基于地理國情監測的土地利用時空演變及其驅動力研究*

郭送民

(廣東省工程勘察院，廣東 廣州　510510)

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基于地理國情監測的土地利用時空演變及其驅動力研究*

郭送民

(廣東省工程勘察院，廣東 廣州510510)

在廣東省某地區2015年地理國情普查成果的基礎上，利用遙感解譯標志，對2011年、2013年遙感影像數據進行遙感解譯，提取土地利用與覆蓋數據。利用GIS技術手段，監測廣東省某地區2011年至2015年期間全區土地利用與覆蓋動態變化過程，結合土地利用規劃數據、社會經濟數據、人口等數據，分析土地利用與覆蓋的時空演變的影響因素和內在驅動力，掌握土地資源變遷的內在機制，為政府部門在城鎮化建設、城市管理、城市規劃、產業規劃等行政管理方面提供有效的決策支持。

地理國情監測；GIS；土地利用與地表覆蓋；時空演變

0　引言

地理國情普查是一項重大的國情國力調查，是全面獲取地理國情信息的重要手段，國務院第一次全國地理國情普查領導小組下發文件(國地普辦[2014]7號)，提出為認真落實李克強總理“加強地理國情監測，及時發布監測成果和分析報告，為科學發展提供依據“的重要指示和張高麗副總理在第一次全國地理國情普查電視電話會上提出的“堅持邊普查、邊應用的原則，加快成果轉化，充分發揮普查工作效用”的重要講話精神，要求在開展地理國情普查工作的同時，加快普查成果應用，強化地理國情監測，盡快實現地理國情信息對政府、企業和公眾的服務[1]。

本文利用GIS技術手段，以2015年廣東省某地區地理國情普查數據為基礎，以2011年、2013年遙感影像為數據源，解譯2011年、2013年土地利用覆蓋數據，通過面積統計、疊加分析顯示土地利用覆蓋的變化過程。在此基礎上，分析發生變化的原因和內在驅動力，為政府部門調整土地利用政策，為土地利用和開發過程進行管理、規劃和監督提供有效的數據支持，進而合理配置土地資源，提高土地利用價值[2]，從而緩解人地矛盾，減少人類對生態環境造成的影響。

1　數據分析與處理

地理國情普查中，土地利用覆蓋分為10個一級類，58個二級類，135個三級類。結合該地區地理國情特色，充分利用2015年第一次地理國情普查的數據，將土地利用覆蓋類型劃分為12類，具體與地理國情普查的分類對應情況[3]，如表1所示。

在ArcGIS平臺下，從2015年地理國情普查成果中提取2015年的地表覆蓋數據，在此基礎上，通過對2011年、2013年與2015年遙感影像的變化檢測，對發生變化的土地利用覆蓋斑塊進行修整，獲得2011年、2013年土地利用覆蓋數據。

表1　土地利用覆蓋類型分類

2　土地利用空間格局及其動態變化

2.12011年、2013年、2015年土地利用數量總體變化

利用ArcGIS軟件，分別將2011年、2013年、2015年分類結果進行疊加分析，得到土地利用覆蓋類型相互轉換的數量關系矩陣。把經過疊加處理的影像分類結果作進一步的處理，即分別提取出不同的覆蓋類型，得出各個土地利用覆蓋類型的變化面積，如表2所示。

表2從土地利用覆蓋數量上說明2011-2015年期間土地利用覆蓋的變化情況?？傮w來看，該地區人工景觀增多，自然半自然景觀減少[4]。

2.2不同時段土地利用覆蓋數量變化

圖1展示了2011-2015年期間不同時段土地利用覆蓋變化情況并不相同。若利用土地利用覆蓋變化數量的絕對值來計算，2011-2013年期間，該地區土地利用覆蓋變化面積為34.94 km2，比例變化為4.33%。2013-2015年期間，該地區土地利用覆蓋變化面積為40.50 km2，比例變化為5.02%。兩個時段中，自然半自然景觀中的草地和水域是變化較大的地類；人工景觀除構筑物變化不大外，其他變動都相對較大。

表2　廣東省某地區2011-2015年土地利用覆蓋變化面積

圖1　不同時段土地利用覆蓋變化數量Fig.1　Change number of land use and cover for different periods

2.3土地利用覆蓋變化轉移矩陣

轉移矩陣可以有效地表達兩個時期不同類型土地利用覆蓋之間的相互轉換關系[5]。表3、表4分別是2011-2013年、2013-2015年地類面積轉移矩陣。從表中可以看出：水域、耕地在兩個階段(2011-2013年、2013-2015年)都呈現減少趨勢；園地、林地、草地在前一階段(2011-2013年)稍微有所增加，而在第二階段(2013-2015年)呈現減少趨勢。

2.4土地利用覆蓋監測模型

目前，關于城市土地利用與覆蓋監測模型的研究有很多，但各種模型都有相應的適用條件和要求，本文將選擇適合該地區且易于操作的技術模型對土地利用與覆蓋的數據進行分析。具體采用的計算模型包括：土地利用動態度模型、土地利用多樣性指數模型、土地利用破碎度指數模型、土地利用空間格局分析模型。

表3　2011-2013年廣東省某地區土地利用覆蓋轉移矩陣　(單位：km2)

表4　2013-2015年廣東省某地區土地利用覆蓋轉移矩陣　(單位：km2)

2.4.1土地利用動態度模型

土地利用動態度模型是表現土地利用變化速度的數學模型[6]，主要分析各種地類在不同年份的變化量大小，其數學公式為：

(1)

式中：Ua為監測初期地類面積；Ub為監測末期地類面積；T為監測周期。

2011-2013年和2013-2015年的土地利用動態度計算結果，如表5所示。

通過對表5中數據的分析，可以得出該地區2011-2015年期間土地利用動態變化存在以下特點：

1)耕地、水域、裸露地表面積逐漸減少，耕地、水域面積變化幅度不大，裸露地表面積變化幅度較大；

2)園地、林地、草地和構筑物在2011-2013年間有少量增加，2013-2015年間減少，變化幅度不大；

3)房屋建筑區、道路、溫室、大棚、建筑工地逐年增加，除建筑工地增長比較明顯外，其余幾類增長幅度不大；

4)人工堆掘地在2011-2013年間有所減少，但在2013-2015年間呈大幅增長態勢。

表5　2011-2013年和2013-2015年的土地利用動態度

2.4.2土地利用多樣性指數模型

土地利用多樣性指數描述土地利用類型的豐富程度和復雜程度，反映土地利用類型的多少和各種類型所占的比例，可以從整體上分析土地利用結構變化的趨勢。本文選用的數據模型為：

(2)

式中：H為土地利用多樣性指數，其中，H值越大，土地利用多樣性程度越大；Pi為各種土地利用類型所占的百分比；n為土地利用類型的種類。

2011年、2013年和2015年的土地利用多樣性指數計算結果，如表6所示。

表6　2011年、2013年和2015年土地利用多樣性指數

從表6可以得出，2011-2015年期間，該地區土地利用多樣性指數變化不大，基本上持平。

2.4.3土地利用破碎度指數模型

土地利用破碎度指數是描述土地利用被分割的程度，在一定程度上揭示了人類活動對土地利用的影響，其模型為：

(3)

式中：C為破碎度指數，其中，C越大，表示土地利用越趨于破碎化；ni為土地利用所有類型斑塊的個數；F為土地總面積。

2011年、2013年和2015年土地利用破碎度指數，如表7所示。

表7　2011年、2013年和2015年土地利用破碎度指數

從表7可以得出，該地區自2011年以來，土地利用破碎度指數基本接近，說明該地區土地利用覆蓋變化程度不大。

2.4.4土地利用空間格局分析模型

土地利用空間格局分析是采用土地利用相對重要性指數來分析土地利用類型的空間分布，反映不同土地利用類型在區域中的不同地位和重要性，其計算模型為：

Zi=(1/Fi)/∑(1/Fi)

(4)

Fi=Di/Si

(5)

其中，

(6)

Si=Ai/A

(7)

式中：n為土地利用類型i的斑塊總個數；A為土地總面積；Ai為土地利用類型i的面積；Si為土地利用類型i的面積指數；Di為土地利用類型i的距離指數；Fi為土地利用類型i的分離度；Zi為土地利用類型i的相對重要性指數，其中，Zi越大，表明土地利用類型i在區域中越重要。

2011年、2013年、2015年的土地利用空間格局指數，如表8所示。

從表8可以看出，該地區從2011年到2015年的土地利用空間格局變化較小。

3　土地利用覆蓋時空變化的驅動力分析

3.1產業結構

該地區原本是一個以生產塘魚、水稻、蠶桑、甘蔗為主的農業縣，工業基礎比較薄弱，土地利用結構以農業用地為主。從改革開放到20世紀90年代初期，該地區通過對自身經濟的發展和經濟結構分別進行不斷的總結和及時的調整，以“工業立縣”為發展戰略，大力發展工業，特別是鄉鎮企業，第二產業、第三產業在土地利用結構所占比例迅速上升，第一產業(農業)用地所占比例持續下降。改革開放尤其是步入21世紀以來，經濟發展高速增長。從產業結構來看，該地區主要以第二、第三產業為主，第一產業所占比例較小，第三產業呈逐年增加趨勢，但仍以第二產業為主導地位，如圖2所示。

表8　2011年、2013年、2015年的土地利用空間格局指數

表8(續)

覆蓋類型 2011年 2013年 2015年 DiFiZiDiFiZiDiFiZi房屋建筑區3.2513.970.113.3113.750.113.2813.400.10道路0.303.780.400.283.440.420.273.130.43構筑物1.6135.190.041.6335.430.041.6235.520.04溫室、大棚0.31131.190.010.33137.800.010.39125.820.01人工堆掘地0.3754.470.030.3775.310.020.5535.460.04建筑工地0.3534.940.040.4231.530.050.4421.990.06裸露地表0.09511.950.000.07588.420.000.04892.440.00水域3.4311.070.143.4311.750.123.4312.040.11

圖2　2011-2015年廣東省該地區產業結構變化Fig.2　Industrial structure changes in a district of Guangdong province from 2011 to 2015

注：圖2中的數據來源于該地區統計年鑒。

伴隨經濟增長(見圖3)的，是工業獨大所造成的建設用地人工景觀的增加，且不斷侵占農業用地。

圖3　2011-2015年廣東省該地區GDP增長Fig.3　GDP growth in a district of Guangdong province from 2011 to 2015 注：圖3中的數據來源于該地區統計年鑒。

3.2人口增長

人口是人類社會經濟諸因素中對土地利用變化的影響最主要的因素，也是最具有活力的土地利用變化的驅動力之一。人可以通過生產技術、活動方式調節和組織土地利用系統的結構，占用一定面積的土地用作生存生活的場所，消耗土地利用系統的產品，增加對人地系統生產力的壓力。因此，人口的增長必然導致居住用地的擴大和土地利用系統輸出產品需求的增加。2011-2015年，該地區常住人口有所增加，同時還伴隨著工業所帶來的大量流動人口(見圖4)，也導致了建設用地的增長。

圖4　2011-2015年廣東省該地區人口增長Fig.4　Population growth in a district of Guangdong province from 2011 to 2015 注：圖4中的數據來源于該地區統計年鑒。

3.3農業生產效益變化

農業生產結構調整和農業剩余勞動力轉移，園藝業已經形成品牌效應，集約化程度高，經濟效益高，不少農民把部分耕地變為果園、花卉等?！吧；~塘”已經名不副實，部分?；~塘也慢慢地轉變成建設用地或是花卉用地。

4　結論

本文利用已有地理國情普查數據、高分辨率遙感像數據和其他專題數據，按照統一的標準和技術要求，完成廣東省某地區土地利用與土地覆蓋時空變化監測，結合社會經濟發展等各方面資料，對發生變化的原因和內在驅動力進行分析，為當地政府部門城鎮化建設、城市管理、城市規劃、產業規劃等行政管理提供了有效的決策支持數據，為土地利用和開發過程進行管理、規劃和監督提供有效信息支撐。但由于收集資料

的限制，仍然存在一些不足，在今后的工作中可以進一步的深入和強化，建立常態化監測及應用機制。

[1]付治河.基于地理國情監測的城市擴張分析研究[J].測繪通報，2013(3)：98-101.

[2]唐根，陳鑄.基于地理國情監測框架下長沙市望城區地理空間分析[J].國土資源導刊，2014，11(10)：129-132.

[3]張勇.地理國情普查和土地利用變更中耕地數據的對比[J].地理空間信息，2015，13(5)：4-5.

[4]劉淑紅，鄧開艷，宋昊，等.景觀格局在地理國情綜合統計中的應用研究[J].測繪與空間地理信息，2015，38(4)：71-73.

[5]鄭敏輝，王海云，李燦，等.基于地理國情監測的清遠開發區土地利用時空演變分析[J].地理信息世界，2015，22(5)：27-32.

[6]簡煊祥，盧菲菲，楊永均.建筑用地變化的福州市地理國情監測[J].測繪科學，2015，40(3)：68-70.

Research on Land Use Spatial-Temporal Evolution and Its Driving Forces Based on Geographical Conditions Monitoring

GUO Song-min

(Guangdong Engineering Investigation Institute,Guangzhou Guangdong 510510，China)

Based on the results of Geographical Conditions Census in a district of Guangdong province in 2015, the data of land use and land cover was extracted by remote sensing image interpretation of 2011 and 2013 by means of remote sensing interpretation symbol.With GIS technology, the dynamic changes of land use and land cover in a district of Guangdong province from 2011 to 2015 can be monitored. In combination with the planning data of land use,and social economy and population, the study analysed the influencing factors and internal driving forces of spatial-temporal evolution of land use and land cover. Furthermore, the internal mechanism of the changes of land resources has been established, and thus it can provide the effective guidelines for the administration in town construction, urban management, urban planning, industrial planning,and so on.

Geographical Conditions Monitoring；GIS；land use and land cover；spatial-temporal evolution

2016-05-24

F 301.2

A

1007-9394(2016)03-0005-05

郭送民(1974～)，男，廣東紫金人，學士，工程師，現主要從事不動產測繪、地理信息系統、攝影測量方面的應用研究工作。