海岸帶城市土地利用變化分析_以江蘇鹽城市為例_張曉祥1.pdf

第 33 卷 第 3 期 熱 帶 地 理 Vol 33 No 3 2013 年 5 月 TROPICAL GEOGRAPHY May 2013 收稿日期 2012 12 28 修回日期 2013 03 27 基金項(xiàng)目 河海大學(xué)中央高校基金 2009B00414 江蘇省城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院協(xié)作課題 作者簡(jiǎn)介 張曉祥 1979 男 江蘇南通人 博士 副教授 主要從事空間分析與建模 資源環(huán)境遙感研究 E mail xiaoxiang 張曉祥 徐 盼 戴煜暄 等 海岸帶城市土地利用變化分析 以江蘇鹽城市為例 J 熱帶地理 2013 33 3 海岸帶城市土地利用變化分析 以江蘇鹽城市為例 張曉祥 1 徐 盼1 戴煜暄1 申 翔2 3 湯春峰2 3 1 河海大學(xué) 地理信息科學(xué)與工程研究所 南京 210098 2 江蘇省城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 南京 210036 3 江蘇省城市交通規(guī)劃研究中心 南京 210036 摘 要 土地利用 覆被變化 LUCC 是全球變化和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展研究的核心問(wèn)題 海岸帶是陸地海洋相互作 用和人類(lèi)活動(dòng)最敏感的區(qū)域 海岸帶 LUCC 的研究對(duì)適應(yīng)環(huán)境和自然的挑戰(zhàn)具有重要意義 本文以江蘇沿海具有 代表性的鹽城市作為研究區(qū) 選取 1978 2007 年 5 期 Landsat MSS TM 影像作為數(shù)據(jù)源 在參考國(guó)內(nèi)外遙感分類(lèi)系 統(tǒng)的基礎(chǔ)上 結(jié)合研究區(qū)實(shí)際 建立遙感分類(lèi)系統(tǒng) 使用主成分分析 PCA 遙感分類(lèi)方法和分類(lèi)后比較變化檢 測(cè)方法 并在 GIS 分析技術(shù)支持下獲取鹽城市近 30 年的土地利用變化數(shù)據(jù) 分析其結(jié)構(gòu) 數(shù)量 速率及格局變 化 結(jié)果表明 1 從土地利用結(jié)構(gòu)上看 研究時(shí)段內(nèi)鹽城市土地利用變化較大 但利用結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定 土地利 用類(lèi)型以耕地為主 但近幾年城市建設(shè)用地大量增加 比重不斷攀升 2 從土地利用變化數(shù)量 速率上看 不 同時(shí)期土地利用類(lèi)型變化劇烈 一級(jí)地類(lèi)數(shù)量增長(zhǎng)最大的是建設(shè)用地 其中城鎮(zhèn)建設(shè)用地由 1978 年的 167 01 km 2 擴(kuò)張至 2007 年的 725 19 km 2 增長(zhǎng)至原來(lái)的 4 34 倍 城鎮(zhèn)建設(shè)用地變化速率在 2004 2007 年高達(dá) 15 以上 3 從空間格局變化看 鹽城市中心城區(qū)特別是開(kāi)發(fā)區(qū)和新辟為市區(qū)的鹽都區(qū)發(fā)展速度最快 而濱海港 大豐港的建 設(shè)和周邊國(guó)有鹽場(chǎng)的改制也顯著促進(jìn)了沿海地區(qū)的發(fā)展 關(guān)鍵詞 土地利用 覆被變化 海岸帶 變化檢測(cè) 城市擴(kuò)展 GIS 鹽城 中圖分類(lèi)號(hào) TP79 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 文章編號(hào) 我國(guó)有長(zhǎng)達(dá) 18 000 km 的海岸線 沿海地區(qū)人 口稠密 經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá) 全國(guó) 70 以上的大 中城市 都集中在沿海地區(qū) 1 沿海地區(qū)通常都是經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng) 的高地 但江蘇沿海地區(qū)卻是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的洼地 長(zhǎng) 期以來(lái)一直是江蘇經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的短板 當(dāng)前 江 蘇沿海開(kāi)發(fā)成為國(guó)家戰(zhàn)略 開(kāi)發(fā)力度空前 新的時(shí) 期如何統(tǒng)籌江蘇海岸帶利用與實(shí)現(xiàn)海岸帶可持續(xù)發(fā) 展是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題 在理論方法上如何評(píng)估 江蘇海岸帶的發(fā)展?fàn)顩r 在技術(shù)手段上如何測(cè)度海 岸帶發(fā)展變化是區(qū)域研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn) 國(guó)際上 土地利用 覆被變化 Land Use Cover Change LUCC 研究是可持續(xù)發(fā)展和全球變化研究的重點(diǎn)內(nèi)容 2 4 海岸帶 LUCC 研究對(duì)于促進(jìn)海岸帶的開(kāi)發(fā) 利用 管理具有重要意義 5 7 隨著研究的深入開(kāi)展 LUCC 在研究理論上也 經(jīng)歷了非常大的突破 目前 LUCC 研究正在走向范 式研究 8 即已形成許多約定俗成的研究模式 主 要包括數(shù)據(jù)源的選取 分類(lèi)方法的選擇 變化檢測(cè) 方法的選用等 數(shù)據(jù)來(lái)源的獲取方面 美國(guó)陸地衛(wèi) 星 Landsat 就有著長(zhǎng)達(dá) 40 年的連續(xù)觀測(cè)歷史 所獲取的數(shù)據(jù)被廣泛應(yīng)用于 LUCC 研究中 9 12 分 類(lèi)方法的選擇方面 文獻(xiàn) 13 評(píng)述了各種遙感分類(lèi) 方法的異同 優(yōu)缺點(diǎn) 這些方法主要有基于最鄰近 規(guī)則的監(jiān)督分類(lèi)方法 14 面向?qū)ο蠓诸?lèi)方法 15 16 基 于知識(shí)規(guī)則的分類(lèi)方法 17 等 其中監(jiān)督分類(lèi)方法是 一種常用的方法 變化檢測(cè)的方法選擇方面 文獻(xiàn) 18 曾經(jīng)系統(tǒng)地總結(jié)了變化檢測(cè)的 7 大類(lèi) 31 種方法 的特征 優(yōu)缺點(diǎn) 應(yīng)用領(lǐng)域和關(guān)鍵因素等 分別是 基于代數(shù)的變化檢測(cè)方法 基于轉(zhuǎn)換算法如主成分 分析 PCA 的變化檢測(cè)方法 11 基于分類(lèi)的變化 監(jiān)測(cè)方法 19 基于高級(jí)模型的變化監(jiān)測(cè)方法 20 基 于 GIS 的變化檢測(cè)方法 21 可視化分析變化檢測(cè)方 DOI CNKI 44 1209 N 20130515 1527 001 網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間 2013 05 15 15 27 網(wǎng)絡(luò)出版地址 熱 帶 地 理 33 卷 法 22 以及其他分類(lèi)變化檢測(cè)方法 23 其中基于轉(zhuǎn) 換算法的變化檢測(cè)方法 24 25 以及基于分類(lèi)的變化監(jiān) 測(cè)方法 26 是比較常見(jiàn)的方法 另外分類(lèi)后比較法也 是一種常用的定量變化檢測(cè)方法 9 25 27 海岸帶地區(qū)的土地利用變化研究也已經(jīng)取得了 相當(dāng)多的成果 如地中海 5 6 埃及 7 等海岸帶區(qū)域的 研究 在我國(guó) 對(duì)于 LUCC 的研究也取得了一定的成 果 但是這些研究大多是針對(duì)我國(guó)的生態(tài)脆弱區(qū) 28 以 及人類(lèi)活動(dòng)劇烈的城市地區(qū) 29 而對(duì)地處陸海兩相交 互地帶的海岸帶的 LUCC 研究相對(duì)較少 未形成系統(tǒng) 性的研究 基于江蘇海岸帶的特殊性 本文選取江蘇 省沿海地區(qū)具有代表性的鹽城市作為研究區(qū) 以 1978 2007年該地區(qū)5個(gè)時(shí)相的Landsat系列遙感影像 為數(shù)據(jù)源 建立鹽城市土地利用分類(lèi)系統(tǒng) 通過(guò)定量 分析鹽城市近 30 年的土地利用結(jié)構(gòu) 數(shù)量 速率及 其格局變化 剖析其變化背后的驅(qū)動(dòng)因素 得出鹽城 市近 30 年的 LUCC 狀況 以期更好地評(píng)估江蘇沿海 的城市化進(jìn)程 為區(qū)域土地利用規(guī)劃及城市發(fā)展規(guī)劃 決策提供參考 1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來(lái)源 1 1 研究區(qū)概況 鹽城市位于江蘇海岸帶核心地區(qū) 介于 32 51 5 34 12 1 N 119 34 12 120 27 1 E 之間 東臨黃海 鹽城市轄亭湖 鹽都 2 區(qū) 大豐 東臺(tái) 2 個(gè)縣級(jí)市 響水 濱海 阜寧 射陽(yáng) 建湖 5 個(gè)縣 市域總面積 1 7 104 km 2 是江蘇省 省轄市中面積最大的市 圖 1 鹽城市的發(fā)展史就是一部農(nóng)墾史 近代以來(lái) 特別是建國(guó)以后大規(guī)模的圍墾開(kāi)發(fā) 鹽城市沿海地 區(qū)形成了大片的農(nóng)場(chǎng)和鹽場(chǎng) 因?yàn)楠?dú)特的海岸帶海 洋地貌條件 鹽城市土地后備資源非常豐富 灘涂 總面積 4 553 km 2 其中潮上帶 1 677 km2 潮間帶 1 610 km 2 分別占全省的 75 64 6 60 8 隸屬 于東臺(tái) 大豐 射陽(yáng) 濱海 響水等縣 市 的沿 海灘涂 近期可供開(kāi)發(fā)利用的面積達(dá) 1 300 km 2 歷史上 鹽城市因?yàn)榻?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平不高 城市發(fā)育不足 重要城鎮(zhèn)主要沿 204 國(guó)道分布 近 年來(lái) 因?yàn)榻煌ńㄔO(shè)的發(fā)展 很多道路沿線的工業(yè) 區(qū)與小城鎮(zhèn)獲得快速發(fā)展 從現(xiàn)狀城市分布空間特 征看 南北向的 204 國(guó)道 沈海高速 G15 高速 東西向的各大主要河流沿岸已經(jīng)成為鹽城市經(jīng)濟(jì) 和城市發(fā)展的主要軸線 形成 交通走廊式 的城 市分布格局 21 世紀(jì)以來(lái) 在長(zhǎng)三角一體化輻射 帶動(dòng)下 特別是近年來(lái)沿海開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施 鹽城 市中心城市的城市化進(jìn)程快速推進(jìn) 2010 年末全 市戶籍人口816 2萬(wàn)人 其中城鎮(zhèn)人口381 27萬(wàn)人 2010 年鹽城市實(shí)現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)總值 2 266 億元 比上 年增長(zhǎng) 17 8 實(shí)現(xiàn)五年翻一番 近年發(fā)展速度非 常驚人 1 2 數(shù)據(jù)來(lái)源 遙感具有同步性好 成本低等特征 可以快 速獲取區(qū)域相關(guān)信息 本研究的土地利用動(dòng)態(tài)變 化信息主要根據(jù)鹽城市 5 期 Landsat TM 遙感影像 分類(lèi)結(jié)果獲得 表 1 其他數(shù)據(jù)包括研究區(qū) 1 50 000 的數(shù)字地形圖 1 10 000 的土地利用現(xiàn)狀圖 1 250 000的數(shù)字線化圖 表 2 主要用于衛(wèi)星圖像幾何 校正 采用 2009 2010 年間 獲取的 ALOS 遙感影像數(shù) 據(jù) 表 2 ALOS 數(shù)據(jù)分 2 5 m 分辨率的全色波段影像 和 10 m 分辨率的遙感影 像 主要用于遙感土地利用 分類(lèi)數(shù)據(jù)的信息驗(yàn)證 且所 有的數(shù)據(jù)都采用統(tǒng)一的坐 標(biāo)系和投影系統(tǒng) 2 分類(lèi)系統(tǒng) 遙感影像分類(lèi)主要是依 據(jù)地物的光譜特征 即地物 電磁波輻射的多波段測(cè)量 圖 1 鹽城市概況 Fig 1 The map of Yancheng 3 期 張曉祥等 海岸帶城市土地利用變化分析 值 將這些測(cè)量值用作遙感影像的原始特征變量 然后利用特征變量對(duì)圖像上每個(gè)像元按照亮度接近 程度進(jìn)行分類(lèi) 以達(dá)到區(qū)分遙感影像中多種地物的 目的 在海岸帶遙感中 C CAP 是美國(guó)海洋和大氣局 NOAA 海岸海洋計(jì)劃 COP 的河口棲息地計(jì)劃 EHP 的一部分 NOAA在制定C CAP 土地覆蓋分 類(lèi)系統(tǒng)時(shí) 與海岸帶地區(qū)相關(guān)的美國(guó)幾個(gè)主要機(jī)構(gòu)的 代表進(jìn)行了專題討論和建設(shè)性商談 以保證基于 C CAP 的分類(lèi)系統(tǒng)與美國(guó)其它的主要土地利用 覆被 系統(tǒng)相協(xié)調(diào) 由于本文的研究范圍是在各個(gè)時(shí)期沿海堤防以 內(nèi)的市域 未被圍墾和開(kāi)發(fā)的地區(qū)特別是海岸帶特 有的灘涂和濕地不在本研究的范圍內(nèi) 因此參照美 國(guó)C CAP 的海岸土地覆被分類(lèi)系統(tǒng)與我國(guó)2008年 2 月發(fā)布的土地利用分類(lèi)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 土地利用 現(xiàn)狀分類(lèi) GB T21010 2007 結(jié)合鹽城市海岸帶 地物的特征 確定本研究的主要區(qū)域土地利用 覆被 類(lèi)型 表 3 3 研究框架 本研究的研究框架主要包括 4 個(gè)部分 影像預(yù) 處理 影像分類(lèi) 變化檢測(cè) 數(shù)據(jù)分析 圖 2 利用多時(shí)相遙感數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)分析 LUCC 過(guò)程 需 對(duì)原始影像根據(jù)需要進(jìn)行一系列圖像處理工作 包 括幾何糾正 輻射校正 影像鑲嵌和裁剪等 影像 的幾何校正應(yīng)用 ERDAS 軟件幾何校正模塊實(shí)現(xiàn) 首先以鹽城市上世紀(jì) 80 年代的 1 50 000 地形圖為 基準(zhǔn) 采用二次多項(xiàng)式變換幾何校正模型校正 1990 年左右的 TM 影像 然后以 1990 年左右的 TM 影像 為基準(zhǔn) 分別對(duì) 1978 年 MSS 影像 2000 2004 和 2007 年左右的 TM 影像進(jìn)行像元對(duì)像元的幾何精校 正 本研究區(qū)處于影像交叉的地帶 單獨(dú)的一景影 像不能完全覆蓋研究區(qū)域 因此需要對(duì)增強(qiáng)處理后 表 1 研究區(qū)遙感影像數(shù)據(jù) Tab 1 Data used in this study 衛(wèi)星時(shí)態(tài) 傳感器 軌道 成像日期 分辨率 m T1 1978 年左右 Landsat MSS 128 37 1975 03 26 129 37 1979 08 06 129 36 1978 09 16 79 重采樣 60 T2 1990 年左右 Landsat TM 119 37 1987 02 02 120 37 1988 10 25 120 36 1987 09 21 30 T3 2000 年 Landsat ETM 119 37 2000 07 31 120 37 2000 09 16 120 36 2000 09 16 30 T4 2004 年 Landsat TM 119 37 2004 05 23 120 37 2004 04 28 120 36 2004 04 28 30 T5 2007 年左右 Landsat TM 119 37 2006 09 18 120 37 2006 09 09 120 36 2006 09 09 30 表 2 鹽城市土地利用 覆被變化研究的輔助數(shù)據(jù) Tab 2 Auxiliary data in this study 序號(hào) 數(shù)據(jù)類(lèi)型 資料名稱 數(shù)據(jù)時(shí)間 比例尺 1 歷史地形圖 1980S 地形圖 1980 年左右 1 50 000 2 土地利用現(xiàn)狀圖 各縣土地利用現(xiàn)狀圖 1 10 000 3 數(shù)字線化圖 DLG 1 250 000 地形圖 1980 年左右 1 250 000 4 ALOS 影像數(shù)據(jù) 2 5 m 全色波段影像 2010 年 5 ALOS 影像數(shù)據(jù) 10 m 多光譜影像 2010 年 表 3 鹽城市土地利用 覆被分類(lèi)系統(tǒng) Tab 3 Land use cover change classification schema in Yancheng 一級(jí)類(lèi) 土地利用類(lèi)型 說(shuō)明 11 水田 指用于種植水稻等水生農(nóng)作物的耕地 包括實(shí)行水生 旱生農(nóng)作物輪種的耕地 1 耕地 12 水澆地 旱地 指有水源保證和灌溉設(shè)施 在一般年景能正常灌溉 種植旱生農(nóng)作物的耕地 指無(wú)灌溉設(shè)施 主要靠天然 降水種植旱生農(nóng)作物的耕地 2 工礦倉(cāng)儲(chǔ)用地 21 鹽田 地面生產(chǎn)用地及尾礦堆放地 31 城鎮(zhèn)建設(shè)用地 指城鎮(zhèn)用于生活居住的各類(lèi)房屋用地及其附屬設(shè)施用地 3 建設(shè)用地 32 農(nóng)村建設(shè)用地 指農(nóng)村用于生活居住的宅基地 41 魚(yú)塘 指人工開(kāi)挖或天然形成的用于養(yǎng)殖的水面 包括部分灘涂資源 海域 4 水域及水利設(shè)施用地 42 坑塘水面 指人工開(kāi)挖或天然形成的蓄水量 10 104m3的坑塘常水位岸線所圍成的水面 5 其他用地 指上述地類(lèi)以外的其他類(lèi)型的土地 包括鹽沼 葦?shù)?泛洪區(qū) 未利用地等 圖 2 研究框架圖 Fig 2 The research framework of this study 多時(shí)相遙感影像 1978 2007 圖像處理 幾何校正 相對(duì)輻射校正 研究區(qū)提取 監(jiān)督分類(lèi) 訓(xùn)練樣本 分類(lèi)系統(tǒng) 輔助數(shù)據(jù) 分類(lèi)專題圖 LUCC 1978 LUCC 1990 LUCC 2000 LUCC 2004 LUCC 2007 分類(lèi)后比較變化檢測(cè) 數(shù)據(jù)分析 土地利用 變化數(shù)量 變化數(shù)據(jù)以及 年均變化率 空間格局 變化情況 熱 帶 地 理 33 卷 的影像采用地理坐標(biāo)無(wú)縫鑲嵌法進(jìn)行圖像拼接 在 鑲嵌過(guò)程中首先進(jìn)行直方圖匹配及像元亮度調(diào)整 并按照鹽城市行政邊界裁切得到研究區(qū)范圍的遙感 影像 遙感分類(lèi)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程 需要考慮許多因 素的影響 選擇合適的分類(lèi)方法 近年來(lái) 許多先 進(jìn)的分類(lèi)方法 如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 模糊集 專家系 統(tǒng) 已廣泛應(yīng)用于圖像分類(lèi) 一般情況下 圖像的 分類(lèi)方法可以分為監(jiān)督分類(lèi)和非監(jiān)督分類(lèi) 或有參 數(shù)和非參數(shù)的分類(lèi) 或硬性和軟性 模糊 的分類(lèi) 或單向度和每個(gè)像素的子像素分類(lèi) 雖然分類(lèi)方法 很多 但不同的研究區(qū)域及目的需采取不同的分類(lèi) 方法 本研究采用的 1990 年左右 2000 2004 和 2007 年左右的 4 期 TM 影像分辨率相對(duì)較高 直接 采用最大似然法進(jìn)行監(jiān)督分類(lèi) 并結(jié)合 1 50 000 地 形圖及其他輔助數(shù)據(jù)提高影像數(shù)據(jù)的分類(lèi)精度 1978 年的 MSS 影像的空間分辨率和光譜分辨率都 較低 地物分類(lèi)非常容易出現(xiàn)誤分或者混分 針對(duì) 這些問(wèn)題 采用多步驟分層分類(lèi)法 將明顯能夠分 出來(lái)的類(lèi)別掩模剔除 降低分類(lèi)像元的個(gè)數(shù)和光譜 混淆 對(duì)難以區(qū)分的地類(lèi)單獨(dú)提取 選擇盡可能多 的訓(xùn)練區(qū) 進(jìn)行細(xì)分類(lèi) 對(duì)于實(shí)在無(wú)法通過(guò)光譜差 異分類(lèi)的像元 參考 1 50 000 的地形圖以及其他 輔助圖件 進(jìn)行人工交互解譯 通過(guò)劃定矢量層 進(jìn)行合理的歸屬 對(duì)分類(lèi)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化 變化檢測(cè)是通過(guò)觀測(cè)不同時(shí)間的目標(biāo)對(duì)象來(lái)確 定其在狀態(tài)上的差異過(guò)程 具有利用多時(shí)相數(shù)據(jù)量 化分析時(shí)間影響的能力 25 在變化檢測(cè)技術(shù)上 最 重要的是變化檢測(cè)方法的研究 變化檢測(cè)方法主要 用于獲取變化的強(qiáng)度 類(lèi)別與分布 最近 20 年來(lái) 已有許多基于衛(wèi)星遙感的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方法應(yīng)用于 LUCC 動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)之中 主要有地物光譜直接比較和 分類(lèi)后比較兩大類(lèi) 地物光譜直接比較法必須進(jìn)行 嚴(yán)格的光譜標(biāo)準(zhǔn)化 目前還沒(méi)有成熟的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù) 而分類(lèi)后比較法是 25 年前發(fā)展起來(lái)的 目前已經(jīng)成 為最常用的定量變化檢測(cè)方法 29 本研究采用分類(lèi) 后比較法對(duì)鹽城市不同時(shí)相的遙感影像的變化進(jìn)行 檢 測(cè) 進(jìn) 一 步 得 出 1978 1990 1990 2000 2000 2004 2004 2007年4個(gè)時(shí)段的變化統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)分析是對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析 目的是 從數(shù)據(jù)中提取信息 以找出研究對(duì)象的內(nèi)在規(guī)律 本研究對(duì)分類(lèi)后數(shù)據(jù)以及變化檢測(cè)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)分 析 目的是分析鹽城市近 30 年來(lái)土地利用變化數(shù) 量 變化速率以及城市發(fā)展的空間格局的變化情況 4 結(jié)果分析 根據(jù)圖 2 所示的研究框架 得到鹽城市 1978 2007 年的土地利用變化分類(lèi)結(jié)果 圖 3 將 本研究獲取的 ALOS高分辨率影像數(shù)據(jù)對(duì)土地利用 分類(lèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行精度驗(yàn)證 對(duì) 1978 2007 年的分類(lèi)結(jié)果 進(jìn)行分類(lèi)疊加評(píng)價(jià) 除 1978 年的總體精度較低 為 75 67 Kappa 系數(shù)為 0 708 外 其他 4 期精度相 對(duì)較高 總體精度接近或超過(guò) 90 Kappa 系數(shù)超 過(guò) 0 85 總體而言 分類(lèi)精度滿足本文研究要求 4 1 土地利用結(jié)構(gòu)分析 在獲得 LUCC 結(jié)果后 在 ArcGIS 平臺(tái)下 利用 其 空 間 分 析 功 能 提 取 研 究 區(qū) 1978 1990 1990 2000 2000 2004 和 2004 2007 年的土地覆被 轉(zhuǎn)移矩陣 得出鹽城市土地利用類(lèi)型面積分布及其 比重 表 4 鹽城市土地資源豐富 土地覆蓋面積增大 至 2007 年已有 15 318 13km 2 比 1978 年增加了將近 1 000 km 2 表 4 近 30 年來(lái)的鹽城市土地覆蓋狀 況總體以耕地為主體 包括水田和水澆地 旱地 占 到該市土地總面積的 80 左右 其次是水域及水利 設(shè)施用地 比重占到該市土地總面積的 10 左右 鹽田作為其特有的土地類(lèi)型 比重一直維持在接近 3 建設(shè)用地比重較小 但增速較快 其中城鎮(zhèn)建 設(shè)用地至 2007 年已增至 725 19km 2 鹽城海岸帶是 一個(gè)生物多樣性極其豐富的區(qū)域 隨著鹽城海岸帶 濕地圍墾開(kāi)發(fā) 未利用地 蘆葦?shù)氐绕渌玫刂饾u 圖 3 鹽城市 LUCC 分類(lèi)圖 1978 2007 年 Fig 3 The classification of land use cover change in Yancheng 1978 2007 3 期 張曉祥等 海岸帶城市土地利用變化分析 減少 自然植被大部分被農(nóng)作物 水域等取代 故 用地結(jié)構(gòu)上 鹽城市土地利用類(lèi)型以農(nóng)用地為主 尤其以耕地占絕對(duì)優(yōu)勢(shì) 其他類(lèi)型的土地面積比重 相對(duì)較小 4 2 土地利用變化數(shù)量 速率分析 利用空間數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析 得出近 30 年來(lái)不同時(shí) 間段鹽城市各土地利用類(lèi)型的年均變化數(shù)量以及變 化速率 表 5 1978 2007 年間 鹽城市各土地利用類(lèi)型中 用地面積一直增加的地類(lèi)主要有水田 建設(shè)用地 不同時(shí)期的土地利用類(lèi)型數(shù)據(jù)量變化均較大 從一 級(jí)地類(lèi)變化來(lái)看 研究時(shí)段內(nèi) 耕地中的水田雖然 增加量大 但水澆地 旱地的減少也相當(dāng)驚人 所以 耕地的總量變化并不顯著 水田的增長(zhǎng)速率和水澆 地 旱地的減少速率在研究時(shí)段內(nèi)均一直呈減緩趨 勢(shì) 研究時(shí)段內(nèi)城鎮(zhèn)建設(shè)用地變化量最大 面積由 1978 年的 167 01 km 2 擴(kuò)張到了 2007 年的 725 19 km 2 增長(zhǎng)至原來(lái)的 4 34 倍 且 1978 1990 年間的 變化速率最快 但整體上與蘇南 蘇中城市相比 增長(zhǎng)速率相對(duì)較慢 水域與水利設(shè)施用地中 魚(yú)塘 的增加量較大 僅次于建設(shè)用地和水田 其增長(zhǎng)速 率在 1978 2000 年非常顯著 坑塘水面則在 1978 1990 年減少較多 減少速率也較大 但水域 與水利設(shè)施用地總體上面積增加較多 其他用地是 一級(jí)地類(lèi)中唯一面積減少的地類(lèi) 其減少速率在研 究時(shí)段內(nèi)呈 U 態(tài)勢(shì) 導(dǎo)致上述變化的原因主要是早期鹽城市的經(jīng) 濟(jì)基數(shù)比較低 起點(diǎn)不高 使得 1978 1990 年間的 用地變化非常顯著 隨著鹽城市的不斷發(fā)展 工業(yè) 化程度不斷加強(qiáng) 且大部分以鹽田為主的工礦倉(cāng)儲(chǔ) 用地都被開(kāi)發(fā)利用 建設(shè)用地不斷增加 其中以城 鎮(zhèn)建設(shè)用地為主的地類(lèi) 變化速率逐年增加 而農(nóng) 村建設(shè)用地雖然有所增加 但隨著近年來(lái)城市化進(jìn) 程的加快 農(nóng)村的農(nóng)耕傳統(tǒng)與生活方式均受到了沖 表 4 鹽城市域土地利用變化信息一覽表 1978 2007 Tab 4 Land use change amount and proportion in Yancheng 1978 2007 1978 1990 2000 2004 2007 土地利用類(lèi)型 面積 km 2 比例 面積 km 2 比例 面積 km 2 比例 面積 km 2 比例 面積 km 2 比例 01 魚(yú)塘 384 93 2 65 537 49 3 66 761 50 5 03 728 03 4 78 800 36 5 22 02 鹽田 341 57 2 35 433 04 2 95 454 68 3 00 437 43 2 87 401 90 2 62 03 水田 5 268 21 36 24 5 578 75 38 00 5 762 50 38 06 5 835 07 38 34 5 888 76 38 44 04 水澆地 旱地 6 600 22 45 40 6 297 28 42 89 6 155 65 40 66 6 100 29 40 08 6 052 46 39 51 05 城鎮(zhèn)建設(shè)用地 167 01 2 04 487 71 3 32 582 28 3 85 652 54 4 29 752 19 4 91 06 農(nóng)村建設(shè)用地 198 50 1 37 273 86 1 87 333 84 2 21 386 21 2 54 408 25 2 67 07 坑塘水面 1 165 45 8 02 872 35 5 94 938 15 6 20 967 68 6 36 935 54 6 11 08 其他用地 282 00 1 94 200 42 1 37 150 71 1 00 111 81 0 73 78 66 0 51 總計(jì) 14 407 91 1 100 00 14 680 89 100 00 15 139 31 100 00 15 219 05 100 00 15 318 13 100 00 表 5 土地利用變化量及變化率 1978 2007 Tab 5 Land use change amount and change rate 1978 2007 1978 1990 1990 2000 2000 2004 2004 2007 土地利用類(lèi)型 年均變化量 km2 a 1 變化速率 年均變化量 km2 a 1 變化速率 年均變化量 km2 a 1 變化速率 年均變化量 km2 a 1 變化速率 01 魚(yú)塘 12 71 39 63 22 40 41 68 8 37 4 39 24 11 9 93 02 鹽田 7 62 26 78 2 16 5 00 4 31 3 80 11 84 8 12 03 水田 25 88 5 89 18 37 3 29 18 14 1 26 17 90 0 92 04 水澆地 旱地 25 25 4 59 14 16 2 25 13 84 0 90 15 94 0 78 05 城鎮(zhèn)建設(shè)用地 26 72 64 20 9 46 19 39 17 57 12 07 33 22 15 27 06 農(nóng)村建設(shè)用地 6 28 37 96 6 00 21 90 13 09 15 69 7 35 5 71 07 坑塘水面 24 43 25 15 6 58 7 54 7 38 3 15 10 71 3 32 08 其他用地 6 80 28 93 4 97 24 80 9 72 25 81 11 05 29 65 總計(jì) 22 75 115 80 45 84 71 75 19 94 2 74 33 02 10 04 熱 帶 地 理 33 卷 擊而發(fā)生改變 人口向城市集聚的力度不斷加強(qiáng) 農(nóng)村人口和勞動(dòng)力向城市遷移 部分地區(qū)農(nóng)村出現(xiàn) 了 衰退 的現(xiàn)象 農(nóng)村建設(shè)用地的增加速率明顯 減緩 鹽城市大部分以鹽田為主的工礦倉(cāng)儲(chǔ)用地被 開(kāi)發(fā)利用為耕地或建設(shè)用地 部分海域也被用于灘 涂的圍墾 另外 由于沿海大開(kāi)發(fā)政策的實(shí)施 以 及鹽城市海洋和灘涂資源十分豐富 射陽(yáng)河口以南 沿海地段還以超過(guò) 10 km 2 a 的速度向大海延伸 被 稱之為 黃金海岸 大豐港也已被國(guó)家規(guī)劃為對(duì) 外開(kāi)放的一類(lèi)口岸 沿岸土地資源利用程度不斷加 強(qiáng) 但鹽城海岸的濕地自然資源也不斷減少 部分 鹽沼地已被排干水改作農(nóng)田或魚(yú)塘 沿海灘涂與魚(yú) 塘 葦?shù)嘏c魚(yú)塘之間也在不斷轉(zhuǎn)換 4 3 土地利用變化格局分析 經(jīng)濟(jì)要發(fā)展 沿海要開(kāi)發(fā) 交通要先行 鹽城 加快交通基礎(chǔ)建設(shè) 致力構(gòu)建綜合交通運(yùn)輸體系 先后實(shí)施了高速公路 干線公路 農(nóng)村公路 航道 機(jī)場(chǎng) 港口等一批項(xiàng)目 目前 鹽城已基本形成集 高速公路 鐵路 航空 港口四位一體的現(xiàn)代化交 通網(wǎng)絡(luò) 圖 進(jìn)入了 海闊天空 的新時(shí)代 交通基礎(chǔ)設(shè)施的完善是推動(dòng)城市土地利用程 度的關(guān)鍵因素之一 本文運(yùn)用 GIS 分析軟件對(duì)鹽城 市 1978 2007 年 5 個(gè)時(shí)段遙感影像進(jìn)行疊加分析 并從多個(gè)層面來(lái)研究來(lái)鹽城市鹽田 城鎮(zhèn)建設(shè)用地 擴(kuò)展的空間格局變化情況 圖 根據(jù)鹽城市 9 個(gè)區(qū) 縣 市 自 1978 年以來(lái) 的 30 年間建設(shè)用地?cái)?shù)量以及鹽田變化情況可知 位于鹽城市中心城區(qū)特別是開(kāi)發(fā)區(qū)和新辟為市區(qū) 的鹽都區(qū) 其城鎮(zhèn)建設(shè)用地占比一直最大 且一直 保持增長(zhǎng)的趨勢(shì) 其次是遠(yuǎn)離海域的內(nèi)陸區(qū)域 如 建湖 阜寧 其城鎮(zhèn)建設(shè)用地也在不斷增長(zhǎng) 城市 土地利用程度都顯著提高 另外 由于近年來(lái)的沿 海大開(kāi)發(fā) 鹽城市低效益的鹽田土地面積逐步減 少 大部分被發(fā)展成為建設(shè)用地 導(dǎo)致這些變化的原因主要是由于鹽城早年沒(méi) 有鐵路 機(jī)場(chǎng) 海港 也沒(méi)有高速公路 大宗貨物 運(yùn)輸主要依靠公路和水路運(yùn)輸 且城鎮(zhèn)主要圍繞 204 國(guó)道干線以及河流走向進(jìn)行布局 因此鹽城市 市區(qū) 大豐市市區(qū)建設(shè)用地覆蓋比較明顯 土地利 用程度較高 城市發(fā)展相對(duì)較快 經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展 規(guī)劃 鹽城市逐步形成了 交通走廊式 的城市空 間格局 市域城鎮(zhèn)空間分布以鹽城市區(qū)為中心 特 別是開(kāi)發(fā)區(qū) 鹽都區(qū)發(fā)展最為明顯 建國(guó)以后鹽城 市由于大規(guī)模的圍墾開(kāi)發(fā) 沿海地區(qū)形成了大片國(guó) 營(yíng)鹽田 且近年來(lái)國(guó)營(yíng)鹽場(chǎng)的鹽田進(jìn)行改制 大部 分鹽田被轉(zhuǎn)換為建設(shè)用地 鹽城整體上沿南北向 204 國(guó)道 沈海高速 G15 高速 以及沿東西向的 河流沿岸發(fā)展 且明顯有從內(nèi)陸逐漸向海岸帶轉(zhuǎn)移 的趨勢(shì) 阜寧縣 建湖縣 射陽(yáng)縣等緊跟鹽城市區(qū) 的發(fā)展 土地利用程度明顯提高 至于城鎮(zhèn)分布相 對(duì)稀疏 工業(yè)發(fā)展相對(duì)落后 如響水 濱海等地區(qū) 圖 4 鹽城市主要交通網(wǎng)絡(luò) Fig 4 Main transportation network in Yancheng 圖 5 城鎮(zhèn)建設(shè)用地 鹽田擴(kuò)展情況 1978 2007 年 Fig 5 Expansion of construction land and salt pan 1978 2007 3 期 張曉祥等 海岸帶城市土地利用變化分析 因遠(yuǎn)離市區(qū) 交通不便 經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)落后 建設(shè) 用地的擴(kuò)展態(tài)勢(shì)也就沒(méi)有其它地區(qū)強(qiáng)烈 5 結(jié)論與討論 本研究通過(guò)對(duì)系列遙感影像的分類(lèi)統(tǒng)計(jì) 獲取 了鹽城市改革開(kāi)放以來(lái) 1978 1990 2000 2004 2007 年左右的 5 期 LUCC 信息 在此基礎(chǔ)上 以空 間分析技術(shù)為依托 定量分析了鹽城市近 30 年來(lái) 的 LUCC 的過(guò)程與特點(diǎn) 剖析了鹽城市作為江蘇沿 海城市 其土地利用變化的結(jié)構(gòu) 數(shù)量 速率和格 局 得到以下結(jié)論 1 從土地利用的結(jié)構(gòu)來(lái)看 1978 1990 1990 2000 2000 2004 2004 2007 年 4 個(gè)時(shí)間段 的土地利用變化均較大 但土地利用結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn) 定 鹽城土地利用類(lèi)型以耕地為主 近年來(lái)建設(shè)用 地增加明顯 2 從土地利用的數(shù)量 速率來(lái)看 面積增加 數(shù)量最大的是建設(shè)用地 尤其是城鎮(zhèn)建設(shè)用地 1978 2007 年間鹽城市城鎮(zhèn)建設(shè)用地由 167 01km 2 擴(kuò)張到了 725 19 km 2 增長(zhǎng)至原來(lái)的 4 34 倍 且 1978 1990 年建設(shè)用地的擴(kuò)展強(qiáng)度相對(duì)較大 與此 同時(shí) 土地利用變化速率也非常驚人 近年城鎮(zhèn)建 設(shè)用地變化速率高達(dá) 15 以上 3 從空間格局上看 鹽城市已基本形成集高 速公路 鐵路 航空 海運(yùn)四位一體的現(xiàn)代交通網(wǎng) 絡(luò) 鹽城市中心城區(qū)特別是開(kāi)發(fā)區(qū)和新辟為市區(qū)的 鹽都區(qū)發(fā)展速度最快 同時(shí)近年來(lái)港口和港城的發(fā) 展顯著帶動(dòng)了鹽城市沿海地區(qū)的發(fā)展 其發(fā)展主要 圍繞濱海港 大豐港的建設(shè)以及周邊改制的國(guó)有鹽 場(chǎng)進(jìn)行 本研究以江蘇沿海城市鹽城市為例 根據(jù)研究 區(qū)特點(diǎn)建立了適合海岸帶城市的土地利用 覆蓋變 化分類(lèi)系統(tǒng) 以遙感和 GIS 分析技術(shù)為支撐 定量 計(jì)算了鹽城市近 30 年來(lái)土地利用變化的特點(diǎn) 并 且剖析了其土地利用變化背后的驅(qū)動(dòng)力 本研究在 遙感分類(lèi)系統(tǒng)的確定上 在遙感和 GIS 計(jì)算分析方 法的運(yùn)用上 對(duì)同類(lèi)研究特別是海岸帶土地利用變 化有一定的借鑒意義 進(jìn)一步的研究可以從 3 個(gè)方面展開(kāi) 使用更 高分辨率的遙感數(shù)據(jù)以獲取更為精確的數(shù)據(jù) 使 用更多復(fù)雜有效的 GIS 方法以獲取研究區(qū)的各類(lèi)空 間分析衍生數(shù)據(jù) 通過(guò)集成遙感和 GIS 技術(shù)進(jìn)行 土地利用變化建模以增強(qiáng)土地利用變化的預(yù)測(cè)能 力 參考文獻(xiàn) 1 陳夢(mèng)熊 海岸帶城市地質(zhì)環(huán)境特征與主要地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題 C 海岸帶 地質(zhì)環(huán)境與城市發(fā)展論文集 2005 8 14 2 Turner B Skole D Sanderson S Land use and land cover change science research plan R IGBP Reports 1995 3 Lambin E F Banliex X Bockstael N Land use and Land cover change LUCC implementation strategy R IGBP Report No 48 and HDP Report No 10 stochkholm IGBP 1999 4 Bryan C Pijanowski Robinson KD Rates and patterns of land use change in the Upper Great Lakes States USA A framework for spatial temporal analysis J Landscape and Urban Planning 2011 102 102 116 5 Bajocco S Angelis D Perini L et al The Impact of Land Use Land Cover Changes on Land Degradation Dynamics A Mediterranean Case Study J Environmental Management 2012 49 980 989 6 Serra P Pons X Sauri D Land cover and land use change in a Mediterranean landscape A spatial analysis of driving forces integrating biophysical and human factors J Applied Geography 2008 28 189 209 7 Shalaby A Tateishi R Remote sensing and GIS for mapping and monitoring land cover and land use changes in the Northwestern coastal zone of Egypt J Applied Geography 2007 27 28 41 8 路云閣 蔡運(yùn)龍 許月卿 走向土地變化科學(xué) 土地利用 覆被變 化研究的新進(jìn)展 J 中國(guó)土地科學(xué) 2006 20 1 55 61 9 Tamilenthi1 S Punithavathi1 J Baskaran1 R Dynamics of urban sprawl changing direction and mapping A case study of Salem city Tamilnadu India J Achieves of Applied Science Research 2011 3 1 277 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Photogrammetric Engineering and Remote Sensing 2003 69 963 972 16 Gitas I Z Mitri G H Ventura G Object based image classification for burned area mapping of Creus Cape Spain using NOAA AVHRR imagery J Remote Sensing of Environment 2004 92 409 413 17 Hung C Dauis L S Townshend J R An assessment of support vector machines for land cover classification J International Journal of Remote Sensing 2002 23 725 749 熱 帶 地 理 33 卷 18 Prakash A Gupta R P Land use mapping and change detection in a coal mining area a case study in the Jharia coalfield India J International Journal of Remote Sensing 1998 19 391 410 19 Jensen J R Introdurtory Digital Image Processing a Remote Sensing Perspective M Prentice Hall Upper Saddle River New Jersey 2nd ED 1996 197 279 20 Lu D Mausel P Brondi Zio E et al Change detection techniques J International Journal of Remote Sensing 2004 25 12 2365 2407 21 Weng Q Land use change analysis in the Zhujiang Delta of China using satellite remote sensi GIS and stochastic 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