基于高分遙感的董家口經(jīng)濟(jì)區(qū)土地利用變化分析

孫立娥，王艷玲，汪進(jìn)生

（山東省青島生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，山東 青島 266003）

董家口經(jīng)濟(jì)區(qū)位于青島市西南端，距離青島市中心約75 km，面向黃海，西臨日照，北靠濰坊，處于國家“一帶一路”重要節(jié)點(diǎn)，是山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)九大核心區(qū)之一、國家循環(huán)經(jīng)濟(jì)示范區(qū)、青島西海岸新區(qū)的重要組成部分[1-2]。2013年，國家發(fā)改委正式批復(fù)《青島董家口區(qū)域循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展總體規(guī)劃》，明確要求“把青島董家口區(qū)域打造成區(qū)域經(jīng)濟(jì)優(yōu)化發(fā)展的典型示范”。

土地利用變化是生態(tài)環(huán)境問題的核心[3]，通過研究土地利用變化狀況可以評(píng)估生態(tài)環(huán)境變化[4]，遙感技術(shù)是進(jìn)行土地利用分類最常用的手段。尹占娥等[5]、王豐等[6]分別基于遙感技術(shù)研究了上海浦東新區(qū)、天津?yàn)I海新區(qū)的土地利用變化情況。在董家口經(jīng)濟(jì)區(qū)發(fā)展期間，土地利用變化情況和生態(tài)環(huán)境狀況如何，目前尚未有研究。

衛(wèi)星遙感技術(shù)是目前應(yīng)用十分廣泛的一種技術(shù)手段，在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域也逐漸得到應(yīng)用[7-9]。應(yīng)用多源衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù), 結(jié)合地面實(shí)地考察與觀測(cè), 可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同空間、時(shí)間尺度對(duì)象的現(xiàn)狀和變化趨勢(shì)的監(jiān)測(cè)和分析[10]。本研究基于高分遙感數(shù)據(jù)，提取2014和2018年青島市董家口經(jīng)濟(jì)區(qū)的土地利用類型，分析董家口經(jīng)濟(jì)區(qū)土地利用變化，評(píng)價(jià)董家口經(jīng)濟(jì)區(qū)規(guī)劃期間生態(tài)環(huán)境狀況，為董家口經(jīng)濟(jì)區(qū)的環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

董家口經(jīng)濟(jì)區(qū)地處青島市南部沿海，包括泊里鎮(zhèn)和瑯琊鎮(zhèn)全域，陸地面積約235 km2，近岸海域面積約2 000 km2，自然岸線長約90 km，規(guī)劃建設(shè)臨港產(chǎn)業(yè)區(qū)和旅游宜居區(qū)，研究區(qū)具體位置見圖1。

2 數(shù)據(jù)和方法

2.1 數(shù)據(jù)

圖1 研究區(qū)域

本研究以高分辨率衛(wèi)星遙感影像為主要信息源，輔以中分辨率遙感影像提取土地利用類型信息。選用的高分影像為2014年和2018年的高分一號(hào)衛(wèi)星全色多光譜數(shù)據(jù)、2018年的資源三號(hào)01星全色多光譜數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源于中國環(huán)境監(jiān)測(cè)總站；中分辨率遙感影像為2014年的Landsat 8 陸地成像儀 （Operational Land Imager ，OLI）數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)（平臺(tái)網(wǎng)址：http://www.gscloud.cn/.），各衛(wèi)星傳感器參數(shù)見表1。

表1 遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)

2.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

2018年的高分一號(hào)和資源三號(hào)全色多光譜圖像已由中國環(huán)境監(jiān)測(cè)總站集中進(jìn)行了幾何精校正，從地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)獲取的2014年Landsat8陸地成像儀數(shù)據(jù)也經(jīng)過了幾何精校正，且與2018年的高分遙感圖像疊合很好。因此只有2014年的高分一號(hào)衛(wèi)星全色多光譜數(shù)據(jù)需要進(jìn)行幾何精校正操作。

在幾何精校正前，先利用ENVI軟件對(duì)2014年的高分一號(hào)全色多光譜圖像進(jìn)行正射校正，DEM選用ENVI自帶的RPC文件。正射校正后，多光譜和全色正射結(jié)果在視覺上無偏差，疊合很好。但與2018年的高分影像疊合后，還有一定的偏移誤差，因此在完成全色多光譜圖像融合后需要對(duì)2014年的高分一號(hào)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的幾何精校正。

2.2.1 圖像融合

多光譜數(shù)據(jù)可以顯示地物色彩，但分辨率較低，而全色圖像具有較高的分辨率，但因?yàn)槭菃瓮ǖ赖?，不能顯示地物色彩。因此，需要將全色圖像和多光譜圖像進(jìn)行融合處理，得到既有全色圖像的高分辨率，又有多波段圖像彩色信息的圖像。本研究利用ENVI軟件分別對(duì)高分一號(hào)、資源三號(hào)、Landsat8的全色和多光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像融合，融合方法采用NNDiffuse Pan Sharpening算法。

2.2.2 幾何精校正

利用ERDAS軟件對(duì)2014年的高分一號(hào)融合后圖像進(jìn)行幾何精校正，參考影像選擇中國環(huán)境監(jiān)測(cè)總站精校正后的2018年的高分影像，采用二次多項(xiàng)式模型，均勻選取不少于20個(gè)控制點(diǎn)，均方根誤差控制在兩個(gè)像元以內(nèi)。

2.2.3 裁切

利用ArcGIS軟件根據(jù)董家口經(jīng)濟(jì)區(qū)矢量圖層對(duì)遙感影像進(jìn)行裁切，得到2014和2018年董家口經(jīng)濟(jì)區(qū)的全色多光譜影像。

2.3 土地利用分類系統(tǒng)

董家口經(jīng)濟(jì)區(qū)土地利用類型遙感解譯中，采用2000年全國土地利用/覆蓋分類二級(jí)分類系統(tǒng)[11]，包括一級(jí)6類，二級(jí)25類，具體分類系統(tǒng)見表2。

表2 董家口經(jīng)濟(jì)區(qū)土地利用分類系統(tǒng)

3 土地利用類型變化統(tǒng)計(jì)分析

基于高分遙感影像利用人機(jī)交互的方法分別提取2014年和2018年董家口經(jīng)濟(jì)區(qū)的土地利用分類數(shù)據(jù)，見圖2（a）、 （b）。對(duì)各種類型的土地利用面積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見表3。

數(shù)據(jù)結(jié)果表明：董家口經(jīng)濟(jì)區(qū)土地利用類型以耕地為主，建設(shè)用地次之，再次是林地，而草地和未利用地面積較小；2014—2018年，董家口經(jīng)濟(jì)區(qū)土地利用類型的數(shù)量變化以建設(shè)用地的大幅增加、耕地和水域濕地的減少為主。其中，建設(shè)用地面積增長量為12.94 km2，而耕地和水域濕地面積的消減分別達(dá)10.90 km2和2.06 km2。林地和草地面積幾乎無變化，這要?dú)w功于西海岸新區(qū)管委黃島區(qū)人民政府重視山體生態(tài)保護(hù)工作，實(shí)施退耕還林、荒山荒地造林、封山育林、低產(chǎn)林改造等造林工程，增加疏林地的植被密度，提高山體森林覆蓋率。

圖2 董家口經(jīng)濟(jì)區(qū)2014年和2018年各類型土地利用類型面積變化

表3 董家口經(jīng)濟(jì)區(qū)2014—2018年各類型土地利用面積變化

4 土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣

根據(jù)2014年和2018年的土地利用類型圖，運(yùn)用GIS的空間分析功能，獲得2014—2018年土地利用類型轉(zhuǎn)換矩陣（見表4），分析該時(shí)間范圍內(nèi)各種土地利用類型的數(shù)量變化情況，反映區(qū)域土地利用變化的劇烈程度。

表4 土地利用類型變化轉(zhuǎn)移矩陣（2014—2018年）km2

從轉(zhuǎn)移矩陣可以看出，2014—2018年，董家口經(jīng)濟(jì)區(qū)土地利用類型變化主要集中在建設(shè)用地轉(zhuǎn)入上，其中以耕地轉(zhuǎn)入最多，草地、林地、水域濕地及未利用土地均有轉(zhuǎn)入，這與董家口經(jīng)濟(jì)區(qū)開發(fā)進(jìn)程加快密切相關(guān)；耕地和林地也有轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出情況出現(xiàn)，但林地總面積無變化。

董家口經(jīng)濟(jì)區(qū)2018年建設(shè)用地轉(zhuǎn)入情況空間分布特征見圖3。從空間分布上看，2018年建設(shè)用地轉(zhuǎn)入主要集中在董家口港口區(qū)，除此以外，董家口經(jīng)濟(jì)區(qū)的鐵路及高架路建設(shè)也是建設(shè)用地轉(zhuǎn)入的一個(gè)主要原因，根據(jù)發(fā)展規(guī)劃，董家口要建成以石化、鋼鐵、裝備制造、物流為主的臨港產(chǎn)業(yè)區(qū)，打造第四代物流港，同時(shí)發(fā)展交通，改善基礎(chǔ)設(shè)施布局。研究結(jié)果與董家口經(jīng)濟(jì)區(qū)的發(fā)展規(guī)劃相吻合。

圖3 董家口經(jīng)濟(jì)區(qū)2018年建設(shè)用地轉(zhuǎn)入情況分布

5 結(jié)語

綜上，2014—2018年董家口經(jīng)濟(jì)區(qū)土地利用變化并不十分顯著，變化主要體現(xiàn)在建設(shè)用地的增加及耕地、水域濕地的減少方面；在空間分布上，建設(shè)用地的增加主要集中在董家口港口區(qū)和整個(gè)經(jīng)濟(jì)區(qū)的道路建設(shè)上，這與董家口經(jīng)濟(jì)區(qū)的發(fā)展規(guī)劃相吻合。根據(jù)西海岸新區(qū)管委、區(qū)政府批復(fù)的《青島董家口經(jīng)濟(jì)區(qū)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（修編）》，確定2020年前重點(diǎn)布局新材料產(chǎn)業(yè)、現(xiàn)代物流業(yè)、特鋼及裝備制造業(yè)、大宗貨物加工業(yè)四大主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，因此，道路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)用地及港口區(qū)建設(shè)用地面積會(huì)逐漸增多。但總體來說，董家口經(jīng)濟(jì)區(qū)規(guī)劃理念立足于可持續(xù)性，生態(tài)環(huán)境保持良好。