维普资讯 http://www.cqvip.com 第２５卷第２期 ２００７年６月 徐州师范大学学报（自然科学版） Ｊ．ｏｆ Ｘｕｚｈｏｕ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖ．（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ） ＶｏＩ．２５．Ｎｏ．２ Ｊｕｎ．，２００７ 徐州市土地利用变化的遥感监测 胡召玲 （徐州师范大学城市与环境学院，江苏徐州ｚｚｌ１１６） 摘要：以１９８７、１９９４、２００３年的卫星遥感图像ＴＭ为主要数据源，利用神经网络分类法提取出土地利用类型信息， 计算出徐州市各土地利用类型数量、比例以及土地利用类型变化的变化率指数，在此基础上构建起土地利用变化的空间 分布图，据此分析了徐州市１６年来土地利用时空变化特征．结果表明：建设用地和水体的面积急剧增长致使耕地的面积 大幅度减少，煤炭资源的开采是引起耕地塌陷积水以及村庄搬迁的重要原因． 关键词：卫星遥感图像；土地利用；变化监测；徐州市 中图分类号：ＴＰ７９；Ｆ３０ｌ＿２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７—６５７３（２００７）０２—００７１—０４ 土地利用是人类为经济社会目的而进行的一整套生物和技术的活动，对土地进行长期的或周期性 的经营．土地利用的动态变化，实质是人类为满足社会经济发展需要，不断调整配置各类土地利用的过 程．对其进行研究，有助于了解土地利用变化的原因和机制，同时通过调整人类社会经济活动，促使土地 利用更趋合理，从而达到土地资源可持续利用的目的Ｌ】］． 区域土地利用变化研究是全球变化研究的重要方面，近几年我国在这方面研究的广度和深度都有 了很大的提高［１ ］．随着经济的发展和人口的剧增，城市的土地利用变化迅速，国内对一些大都市区和 经济发达地区的城市土地利用变化研究较多［６ ］，而对一些大中城市和矿业城市的土地利用变化研究 相对较少． 本文利用３个时相的卫星遥感图像及ｌ：５万地形图资料，对徐州市土地利用时空变化进行研究． １ 研究区概况及主要数据源 徐州市位于江苏省西北部，地处苏、鲁、豫、皖４省接壤区域，处于我国东部沿海地区的中部，环渤海 经济区与长江三角洲经济区的结合部，大城市辐射的末端．徐州市共辖５区：云龙区、鼓楼区、泉山区、九 里区、贾汪区；４县：铜山县、睢宁县、丰县、沛县；２市：新沂市、邳州市；徐州矿区紧邻徐州市区，煤矿分布 在市区西北部的九里区． 近年来，徐州市充分利用其区位及交通优势，把徐州建设成为经济落后地区的中心城市，不断 增强城市的活力及其辐射影响的能力．对整个城市进行布局的调整，加大基础设施建设的力度，发展新 兴产业，对煤炭开采引起的生态环境问题进行综合整治．这些工作都应建立在对城市的全面、科学、及时 的监测调查、合理规划的基础上才能达到预期目的．因此，借助遥感技术研究徐州市区的土地利用变化 就更具有特殊意义和理论价值． 由于贾汪区是徐州市区的一块飞地，考虑到研究区的连片性，本文只对市区的４个区即云龙区、鼓 楼区、泉山区、九里区进行研究．采用３个不同时相同季节的卫星遥感ＴＭ图像，接收日期分别是１９８７一 Ｏ９—１９、１９９４—０９—０６和２００３—１０—２６． ２遥感图像信息提取 本次研究由于所利用的遥感图像跨越的时间长达１６年，不同时间地物的光谱值差别很大，因此研 究中首先对不同时间的图像进行监督分类，然后采用分类后比较法分析比较各时间的分类结果，提取变 收祷日期：２００６—０９－０３ 基金项目：江苏省高校自然科学基金资助项目（０５ＫＪＢ４２０１３３） 作者筒介：胡召玲（１９７３一），女，山东莱州人，博士，副教授，主要从事遥感图像处理与应用方面的研究． 维普资讯 http://www.cqvip.com 徐州师范大学学报（自然科学版） 第２５卷 化信息．这种方法对于解决复杂环境中多种类别间的交叉变化十分有效，它可以给出定性（类别变化）、 定量（变化数量）以及定位（变化的空间位置）的评价． 由于分类后比较法提取图像的变化信息受分类精度的影响很大，因此选择合理的分类方法显得尤 其重要．目前对遥感图像实现自动分类的分类器主要有以下几种：神经网络分类器、上下文分类器、马尔 科夫随机场分类器、模糊逻辑分类器、极大似然分类器、最小距离分类器等，这些分类器各有优缺点．经 过大量的实验，比较各方法的图像分类精度，发现神经网络分类器对该区ＴＭ图像分类效果较好，精度 较高，尤其是能很好的区分水体和针叶林． 根据野外调查、对照地形图及图像上地物的特征，在３个时相的图像上各选取了６个训练区，分别 为：建设用地、水体、灌溉水田、旱地、菜地、林地．采用神经网络分类器进行监督分类，共分为６类，经分 类后处理滤掉一些噪声数据，并进行人机交互修改分类结果后，得到各时相遥感图像的分类结果（见图 １）．Ｋａｐｐａ系数是衡量图像分类精度的一个重要指标，选取监督分类的训练区作为精度检验的样本区， 计算出１９８７、１９９４、２００３年图像分类图的Ｋａｐｐａ系数分别是０．９７２，０．９８９，０．８７４，数值接近于１，表明 神经网络分类法的分类精度较高． 图例 一秫｜直 一菜地 ●旱地 一 溉水田 水体 。毫黪 建设用地 图１徐州市土地利用图 Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ ｍａｐｓ ｏｆ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｉｎ Ｘｕｚｈｏｕ Ｃｉｔｙ ３数据计算与分析 ３．１徐州市土地利用结构动态变化信息 根据分类结果，计算出１９８７、１９９４和２００３年徐州市各土地利用类型的数量和比例（见表１）．表１ 表明，建设用地所占的比例逐年增加，到２００３年已经达到４４．０７ ．水体的面积和比例也逐年增加，到 ２００３年占到１１．４５ ，比１９８７年增加６．８１ ，比１９９４年增加３．６１ ／／．耕地（灌溉水田、旱地和菜地之 ０和）的面积和比例大幅度减少，在１９８７年时所占比例为５９．５６％，超出建设用地２８．４７ ，１９９４年时下 降到５２．３２％，到２００３年时只占４０．Ｏ３％，已经小于建设用地的面积． 表１徐州市备土地利用类型的数量和比例 Ｔａｂ．１ Ｔｈｅ ａｒｅａ ａｎｄ ｒａｔｉｏ ｆｏｒ ｅａｃｈ ｃｌａｓｓ ｏｆ ｌｎｄ ｌａｌｓｅ ｉｎ Ｘｕｚｈｏｕ Ｃｉｔｙ ３．２ 单个土地利用类型面积的变化率分析 为反映各类型用地面积的变化幅度与速度及区域土地利用的类型差异，使用土地利用／覆盖类型的 变化率指数．从不同侧面反映的变化率指数主要有时段变化率和年平均变化率２种类型．计算公式为： 维普资讯 http://www.cqvip.com 第２期 胡召玲：徐州市土地利用变化的遥感监测 ＫＴ—Ｕ－ ×１００ ， Ｋ—Ｕ－ １×１００ ． Ｕ口 Ｕ ｎ 』 式中，Ｋ 为某种类型的时段变化率；Ｕ。和 为研究时段开始与结束时该土地利用／覆盖类型的面积； Ｋ为某种类型的年平均变化率；Ｔ为研究时段，当设定为年时，模型结果表示该区域此类土地利用类型 的年变化率 』． 依据３个时段的各土地利用类型的面积计算出其变化值、时段变化率、年平均变化率（见表２），根 据计算结果分析如下： 建设用地，１９８７￣２００３年间总共增加了４ ３３８．６４ ｈｍ ，从增加的数量上看，是所有地类中面积增加 最多的，从增加的速度看，在１９８７￣２００３年１６年间的增长速度最大，达到２．６１ ，说明这期间城市化 的进程很快．水体，在１９８７￣２００３年问增加了２ ２７５．５２ ｈｍ ，增加的面积在所有的地类中位居第二，它 的增长速度一直大于建设用地的增长速度，尤其是１９８７～１９９４年间高达９．８５ ，１９９４￣２００３年增长速 度有所下降．这主要原因是由于徐州市的西部和北部是矿区，采煤引起耕地的塌陷积水和村庄搬迁，导 致水体的面积加大．耕地，包括灌溉水田、旱地和菜地之和，在１９８７～２００３年间减少的面积总共为 ６ ５２２．２３ ｈｍ ，尤其是菜地的减少速度最快，为５．４３ ，而在ｌ９８７～１９９４年间和１９９４￣２００３年间由于 庄稼的轮种，不同的地类面积呈现迅速增加或减少的现象，如旱地的面积在１９８７～１９９４年间增加了 ６ ９５３．４９ ｈｍ ，而在１９９４４２００３年间则减少了５ ５９７．９３ ｈｍ ．林地，在１９８７￣２００３年间共减少了９１．９３ ｈｍ ，总体趋势是先减少后增加，呈现出波浪式的变化，其中１９８７～１９９４年间减少２１２．７６ ｈｍ ，而在 １９９４￣２００３年间增加１２０．８３ ｈｍ ，减少的面积要大于增加的面积． 表２土地利用类型面积的变化率指数 Ｔａｂ．２ Ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ｒａｔｅ ｉｎｄｅｘ ｆｏｒ ｅａｃｈ ｃｌａｓｓ ｏｆ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｉｎ Ｘｕｚｈｏｕ Ｃｉｔｙ ３．３徐州市土地利用变化的空间特征 根据各个时间的土地利用类型图（见图１），在工程数学软件Ｍａｔｌａｂ的平台上，构建起徐州市１９８７ ～１９９４年和１９９４￣２００３年间的土地利用变化类型的空间分布图（见图２）．图２ａ表明，１９８７～１９９４年 徐州市区主要向东、西两个方向扩展，表现为建设用地的快速增加，尤其是居住用地、交通用地、工业用 地的增加．这一时期为促进城市发展，加强对外联系，拓展了市区主干道、新建了三环路，从而架构起现 代城市发展的交通骨架；金山桥经济技术开发区的建设以及大量居住小区的建设，促使城市东西方向的 延展．而同期市区西北部的九里区则由于煤炭的开采，导致部分耕地、建设用地转化为水体；市区南部主 要表现为菜地的急剧减少，旱地的快速增加．图２ｂ显示，１９９４￣２００３年伴随着观音机场和城南开发区 图例 ■■耕地变建设用地 ＿耕地变水体 ＿ 建设甩地变水体 － 未变的建设用地 －未变的水体 －其它变化类型 图２徐州市土地利用变化类型的空间分布图 Ｆｉｇ．２ Ｔｈｅ ｓｐａｔｉａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｃｈａｎｇｅ ｃｌａｓｓ ｆｏｒ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｉｎ Ｘｕｚｈｏｕ Ｃｉｔｙ 维普资讯 http://www.cqvip.com ７４ 徐州师范大学学报（自然科学版） 第２５卷 的建设，市区建设用地沿机场路向东南方向迅速扩张，形成徐州市新的发展轴．相对而言东西方向的扩 展主要以土地整理为主，向外扩展较为缓慢．市区西北部由于采煤而形成的塌陷地继续扩大，使得一些 耕地和建设用地相继变为水体，水域面积增加较多． ４结论与讨论 利用神经网络分类法对徐州市１９８７、１９９４和２００３年的ＴＭ遥感图像进行信息提取和数据分析后， 得出这期间徐州市土地利用变化的特点是城市建设发展迅速，城市基础设施建设得到不断加强和改善． 徐州市区土地利用结构变化与经济发展、人口增长、基础设施建设、产业结构调整等因素密切相关． 徐州市区总人口１９９４年比１９８７年增加了６７ ，２００３年比１９９４年增加了１７．１５ ［１。。，人口增加导致建 设用地面积快速增加．水体的面积增加很快，主要是由于煤矿区采矿活动的加剧导致耕地的塌陷积水以 及村庄搬迁的原因，这两方面土地利用的变化致使耕地大幅度减少． 由于ＴＭ图像空间分辨率比较低，土地利用类型的划分并不是很详尽，采用高分辨率的遥感图像 可以弥补这一不足． 参考文献： ［１］王良健，包浩生，彭补拙．基于遥感与ＧＩＳ的区域土地利用变化的动态监测与预测研究［Ｊ］．经济地理，２０００，２０（２）： ４７． ［２］ 王秀兰，包玉海．土地利用动态变化研究方法探讨［Ｊ］．地理科学进展，１９９９，１８（１）：８１． ［３］ 王思远，张增祥，周全斌，等．基于遥感与ＧＩＳ技术的土地利用时空特征研究［Ｊ］．遥感学报，２００２，６（３）：２２４． ［４］ 张永民，赵士洞．近１５年科尔沁沙地及其周围地区土地利用变化分析［Ｊ］．自然资源学报，２００３，１８（２）：１７４． ［５］ 陈四清，刘纪远，庄大方，等．基于ＬａｎｄｓａｔＴＭ／ＥＴＭ数据的锡林河流域土地覆盖变化［Ｊ］．地理学报，２００３，５８（１）： ４５． ［６］ 田光进，张增祥，王长有，等．基于遥感与Ｇ１Ｓ的海口市土地利用结构动态变化研究［Ｊ］．自然资源学报，２００１，１６ （６）：５４３． ［７］ 何春阳，陈晋，史培军，等．大都市区城市扩展模型——以北京城市扩展模拟为例［Ｊ］．地理学报，２００３，５８（２）：２９４． ［８３ 吴宏安，蒋建军，周杰，等．西安城市扩张及其驱动力分析［Ｊ］．地理学报，２００５，６Ｏ（１）；１４３． ［９］ 胡振琪，谢宏全．基于遥感图像的煤矿区土地利用／覆盖变化［Ｊ］．煤炭学报，２００４，３３（５）：４４． ［１０ ］许清．徐州统计年鉴・２００４［Ｍ］．北京：中国统计出版社，２００４． Ｃｈａｎｇｅ ｏｆ Ｌａｎｄ Ｕｓｅ ｉｎ Ｘｕｚｈｏｕ Ｃｉｔｙ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｒｅｍｏｔｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ ＨＵ Ｚｈａｏ—ｌｉｎｇ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｕｒｂａｎ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｘｕｚｈｏｕ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｕｚｈｏｕ，２２１ １ １ ６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｒｅｍｏｔｅ ｓｅｎｓｉｎｇ ＴＭ ｉｍａｇｅｓ ｉｎ １９８７，１９９４ ａｎｄ ２００３，ｔｈｅ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｉｎｆｏｒ— ｍａｔｉｏｎ ｉｎ Ｘｕｚｈｏｕ Ｃｉｔｙ ｉｓ ｅｘｔｒａｃｔｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｎｅｕｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ａｒｅａ，ｒａｔｉｏ ａｎｄ ｃｈａｎｇｅ ｒａｔｅ ｉｎｄｅｘｅｓ ｏｆ ｌａｎｄ ｕｓｅ ａｒｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｓｐａｔｉａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｍａｐｓ ｏｆ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｃｈａｎｇｅ ａｒｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ｕｓｉｎｇ ｃｏｍｐａｒｅ ｍｅｔｈｏｄ ａｆｔｅｒ ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ．Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｗｏｒｋ，ｔｈｅ ｃｈａｒ— ａｃｔｅｒｓ ｏｆ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｓｐａｔｉｏ－ｔｅｍｐｏｒａｌ ｃｈａｎｇｅｓ ｉｎ Ｘｕｚｈｏｕ Ｃｉｔｙ ｆｒｏｍ １ ９８７ ｔｏ ２００３ ａｒｅ ｒｅｖｅａｌｅｄ．Ｔｈｅ ｃｏｎｃｌｕ— ｓｉｏｎｓ ｍａｙ ｂｅ ｄｉｓｔｉｎｇｕｉｓｈｅｄ ａｓ ｆｏｌｌｏｗｓ：Ｔｈｅ ｕｒｂａｎ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｌａｎｄ ａｎｄ ｗａｔｅｒ ｂｏｄｉｅｓ ｒａｐｉｄｌｙ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｂｙ ｏｃｃｕｐｙｉｎｇ ｇｒｅａｔ ａｍｏｕｎｔｓ ｏｆ ｆａｒｍｌａｎｄ．Ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎ ｏｆ ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ ｏｆ ｆａｒｍｌａｎｄ ａｎｄ ｖｉｌｌａｇｅ ｒｅｍｏｖａｌ ｉｓ ｃｏａｌ ｍｉｎｉｎｇ，ｈｏｗｅｖｅｒ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｒｅｍｏｔｅ ｓｅｎｓｉｎｇ ｉｍａｇｅ；ｌａｎｄ ｕｓｅ；ｃｈａｎｇｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；Ｘｕｚｈｏｕ Ｃｉｔｙ
