大连市1966-2011年城市土地利用动态监测


一、项目背景
    人口的增长和技术的进步使得人类对土地利用的范围不断扩大、强度不断加剧。各国政府长期以来都在进行着不同层次的土地资源及其利用状况的调查工作。及时掌握土地利用类型的变化信息,是进行土地利用总体规划、基本农田保护、土地利用用途管制等土地管理工作的必要条件。同时,获得土地利用类型随时间变化的信息,也是国家土地主管部门制定土地利用政策及考核其效果好坏所必须的。
    但是由于种种原因,现存的时间较为久远的土地利用资料已经比较稀少,对于研究时间跨度较长的土地利用变化,远远无法满足要求。基于此,能够清楚展现土地利用情况的历史遥感影像资料显得尤为珍贵。在历史遥感影像与近期的高分辨率遥感影像的基础上,进行土地利用动态变化分析,对于研究城市化进程、区域经济发展以及规划、国土等部门工作有着不可替代的意义。
    大连市地处我国东北部沿海地区,是京津的门户,在我国区域经济格局中具有举足轻重的地位。研究大连市改革开放以来的土地利用动态变化和经济发展的关系,对于研究全国范围内土地利用与经济发展、自然与社会和谐发展有着重要的意义。因此,我公司利用自身独家代理的历史影像资源与高分辨率的遥感卫星影像,结合丰富的遥感影像处理经验,对大连市1966年以来的土地利用变化进行监测。
二、空间分析与土地利用变化
    土地利用的显著特点之一是其空间区位的固定性与独特性,土地利用变化总量分析和土地利用变化强度分析无法得到各种土地利用类型之间变化的详细情况,只有对区域土地利用变化进行定位化、定量化的空间分析,才能更为深入和准确地认识区域土地利用的动态演变过程。如,在某一变化时期,城市郊区一块耕地被开发为建设用地,与此同时,在城郊的另一部位有一块同等面积的植被为改造成耕地,这种土地利用变化在变化总量和变化强度分析中是反映不出来的。因此,必须对土地利用变化进行空间分析,以得到各种土地利用类型之间相互转移情况,在此基础上分析不同土地利用类型在某一时期的变化特点。
三、技术流程
    土地利用动态监测的主要思路是:对多元数据(包括多时相、多源遥感)进行校正、配准、拼接以及增强等预处理。确定土地利用分类体系及解译标志,通过计算机自动分类和人工判读目视解译来提取土地利用分类信息,解译图斑属性应包含土地利用类型及编码和地块面积。结合实地调查进行抽样检测和实地验证保证分类精度。利用GIS的叠加分析功能,得到土地利用变化信息,并生成土地利用变化矩阵。最后,对每个地块类型的变化情况制作时空结构分异图,与土地利用转移矩阵一起,达到直观显示每个地块类型在1966年与2011年变化中的新增区域、转移区域和未变化区域位置及面积的目的。
 


图3.1土地利用动态监测流程图

四、土地利用专题图
    对影像进行预处理后,利用人工目视解译的方法,提取土地利用分类信息,在ArcGIS中进行渲染,并利用Layout工具进行出图。土地利用专题图可以清楚的反映某个时期研究区的土地利用类型。同时,我们截取几组土地利用类型比较典型的局部区域进行展示,以更清楚的反映两个时期土地利用情况。 

          

图4.1 1966年土地利用变化图

图4.2 2011年土地利用类型图
 
  图4.3 1966年土地利用类型图局部1(大连湾)

   图4.4 2011年土地利用类型图局部1(大连湾)

 

 图4.5 1966年土地利用类型图局部2(香炉礁)

 图4.6 2011年土地利用类型图局部2(香炉礁)

 

 图4.7 1966年土地利用类型图局部3(大连港)

 

 图4.8 2011年土地利用类型图局部3(大连港)

 
图4.9 1966年土地利用类型图局部4(金家街)

 

图4.10 2011年土地利用类型图局部4(金家街)

 
图4.11 1966年土地利用类型图局部5(促进路)

 图4.12 2011年土地利用类型图局部5(促进路)

  图4.13 1966年土地利用类型图局部6(红凌路)

 图4.14 2011年土地利用类型图局部6(红凌路)

 

 图4.15 1966年土地利用类型图局部7(民权)


图4.16 2011年土地利用类型图局部7(民权)

 

  图4.17 1966年土地利用类型图局部8(天津街)

 图4.18 2011年土地利用类型图局部8(天津街)

 
图4.19 1966年土地利用类型图局部9(石道街、石英路、长春路)

 图4.20 2011年土地利用类型图局部9(石道街、石英路、长春路)

 

 图4.21 1966年土地利用类型图局部10(中南路、山屏街)

 

图4.22 2011年土地利用类型图局部10(中南路、山屏街)

五、土地利用变化分析及展示
    利用GIS的空间分析功能(主要是叠加分析),将两期土地利用类型叠加,可以得出土地利用类型的变化图。将变化图与两个时期的土地利用类型图叠加,可以初步显示土地利用的变化区域和未变化区域。
    如图所示,红线和红色文字为2011年土地利用,蓝线和蓝色文字为1966年土地利用,绿色图斑为变化的地类,空白区域为无变化的地类。我们截取10组变化典型的局部区域作为样本,以更清楚的展示土地利用的变化情况。

 

 图5.1土地利用动态变化局部1(人民路) 

 
图5.2土地利用动态变化局部2(人民路)

图5.3土地利用动态变化局部3(民权)


 

图5.4土地利用动态变化局部4(民权)

 
图5.5土地利用动态变化局部5(民权)
 

 图5.6土地利用动态变化局部6(民权)

 

图5.7土地利用动态变化局部7(香炉礁)

 

图5.8土地利用动态变化局部8(香炉礁)

 
 图5.9土地利用动态变化局部9(大连湾)

 

图5.10土地利用动态变化局部10(海茂岛)

    土地利用类型转移矩阵表是指不同时间段内同一区域内土地利用类型的相互转换关系,一般用二维表来表达,从二维表中可以快速查看各个地类间相互转化的具体情况。单纯各土地类型面积的增减并不能很好的反映各类型间的转换情况,即新增部分由哪些土地资源转换而来,减少部分又去向哪里。土地利用状态转移矩阵能揭示具体的转化细节。
    利用ArcGIS平台的空间分析功能,可将1966年和2011年大连市区的土地利用矢量对比生成土地利用变化率表、土地利用变化直方图、土地利用类型转移矩阵表。


表5.1土地利用变化率(单位:平方米)

 图5.11土地利用变化率表

 

表5.2土地利用转移矩阵表(单位:平方米)

    城市土地利用动态变化是一个复杂的过程,它不仅包括各土地利用类型数量上的变化,还包括各土地利用类型之间的相互转化,以及各种土地利用类型变化的空间位置规律。总的来说,各类土地利用变化可以分为三个组成部分,即新增部分、转移部分、未变化部分。
    新增部分:为其它非某类土地利用类型转变为某类土地利用类型的那部分面积;
    转移部分:为某类土地利用类型转变为其它类土地利用类型的那部分面积;
    未变化部分:其土地利用类型的面积与空间区位在监测期初和检测期末是一样的,没有发生变化。
    在本方案中,我们对于变化较为明显的土地利用类型,如海洋、耕地、林地、文化娱乐用地我们都进行了时空分异研究,以此来展现每种土地类型新增、转移和未变化的区域位置与面积。以海洋为例进行说明。
 

 

图5.12 海洋变化时空分异图

       如图所示,浅蓝色部分为未变部分,即该颜色所示区域在1966年和2011年均为海洋;红色部分为转移部分,即海洋减少部分,表示该颜色区域在1966年为海洋,但在2011年变为了其他的土地利用类型,这部分变化比较明显,说明在1966年到2011年过程中,海岸线变化显著。深蓝色部分为新增部分,即海洋面积增加部分,表示该区域在1966年不是海洋,但由于海岸侵蚀等原因到2011年变化为海洋。同时,我们可以清楚的看到,海洋的变化主要集中在大连湾的西岸和西南海岸。

 


图5.14 林地用地分异图


  林地的变化比较明显。在南部山区,整个山地的周边林地几乎都变为了其他类型的土地,查看2011年的土地利用类型图,可以发现减少的林地主要为住宅用地。说明随人口增加,人类对自然资源的占有量同时在增加。在北部则有少量的土地为新增林地。
 

 

图5.15 耕地用地分异图

 

图5.16 住宅用地时空分异图
 

图5.17文化娱乐用地时空分异图

六、结论
    综合以上分析,我们可以对研究区域内大连市土地利用动态转化得出以下结论:
    1、 海洋面积减少约11 km2,于此同时,海岸线的自然形态和长度也发生了明显变化,大陆逐渐向海洋延伸,从分析结果中可看出,海洋主要转向工业仓储用地和建设用地,说明大连市正在加强经济建设和港口建设,海上贸易也正处于快速发展阶段;
    2、 商服用地变化比较大,约增加3.4km2,主要由工业仓储用地和住宅用地转化而来。同样,建设用地变化也相当显著,约增加3.1km2,主要由工业仓储用地、海洋、林地以及住宅用地转化而来,表明从1966年到2011年,大连市经济有了飞跃式的发展;
    3、 草地和林地大幅度减少,表明随着经济的发展,大连市用地需求在大幅增加;同时也表明对于草地和林地的保护力度不够,生态环境受到人类破坏较为明显;
    4、 耕地完全消失,主要去向为住宅用地、工业仓储用地和林地,说明大连市原来的城乡结合部经过半个世纪,已经完全被城市化;
    5、 住宅用地用地增加约35.6 km2,增幅超过2倍,表明从1966年至2011年大连市城市居民数量有了大幅度的增加;
    6、 文化娱乐用地增加率约为67%,在大连城市化的同时,人口数增多,住宅用地增多,同时居民进行文化娱乐的场所在增多;
    7、 公路用地增加约48%,表明大连市区的交通设施在不断完善,为市民出行带来方便;
    8、 水域减少26%,主要去向为商服用地和公路。
    本方案利用ArcGIS的相关功能对大连市辖区的土地利用变化过程进行空间统计分析,得出研究时段内土地利用变化的转移矩阵和时空分异图。可以看出,不同类型间的相互转化也十分复杂,耕地全部转化为其他用地,住宅用地和商服用地具有非常高的转化率,工业仓储用地和铁路保留率最大。

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