2008—2011年柳州市土地利用變化研究

何朝霞

摘要 以2008和2011年的Landsat 5 TM數(shù)字影像為基礎(chǔ)，利用支持向量機(jī)方法監(jiān)測(cè)喀斯特地區(qū)（柳州市）土地利用變化，得到2008—2011年土地類(lèi)型轉(zhuǎn)移矩陣和年變化率。結(jié)果表明：2008—2011年研究區(qū)域的水體、建筑用地、林地和其他植被等土地類(lèi)型年變化比較緩慢，其中建筑用地面積的年均增長(zhǎng)率為1.19%，水體、林地、其他植被的年均減少率分別為 0.37%、0.22%、0.72%；最后分析了各土地類(lèi)型變化的驅(qū)動(dòng)力。

關(guān)鍵詞 支持向量機(jī)；土地利用變化；轉(zhuǎn)移矩陣；年變化率

中圖分類(lèi)號(hào) F301.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2017）06-0209-03

Change of Land Use in Liuzhou City during 2008-2011

HE Zhao-xia （College of Technology & Engineering，Yangtze University，Jingzhou，Hubei 434023）

Abstract Based on the digital images of Landsat 5 TM in the year of 2008 and 2011， the SVM method was used to monitor land change using in karst region（Liuzhou City），the transfer matrix of land types in 2008-2011 and the annual rate of change were calculated. The results showed that：water area，construction land， forest land and other vegetation types in the study area from 2008 to 2011 change slowly， construction land from 2008 to 2011 grows 1.19% average annual， the average annual loss of water area， forest land， other vegetation were 0.37%， 0.22% and 0.72% respectively；the driving force of the change of each land type was analyzed.

Key words Support vector machine （SVM）； Land use change； Transfer matrix；Annual rate of change

隨著人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展和城市建設(shè)步伐的加快，土地利用變化日益頻繁，土地利用/覆被變化仍是當(dāng)前研究熱點(diǎn)。楊瑞芳等[1]在遙感和GIS 技術(shù)支持下，選擇北京市順義區(qū)作為研究對(duì)象，采用分類(lèi)后比較方法，對(duì)1999—2011年土地利用類(lèi)型的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行定量分析以及空間分布制圖。肖楊等[2]基于RS和GIS技術(shù)，在ENVI 軟件支持下，利用監(jiān)督分類(lèi)方法，研究了黃河三角洲地區(qū)2001、2005、2011 和2014年土地利用時(shí)空變化特征與規(guī)律，并結(jié)合研究時(shí)段內(nèi)的自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素，對(duì)研究區(qū)土地利用變化驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行了分析。馬驪馳等[3]以香格里拉建塘鎮(zhèn)為研究區(qū)，以2000、2009年Landsat TM影像為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，運(yùn)用光譜特征和地學(xué)輔助知識(shí)相結(jié)合的改進(jìn)型決策樹(shù)分類(lèi)方法分別對(duì)研究區(qū) 2 個(gè)年份的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行土地利用信息提取和變化分析。李晨曦等[4]研究了京津冀地區(qū)2000—2013年土地利用的類(lèi)型變化、數(shù)量變化、程度變化及區(qū)域變化特征的基礎(chǔ)上，并分析了變化的驅(qū)動(dòng)力。馬亞鑫等[5]分析了西安市1995、2000、2006、2010年4期土地利用數(shù)據(jù)。葉勤玉等[6]利用 2000—2014 年 MODIS NDVI 產(chǎn)品，基于像元二分模型計(jì)算了重慶市植被覆蓋度，并對(duì)其變化強(qiáng)度以及變化趨勢(shì)進(jìn)行了分析。綜上所述，當(dāng)前土地利用變化的研究區(qū)域大多集中選擇經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)、人口較多的大城市或是旅游城市，而筆者前期研究顯示，利用支持向量機(jī)（SVM）方法的在柳州地區(qū)土地分類(lèi)方面精度最高。筆者以2008和2011年的Landsat 5 TM數(shù)字影像為基礎(chǔ)，利用SVM方法監(jiān)測(cè)柳州市土地利用的變化，根據(jù)土地分類(lèi)變化信息分析其驅(qū)動(dòng)力因素。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

1.1 研究區(qū)概況 柳州市位于廣西壯族自治區(qū)的中北部，地處108°32′～110°28′ E，23°54′～26°03′ N。全市轄6縣4區(qū)，包括柳南、柳北、城中、魚(yú)峰4城區(qū)和柳江、柳城、鹿寨、融安、融水、三江6縣。柳州屬于典型的喀斯特地貌地區(qū)，具有“拔地奇峰畫(huà)卷開(kāi)”的山水特點(diǎn)。南北地貌差異性明顯，北部多山，耕地多集中分布于中部、南部的平原和盆地。受區(qū)域地貌特征的影響，市域城鎮(zhèn)體系呈現(xiàn)“南重北輕，中心偏南”的格局，南部市區(qū)、鹿寨縣建設(shè)用地增長(zhǎng)較快，北部3縣建設(shè)發(fā)展相對(duì)緩慢，區(qū)域發(fā)展南北差異明顯[7]。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

遙感數(shù)據(jù)來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云發(fā)布的美國(guó)陸地衛(wèi)星的Landsat 5 TM數(shù)字影像（2008和2011年）。該影像的重復(fù)周期為16 d，共7個(gè)探測(cè)波段，除了熱紅外波段的分辨率是120 m，其他波段的分辨率為30 m。該影像所覆蓋的范圍為108°27′～110°22′ E、23°36′～25°29′ N，包含柳州市的部分地區(qū)，為喀斯特地貌地區(qū)。根據(jù)柳州市的格局特點(diǎn)，選取了該遙感影像上中心偏南的一塊矩形區(qū)域進(jìn)行研究，如圖1所示。所選區(qū)域的數(shù)字影像如圖2所示，該矩形區(qū)域包含柳州市區(qū)、柳江縣和市郊的幾個(gè)鎮(zhèn)，覆蓋面積為93 313.8萬(wàn)m2。圖1是由波段1、波段2和波段3合成的影像圖，圖2是由波段2、波段4和波段5合成的影像圖。

1.3 研究方法

采用支持向量機(jī)SVM 方法獲取土地利用變化信息，結(jié)合監(jiān)督分類(lèi)和人工解譯，根據(jù)遙感影像數(shù)據(jù)的可判讀性，結(jié)合土地利用分類(lèi)的地域特點(diǎn)，將研究區(qū)土地利用類(lèi)型分為林地、水體、建筑用地和其他植被4類(lèi)。

為了分析2008和2011年不同土地覆蓋類(lèi)型間的相互轉(zhuǎn)換動(dòng)態(tài)關(guān)系，應(yīng)用2期土地覆蓋數(shù)據(jù)，分別計(jì)算相鄰2期數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移矩陣，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為[8]：

Sij=S11…S1n

Sn1…Snn（1）

式中，Sij為不同土地利用類(lèi)型之間的轉(zhuǎn)移面積；i 代表初期的土地利用類(lèi)型面積；j 代表研究末期的土地利用類(lèi)型。

最后計(jì)算研究區(qū)域某種土地利用類(lèi)型的年變化速率，它可以描述在監(jiān)測(cè)期末（t2）與監(jiān)測(cè)期初（t1）之間的年均變化速率，計(jì)算公式為[9]：

Ki={[LA（i，t2）-LA（i，t1）]/LA（i，t1）}t2-t1×100%（2）

式中，Ki為研究區(qū)域內(nèi)某種土地利用類(lèi)型i在監(jiān)測(cè)期間的年均變化速率；LA（i，t1）和LA（i，t2）分別為該種土地利用類(lèi)型在監(jiān)測(cè)期初和期末的面積。

2 結(jié)果與分析

2.1 2008—2011年土地利用變化監(jiān)測(cè) 利用SVM 方法對(duì)研究區(qū)域土地分類(lèi)的結(jié)果見(jiàn)圖3。不同土地類(lèi)型的數(shù)據(jù)解譯見(jiàn)表1。

利用公式（1）、（2）分別計(jì)算出2008—2011年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣（表2）和不同土地類(lèi)型的變化情況（表3）。

2.2 驅(qū)動(dòng)力因素分析

從表3可以看出，2008—2011年研究區(qū)域的水體、建筑用地、林地和其他植被等土地類(lèi)型年變化率比較小，其中建筑用地面積在2008—2011年的年均增長(zhǎng)率為1.19%，水體、林地、其他植被的年均減少率分別為 0.37%、0.22%、0.72%。分析土地類(lèi)型變化原因，有以下幾個(gè)方面。

（1）2008—2011年，柳州市城市建設(shè)重點(diǎn)向東、向西、向北拓展，形成5個(gè)中心片區(qū)加1個(gè)外圍組團(tuán)的組團(tuán)式空間架構(gòu)和用地布局形態(tài)。增加的用地主要來(lái)源于其他植被，少部分特殊地區(qū)來(lái)源于林地和部分小水源。

（2）林地雖然有小部分轉(zhuǎn)移為建筑用地，但是同時(shí)又有其他植被轉(zhuǎn)換為林地。柳州市2008—2011年在市郊、柳江河干流兩岸，圍繞國(guó)土生態(tài)屏障保留和建設(shè)生態(tài)公益林、景觀林，防止城市無(wú)序蔓延，促進(jìn)生態(tài)功能完善和近郊都市農(nóng)業(yè)的發(fā)展。在柳江上游地區(qū)，精心培育各類(lèi)水源涵養(yǎng)林、天然林及自然保護(hù)區(qū)、森林公園等生態(tài)脆弱地區(qū)林地，充分利用荒坡荒山造林，擴(kuò)大有林地面積。充分發(fā)揮林地、園地等農(nóng)用地的生產(chǎn)、生態(tài)、景觀和間隔等綜合功能，統(tǒng)籌兼顧農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)需求，拓展城鄉(xiāng)綠色空間。

（3）2008—2011年，水體中柳江是沒(méi)有變化的，變化的主要是其他小水源，例如小水塘。柳江作為柳州市飲水水源，柳江河段保護(hù)區(qū)和縣城等城鎮(zhèn)集中式飲水水源保護(hù)區(qū)，被保護(hù)得很好。

3 結(jié)論

利用遙感技術(shù)對(duì)柳州市城區(qū)2008—2011年土地覆蓋類(lèi)型和變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明：2008—2011年，城鎮(zhèn)擴(kuò)展速度較緩慢，其城鎮(zhèn)擴(kuò)展建設(shè)用地主要來(lái)源于耕地，少部分來(lái)源于林地和小水源；但是作為喀斯特地貌城市，森林是重點(diǎn)保護(hù)對(duì)象，為了保證林地面積不減少或減少速度較慢，每年又有一些耕地轉(zhuǎn)換為林地。

參考文獻(xiàn)

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