高速鐵路的建設(shè)對(duì)沿線區(qū)域土地利用變化影響研究
——以京滬高鐵山東段為例

劉長龍， 常 軍， 劉 娜， 張 騰

(1.山東師范大學(xué) 地理與環(huán)境學(xué)院， 山東 濟(jì)南 250000； 2.武城縣第二中學(xué)， 山東 德州 253300)

2003年，我國第一條高速鐵路——秦沈客運(yùn)專線正式開通運(yùn)營。十幾年來，我國高速鐵路的發(fā)展勢如破竹，其運(yùn)營里程已經(jīng)躍居世界之首[1]，建成了全球最大的高速鐵路網(wǎng)，打造出了世界級(jí)的中國高鐵品牌[2]。但是高鐵作為一種特殊而又重要的交通運(yùn)輸方式，其發(fā)展會(huì)不可避免地對(duì)城市及其沿線區(qū)域空間內(nèi)的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生著巨大影響[3]，具體表現(xiàn)在鐵路沿線林地耕地的占用、建筑物的拆遷與重建、農(nóng)用地與建設(shè)用地的轉(zhuǎn)化等土地利用格局結(jié)構(gòu)的變化[4]。與此同時(shí)，高鐵的建設(shè)勢必會(huì)對(duì)沿線區(qū)域的景觀格局變化產(chǎn)生影響，而景觀格局的變化很大程度上體現(xiàn)在土地利用類型的變化[5]。

國外學(xué)者關(guān)于高鐵建設(shè)對(duì)周邊區(qū)域的影響研究開始較早，1988年，Schutz等通過實(shí)地調(diào)研分析，提出了“三個(gè)發(fā)展區(qū)”的高鐵交通樞紐地區(qū)的結(jié)構(gòu)布局模型；Steven認(rèn)為公共交通會(huì)對(duì)土地利用產(chǎn)生不同程度的影響，并把這些影響分為直接、間接和次要三類[6]。我國高鐵起步較晚，國內(nèi)學(xué)者對(duì)高鐵研究相對(duì)較少，朱彥東等[7]通過對(duì)國內(nèi)火車站進(jìn)行研究分析，借鑒國外“圈層理論”的基礎(chǔ)上提出了“圈層式地域再開發(fā)”模式，將火車站地區(qū)分為核心功能圈和交通綜合體；王蛟娥等[8]通過可達(dá)性分析研究得出高鐵建設(shè)有助于推進(jìn)城市空間結(jié)構(gòu)的重組等?，F(xiàn)階段高鐵建設(shè)對(duì)土地利用的影響研究主要集中在具體地價(jià)、土地利用結(jié)構(gòu)以及利用效率等理論，缺乏體現(xiàn)具體變化情況的實(shí)例分析研究。綜上，本文從實(shí)證研究視角出發(fā)，選取京滬高鐵山東段為研究對(duì)象，對(duì)高速鐵路沿線區(qū)域土地利用變化進(jìn)行系統(tǒng)性分析，可以形象直觀地反映出高鐵周邊地區(qū)土地利用格局的時(shí)空演變，能夠?yàn)橐院蟾哞F站點(diǎn)選址、路線規(guī)劃等決策提供科學(xué)支撐。

1 研究區(qū)概況

京滬高鐵于2011年6月正式通車運(yùn)營，全長共131 8 km。京滬高鐵連接了我國渤海和長三角兩大經(jīng)濟(jì)圈[9]，全線貫穿冀、魯、皖、蘇四省和京、津、滬三市，經(jīng)過海河、黃河、淮河、長江四大水系，其沿線區(qū)域是中國社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展最為活躍的地區(qū)之一。京滬高速鐵路運(yùn)行時(shí)速350 km/h，全程運(yùn)行最短時(shí)間僅需4小時(shí)28分[10]。根據(jù)TOD模式理論，Schutz、Pol(1988)提出了高鐵周邊以高鐵樞紐為核心，向四周發(fā)散的圈層結(jié)構(gòu)模式[11]，國內(nèi)學(xué)者訾海波、馬超等對(duì)圈層理論進(jìn)一步深入研究[12]?；谌永碚摵途哞F周邊實(shí)際情況，選取京滬高鐵沿線15 min車程的第三發(fā)展圈，即15 km緩沖區(qū)作為研究區(qū)域，見圖1。

圖1 研究區(qū)概況Fig.1 Study area

京滬高鐵山東段全長358 km，設(shè)有德州東站、濟(jì)南西站、泰安站、曲阜東站、滕州東站、棗莊站6個(gè)車站，研究區(qū)面積107 84.38 km2。其沿線區(qū)域?qū)倥瘻貛Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)，雨熱同期，降水集中，地貌類型復(fù)雜且多，主要以平原、臺(tái)地、丘陵、山地為主，地勢中部高，兩側(cè)低，形成了以山地丘陵為骨架、平原盆地交錯(cuò)環(huán)列其間的地形大勢[13]。京滬高鐵的開通，多層次多方面改善了交通物流、區(qū)域經(jīng)濟(jì)格局等地位，為山東省區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來了重大機(jī)遇[14]。

2 數(shù)據(jù)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)源及其預(yù)處理

多源、多時(shí)相的遙感空間數(shù)據(jù)是對(duì)區(qū)域內(nèi)的土地利用動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行監(jiān)測最直接有效的數(shù)據(jù)源[15]。本文選取京滬高鐵山東段建設(shè)前、運(yùn)營初期、穩(wěn)定運(yùn)營后三個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)，以5年為一時(shí)間段，即選取2008年1月、2013年8月和2018年8月的Landsat影像數(shù)據(jù)，以3期影像數(shù)據(jù)和全國鐵路矢量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源，其中三期遙感影像數(shù)據(jù)含云量均小于8%。對(duì)三期遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，主要包括輻射定標(biāo)、大氣校正、圖像裁剪與鑲嵌等，并利用Envi軟件進(jìn)行圖像融合，將Landsat 8影像30 m分辨率的多光譜波段與15 m分辨率的全色波段重采樣生成15 m×15 m分辨率多光譜影像遙感數(shù)據(jù)，處理后的影像既有較高的空間分辨率，又具有多光譜特征。

2.2 研究方法

2.2.1土地利用信息提取

建立土地利用分類系統(tǒng)是進(jìn)行遙感影像解譯的基礎(chǔ)[16]，基于土地利用分類標(biāo)準(zhǔn)以及研究區(qū)實(shí)際情況，將京滬高鐵山東段周邊區(qū)域土地利用劃分為耕地、林地、建設(shè)用地、水體以及其他用地五種類型。耕地主要指種植農(nóng)作物或以種植農(nóng)作物為主，間有零星果樹或其他樹木的土地，包括水田、水澆地和旱田。林地主要指長有竹類、灌木、喬木的土地以及高山上的一些果園、防護(hù)林等。建設(shè)用地的覆蓋面較廣，主要包括居民用地如城鎮(zhèn)住宅用地、農(nóng)村宅基地，商服用地如餐飲、娛樂、市場等建筑物，道路基礎(chǔ)設(shè)施以及工業(yè)用地和特殊用地等[17]。水體主要包括河流、湖泊、水庫、坑塘以及水利設(shè)施用地等[18]。其他用地主要指空閑地、未利用地以及裸漏的山頭等?；诙嘣炊鄷r(shí)相遙感數(shù)據(jù)選擇及其預(yù)處理，以全國第三次土地調(diào)查地類判別標(biāo)準(zhǔn)為參考，采用基于深度學(xué)習(xí)的面向?qū)ο筮b感圖像分類方法，訓(xùn)練樣本選取分布均勻、辨識(shí)度高且具有代表性，并進(jìn)行反復(fù)訓(xùn)練與篩選，最終確定分類精度較高的訓(xùn)練樣本。根據(jù)地理特征指標(biāo)(改進(jìn)的歸一化水平指數(shù)MNDWI、歸一化植被指數(shù)NDVI)影像波段信息進(jìn)行分類，實(shí)現(xiàn)影像的多尺度分割，結(jié)合人工目視解譯對(duì)土地利用類型進(jìn)行調(diào)整最終得到京滬高鐵山東段周邊土地利用提取結(jié)果，見圖2。

圖2 研究區(qū)土地利用類型分布Fig.2 Distribution of land use types in study area

對(duì)三期土地利用類型數(shù)據(jù)進(jìn)行精度評(píng)價(jià)，總分類精度分別為89.75%、92.25%、90.67%，Kappa系數(shù)分別為0.794 7、0.834 8、0.812 8，三期遙感影像土地利用類型分類結(jié)果較為理想，滿足研究應(yīng)用需求。

2.2.2土地利用類型動(dòng)態(tài)度

土地利用類型動(dòng)態(tài)度主要體現(xiàn)在某種土地利用類型在不同時(shí)間范圍內(nèi)的數(shù)量(面積)變化程度[19]，分為單一土地利用類型動(dòng)態(tài)度和綜合土地利用類型動(dòng)態(tài)度，對(duì)體現(xiàn)不同土地利用類型的動(dòng)態(tài)變化差異以及預(yù)測其變化趨勢具有重要意義。

1) 單一土地利用類型動(dòng)態(tài)度

單一土地利用類型動(dòng)態(tài)度描述了某種特定的土地利用類型在一定時(shí)間范圍內(nèi)的變化情況[20]，是衡量一種土地利用類型動(dòng)態(tài)變化的指標(biāo)，其公式為：

(1)

式中：Si表示單一土地利用類型動(dòng)態(tài)變化指標(biāo)；Ui,a和Ui,b分別表示某種特定土地利用類型研究初期與研究末期的面積；T表示研究時(shí)間范圍，本文以a為單位。

2) 綜合土地利用類型動(dòng)態(tài)度

綜合土地利用類型動(dòng)態(tài)度描述的是整體土地利用類型在一定時(shí)間范圍內(nèi)的變化程度情況，其公式為：

(2)

式中：LC表示研究區(qū)域綜合土地利用類型動(dòng)態(tài)變化指標(biāo)；Ui表示研究初期i類土地利用類型面積；Vi表示研究時(shí)間范圍內(nèi)i類土地利用類型轉(zhuǎn)化為非i類土地利用類型的面積；T表示研究時(shí)間范圍，本文以a為單位。

2.2.3土地利用程度綜合指數(shù)

土地利用程度綜合指數(shù)反映了總研究時(shí)間范圍內(nèi)整體的土地利用類型變化情況[21]，側(cè)重于類型變化的過程。對(duì)土地利用程度進(jìn)行研究可以分析出土地利用變化的大體趨勢以及土地利用類型具體的變化過程，其公式為：

(3)

式中：D表示研究區(qū)域土地利用程度綜合指數(shù)；n表示土地利用程度分級(jí)數(shù)；Ci表示第i級(jí)土地利用程度分級(jí)指數(shù)；Pi表示第i級(jí)土地利用程度分級(jí)面積的百分比。

2.2.4景觀多樣性指數(shù)

對(duì)研究區(qū)域內(nèi)景觀格局變化進(jìn)行研究，能有效反映區(qū)域內(nèi)土地利用狀況及空間特征變化，景觀多樣性指數(shù)能夠反映出區(qū)域內(nèi)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，其公式為：

(4)

式中：H表示景觀多樣性指數(shù)且H≥0；n為景觀斑塊類型總數(shù)；Pi表示第i類斑塊在景觀中出現(xiàn)的概率，用面積占比表示。

2.2.5景觀破碎度指數(shù)

景觀破碎度是指景觀的破碎程度，一定程度上能反映出人類行為對(duì)景觀的干擾程度，其公式為：

(5)

(6)

式中：C表示第i類景觀的破碎度指數(shù)且C>0；i表示第i類景觀類型斑塊的總個(gè)數(shù)；ai表示第i類景觀類型的斑塊總面積；MPS表示平均斑塊面積。

2.2.6重心模型

重心模型旨在了解區(qū)域內(nèi)各要素在空間上的均衡點(diǎn)，這種要素可以是經(jīng)濟(jì)總量重心、土地利用類型重心、人口總量重心等多個(gè)方面。在時(shí)間上，重心動(dòng)態(tài)偏移表示區(qū)域要素分布的對(duì)比和轉(zhuǎn)移，有助于深化研究對(duì)象發(fā)展歷程、狀態(tài)和趨勢；空間上，重心模型反映區(qū)域要素與形心分析的契合程度，便于分析研究對(duì)象空間上的流動(dòng)性與聚集性[22]，其公式為：

(7)

式中：(X,Y)表示重心坐標(biāo)；Mi表示平面i的權(quán)重或質(zhì)量；Xi表示平面i點(diǎn)的經(jīng)度或坐標(biāo)；Yi表示平面i點(diǎn)的緯度或坐標(biāo)。

3 高鐵沿線土地利用變化分析

3.1 土地利用類型變化轉(zhuǎn)移分析

根據(jù)研究區(qū)遙感影像解譯結(jié)果，統(tǒng)計(jì)出各土地利用類型的面積和比重，可以分析研究區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)，見表1。

表1 研究區(qū)土地利用變化Tab.1 Land use change in study area

由統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，2008年至2018年京滬高鐵山東段周邊土地利用類型中耕地、林地和建設(shè)用地變化幅度最大，水體及其他用地變化均不是很明顯。建設(shè)用地變化幅度最大，且呈現(xiàn)逐年遞增趨勢，由2008年2 292.58 km2增加到2018年的4 172.83 km2，增長了18個(gè)百分點(diǎn)；耕地與林地呈逐年遞減趨勢，耕地由43%減少至31%，共減少1 306.4 km2，林地則略微減少5個(gè)百分點(diǎn)，共計(jì)514.8 km2；水體及其他用地面積基本穩(wěn)定，波動(dòng)范圍小于2%。

土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣可以具體展示不同時(shí)相的各土地利用類型面積變化情況[23]，見表2和表3。在京滬高鐵建成運(yùn)營前后，耕地是轉(zhuǎn)移為建設(shè)用地最多的土地利用類型，其次為林地，同時(shí)，建設(shè)用地也是轉(zhuǎn)移為耕地和林地最多的土地利用類型。2008—2018年，耕地共計(jì)向建設(shè)用地轉(zhuǎn)移2 220.60 km2，主要分布于交通干線、站點(diǎn)附近以及城市周邊；耕地向林地轉(zhuǎn)移共計(jì)317.29 km2，退耕還林是主要原因；交通干線和城市建設(shè)等占用林地，使其向建設(shè)用地共轉(zhuǎn)移787.01 km2；林地向耕地轉(zhuǎn)移375.58 km2，主要表現(xiàn)在山坡附近的毀林開墾地段；由于復(fù)墾以及建筑拆遷與更新等原因?qū)е陆ㄔO(shè)用地向耕地和林地分別轉(zhuǎn)移918.12 km2和284.84 km2。

表2 研究區(qū)2008—2013年土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣Tab.2 2008—2013 land use type transfer matrix in study area

表3 研究區(qū)2013—2018年土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣Tab.3 2013—2018 land use type transfer matrix in study area

3.2 土地利用類型動(dòng)態(tài)度分析

為了研究各土地利用類型在不同時(shí)間范圍內(nèi)的面積變化程度，根據(jù)式(1)和式(2)，分別計(jì)算出單一土地利用類型動(dòng)態(tài)度以及綜合土地利用類型動(dòng)態(tài)度，見圖3和表4。

圖3 單一土地利用類型動(dòng)態(tài)度Fig.3 Dynamic degree of single land use type

表4 綜合土地利用類型動(dòng)態(tài)度Tab.4 Dynamic degree of comprehensive land use type

由圖3和表4可得，2008—2018年間，耕地、林地與其他用地的單一動(dòng)態(tài)度均為負(fù)值，表明其面積一直在減少，而建設(shè)用地與水體單一動(dòng)態(tài)度均為正值，表示面積一直在增加。變化最大的土地利用類型是建設(shè)用地，2008—2013年處于快速增長階段，而2013—2018年則處于緩慢增長階段，說明高鐵建設(shè)初期帶動(dòng)城市建設(shè)能力強(qiáng)，當(dāng)城市建設(shè)趨于飽和與穩(wěn)定后，則出現(xiàn)緩慢發(fā)展的態(tài)勢。其他用地動(dòng)態(tài)度高，說明隨著高鐵周邊的快速發(fā)展，空閑地、未利用地等急劇減少， 側(cè)面烘托出高鐵帶動(dòng)了周邊的建設(shè)速度及規(guī)模。從綜合土地利用動(dòng)態(tài)度的角度來看，2008—2013年與2013—2018年的綜合土地動(dòng)態(tài)度分別為2.89%和2.37%，表明2013—2018年綜合動(dòng)態(tài)度較之前低，高鐵周邊發(fā)展速度由高速發(fā)展轉(zhuǎn)為中高速發(fā)展。

3.3 土地利用程度綜合分析

對(duì)土地利用程度綜合指數(shù)進(jìn)行分析可以得出土地利用類型變化過程以及變化的大體趨勢，結(jié)合已有研究以及實(shí)際情況，對(duì)研究區(qū)域土地利用程度進(jìn)行分級(jí)，見表5。

表5 土地利用程度進(jìn)行分級(jí)指數(shù)Tab.5 Grading index of land use degree

根據(jù)式(3)，計(jì)算京滬高鐵山東分段周邊土地利用程度指數(shù)，見表6。整體來看，2008年至2018年京滬高鐵山東段周邊土地利用程度逐年遞增，說明分級(jí)指數(shù)較高的土地利用類型增長速度較快，且所占比例越來越高，表明建設(shè)用地面積增長速度高于耕地面積減少速度；2013年至2018年土地利用程度指數(shù)較2008年至2013年有所減少，表明分級(jí)指數(shù)較高的土地利用類型發(fā)展速度放緩，但總體呈現(xiàn)上升的趨勢。

表6 研究區(qū)土地利用程度指數(shù)Tab.6 Land use index of the study area

3.4 景觀多樣性分析

根據(jù)式(4)對(duì)研究區(qū)景觀多樣性指數(shù)進(jìn)行計(jì)算，分析研究區(qū)域內(nèi)的景觀復(fù)雜程度，計(jì)算結(jié)果見表7。結(jié)果表明，2008年至2018年間景觀多樣性指數(shù)逐漸提高，使得研究區(qū)內(nèi)的景觀異質(zhì)性程度逐漸提高，表明京滬高鐵山東段周邊區(qū)域的景觀格局受人類活動(dòng)干擾程度增大，直接導(dǎo)致了景觀類型多樣性、復(fù)雜化。

3.5 景觀破碎度分析

對(duì)京滬高鐵山東段周邊區(qū)域進(jìn)行景觀的破碎度分析，有助于得出人類活動(dòng)等對(duì)景觀格局的干擾程度。利用ArcGIS與Fragstates軟件平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并計(jì)算，最后根據(jù)式(5)和式(6)可得景觀破碎度指數(shù)，見圖4。

耕地、林地與其他用地的景觀破碎度指數(shù)逐年遞增，表明隨著周邊區(qū)域的開發(fā)與發(fā)展，耕地、林地與其他用地被不斷開發(fā)利用，受人類活動(dòng)干擾愈發(fā)強(qiáng)烈，景觀破碎度指數(shù)逐年上升。建設(shè)用地破碎度指數(shù)先減小后增大，且破碎度指數(shù)較高，表明在空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜性較高的基礎(chǔ)上，受人類活動(dòng)影響先降低后升高。水體景觀破碎度指數(shù)先升高后降低，在一個(gè)較為平穩(wěn)的區(qū)間內(nèi)波動(dòng)，表明受人類行為干擾程度在正常范圍內(nèi)波動(dòng)。

3.6 主要地類重心轉(zhuǎn)移分析

通過對(duì)高鐵周邊土地利用變化的分析研究不難看出，高鐵的開通影響著其周邊的土地利用變化。為進(jìn)一步驗(yàn)證高鐵開通是否在土地利用類型變化中占據(jù)主導(dǎo)地位，選取京滬高鐵山東段高鐵站點(diǎn)15 km 緩沖區(qū)內(nèi)的建設(shè)用地和耕地類型的重心轉(zhuǎn)移指標(biāo)來分析高鐵對(duì)周邊土地利用的影響程度，利用式(7) 計(jì)算得到高鐵站點(diǎn)周圍建設(shè)用地和耕地的重心，并繪制出2008年、2013年以及2018年即高鐵建設(shè)前、高鐵通車運(yùn)營開始時(shí)、高鐵趨于成熟時(shí)的土地利用重心轉(zhuǎn)移路線圖，以下均以高鐵站點(diǎn)為原點(diǎn)進(jìn)行方向轉(zhuǎn)移描述。

圖5(a)為德州東站周邊建設(shè)用地與耕地重心位置及移動(dòng)方向，建設(shè)用地重心整體呈現(xiàn)由西北向東南方向(即德州東站方向)移動(dòng)。2008年建設(shè)用地重心位于德州東站西北方向，至2013年建設(shè)用地重心則快速向車站西南方向移動(dòng)，5年內(nèi)共計(jì)移動(dòng)約3.9 km，2018年向北移動(dòng)，但趨勢明顯減緩。耕地重心則整體呈現(xiàn)背離車站方向，共計(jì)向東南方向移動(dòng)約1.2 km。 濟(jì)南西站(圖5(b))周邊建設(shè)用地重心由東南方向逐漸向車站靠攏，2008—2013年重心移動(dòng)速率稍大于2013—2018年，共計(jì)移動(dòng)約1.34 km ，耕地重心則由西北方向繼續(xù)背離車站移動(dòng)，其中2013—2018年移動(dòng)速度減緩，且呈現(xiàn)重心向京滬高鐵方向移動(dòng)趨勢。泰安站(圖5(c))周邊建設(shè)用地重心呈現(xiàn)逐漸向京滬高鐵方向移動(dòng)，共計(jì)移動(dòng)約1.5 km ，且2013—2018年速度變緩，耕地重心呈現(xiàn)逐年向背離京滬高鐵方向移動(dòng)，移動(dòng)速度逐漸減慢，共計(jì)移動(dòng)約2.17 km。

圖5 德州東站、濟(jì)南西站、泰安站周邊主要地類重心轉(zhuǎn)移路線圖Fig.5 Route map of gravity transfer of main land types around Dezhou east railway station, Jinan west railway station and Tai’an station

曲阜東站(圖6(a))是研究對(duì)象中唯一一個(gè)建設(shè)用地重心和耕地重心存在交叉現(xiàn)象的車站，表明其周邊建設(shè)用地和耕地大部分均位于高鐵東側(cè)，空間分布不均衡、不合理，其建設(shè)用地重心逐漸向曲阜東站方向移動(dòng)，耕地重心也向高鐵方向移動(dòng)，但移動(dòng)速度緩慢，共計(jì)移動(dòng)約0.28 km。

圖6 曲阜東站、滕州東站、棗莊站周邊主要地類重心轉(zhuǎn)移路線圖Fig.6 Route map of gravity transfer of main land types around Qufu east station, Tengzhou east station and Zaozhuang station

滕州東站(圖6(b))建設(shè)用地重心與耕地重心也極為接近，與曲阜東站不同的是滕州東站周邊建設(shè)用地重心快速向高鐵方向移動(dòng)，耕地重心往背離高鐵方向移動(dòng)，分別移動(dòng)約3.76 km 與1.78 km。 棗莊站(圖6(c))則是唯一一個(gè)建設(shè)用地和耕地重心與高鐵線有交叉現(xiàn)象的車站，2008年其建設(shè)用地重心位于高鐵西側(cè)，2013年與高鐵線幾乎重合，2018年建設(shè)用地重心則移動(dòng)到高鐵東側(cè)，耕地重心恰恰相反，由2008年位于高鐵東側(cè)至2018年移動(dòng)到高鐵西側(cè)，此現(xiàn)象表明棗莊站周邊土地利用逐步趨向平均、合理的空間布局。

京滬高鐵山東段周邊主要地類的重心分布與轉(zhuǎn)移情況為驗(yàn)證高鐵對(duì)沿線區(qū)域土地利用變化存在影響提供了有力支撐。通過對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，除棗莊站之外，其他研究對(duì)象的建設(shè)用地重心轉(zhuǎn)移整體上均呈現(xiàn)逐步向高鐵方向轉(zhuǎn)移趨勢，且存在2008—2013年重心轉(zhuǎn)移速度高于2013—2018年重心轉(zhuǎn)移速度規(guī)律，歸因于高鐵建設(shè)運(yùn)營前期帶動(dòng)城市建設(shè)能力強(qiáng)，商業(yè)用地、居住用地等建設(shè)用地需求大、增長快，而當(dāng)城市建設(shè)趨于飽和與穩(wěn)定后，則開始向外圍發(fā)展，且開始出現(xiàn)發(fā)展變緩態(tài)勢。棗莊站之所以出現(xiàn)特殊現(xiàn)象，是因?yàn)楦哞F建設(shè)前期棗莊站點(diǎn)選址經(jīng)過一個(gè)相對(duì)發(fā)展較快的城鎮(zhèn)，且該城鎮(zhèn)各類土地利用類型分布較為均勻合理，以至于出現(xiàn)先向高鐵方向轉(zhuǎn)移然后再背離高鐵方向發(fā)展的現(xiàn)象。耕地重心轉(zhuǎn)移則與建設(shè)用地相反，整體上均呈現(xiàn)背離高鐵方向轉(zhuǎn)移，第一階段轉(zhuǎn)移速度快于第二階段，甚至部分對(duì)象第二階段耕地重心有向高鐵方向轉(zhuǎn)移的“反彈”現(xiàn)象。出現(xiàn)此現(xiàn)象的原因是高鐵建設(shè)初期由于建設(shè)及開發(fā)需要，大面積的將耕地納入建設(shè)用地規(guī)劃，導(dǎo)致耕地減少，且越靠近高鐵線路耕地減少越明顯，2013—2018年高鐵處于成熟運(yùn)營階段，不再進(jìn)行大范圍占用耕地開發(fā)，并且存在高鐵建設(shè)完成后部分耕地進(jìn)行復(fù)墾復(fù)種等現(xiàn)象，從而導(dǎo)致耕地重心轉(zhuǎn)移變緩甚至出現(xiàn)“反彈”現(xiàn)象。

從重心空間分布及距高鐵線路距離角度來看，所在城市等級(jí)越高如濟(jì)南西站、泰安站等站點(diǎn)，其周邊建設(shè)用地重心整體距高鐵線距離越近，且重心轉(zhuǎn)移距離越短，而耕地重心則距高鐵線路較遠(yuǎn)；所在城市等級(jí)較低的站點(diǎn)如德州東站、滕州東站等，其周邊建設(shè)用地重心整體距高鐵線路較遠(yuǎn)，且重心轉(zhuǎn)移距離長、速度快，耕地重心則由近及遠(yuǎn)逐漸轉(zhuǎn)移。此現(xiàn)象表明高鐵建設(shè)發(fā)展對(duì)城市等級(jí)越低的城市影響表現(xiàn)越明顯，土地利用變化幅度越大，而城市等級(jí)較高的城市由于發(fā)展建設(shè)早，高鐵建設(shè)對(duì)其影響表現(xiàn)則相對(duì)較弱。這也驗(yàn)證了高鐵的開通建設(shè)對(duì)其周邊土地利用變化存在顯著影響。

4 結(jié) 論

本文基于中國高速鐵路飛速發(fā)展的時(shí)代背景下，以京滬高鐵山東段周邊土地利用類型變化為研究對(duì)象，利用GIS和RS技術(shù)方法及原理，采集高速鐵路建設(shè)前期、運(yùn)營初期、穩(wěn)定運(yùn)營期三期影像以及其他輔助信息，對(duì)研究區(qū)土地利用類型結(jié)構(gòu)變化、景觀格局以及重心轉(zhuǎn)移情況進(jìn)行分析，主要得到以下結(jié)論。

1) 主要從研究區(qū)土地利用類型結(jié)構(gòu)、土地利用類型時(shí)空變化、動(dòng)態(tài)度和利用程度等角度分析了京滬高鐵山東段對(duì)周邊土地利用類型的影響，揭示了土地利用變化的規(guī)律及趨勢。①京滬高鐵建設(shè)前期最主要的土地利用類型為耕地，耕地面積逐年減少但其減少速度逐漸變緩；建設(shè)用地呈現(xiàn)急劇增長趨勢，主要來自耕地與林地的轉(zhuǎn)移，建設(shè)用地的增加是高鐵對(duì)其周邊區(qū)域帶來的影響最直觀的體現(xiàn)。②2008—2013年京滬高鐵山東段周邊土地利用類型動(dòng)態(tài)度高于2013—2018年動(dòng)態(tài)度，表明高鐵周邊發(fā)展建設(shè)速度由前期的高速發(fā)展轉(zhuǎn)為中高速發(fā)展；土地利用程度則逐年提升，分別為2.84、3.01、3.08。

2) 選取景觀多樣性及景觀破碎度指數(shù)對(duì)研究區(qū)景觀格局進(jìn)行分析與度量，景觀多樣性指數(shù)分別為1.26、1.40、2.03，研究區(qū)改變了以耕地為主的土地利用結(jié)構(gòu)，逐漸向多元化、多樣性發(fā)展；2008—2013年間研究區(qū)的耕地、林地和其他用地景觀破碎度指數(shù)逐年遞增趨勢，建設(shè)用地呈現(xiàn)先減少后增加趨勢，水體則呈先增加后減少的趨勢。

3) 選取研究區(qū)高鐵站點(diǎn)周邊建設(shè)用地與耕地重心轉(zhuǎn)移情況進(jìn)行分析與度量，驗(yàn)證了高鐵的開通建設(shè)對(duì)其周邊土地利用變化存在顯著影響。①高鐵周邊建設(shè)用地重心整體呈現(xiàn)向高鐵線路方向移動(dòng)，耕地重心整體則呈現(xiàn)背離高鐵線路方向移動(dòng)。②高鐵建設(shè)對(duì)其周邊土地利用影響程度還與其所經(jīng)城市等級(jí)有關(guān)，城市等級(jí)越高的城市所受高鐵建設(shè)影響的程度越小，土地利用變化幅度越小，反之，城市等級(jí)越低的城市受到高鐵建設(shè)帶來的影響程度越大，表現(xiàn)出的土地利用變化幅度越大。③從主要土地利用類型重心轉(zhuǎn)移角度及距離可以得出，高鐵建設(shè)初期帶動(dòng)周邊土地利用變化程度大于后期，且土地利用類型空間分布逐步由兩極化、單一化開始趨向多極化、合理化發(fā)展。