基于GIS的土地利用空间变化研究
李 丹,罗雨斐,蒙延斌,王 雪,李苗林
(黑龙江工程学院测绘工程学院,黑龙江 哈尔滨150050)
摘 要 土地利用变化空间格局演变特征是土地利用可持续发展研究的前提和基础。以黑龙江省绥芬河市为研究区,以2010年、2014年、2016年三期土地利用数据库为基础,利用GIS技术手段,基于景观指数法、核密度分析法分析研究区土地利用空间格局变化特征。研究结果表明：研究区土地利用变化幅度趋于减小趋势,且变化均发生在斑块密度高和斑块边缘地区,土地利用的整体空间格局趋于稳定；耕地分布密度大,均匀分布在研究区内,而建设用地分布密度小,主要集中分布在“十”字型的横向部位,呈现出中部多、四周少的空间分布特点。研究成果可以为土地利用规划政策的制定提供科学依据,为县域土地资源的可持续发展提供参考。
关键词 土地利用；空间变化；景观指数；核密度分析；GIS
0 引 言
土地利用空间格局变化能反映出一定时期土地利用在区域的分布及变化,其对区域和国家的土地利用安全有着重要的影响作用[1-4]。受地理环境的影响,再加上局部经济社会发展情况的不尽相同,区域土地空间上存在着明显的差异,因此必然要重视土地空间格局变化问题[5-8]。近年来,在我国城市化和工业化发展过程中,城市建设的占用、农业自己的结构调整、退耕还林还草以及自然灾害等因素,耕地资源正在持续减少。受区域之间的社会经济发展影响,耕地占用的空间变化,导致一定程度上粮食生产格局的改变,进而突出显示了该地区粮食安全的问题。这些现实的问题大大增加了我国对耕地资源的保护和粮食安全的压力。在耕地资源保护和城市化、工业化之间的矛盾日益突出,不利于中国经济社会的可持续发展[9-13]。因此,准确把握土地空间格局及其动态变化规律,对于促进土地资源合理利用和优化土地空间布局具有重要参考。
赵婧：现在越来越多的年轻人欣赏真实，喜欢真实记录的东西，不喜欢演的东西。他们觉得好的内容、真实的东西可以引发自己对生活的细思细想。好的文化综艺作品，要让年轻人在探索世界、汲取知识的同时“遇见”自己，要让他们看了之后更热爱生活，这应该是今后文化综艺进一步探索时瞄准的方向。
1 研究区概况与数据处理
1.1 研究区概况
本研究选取黑龙江省绥芬河为研究区。绥芬河市位于黑龙江省东南部,地理坐标为北纬44°23′30″,东经131°09′05″,辖区面积460 km2,常住人口数20万。与俄罗斯滨海边疆区接壤,边界线长27.5 km。高程范围为320～875 m,地势北、东部地区高,南、西部地区低,中部地区为平缓地带,东南部地区为丘陵状台地,北部地区为低山丘陵。属大陆性季风气候。
1.2 数据来源与处理
本文主要根据研究区2010年、2014年和2016年Landsat系列遥感影像,经过波段组合,图像增强,镶嵌和裁剪等预处理,利用GLC树分类和SVM分类方法[8],提取出各时期土地利用信息,最终形成矢量数据库。研究区土地利用类型分为耕地、林地、园地、草地、建设用地、水域和其他用地。
一位盲人打车，至下车计价器显示11.4元，司机把他扶至小区保安处，说，我不收你钱，因为我比你挣钱容易。
2 研究方法
2.1 景观格局指数
本研究主要选取斑块个数、斑块类型面积、景观形状指数、斑块密度等景观格局指数来反应研究区土地利用空间变化的景观特征。
斑块个数(NP )反映景观的空间格局,经常被用来描述整个景观的异质性,其值的大小与景观的破碎度也有很好的正相关性,一般规律是NP 大,破碎度高；NP 小,破碎度低。
根据本次的统计，9所学校场馆都向校课余训练队和教职工定时开放，有3所学校建有学生体育俱乐部，其中有2所学校通过体育俱乐部在课余时间向普通学生开放，1所学校体育俱乐部的会员主要是学校传统项目的运动队员。有5所学校将体育场馆向非青少年体育组织出租出借。通过统计可以看出，所有学校都保证了运动队的训练，只有少数学校将课外时间的场馆资源向普通学生开放，部分学校将场馆资源向社会出租出借，却并没有优先向学生开放。
“练时先要对好方位，开始念咒，使自己处于练功所需要的状态。然后掐好手诀，以子午流注运行的时间路线，用手诀住对好自己的一个脏器，进入采气功态。这个功法分上中下三盘。手上的手诀对应着也分上中下三个。”
斑块类型面积(CA )等于某一斑块类型中所有斑块的面积之和(m2),除以10 000后转化为公顷(ha),即某斑块类型的总面积。
景观形状指数(LSI )：通过计算某一斑块形状与相同面积的圆或正方形之间的偏离程度来测量其形状复杂程度。
N 为景观中斑块类型的数量,A 为研究区总面积,单位为斑块数/100 ha,表达的是单位面积上的斑块数,有利于不同大小景观间的比较。单位面积上的斑块数是描述景观破碎化的重要指标。PD 越大,破碎化程度越大。反映土地利用景观斑块空间分布的均匀程度。
2010-2016 年的耕地斑块中包含32块·km-2以上的区域,以阜宁镇、园门炮为中心向其四周扩散,且有点状分布的趋势；部分区域中有24-32块·km-2斑块向32块·km-2斑块以上类型转化,但其整体区域和空间分布变化不大；含16-24块·km-2耕地斑块的地区在南部和中部存在扩张趋势；在核密度测算值较低地区只有边缘部分极小的扩张或收缩,从整体上没有特别明显的改变。
根据上述研究方法,计算研究区耕地景观格局指数见表1。由表1可知：研究区耕地的各个指数变化幅度趋于平缓,其中在2010-2014年期间增加18个,在2014-2016年期间没有变化；斑块总面积在2010-2014 年期间减少了241.31 km2,在2014-2016年期间减少了19.89 km2；景观形状指数在2010-2014年期间增加0.744 9,在2014-2016年期间减少了0.074 7；斑块密度在2010-2014年期间每100 ha增加0.0426个,在2014-2016 年期间没有变化。景观指数越小形状越规整,景观空间格局稳定性越高。以上景观指数的变化表明耕地用地规模和数量均有平缓稳定的趋势,形状向规整的方向发展。
以圆形为参照物公式为：
E为景观中所有斑块边界的总长度,A为景观总面积。
第2步：以4组近似信号a3的2002-2011年间10年的信号数值作为BP神经网络的训练信号，以2012-2016年间5年的事故发生情况为预测目标信号，对2012-2016年间的交通事故发生的情况进行预测。
以正方形为参照物,公式为：
斑块密度公式为：
2.2 土地利用变化核密度值
核密度计算通过输入土地利用数据来测算整个研究区域土地利用的集聚状况,一般核密度测算值越高,则土地利用空间分布密度也越大。在Arc-GIS10.0中,用Feature to point工具,将每个年份的土地面状数据转化为点,然后利用Kernal Density模块,计算核密度值。
3 土地利用景观格局变化
3.1 耕地景观格局指数分析
1）停工吹扫任务重，难度较大。管线粗、设备尺寸大；原油线、加热炉转油线的配管布置存在多处U型弯结构；换热器进出口阀门很大，很难憋压吹扫；中段回流返塔设计无根阀存在扫线死角；减渣性质差，沥青质多黏性强；流程长，常减压和轻烃回收、航煤加氢穿插流程多。
分析可见,从2010年到2016年耕地斑块总面积不断减少,而斑块密度却在不断增加,并且变化幅度都趋于平缓稳定,表明耕地景观空间格局稳定性逐步提高。耕地景观的景观形状指数由2014年的27.9478减少到2016年的27.873 1,说明耕地斑块的形状越来越规则。
表1 研究区2010年、2014年和2016年耕地景观格局指数
3.2 建设用地景观格局指数分析
由图1可知,三个年份耕地核密度测算值高值区域主要集中在地形为平地的区域,包括绥芬河市东部小部分区域、中部小部分区域、西南小部分区域；中值区域主要集中在中部和南部地带,包括阜宁镇西北部、建华村北部；而低值区域主要集中在包括新华街、通天路、花园路、南环路、沿河街四个街道办事处和建华村东部的区域。研究区三个年份耕地核密度空间分布的空间格局相似,空间分布特征为：西南及南部区域比较密集,而西北部及东部则比较稀疏。
表2 研究区2010年、2014年和2016年建设用地景观格局指数
分析可见,从2010年到2016年建设用地斑块总面积不断增加,斑块密度却也在增加,并且变化幅度都趋于平缓稳定,表明耕地景观空间格局稳定性逐步提高。具体表现为建设用地景观的景观形状指数由2014年的10.701 8增加到2016年的10.9123,说明了建设用地斑块的形状同样越来越规则。
4 土地利用分布密度变化
4.1 耕地地块分布密度变化分析
以2009年为基础年,采用手动分类方法对2010年耕地斑块空间分布核密度值的等级进行划分,将其分为五个核密度等级,依次为0-8块·km-2、8-16块·km-2、16-24块·km-2、24-32块·km-2和32-40块·km-2。2014年和2016年同样以8块·km-2、16块·km-2、24块·km-2、32块·km-2为临界点将其分成五个核密度等级,最后生成绥芬河市三个时期的耕地斑块核密度空间分布图(图1)。
图1 2010年、2014年、2016年研究区耕地地块分布密度
从表2可知,研究区建设用地的各个指数变化幅度趋于平缓,其中在2010-2014年期间增加28个,在2014-2016年期间减少1个；斑块总面积在2010-2014年期间增加370.17 km2,在2014-2016年期间增加36.33 km2；景观形状指数在2010-2014年期间增加1.786 7,在2014-2016年期间增加了0.210 5；斑块密度在2010-2014年期间每100ha增加0.066 2个,在2014-2016年期间每100ha减少0.002 3个。景观指数越小形状越规整,景观空间格局稳定性越高。以上景观指数的变化表明建设用地的用地规模和数量均有平缓稳定的趋势,形状向规整的方向发展。
E 为景观中所有斑块边界的总长度,A 为景观总面积。
从核密度空间分布的变化情况来看,2010到2016年核密度测算值高值区域表现出由核密度测算值中值区域成点状扩散的趋势,主要集中在园门炮、阜宁镇的周围区域；研究区内的核密度低值地区测主要以村庄或者城镇为中心有略微收缩的情况。
材料分析题主要从职业认知、职业道德、思维品质三个方面去考察参赛选手。2018年材料分析题的名称是：幼儿园活动区的材料可以共享吗？答案当然是可以。幼儿活动区域的核心价值在于尊重幼儿个体差异，以幼儿个性发展为本。在活动区，幼儿可以自主选择游戏材料，通过不断的重复、轮流、持续的探索来完成活动区的游戏目标。此时幼儿教师所担任的角色是以间接引导为主，而不是直接干预。本案例中，教师制定的活动规则因过于死板、守旧，在某种程度上阻碍了幼儿的发展，应改成“幼儿自主拿取游戏材料、游戏结束后有序归放”的活动游戏规则，以便更好的适应幼儿发展优先的教育理念。
研究区耕地斑块分布密度较大的地区较少,且中部是其主要分布区域,西部和北部的小部分地区主要分布在平原地区,而从北部山区的耕地斑块分布密度明显低于西部、南部地形平缓地区的情况来看,耕地在空间分布上受地形条件的作用突出。
4.2 建设用地地块分布密度变化分析
以2009年为基础年,采用手动分类方法对2010年建设用地斑块空间分布核密度值划分等级。划分为五个等级依次为0-13块·km-2、13-26块·km-2、26-39块·km-2、39-52块·km-2和52-65块·km-2。2014年、2016年同样以13块·km-2、26块·km-2、39块·km-2、52块·km-2为临界点将其划分为五个等级,最后生成绥芬河市三个时期建设用地斑块的核密度空间分布图。
由图2可知,2010年、2014年、2016年绥芬河市建设用地空间分布核密度测算最大值分别为41块·km-2、54块·km-2、65块·km-2,说明在绥芬河市2010-2016年期间建设用地地块空间分布数量明显增加且表现出递增趋势。从建设用地斑块核密度空间分布情况来看：三个时期建设用地斑块的核密度高值地区主要以平地地形为主,包括绥芬河市西部小部分区域；中值区域主要集中在中部和西南部地带,包括阜宁镇西北部；而低值区域主要集中在包括通天路、新兴街、沿河街三个街道办事处和建华村北部的区域。由此可见,绥芬河市2014-2016年建设用地斑块核密度空间分布的空间格局十分相近；从整体来看,西部及东北小部分地区的分布密集,西南部及中部空间的分布稀疏。
蕉城区水利系统的旅游解说系统不仅要普及游客关于水生态，水文化以及水保护的知识，让游客在了解水利资源的同时，也能够自觉保护水利资源。
图2 2010年、2014年、2016年研究区建设用地地块分布密度
2010-2016 年耕地斑块包含52块·km-2以上的地区以建华村为中心表现出向其四周扩散的趋势,并且趋于点状分布；而39-52块·km-2的部分地区表现出向52块·km-2以上类型转化,但研究区核密度分布的边缘地区整体变化不明显；含建设用地斑块26-39块·km-2的地区在南部和中部有所扩展；而对于核密度测算值较低区域都在边缘地区出现了十分明显的扩张或收缩,但整体上变化趋于稳定。
从核密度测算值空间变化趋势来看,2010-2016年核密度测算值高值区域表现出由核密度测算值中值区域成点状扩散的趋势,主要集中在建华村边界区域；而低值区域测主要以城镇为中心有明显扩张的情况。
5 结 语
本研究综合利用GIS手段,研究土地利用空间变化问题,得到主要结论如下：研究区2010-2014年期间耕地大幅减少,建设用地面积大幅增加,2014-2016年期间耕地和建设用地面积变化幅度都很小,整体上变化趋于稳定,政府调控可能是导致其空间格局稳定的原因。斑块密度表明,耕地与建设用地空间分布格局越来越均匀。在2010-2016年期间,研究区耕地与建设用地的数量规模、面积规模呈反相关,耕地和建设用地形状越来越规整。在水平空间上,建设用地分布密度小,呈现出中部多、四周少的空间分布特点,耕地分布密度大,主要分布在研究区中南部,耕地和建设用地聚落分布密度均有扩大减缓的趋势,且高密度区域均在耕地和建设用地空间分布的中心,呈现出逐步扩张趋势。本研究分析得出绥芬河市的土地利用类型变化幅度越来越小,空间格局越来越稳定,各地形因子对土地利用类型的变化各有不同程度影响,可为绥芬河市未来土地利用的合理配置提供一定科学依据,但本研究没有从相同土地类型变化对各地形因子的响应程度进行深入分析,下一步将重点研究土地利用类型变化与地形因子之间的相关性。
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Study on Spatial Change of Land Use Based on GIS
Ll Dan,LUO Yu-fei,MENG Yan-bin,WANG Xue,Ll Miao-lin
(Heilongjiang Institute of Technology college of surveying and mapping engineering,Haerbin Heilongjiang 150050,China)
Abstract The evolution of spatial pattern of land use change is the premise and foundation of sustainable development of land use.In this paper,suifenhe city,Heilongjiang province was taken as the research area.Based on the land use database of the three phases of 2010,2014 and 2016,using GIS technology to analyze the spatial pattern change characteristics of land use in the research area based on landscape index method and kernel density analysis method.The results showed that the change range of land use in the study area tended to decrease,and all the changes occurred in areas with high patch density and patch edge,and the overall spatial pattern of land use tended to be stable.The cultivated land distribution density is large and evenly distributed in the research area,while the construction land distribution density is small and mainly distributed in the transverse part of the “ten”character,showing the spatial distribution characteristics of more central part and less surrounding area.The research results can provide a scientific basis for the formulation of land use planning policies and a reference for the sustainable development of land resources in county areas.
Key words Land Use；Spatial Change；Landscape Index；Kernel Density Analysis；GIS.
中图分类号： P208.2
文献标识码： A
文章编号： 1672-4097(2019)02-0013-05
项目来源： ① 国家自然科学基金(41701198)；② 黑龙江省青年科学基金资助项目(QC2016051)；③ 黑龙江省普通本科高等学校青年创新人才培养计划(UNPYSCT-2017170)；④ 黑龙江省省属本科高校基本科研业务费资助项目(2018CX05)；⑤ 黑龙江省大学生创新创业训练计划项目(201811802045)
第一作者简介： 李丹,博士,副教授,研究方向为农业遥感与土地利用。