中原城市群城鄉建設用地時空變化及其驅動力分析

摘要：研究以中原城市群的新鄉、鶴壁和安陽為研究區域，利用Envi5.3和ArcGIS10.2軟件，結合Landsat8OLI_TIRS衛星遙感數據，分析2013年、2017年和2021年3個時間節點的城鄉建設用地變化。研究發現，2013—2021年間，研究區域建設用地面積顯著增長，其中，2017—2021年的增長速度尤為顯著。通過對比分析和轉移矩陣方法，揭示了建設用地擴張與區域經濟發展、人口增長、城市化進程等因素的密切關聯。研究結果可為區域土地資源管理和城鄉規劃提供參考。

關鍵詞：城鄉建設用地土地利用變化遙感地理信息系統中原城市群

AnalysisoftheSpatiotemporalChangesandDrivingForcesofUrbanandRuralConstructionLandintheCentralPlainsUrbanAgglomeration

ZHANGWenjing1ZHANGHe1LIJun2

1.HenanCollegeofSurveyingandMapping，ZhengzhouCity，He’nanProvince，454000China;2.ChinaConstructionIndustrialandEnergyEngineeringGroupCo.，Ltd.，ZhengzhouCity，He’nanProvince，454000China

Abstract：TakingXinxiang，HebiandAnyangoftheCentralPlainsurbanagglomerationastheresearcharea，usingEnvi5.3andArcGIS10.2softwarealongwithLandsat8OLI_TIRSsatelliteremotesensingdata，thisarticleanalyzesthechangesinurbanandruralconstructionlandatthreetimepointsin2013，2017，and2021.Thestudyrevealsasignificantincrease?;inconstructionlandareafrom2013to2021，withthegrowthratebetween2017and2021beingparticularlynoteworthy.ThroughComparativeAnalysisandTransitionMatrixmethods，thecloseconnectionbetweentheexpansionofconstructionlandandregionaleconomicgrowth，populationincrease，andurbanizationprocesses，andotherfactorshasbeenrevealed.Thesestudyresultscanprovidereferenceforregionallandresourcemanagementandurban-ruralplanning.

KeyWords：Urbanandruralconstructionland;Landusechange;Remotesensing;GIS;CentralPlainsurbanagglomeration

隨著我國經濟的快速發展，城鄉建設用地快速擴張，特別是在中原城市群這樣的經濟活躍區，土地資源的供需矛盾日益尖銳。土地資源的合理利用和規劃是區域經濟發展和社會穩定的關鍵。遙感技術和地理信息系統（GeographicInformationSystem，GIS）已成為土地利用變化研究的重要工具，其能夠有效監測和分析土地利用的動態變化。隨著這些技術的發展和城鎮化速度的加快，土地利用變化研究也逐漸增多，研究范圍從單一的變化監測擴展到變化機制[1]、影響評價[2]、預測模擬[3]等多個方面。然而，對于中原城市群這樣的特定區域，特別是其城鄉建設用地時時空動態變化及對區域發展影響的深入分析還相對缺乏。

本文以中原城市群的土地利用變化研究為例，綜合應用多種技術和方法，不僅揭示了土地利用類型的變化和驅動因素，還評估了這些變化對生態系統服務和生態景觀的影響。盡管土地利用效率的研究起步較晚，但通過方法如數據包絡分析法（DataEnvelopmentAnalysis，DEA）[4-6]，學界已開始評價和探討土地利用效率及其影響因素，為提高土地資源管理的效率提供了新的視角。未來的研究需要進一步探索土地利用變化的機制，加強效率評價方法的研究，以促進土地資源的可持續利用和高質量的城鎮化發展。

1數據獲取

1.1研究區域

安陽、鶴壁和新鄉位于河南省北部，其各具特色的地理位置和自然環境為中原城市群的發展提供了獨特的背景。安陽擁有深厚的歷史文化，地理上處于晉豫魯交界，展現了中原地區的文化深度和城市發展的歷史軌跡。鶴壁位于太行山東側，是一個典型的山地與平原交界的城市，其土地利用狀況反映了地形地貌對城鄉建設的影響。新鄉則位于黃河北岸，是河南省的重要交通樞紐和農業生產基地，其土地利用變化可以揭示農業發展和城市擴張的關系。這3個城市不僅在經濟和社會發展上具有重要地位，同時也在河南省乃至整個中原經濟區的城鄉建設和土地利用規劃中扮演著關鍵角色，通過對這3個城市的綜合研究，可以全面理解中原城市群在快速發展中土地利用變化的規律，為制定區域土地規劃和城鄉建設提供有價值的參考。

1.2數據來源

本研究主要利用了來自中國科學院國家計算機科學網絡信息中心（中國科學院大數據中心）的大數據處理云平臺，從中獲取了Landsat8衛星遙感數據，包括2013年、2017年和2021年不同時間點獲取的遙感影像。其中，除了波段8的空間分辨率為15m外，其余10個波段的分辨率均為30m。

2數據處理

2.1遙感影像預處理

ENVI5.3軟件被用于圖像的預處理，包括輻射定標、大氣校正、圖像融合、鑲嵌、裁剪等關鍵步驟。利用ENVI的輻射定標工具進行了輻射定標，隨后進行了大氣校正，以減少大氣因素對圖像的影響。同時，為提高影像的空間分辨率，進行了圖像融合處理，特別是利用Landsat8的第八波段進行了分辨率增強；接著，通過圖像鑲嵌技術，合并了不同圖像；最后進行圖像裁剪（見圖1），以確保研究區域的準確性。

2.2城鄉建設用地的提取

本文依據“中國科學院土地利用覆蓋分類體系”進行分類。其中，耕地，表征為人類耕作的區域，如農田，顯示為規律的塊狀或線條狀圖案；林地，由樹木覆蓋，多呈現為不規則的綠色斑塊；草地，表現為連綿不斷的綠色區域，但質地較林地更為均勻；水體，以藍色或黑色表示，形態多變；城鄉建設用地，顯示為密集的建筑群落，顏色因材料不同而異；未利用地，通常為自然狀態下的地表，色彩多樣，紋理較為雜亂。通過這些類別，可以更精確地解讀和分析土地的利用情況。本文采用監督分類的方法進行。

2.3城鄉建設用地的分類

分類主要需要分析建設用地在2013—2017、2017—2021兩個時間段的變化。重分類、邊界消除與合并常用在區域數據的操作中，需要依據土壤類型這個屬性項對原始數據層重新分類。如果兩個相鄰多邊形具有相同的土壤類型，則刪除它們之間的分界弧段分界，重新建立拓撲關系，合并無分界弧段的、相鄰的多邊形。然后，利用ArcGIS做土地利用轉移矩陣。

3結果

3.1城鄉建設用地變化

在2013—2017年間，具體以鶴壁市來看，建設用地經歷了顯著的土地用途轉變。具體而言，建設用地中的15.16km2、42.41km2和96.17km2分別由水域、未利用地和植被覆蓋提供，在同一時期內，水域的總面積減少了0.3112km2，未利用土地也減少了0.4078km2。在2017—2021年期間，建設用地中的4.85km2、14.18km2和657.24km2分別由水域、未利用地和植被覆蓋提供，建設用地面積增加到了1368.3166km2。

在2013年—2021年間，安陽、鶴壁和新鄉三地的建設用地面積經歷了顯著增加，從2013年的建設用地面積8831km2開始，到2021年增長至11726km2，增長幅度達到了32.8%。分階段來看，2013—2017年的增長率為7.4%，而在2017—2021年期間，增長率大幅上升至23.6%，這表明后四年的增速更為迅猛。建設用地面積的擴張以減少植被覆蓋的土地為代價，原有的植被覆蓋地比例從2013年的44%下降到2021年的30%，同時，建設用地占比從2013年的50%增加到2021年的66%，這一變化反映出兩者之間的轉換關系，大部分原本的植被覆蓋地轉變為了建設用地。

3.2城鄉建設用地驅動力

對于2013—2019年間城鄉建設用地動態變化，研究側重于人口因素和經濟因素兩個關鍵維度的影響。經濟因素的考量涉及城市化進程的經濟動力、經濟整體增長水平及產業結構的調整對建設用地的需求。具體來說，區域內生產總值增長、財政收入的提升、二三產業增加值的提高、固定資產投資的擴大、建筑業產值和房地產投資的增加都是推動建設用地變化的經濟驅動力。此外，居民生活水平的提高，如人均收入的增長和在崗職工平均工資的上升，反映了居民對更高生活質量的追求，這也在一定程度上推動了建設用地的擴張。而從人口因素角度分析，城鄉建設用地的變化主要受到城鎮人口增長、農村人口變動及凈遷入率的影響，人口的集聚加速了城市化進程、增加了對城鄉建設用地的需求，特別是城鎮化率的上升，促使了更多農村地區向建設用地轉變。

3.2.1經濟因素

2013—2019年，從河南省生產總值與財政總收入統計表可看出，河南省的土地利用變化受到經濟發展特別是第二、三產業增長的顯著影響，河南省的生產總值從31632.50億元增至54259.20億元，增長率達到71.53%。其中，第三產業增長最為顯著，生產總值從11809.92億元飆升至26018.01億元，占總生產值的比重也由37.3%上升至近48%，反映出服務業的迅速擴張。與此相反，第一產業的增長則相對緩慢，其在總生產值中的比例從12.1%降至8.5%；第二產業雖然增長幅度較大，但在總生產值中的比例有所下降，從50.6%減至43.5%。財政收入的增長與經濟發展密切相關，河南省的財政收入從2013年的3686.81億元增長至2019年的6187.23億元，呈現出67.82%的增幅，這一增長在一定程度上表明了河南省的經濟增長勢頭。

結合這些數據可以看出，在經濟發展的推動下，河南省城鄉建設用地擴張明顯，農業用地減少趨勢顯著。此外，隨著服務業尤其是第三產業的快速發展，土地利用類型及結構調整是必然的結果。

對2013—2019年河南省建設投資進行統計，發現河南省在此期間的全社會固定資產投資總額幾乎翻倍，從2013年的26087.45億元增長至2019年的51949.28億元，呈現出顯著的增長趨勢，增長率達到了99.14%；在建筑業方面，產值也有明顯的增長，從7003.20億元上升到12701.68億元，增長率為81.37%，同時，建筑業相關單位數和從業人員也有所增加；房地產投資額方面，投資額增長了94.20%，從3843.76億元上漲至7464.59億元。固定資產投資總額翻倍，建筑業產值和房地產投資額顯著上漲，反映出省內基礎設施建設和城市擴張的活躍，導致建設用地顯著擴張。建設用地的增加和農用地的減少是河南經濟快速發展和城鎮化進程的直接結果，但也為土地資源的可持續利用帶來挑戰。

3.2.2人口因素

河南省在2013—2019年期間經歷了顯著的人口和經濟變化。這一時期內，總人口增加了351萬，城鎮人口增加了1185萬，而鄉村人口減少了834萬，反映出顯著的城鎮化趨勢。城鎮化率的提高反映了農村勞動力向城市的大規模遷移，這不僅改變了人口分布，也推動了城市建設用地的需求增加。同時，居民的經濟狀況也有了顯著改善，數據顯示，城鄉居民的人均可支配收入和平均工資都有了大幅度的增長，分別增長了44.48%和75.63%，收入的增加直接促進了居民消費能力的提升，進而增加了對住宅、商業和其他建設用地的需求。隨著人們生活水平的提高，對于教育、休閑、文化等公共設施的需求也隨之增加，這些都需要相應的土地來支持。

城鎮化的加速和居民生活水平的提升雖然促進了經濟發展和社會進步，但同時也帶來了對土地資源的巨大壓力。建設用地的快速擴張，尤其是在城市和城郊地區，往往以犧牲農用地和綠地為代價，這對農業生產和環境保護構成了挑戰。

4結語

本研究采用遙感和GIS技術，對河南省安陽、鶴壁和新鄉三城市2013年、2017年和2021年的土地利用情況進行了分析，重點關注了建設用地的變化。通過精確處理遙感數據并應用監督分類方法，研究建立了適應該區域特點的土地利用分類體系，有效地揭示了研究期間的土地利用動態變化。結果表明：三城市建設用地面積在2013—2021年間增長了32.8%，尤其是2017—2021年間增長速度加快，達到23.6%。研究進一步分析鶴壁市的土地利用轉移矩陣，揭示了建設用地擴增的具體源頭，體現了不同土地類型間的轉換關系。研究還探討了經濟和人口因素對土地利用變化的影響，顯示建設用地擴張與經濟增長、產業結構調整、人口變動及城鎮化緊密相關。

盡管本研究提供了有關河南省土地利用變化的寶貴視角，但也存在局限，如遙感數據分辨率和數據收集的不足。未來工作需引入更高分辨率的遙感數據和更全面的地區數據，以提升土地利用變化分析的精確度和深度，從而更好地支持土地規劃和管理策略的制定。

參考文獻

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