2015—2020年銀川市興慶區(qū)土地利用變化監(jiān)測分析＊

吳 娟，姚建華，黃 濤，呂林濤，王 科，張永康，趙 新

（寧夏回族自治區(qū)遙感測繪勘查院（寧夏回族自治區(qū)遙感中心），寧夏 銀川750001）

土地利用是人類經(jīng)濟建設的基石、社會穩(wěn)定的保障[1]，同時是自然生態(tài)過程與社會經(jīng)濟活動的紐帶[2]。隨著全球變化研究的深入，土地利用變化引起了人們的廣泛關(guān)注[3-5]。目前，中國土地利用變化研究成果頗豐，楊勝天等[6]通過監(jiān)測植被指數(shù)發(fā)現(xiàn)1982—1999年黃河流域植被覆蓋度總體呈上升趨勢；郜紅娟等[7]基于土地利用變化、地形、土壤和植被數(shù)據(jù)，研究發(fā)現(xiàn)耕地、草地和林地變化對淡水生態(tài)系統(tǒng)服務功能的影響更為顯著；鄭永超等[8-10]通過分析2000—2016年寧夏土地利用類型數(shù)據(jù)和能源消費數(shù)據(jù)，構(gòu)建碳排放模型，結(jié)果顯示建設用地的增加是碳排放的主要因素；多位科學家在土地流轉(zhuǎn)矩陣的基礎(chǔ)上探討了土地利用的演變[11-13]。綜上所述，開展土地利用變化方面的研究，及時掌握土地利用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對于建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會等具有重要意義。

本研究以銀川市興慶區(qū)2015和2020年遙感影像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以空間規(guī)劃實施監(jiān)測的精準、快速高效與智能化需求為切入點，在已有遙感監(jiān)測技術(shù)手段基礎(chǔ)上，將遙感信息處理、大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)融合在一起，確立空間規(guī)劃遙感監(jiān)測對象和指標、研建遙感智能化監(jiān)測樣本庫，突破多源、異構(gòu)、多模態(tài)數(shù)據(jù)集成融合及基于深度學習的遙感變化檢測等關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)集成大數(shù)據(jù)、深度學習等智能技術(shù)算法、模型、知識庫和推理機的空間規(guī)劃實施智能檢測服務平臺，實現(xiàn)面向國土空間規(guī)劃實施的遙感影像智能化信息提取、處理與變化檢測，進而開展銀川市空間規(guī)劃智能監(jiān)測示范應用。

1 研究區(qū)域及方法

1.1 研究區(qū)概況

興慶區(qū)位于寧夏回族自治區(qū)首府銀川市東部，北緯38°28'，東經(jīng)106°17'。地形分為山區(qū)和平原兩部分。西部和南部較高，北部和東部較低，并且從西南向東北略微傾斜，轄區(qū)總面積為828km2。興慶區(qū)屬中溫帶干旱氣候區(qū)，年均氣溫8.5℃，年均降雨200mm。截至2019年，下轄11街道、2個鎮(zhèn)、2個鄉(xiāng)，全區(qū)分布回、漢、滿、蒙等22個民族，常住人口75.54萬人。

1.2 數(shù)據(jù)來源及研究方法

本次研究使用的影像數(shù)據(jù)主要來源于中國資源衛(wèi)星應用中心及大飛機航拍影像數(shù)據(jù)。主要選取了2015年高分2號影像數(shù)據(jù)及2020年大飛機航拍影像，研究區(qū)邊界通過興慶區(qū)行政區(qū)劃圖提取得到。

首先，對研究區(qū)域的行政分區(qū)圖進行矢量化，提取行政分區(qū)邊界；其次，在遙感圖像解譯之前，將遙感圖像進行波段組合，形成具有顏色信息的多光譜遙感圖像；最后，利用人機交互的方式進行解譯，得出興慶區(qū)6年來土地利用在空間上動態(tài)變化結(jié)果。對于內(nèi)業(yè)難以確定的疑似變化信息，人工實地核對監(jiān)測信息的真?zhèn)巍㈩愋汀⒎秶a充監(jiān)測遺漏圖斑，調(diào)查規(guī)劃執(zhí)行與用地審批情況，修正有關(guān)境界、注記和原圖錯誤，核對土地利用分類結(jié)果等，利用坐標信息正確的圖像數(shù)據(jù)對研究區(qū)域的圖像進行配準和校正，并對配準數(shù)據(jù)進行裁剪，得到研究區(qū)域內(nèi)典型變化區(qū)的遙感圖像，如圖1所示。

圖1 典型區(qū)域2015、2020年遙感影響圖

2 土地利用變化分析

2.1 土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)分析

基于野外調(diào)查實測數(shù)據(jù)、影像形狀紋理差異以及參照高分數(shù)據(jù)影像和大飛機航拍影像，在Acrgis軟件上選取變化圖斑，將監(jiān)測樣本可分為12類，具體如表1所示。2015年土地利用以沙地（30.23%）、荒草地（21.59%）、耕地（16.06%）、建設用地（14.88%）為主，溫室大棚（0.30%）、采礦用地（0.24%）和園地（0.02%）較少。

表1 興慶區(qū)2015—2020年地類變化面積統(tǒng)計表（單位：hm2）

相比2015年，2020年建設用地明顯增加，建設用地（56.82%）增加2963.06hm2，林地（20.41%）增加1403.8hm2；沙地（1.16%）減少2058.04hm2；荒草地（1.98%）減少1388.88hm2；耕地（2.45%）減少963.9hm2。

2.2 土地利用變化矩陣分析

首先，利用Envi和ArcGIS軟件將圖像中較小的點整合到相鄰大圖斑中，從而減少圖像中斑點的數(shù)量，提高圖斑處理的效率；其次，根據(jù)土地利用類型，融合2015年和2020年地圖斑塊，分別建立相同的土地利用類型字段和名稱；最后，將2015年和2020年的數(shù)據(jù)進行疊加，得到2015—2020年土地利用變化轉(zhuǎn)移矩陣，如表2所示。

由表2可以看出，建設用地增加了1775.64hm2，主要是由沙地轉(zhuǎn)變而來，此類圖斑數(shù)量為275個，占建設用地面積的91.6%，多集中在月牙湖鄉(xiāng)東部的鄂爾多斯臺地區(qū)域；耕地減少了187.92hm2，主要是轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO用地、溫室大棚和裸地；荒草地發(fā)生較多的地類變化主要是變成建設用地，共有140個圖斑發(fā)生了變化，占荒草地總變化面積66.1%；裸地發(fā)生較多變化主要是集中變?yōu)榻ㄔO用地，其中建設用地變化圖斑為146個，占比56.44%。

表2 2015—2020年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣（單位：hm2）

2.3 三區(qū)三線變化

“三區(qū)三線”是指城鎮(zhèn)空間、農(nóng)業(yè)空間和生態(tài)空間以及城鎮(zhèn)開發(fā)邊界、永久基本農(nóng)田保護線、生態(tài)保護紅線三條控制線。

城鎮(zhèn)空間指城市居民生產(chǎn)生活為主體功能的國土空間，包括城鎮(zhèn)建設空間、工礦建設空間及鄉(xiāng)級政府駐地開發(fā)建設空間等。所解譯的區(qū)域城鎮(zhèn)空間面積為15257.91hm2，解譯變化面積為2194.39hm2，占整體城鎮(zhèn)空間面積14.38%。變化圖斑主要集中在興慶區(qū)主城區(qū)東部、濱河新區(qū)，其中興慶區(qū)主城區(qū)東部共有382個，面積為1193.36hm2，主要是由建設用地變?yōu)榻ㄔO用地（占該區(qū)域總變化面積2.92%）、裸地（10.44%），耕地變?yōu)榻ㄔO用地（14.55%），荒草地變?yōu)榻ㄔO用地（21.88%）。上述變化圖斑主要集中在大新鎮(zhèn)、新水橋，為實地已拆遷待建設或者已經(jīng)建設的區(qū)域；濱河新區(qū)共有289個圖斑，面積為788.45hm2，主要是由荒草地變?yōu)樵O用地（17.16%）、裸地變?yōu)榻ㄔO用地（25.37%），沙地、荒草地、裸地變?yōu)榱值兀?3.90%）。現(xiàn)隨著銀川市城市東擴和黃河流域生態(tài)保護高質(zhì)量發(fā)展先行區(qū)的推進，以前為裸地和沙地的地類，現(xiàn)在地面上進行新區(qū)建設和環(huán)境整治，使之變?yōu)榻ㄔO用地和林地。

農(nóng)業(yè)空間是以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)村居民生活為主體功能，承擔農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)和農(nóng)村生活功能的國土空間，包括永久基本農(nóng)田、一般農(nóng)田等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地以及村莊等農(nóng)村生活用地。本次解譯區(qū)域農(nóng)業(yè)空間面積為18008.06hm2，解譯變化面積為880.38hm2，占整體農(nóng)業(yè)空間面積4.88%。變化圖斑主要集中在興慶區(qū)燕鴿村到洼路村一帶及濱河新區(qū)北部、月牙湖鄉(xiāng)周邊地區(qū)和濱河新區(qū)，其中興慶區(qū)燕鴿村到洼路村一帶共有419個，面積為527.83hm2，主要是由建設用地變?yōu)榻ㄔO用地（占該區(qū)域總變化面積10.35%）、裸地（12.37%），耕地變?yōu)榻ㄔO用地（26.26%）、設施農(nóng)用地（12.06%），主要為村莊拆遷、京藏高速外擴修建以及溫室大棚建設等；月牙湖鄉(xiāng)周邊地區(qū)共有253個圖斑，面積為64.73hm2，主要是由耕地變?yōu)榻ㄔO用地（26.22%）、耕地變?yōu)槁愕兀?1.77%）；濱河新區(qū)共有73個圖斑，面積為151.26hm2，主要是由荒草地變?yōu)榱值兀?3.22%），濱河新區(qū)北部對其進行環(huán)境整治，種植了林帶。

生態(tài)空間是指具有自然屬性以提供生態(tài)服務或生態(tài)產(chǎn)品為主體功能的國土空間。本次解譯的區(qū)域生態(tài)空間面積為30454.82hm2，解譯變化面積為4004.54hm2，占整體生態(tài)空間面積13.15%。變化主要集中在興慶區(qū)濱河新區(qū)北部區(qū)域、月牙湖鄉(xiāng)周邊地區(qū)。其中興慶區(qū)濱河新區(qū)北部區(qū)域共有229個變化圖斑，面積為918.50hm2，主要是由荒草地（52.97%）和沙地（20.67%）變?yōu)榱值兀驗樯鷳B(tài)修復；月牙湖鄉(xiāng)周邊地區(qū)共有672個圖斑，面積為2344.96hm2，主要是由荒草地變?yōu)榻ㄔO用地（69.22%）、裸地變?yōu)榻ㄔO用地（8.81%），主要原因是光伏產(chǎn)業(yè)園區(qū)建設。

3 結(jié)論

基于興慶區(qū)在2015年和2020年遙感圖像的解譯，結(jié)果顯示：2015年興慶區(qū)土地利用類型中，面積比例較大的地類有沙地、荒草地、耕地和建設用地，分別占全區(qū)國土面積的30.23%、21.59%、16.06%和14.88%；2020年興慶區(qū)土地利用類型中，面積比例較大的地類有建設用地、林地和裸地，分別占全區(qū)國土面積的56.82%、20.41%和8.38%。2015—2020年土地利用變化較大，其中，沙地轉(zhuǎn)化為建設用地，耕地向建設用地、溫室大棚和裸地的轉(zhuǎn)變較多。

根據(jù)興慶區(qū)兩期影像數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，興慶區(qū)土地利用變化較大的原因主要是近年來經(jīng)濟快速發(fā)展的結(jié)果。其主要原因是當?shù)卣瀼芈鋵崱秶鴦赵宏P(guān)于深化改革嚴格土地管理的決定》，樹立和踐行綠水青山就是金山銀山的理念，把生態(tài)保護放到首位。通過增加建設用地主推進特色小城鎮(zhèn)建設，加快小鎮(zhèn)路網(wǎng)、綠化、污水處理廠等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，通過荒地改造加快于生態(tài)光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，并建設綠色濱江新區(qū)增加林地面積。