區域規劃土地利用變化監測與評估關鍵技術研究

（國家地理空間信息中心，北京 100071）

0 引言

本文主要進行區域規劃動態監測評價中土地利用變化研究，土地利用類型面積的變化、土地利用類型的轉換特征、土地利用類型變化速度和相對變化率以及土地利用程度的變化等是區域規劃監測與評估工作的核心內容[1-2]。

1 數據源選取

收集土地利用/土地覆被數據，主要通過遙感數據解譯實現，為了滿足變化監測的精度質量要求，影像數據挑選綜合考慮云覆蓋、成像時間、輻射質量與初始幾何定位精度等因素，具體的影像挑選要保證成像時間控制在6月-9月之間；遙感影像云量控制在20%以內，盡可能無云；遙感影像輻射質量良好，不存在過度曝光、偏色、CCD拼接色差等問題；可以使用高分一號PMS傳感器、高分二號PMS傳感器、資源三號MUX傳感器等多光譜數據進行補充。

2 土地利用/土地覆被遙感解譯

土地利用/土地覆通過遙感解譯，其依據是土地利用/覆被分類體系[3]、分析遙感影像解譯標志，在基于ARCMAP軟件運行條件下，通過人機交互土地利用/覆被類型實現其解譯。其解譯過程將會涉及土地利用/覆被遙感監測分類體系的制訂和選擇、遙感數據資源的取舍、處理，其他地形圖數據源的處理、遙感解譯標志及解譯條款式的規定、解譯質量好壞和分析準確度等各個環節。

首先進行高分一號遙感影像的預處理，主要包括影像挑選、區域網平差、幾何精矯正、融合鑲嵌、勻光勻色等環節[4]。然后，參照中國科學院資源環境科學數據中心2000年和2015年的土地利用變化與土地覆被分類結果[5]，按照相同的分類系統、制圖標準和規范，選擇相應的監督分類樣本，利用基于支持向量機[6]的監督分類與人機交互相結合的方法，將國家級新區的土地利用類型分為耕地、林地、草地、水域和城鎮用地，另外，還將涉及到農村人員居住地、工礦建設占有土地和尚未開發使用地共8個類型。

3 關鍵技術研究

3.1 土地利用類型面積變化

土地利用情況將呈現動態變化趨勢，主要反映為土地利用面積、類型和其占幾率的變化趨勢。土地利用面積變化，以及在整個土地面積中的所占幾率將是區域土地利用狀態變化研究的基礎數據。在調查研究土地利用類型時，還要考慮所占幾率變化趨勢，由此熟悉區域土地利用呈現出來的總體變化態勢及內在特征。土地利用類型的面積及所占比重的數量變化可以用統計表的形式來表達，統計表可以直觀的反映研究區各土地利用類型的面積及所占比重的數量，及其在不同時間段的變化情況，從而利于把握區域土地利用的現狀及變化態勢。

3.2 土地利用類型轉換特征

土地利用情況不會一成不變，除非是土地利用類型及面積大小出現變化，存在于不同土地利用類型之間的互換狀況。土地利用類型差異，其間會發生轉化和轉變兩種模式，轉變主要指利用目的的改變，使得土地利用類型轉換成其他形式的類型，常見的有毀林造田，或毀林造地，或者毀壞草地，或開墾草地轉化為耕地，或將耕地荒蕪從而轉變為草地等。轉化的意思是指土地利用目的依然保持原有利用狀態，僅停留在土地利用內部類型轉化情況，常見的事例如水田作為旱地耕種、將林地變成灌木林、優質草地轉化為劣質草地等。

土地利用面積轉化真實地反映出土地利用實際情況，也反映出其變化的規律，也是其評估土地轉化的關鍵性指標之一，正確地表達土地利用類型轉移規律，其轉移規律反映出土地利用類型內部面積變化情況，也表達出其土地利用類型情況，也體現出土地利用轉型的類型。一般用轉移矩陣表示土地利用類型轉換，轉出的土地利用類型用行表示，轉入的土地利用類型用列表示，行列一起可以用來顯示轉入的土地利用類型凈面積。轉移矩陣同時能夠清析地反映出土地利用類型面積增減，還能夠清晰地追蹤土地利用類型發生變化的軌跡。

3.3 單一土地利用類型變化率

根據研究區前后不同時期的土地利用類型數據，分析其中的一種土地利用類型增減率，計算出土地利用類型的總體結果。

土地利用面積的增減的區域差異，一般采用土地利用類型增減率表示，土地利用類型變化率模型表達為：

公式中，為R代表指定小區其中的土地利用類型增減率，Sa及Sb規定為同一地區土地利用類型研究初期和研究未期面積的數值。為了詳細刻畫土地利用數量變化的區域差異，上式采用10km×10km的網格單元設定為研究區域，再利用公式算出網格單元土地利用類型增減變化率。當某網格單元開始研究缺乏必要的土地利用類型，而研究后期又呈現該種土地利用類型，通常選用下式表示：

3.4 土地利用類型綜合變化速率

根據研究區前、后兩期土地利用數據，獲得區域土地利用類型面積變化，在此數據基礎上除以研究期時間（年），獲得土地利用年變化動態度。

受自然和人文因素雙重影響，區域內不同土地利用類型總量隨時段變化其幅度和速度數值存在差別。土地利用速度變化的區域差異一般選擇土地利用動態度模型進行分析。一方面，顯示單一的土地利用類型改變依次發生，另外，選擇區域土地利用動態數據或區域分異進行研究。土地利用動態度模型公式如下：

公式內Si設定為監測起始時，i類土地利用類型面積總和，ΔSi-j則設定為監測起始至結束時，i類土地利用類型其轉化類型面積總數，t設定為時間范圍，S設定為t時間內相關綜合土地利用變化現狀圖，舉例說明：t代一表年度，而S則代表土地利用年變化速率。

3.5 土地利用程度變化

土地利用狀況評價主要用于確定區域土地利用狀況的整體特征。選擇劉紀遠的研究成果土地利用狀況模型，此時，土地利用程度在土地自然綜合體和社會各種因素的影響下，其正常平衡情況可劃分不同等級，同時計算出相應分級指數，計算公式為：

式中L為某區域土地利用程度綜合指數，介于100～400之間；Aj、Cj為區域間，j級土地利用程度指數分級值與面積的百分比；m設定作為土地利用程度分級指標量。土地利用程度歸納指數數值，可設定在100～400內，值的大小表現區域土地利用程度的高低。

土地利用程度量化的基礎，離不開土地利用程度的上限值的大小。土地利用上限數值，表達出土地資源利用頂點時的數值，超過上限的情況下，無法再做深度利用與開發工作；至于土地利用下限數值，反映出人類開發利用土地資源起始狀況?？梢哉J定其土地利用程度，可采用不連續的函數來表達。據此，可將上述4種土地利用狀態劃分成4種土地利用等級，并進行賦值，得到分級指數，詳見表1所示。

表1 土地利用程度分級賦值表

4 結論

土地利用/覆被變化研究，已成為中國區域規劃監測評估領域關注的核心問題。系統研究土地利用變化的機理、過程及其未來趨勢，必將成為新的學術熱點。尋求解決上述重點問題的科學途徑，建立國家尺度綜合調控的規劃與措施體系，保障中國可持續發展戰略的實施，更具有重要的科學價值和戰略意義。