2009年以前由于各種政策原因導致荒廢建設用地較多，后期由于政府部門的干預與引導使得市區范圍內的廢棄未利用土地重新得到利用。而萊蕪市北部的村鎮裸地一部分在近幾年得到利用是各項建設占用、以及對裸露山體的復林行為。農民關于土地種植利用上的思想近幾年得到轉變，在耕地上植樹造林或育苗，使得林地的面積有所增加。另外各項建設占用使得耕地面積及未利用地面積減少。

5 演變驅動力分析

5.1 自然因素自然因素驅動力

結合實際，對萊蕪市土地利用變化較大影響的驅動力因子有地形地貌、礦產資源、水文氣候、植被資源等自然因素。

5.1.1 地形地貌

地形地貌條件造成萊蕪市區域內存在相當數量的難開發土地。萊蕪市除了平原以外山地 12.67萬 hm2，占 2/3總面積，丘陵約 4萬 hm2，約總面積1/5。即使是平原地區，也并不能全部利用，主要有近山階地、嶺坡梯田、山前盆地、坑塘、水庫、河谷平原等7種微地貌。

5.1.2 水文氣候

汶河水系中主要干流牟汶河和最大支流嬴汶河均經過萊蕪境內，另外萊蕪 和莊河屬淄河水系[4]。水文氣候條件對農業發展十分有利，萊蕪著名的有“三辣一麻”，另外小麥、玉米、大豆、花生等糧食作物也在廣泛種植。

5.1.3 植被

萊蕪市林地資源豐富但主要是人工植被，樹種多為抗旱耐貧瘠類型。自然植被率較小并且次生性質較為明顯，個別山地丘陵和溝谷中可見零星次生落葉、闊葉雜林。

5.1.4 礦產資源

萊蕪市礦產資源多，鐵、煤、石灰巖等儲量豐富。根據現有資料，萊蕪市鐵礦就有小型礦體 38個，中型礦體6個，大型鐵礦體6個。萊蕪市南部八里溝至顏莊等一片區域是煤礦主要分布地帶。另外，儲量豐富的石灰巖以及銅、硫等礦產為萊蕪的鋼鐵產業提供了堅強后盾。

社會經濟因素可以在短期之內可以使土地利用類型變化明顯。

5.2.1 人口增長帶來的耕地資源壓力上升

面積不大的萊蕪市2009-2016年人口數量持續增長，使得人均耕地資源愈加匱乏。 由于萊蕪市當地較小的生活壓力，國家開放二胎政策以后，萊蕪市新生人數更是激增。結合萊蕪市實際，當前的人均耕地面積遠遠小于國家耕地面積以及世界人均耕地面積，應該合理控制人口增長。

5.2.2 政府對經濟發展進行引導，產業結構優化帶來的土地利用變化

近幾年來，萊蕪市相應國家政策，堅持以建設國家旅游城市為方針，加強了旅游景點的建設，根據調查，萊蕪市形成了的自西向東的生態旅游產業，分布于王石門、吊蘭山原”、華山林場、雪野鎮以及茶業口鎮等，由此帶來的土地利用類型的轉變就是建設用地與林地的增加，裸地的減少。工業方面，鋼鐵生產、深加工仍為萊蕪市工業核心，城市化水平與工業化水平提高，因此工礦用地增加導致建設用地增加。農業方面，農民群眾思想有了改變，不再以種植糧食作為為主，耕地上植樹造林或育苗，并且更好的利用了萊蕪市數量巨大的丘陵地與山地，提高山地地區土地利用的集約化水平，由此帶來了林地面積的增加以及耕地的減少。

5.2.3 投資情況帶來的影響

2008年以前由于各種原因，萊蕪市市區范圍內有大量廢棄閑置地，除去難以開發的土地，還有相當一部分是由于盲目的向外擴張建設用地而占用農業用地，投資失敗后造成的廢棄閑置裸地。而近年來政府的合理引導以及恰當的招商引資，對土地的重新進行整理、改造將閑置以及利用率較低的土地盤活，轉換到效益高的用途上去，這也是造成裸地這個土地類型大幅減少的原因之一。

5.2.4 集約化用地影響萊蕪市土地利用變化

今后萊蕪市在農業方面，對于農業用地應當采取一定的保護措施，例如進行必要的休耕與輪更措施，實現養地不誤用地，保護好土地生態系統。更為重要的一點是加大科技水平的投入，促進農業發展模式從放任自由型向集約化經營型轉變，農業標準化和規模化經營轉變。

6 結語

文章利用監督分類并采用最大似然法得出萊蕪市兩個時期的土地利用類型面積變化數據，結果表明：萊蕪市類型中耕地和林業用地占據比例最大，建設用地和水域面積以及林地有所增加，而耕地面積大幅減少。 另外，裸地及未利用地面積有一定幅度的減少。 近7年來萊蕪市城市化進程的持續加快更是帶來了交通運輸用地的大面積增加。農用地減少凸顯了城市化的進程中占用了大量的農用地。 耕地面積少了1/6，而萊蕪市林地面積增加，這種并存的現象與現實情況吻合，位于萊蕪市城鄉結合地區的農民群眾對于糧食作物和經濟作物的種植積極性降低，從而使得農業產業內部結構產生了一定調整。 目前萊蕪市面臨一系列土地利用的問題，如耕地資源短缺以及建設用地盲目擴張等問題。 解決這些問題需從根本上控制城市用地規模，宏觀上進行調控，城市用地結構需進一步優化才能使土地利用趨于合理。

[1]付佳,黃海軍,楊曦光.基于ENVI的唐山灣三島土地利用遙感分類方法的比較分析[J].海洋科學,2014,38(1)：20-26.

[2]魯春陽,齊磊剛,桑超杰.土地利用變化的數學模型解析[J].資源開發與市場,2007,(1)：27-29.

[3]亓月.萊蕪市區土地利用動態研究與對策[J].山東國土資源,2012,(09)：63-65.

[4]田慶中,尹延群,田茂勤,治淮.萊蕪市水文化建設探索[J].治淮,2013，(01)：50-51.