京津冀城市群区域尺度土地生态遥感监测研究
白英丽1，刘 瀚1，韩维涛2
1. 河北省国土资源利用规划院，河北 石家庄 050051；2. 河北省制图院，河北 石家庄 050031
摘要： 论文重点围绕区域土地生态问题，为满足当前自然资源统一管理需要，增强土地生态环境现状的监测和管理能力，利用遥感技术的大面积同步观测、客观性、时效性、综合性、可比性和经济性等特点，开展了京津冀城市群区域尺度土地生态状况调查监测与评估工作，形成了一套适合区域和市、县尺度土地生态条件遥感监测与信息提取技术方案、典型示范区土地生态条件指标信息提取相关图件和报告，为开展区域土地生态遥感监测工作具有极大的推广和示范作用，为评估典型示范区土地生态系统服务的支撑能力、开展土地生态状况调查监测与评估数据库建设等提供必要基础数据。
关键词： 京津冀城市群；区域尺度；土地生态遥感监测
0 引言
土地是人类社会赖以生存和发展的基础，当前土地资源的高强度利用，带来了诸多水土流失、土地污染、土地沙漠化等土地生态环境问题。因此，开展土地生态状况调查监测与评估，加强土地生态功能保护，增强生态环境现状的监测和管理力度，建立区域尺度土地生态遥感监测技术体系，成为贯彻落实科学发展观，促进地区经济和环境和谐发展的必然要求。
论文重点围绕区域土地生态问题，为满足当前自然资源统一管理需要，利用遥感技术的大面积同步观测、客观性、时效性、综合性、可比性和经济性等特点，开展了典型示范区土地生态状况调查监测与评估工作，提出了区域土地生态条件遥感监测与信息提取技术方案。
通过项目工作形成区域和市、县尺度土地生态条件信息提取技术方案，典型示范区土地生态条件指标信息提取相关图件和报告，为区域土地生态条件遥感监测与信息提取技术的推广奠定基础，为评估典型示范区土地生态系统服务的支撑能力、开展土地生态状况调查监测与评估数据库建设等提供必要基础数据。
1 研究示范区概况
1.1 京津冀城市群简介
京津冀地区位于113°04′E～119°53′E，36°01′N～42°37′N，包括北京市、天津市和河北省3个省市，北京市、天津市以及河北省的保定、廊坊、唐山、张家口、承德、秦皇岛、沧州、衡水、邢台、邯郸、石家庄等11个地级市，共计164个县级行政单位，土地总面积21.6万km2，常驻人口约为1.1亿人，其中外来人口为1 750万人。
艾莉、秦川和女人共进晚餐。菜肴丰盛并且精致，女人却吃得极少。今晚你想陪我，还是想陪你的充气娃娃？她问秦川。秦川喝一口酒，说，两个一起不行？女人说，你可真变态。秦川说，她不过是充气娃娃。女人说，我看她比女人还女人。旁边的艾莉笨拙地切着牛排，不言不语。女人盯着艾莉的眼睛，说，胃口这么好？除了西餐，还喜欢什么菜？艾莉叉起一块牛排，突然笑了。除了臭豆腐，我什么都喜欢吃。她啜一口酒，说。
京津冀城市群由首都经济圈的概念发展而来，根据《全国主体功能区划》，该区域被认定为国家层面优化开发区域，其功能定位是：“三北”地区的重要枢纽和出海通道，全国科技创新与技术研发基地，全国现代服务业、先进制造业、高新技术产业和战略性新兴产业基地，中国北方的经济中心。
1.2 京津冀城市群生态现状
京津冀城市群是中国三大城市群之一，区域内地势由西北向东南倾斜，坝上高原、燕山、太行山、山麓平原、滨海平原等地貌类型多样，山区与平原分别占京津冀总面积的48.2%和43.8%。土地覆被/土地利用类型空间分异明显，海岸滩涂、滨海湿地、农田、城市、灌丛、森林、草原从东南到西北依次更替，整体呈东南部种植业用地向西北部林牧业用地过渡的格局。
应用目视解译的方法提取出耕地，利用ArcGIS软件计算表征耕地集中连片度（破碎度）的景观格局指数——斑块密度和斑块平均面积[4]（斑块密度PD：是指100公顷单位耕地面积所具有的斑块个数，能够反映区域耕地空间结构的复杂程度及人类活动对景观的干扰程度。斑块平均面积MPS：在斑块级别上等于某一斑块类型的总面积除以该类型的斑块数目）。
京津冀城市群按照地区生态系统服务功能分为4个区域：坝上高原和冀西北山区：包括张家口和承德市在内的15个县（市、区），土地面积占京津冀地区总面积的23.7%；燕山和太行山地：包括北京市、河北省承德县、滦平县在内的燕山和太行山区32个县（市、区），面积占31.5%；冀中南平原区：包括河北省保定、石家庄、邢台和邯郸市在内的109个县（市、区），面积占38.3%；环渤海滨海区：包括天津市和河北省沿海地区在内的8个县（市、区），面积占6.5%。
满足最小装机功率下的船舶波浪增阻数值计算研究……………贾 腾， 董国祥， 高玉玲， 李传庆(2·18)
式中：NIR为MODIS的第2波段，Green为MODIS的第4波段。
2 技术流程
区域尺度土地生态遥感监测工作主要包括：资料收集与问题整理、指标提取及生态分析三部分（图1）。任务采用多源遥感数据和非遥感信息两种数据。经过对比分析、总结归纳，研究解决土地生态问题关联性、土地生态问题与相应指标关联性、土地生态条件指标提取技术方法及其适用条件、遥感数据源空间尺度适用性和土地生态条件指标适用性、土地生态条件指标信息提取技术标准等关键问题的基础上，建立了区域尺度土地生态遥感监测指标、提取技术体系。
图1 区域尺度土地生态遥感监测流程图
Fig. 1 Flow chart of remote sensing monitoring of land ecology on regional scale
3 监测指标及提取方法
对目视解译出的耕地作200米缓冲区，提取耕地200米缓冲区范围与林地相交部分的林地面积，该部分林地即为农田防护林，该部分林地面积占总耕地面积的比值即为农田防护林网密度（农田防护林网密度=农田防护林面积/耕地面积）。
参照解译标志，对区域整体范围的正射影像图进行目视解译，提取出河流水面用地和耕地，并统计其面积，计算河网密度。
表1 区域尺度土地生态遥感监测指标及提取方法
Table 1 Indicators and extraction methods of remote sensing monitoring of land ecology on regional scale
4 指标提取关键技术方法
4.1 土地利用类型
对区域整体范围的正射影像图进行目视解译，提取出耕地、建设用地、林地、草地、交通用地、水利与水利设施用地、其他用地，并计算其面积。
小鼠适应性喂养5 d后，按体质量随机分为2部分：其中1部分腋下接种4T1炎性乳腺癌细胞，乳腺癌成模后小鼠按糖水消耗随机分为2组：乳腺癌组和BCRD组，每组10只；另一部分未注射4T1细胞的小鼠同时给予等体积的PBS，按糖水消耗分为2组：对照组和抑郁症组，每组10只。BCRD组先进行乳腺癌造模后进行抑郁症造模，乳腺癌组仅进行乳腺癌造模，抑郁症组仅进行抑郁症造模，造模方法见“2.2”项，乳腺癌组和对照组给予等体积CORT溶剂。
4.2 耕地集中连片度
那时，北京工商大学还是当时的北京轻工业学院，毕业留校的孙宝国决定把两种香料的研制当成自己留校后攻克的第一道难关，他开始了“夜以继日”的工作模式，一日三餐常常吃在实验室。那时的他，一天大部分时间都扎在实验室，晚上实验楼要关门，他就从厕所的窗户爬出来，久而久之，竟轻车熟路起来。对于孙宝国而言，这只是可以忽略不计的小事，他有着更重要的事——把价如黄金的香料做出来。
根据歌手参与及活动组织的方式，演唱会可分为大型演唱会、“拼盘”演唱会和个人演唱会三类。不同类型的演唱会（表1）具有不同特色，对于流行歌手而言更具有不同意义。
MODIS影像提供叶面积指数陆地标准产品[11]，应用ENVI软件将镶嵌后的LAI数据进行波段运算（十分之一DN值）得到叶面积指数LAI（叶面积指数=叶片总面积/土地面积）。
4.3 农田防护林网密度
本次区域尺度土地生态遥感监测指标体系分为城市建成区和区域整体2个尺度，共包含26个土地生态指标，这些指标分为地表覆被类型指标、植被生长状况指标及社会经济类指标[3]。各指标提取方法如表1所示。
4.4 河网密度
上了年纪的人，诸如周老相公这样的更加如此。一跟外乡人吵架无非就是几句话，先问是谁先动的手，如果是我们岭北人先动的手，毫无疑问是我们的错。如果是对方先动的手，那就说，人家是个外地人，到我们岭北来讨生活，多不容易啊，得饶人处且饶人吧。就这样，现在有些外乡人都骑到我们头上来撒尿了。
4.5 农田道路通达性
应用目视解译获取耕地及交通用地，统计得到与耕地相连通的交通用地的面积，按照公式计算农田道路通达性[5]（农田道路通达性=与耕地相连通的交通用地的面积/耕地面积）。
4.6 耕地灌溉保证程度
参照耕地质量等别调查评价综合数据库标准，依据耕地质量等别更新数据，提取耕地灌溉保证率图层，并统计其面积。
4.7 植被指数
将MODIS中国合成植被指数产品按照京津冀城市群和北方农牧交错区矢量边界做裁剪处理，得到NDVI及EVI指标。本项目区域整体设计的植被指数指标包括：归一化植被指数（NDVI）和增强型植被指数（EVI）[6]。NDVI可以检测植被生长状态、植被覆盖度和消除部分辐射误差等。
4.8 绿度
利用MODIS地表反射率数据的近红外波段和红光波段，按照GDVI公式反演绿度植被指数[7]：
在京津冀一体化的进程中，该区实现了经济的快速发展，也付出了较大的资源与环境代价，水资源短缺已经成为制约地区社会经济发展的主要限制因子[1]；城市环境污染依然严重，太行山、燕山土壤侵蚀和坝上高原荒漠化加剧[2]，平原洼淀萎缩及消失，海岸及河口生态系统退化，地面沉降和海水入侵以及沙尘频繁侵袭等方面。
4.9 植被覆盖度
利用MODIS NDVI产品按照像元二分模型反演，统计MODIS NDVI数据5%和95%置信区间的NDVI值作为NDVImin和NDVImax，按照下面公式在ENVI中反演植被覆盖度[8]。
4.10 生物量
本项目利用MODIS陆地标准产品提供的NPP数据(净初级生产力)代替生物量。净初级生产力NPP（net primary productivity）是生产者能用于生长、发育和繁殖的能量值，也是生态系统中其他生物成员生存和繁衍的物质基础（净初级生产力=总初级生产力-自养呼吸消耗）[9,10]。
4.11 叶面积指数
某发电厂两台1000 MW超超临界机组的锅炉采用烟气超低排放技术，尾部烟道设置水媒管式烟气换热器(MGGH)；汽轮机配有补汽阀[10]。补汽阀主要为了弥补汽轮机THA负荷以上工况高压缸通流能力不足而设置的辅助增容手段，补汽阀开启点选择在THA负荷工况[11-12]，机组部分负荷时采用主汽调节阀全开的滑压运行方式[13]。
4.12 耕地后备资源
利用项目区耕地后备资源调查评价综合数据库，依据耕地质量等别数据，提取耕地后备图层，并统计其面积。
通常情况下深基坑支护工程的施工环节较多，其中包括：地质土方挖掘-边坡稳定调整-混凝土放点成孔-灌浆注浆-混凝土养护技术等等。想要确保各类型施工技术能够有良好应用环境条件，就需要勘查人员在实践中做好地质探测工作，为下一步计划提供基础数据支持，我国幅员辽阔，所以各地区地质条件有明显区别，因此在勘查工作进行时一定要结合当地实际情况，确认建筑分布，以免造成不必要的永久性影响。
5 指标数据分析
5.1 区域土地利用类型面积与分布
从2010年、2015年京津冀区域土地利用类型面积统计图（图2）可知，京津冀城市群的耕地面积占区域整体的比值较大，依次为林地、建设用地、草地、水利与水利设施用地、交通用地等。说明京津冀城市群的生态特征更加适宜耕种；2015年耕地面积较2010年均略有下降，说明有部分耕地转为其他用途的土地。
图2 2010年、2015年京津冀区域土地利用类型面积统计图
Fig. 2 2010 and 2015 Beijing-Tianjin-Hebei regional land use type area statistics
5.2 区域植被指数空间分布特征
2015年京津冀城市群各个分区的NDVI值略高于2010年（图3），但是趋势与2010年相同；环渤海滨海区的NDVI值最低，燕山和太行山地的NDVI值最高；即燕山和太行山地＞冀中南平原区＞坝上高原和冀西北山区＞环渤海滨海区；环渤海滨海区由于靠近渤海，其中几个临海城市的地表覆盖有部分水域，耕地也多为水田，地表反射率较高，表现为较低的NDVI值；而燕山和太行山地的地貌类型多为山地，地表覆盖以林地为主，植被生长状况较好，因此表现为较高的NDVI值。
5.3 区域绿度间分布特征
2010年京津冀城市群分区的GDVI均值为（图4）：坝上高原和冀西北山区0.60，燕山和太行山地0.62 ，冀中南平原区0.60，环渤海滨海区0.41，由于GDVI主要与光合作用产物相关[11]，因此GDVI大小主要与植被覆盖度和气候有关，因此环渤海滨海区因其植被覆盖少、受渤海影响温度较低等因素表现出GDVI较小的状态，其他三个地区差异较小。
5.4 区域植被覆盖度空间分布特征
京津冀城市群分区中，植被覆盖度较低的区域主要分布在坝上高原和冀西北山区的西北部地区以及环渤海滨海区的东南部地区（图5），燕山和太行山地区的中部及西南部地区也有部分区域植被覆盖度较低。京津冀城市群2010年及2015年40%植被覆盖度以下的区域占比很小，几乎可以忽略不计；中等植被覆盖度（40%～60%）的区域较小，较高植被覆盖度（60%～80%）的区域占比较多。
5.5 区域生物量空间分布特征
图3 京津冀城市群两年度NDVI分布图
Fig. 3 Distribution of NDVI in Beijing-Tianjin-Hebei city group of two years
图4 京津冀城市群GDVI分布图
Fig. 4 Distribution of GDVI in Beijing-Tianjin-Hebei city group
图5 京津冀城市群两年度植被覆盖度分布图
Fig. 5 Distribution of vegetation coverage in Beijing-Tianjin-Hebei city group in two years
京津冀城市群生物量分布呈现出东南部较高，西北部较低的状态（图6），高值区主要分布在环渤海滨海区及燕山和太行山地区的中部，低值区主要分布在坝上高原和冀西北山区的西南部以及燕山和太行山地区的中部，冀中南平原区的生物量整体呈现较低状态。其中环渤海滨海区的单位面积生物量高于京津冀城市群整体均值，其他几个分区的单位面积生物量低于京津冀城市群整体均值。
图6 京津冀城市群两年度生物量分布图
Fig. 6 Distribution of biomass in Beijing-Tianjin-Hebei city group in two years
5.6 区域叶面积指数LAI空间分布特征
京津冀城市群的LAI季度分布图（图7）上可以看出，春季和冬季的LAI较低，夏季和秋季的LAI较高，且较高区域分布于燕山和太行山地区、环渤海滨海区及冀中南平原区。
图7 2015年京津冀城市群季度LAI分布图
Fig. 7 Distribution of quarterly LAI in Beijing-Tianjin-Hebei city group in 2015
6 总结
从区域尺度土地生态遥感监测实际出发，在充分考虑遥感数据的空间分辨率、光谱分辨率、时间分辨率及遥感影像差异性的基础上，确定了京津冀示范区土地生态状况调查监测指标，数据源选取方法、指标提取技术路线及方法、成果精度和成果精度验证等关键性的技术方法，形成了一套适合区域尺度的土地生态遥感监测方案。对开展区域土地生态遥感监测工作具有极大的推广和示范作用。
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Study on Remote Sensing Monitoring of Land Ecology on Regional Scale in Beijing-Tianjin-Hebei Urban Agglomerations
BAI Ying-li1, LIU Han1, HAN Wei-tao2
1. Hebei Provincial Land and Resources Utilization Planning Institute, Shijiazhuang 050051, China; 2. Hebei Provincial Institute of Cartography, Shijiazhuang 050031, China
Abstract: Focusing on the regional land ecological problems, in order to meet the needs of the current unified management of natural resources and enhance the monitoring and management of the present situation of the land ecological environment, using remote sensing technology of large-scale synchronous observation, objectivity,timeliness, comprehensiveness, comparability and economy, the investigation, monitoring and evaluation of the regional scale land ecological status of the Beijing-Tianjin-Hebei urban agglomeration have been carried out, and a set of suitable areas and cities has been formed. The scheme of remote sensing monitoring and information extraction of land ecological condition at county scale, and the relevant maps and reports of land ecological condition index information extraction in typical demonstration area, play a great role in popularizing and demonstrating the work of regional land ecological remote sensing monitoring. In order to evaluate the supporting capacity of land ecosystem services in typical demonstration areas, and to carry out the survey and monitoring of land ecological status and the construction of database, the necessary basic data can be provided.
Keywords: Beijing-Tianjin-Hebei city group; regional scale; remote sensing of land ecology
中图分类号： P237
文献标识码： A
文章编号： 1007-6875(2019)05-0050-06
来稿日期： 2018-09-26 DOI: 10.13937/j.cnki.hbdzdxxb.2019.05.009
作者简介： 白英丽（1981——），女，河北宽城人，工程师，主要研究方向为国土资源遥感监测。
（责任编辑：刘格云）
标签：京津冀城市群论文; 区域尺度论文; 土地生态遥感监测论文; 河北省国土资源利用规划院论文; 河北省制图院论文;