遙感與GIS 技術(shù)在徐州市區(qū)環(huán)境狀況差異性分析中的應(yīng)用

奚冠凡

（南京市測繪勘察研究院股份有限公司，江蘇南京 210005）

0 引言

基于遙感與GIS 技術(shù)，以1995 年和2010 年兩期Landsat 衛(wèi)星的Thematic Mapper（TM）影像為數(shù)據(jù)源，采用最大似然法進行分類，檢測土地利用類型變化。在此基礎(chǔ)上，通過建立生物豐度指數(shù)、植被覆蓋指數(shù)、人類活動指數(shù)、水網(wǎng)密度指數(shù)和土壤肥力指數(shù)等環(huán)境評價指標(biāo)，定量評價徐州市云龍區(qū)、泉山區(qū)、鼓樓區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化。研究結(jié)果表明，1995 年，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量云龍區(qū)＞鼓樓區(qū)＞泉山區(qū)；2010 年，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量云龍區(qū)＞泉山區(qū)＞鼓樓區(qū)。1995—2010 年，全市農(nóng)田減少8665.29hm2，林地減少3617.91hm2，建設(shè)用地增加11920.41hm2，大量農(nóng)田和耕地轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地，徐州市整體環(huán)境質(zhì)量下降，由良變?yōu)橐话恪?/p>

1 數(shù)據(jù)處理

采用1995 年9 月18 日和2010 年9 月27 日分辨率為30m的徐州市Thematic Mapper（TM）影像，對徐州市城區(qū)范圍鼓樓區(qū)、泉山區(qū)、云龍區(qū)土地利用狀況進行研究經(jīng)過輻射校正和配準(zhǔn)，將配準(zhǔn)精度控制在0.5 個像素以內(nèi)。在此基礎(chǔ)之上，利用最大似然分類法，將兩幅影像分為林地、農(nóng)田、水體和建設(shè)用地等四類土地利用類型。利用目視解譯對分類結(jié)果進行評估，總體精度分別為83.48 和85.29%，Kappa 系數(shù)分別為0.8327 和0.8504。

2 生態(tài)質(zhì)量評價及變化趨勢

通過對1995 年和2010 年徐州市鼓樓區(qū)、泉山區(qū)、云龍區(qū)遙感影像的處理，提取土地利用類型，引入土地利用/覆蓋類型轉(zhuǎn)移矩陣，分析各種土地利用/覆蓋類型的轉(zhuǎn)變關(guān)系與數(shù)量，在此基礎(chǔ)上結(jié)合各區(qū)經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境規(guī)劃現(xiàn)狀，分析3 個區(qū)土地利用類型變化情況。

根據(jù)遙感影像分類得出的土地利用/覆蓋結(jié)果，建立生物豐度指數(shù)、植被覆蓋度指數(shù)、水網(wǎng)密度指數(shù)、人類活動指數(shù)和土壤肥力指數(shù)等5 種評價指標(biāo)，并對這些指標(biāo)確定權(quán)重，計算生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用類型變化分析

通過對1995 年和2010 年鼓樓區(qū)、泉山區(qū)、云龍區(qū)遙感影像的處理，得出各區(qū)土地利用/覆蓋類型轉(zhuǎn)移，具體情況如下：

（1）鼓樓區(qū)面積21853.53hm2。1995 年，農(nóng)田為鼓樓區(qū)主要土地利用方式，占總面積的58.39%，建設(shè)用地僅占總土地面積的27.18%，林地2859.3hm2，水體面積最少，為305.64hm2。2010 年，大量農(nóng)田和林地變?yōu)榻ㄔO(shè)用地，建筑用地變?yōu)樵搮^(qū)主要土地利用方式，占總面積的57.37%，較1995 年增長了111.48%。農(nóng)田由12759.66hm2減少至8204.31hm2，林地減少幅度更大，由1995 年的2859.3hm2減少到692.1hm2，減少了75.79%，水體面積較少，總體成增大趨勢。

（2）泉山區(qū)面積10003.23hm2。1995 年，農(nóng)田面積最大，占總面積的40.04%，其次是建筑用地、林地、水體，占總面積比例依次是39.48%、13.99%、6.48%。1995—2010 年，1960.56hm2農(nóng)田變?yōu)榻ㄔO(shè)用地，34.65hm2農(nóng)田變?yōu)樗w，149.76hm2農(nóng)田變?yōu)榱值兀r(nóng)田總轉(zhuǎn)出面積2144.97hm2，而轉(zhuǎn)入面積僅有768.24hm2，共減少1376.73hm2。在此15 年間，泉山區(qū)建設(shè)用地面積大幅擴大，增長率達(dá)到42.43%。

表1 1995—2010 年徐州生態(tài)指數(shù)

（3）云龍區(qū)面積11973.51hm2，是建設(shè)中的徐州城市的核心區(qū)。1995 年農(nóng)田占全區(qū)總面積69%，建設(shè)用地面占全區(qū)總面積17.17%，林地面積占11.41%，水體面積為289.08hm2。到2010 年，農(nóng)田減少了33.08%，林地減少了70.66%。減少的農(nóng)田和林地基本轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地，建設(shè)用地增長率達(dá)到176.79%。

1995—2010 年間，徐州土地利用方式發(fā)生了很大變化，具體分析如下：

農(nóng)田：1995—2010 年，鼓樓區(qū)、泉山區(qū)、云龍區(qū)農(nóng)田變化差異相當(dāng)，減少率分別為35.70%、34.37%、33.08%。1995 年，各區(qū)農(nóng)田總面積所占比例最大，占徐州城區(qū)的57.10%。1995—2010 年，農(nóng)田轉(zhuǎn)出面積為11661hm2，其主要轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地，總體面積減少為16361.64hm2，占總面積的37.33%。1995 年城市周邊地區(qū)的農(nóng)田在2010 年轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄖ玫兀鼛啄晷熘菔袞|南部新城區(qū)的開發(fā)，新城區(qū)房屋和道路的建設(shè)，占用大量農(nóng)田。

林地：1995—2010 年，各區(qū)林地面積減少率差異較大，按絕對值減小排序依稀為：鼓樓區(qū)＞云龍區(qū)＞泉山區(qū)。林地轉(zhuǎn)出面積較多，大部分林地轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄖ玫睾娃r(nóng)田，總面積減少3617.91hm2，主要與城市的擴建與經(jīng)濟的快速發(fā)展有關(guān)。

建筑用地：徐州市各區(qū)建筑用地面積大量增加，且云龍區(qū)、鼓樓區(qū)增長率達(dá)到176.79%、111.48%，泉山區(qū)最小，為42.43%。2010 年，建筑用地占54.43%，大于農(nóng)田、林地和水體三者之和。1995—2010 年間，建筑用地總體增加了11920.41hm2，主要來源于農(nóng)田和林地的大量轉(zhuǎn)入。建筑用地轉(zhuǎn)出量較轉(zhuǎn)入量而言數(shù)量極少，只有1397.79hm2轉(zhuǎn)變?yōu)檗r(nóng)田、林地和水體。總體來說，建筑用地一直在增長，這與新城區(qū)擴建、城市的發(fā)展經(jīng)濟的進步息息相關(guān)。

水體：1995—2010 年，水體轉(zhuǎn)出方向主要是建筑用地，但同時有部分農(nóng)田和林地轉(zhuǎn)入補給，總體上面積增大。徐州市各區(qū)水體面積變化率排序為：鼓樓區(qū)＞泉山區(qū)＞云龍區(qū)。徐州水體面積變化不大，總體增加了362.79hm2，主要原因是在城市發(fā)展過程中，環(huán)境保護力度在加大，徐州市環(huán)境整體處于良好狀態(tài)。

3.2 生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)評價

徐州市鼓樓區(qū)、泉山區(qū)和云龍區(qū)1995 年和2010 年生態(tài)環(huán)境狀況，如表1 所示。

根據(jù)生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)，將生態(tài)環(huán)境分為5 級，即優(yōu)（EI≥75）、良（55≤EI＜75）、一般（35≤EI＜55）、較差（20≤EI＜35）和差（EI＜20）。

由表1 可知，1995 年鼓樓區(qū)、泉山區(qū)、云龍區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)分別為68.7、61.57、73.13，云龍區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況最優(yōu)，其次為鼓樓區(qū)、泉山區(qū)。隨著城市的發(fā)展，建設(shè)用地增加，大量農(nóng)田和林地被征用，直接造成生物多樣性減少和植被覆蓋度下降。2010年，全區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況全部下降，生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)為云龍區(qū)＞泉山區(qū)＞鼓樓區(qū)，指數(shù)分別為51.64、49.23、46.25。農(nóng)田和林地的大量減少和建設(shè)用地面積的增加是環(huán)境質(zhì)量下降的直接原因。

4 結(jié)論

（1）徐州市鼓樓區(qū)、泉山區(qū)、云龍區(qū)土地利用/覆蓋類型在1995—2010 年間均發(fā)生較大變化，農(nóng)田、林地大量較少，建筑用地面積急劇增加，占徐州市總土地面積50%以上。

（2）基于遙感技術(shù)對生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況進行評價，結(jié)果表明，1995—2010 年，徐州主城區(qū)鼓樓區(qū)、泉山區(qū)、云龍區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)均有所降低，徐州市城市環(huán)境狀況由良退至一般，城市擴建所需的建筑用地的顯著增加是最主要原因。

（3）遙感技術(shù)越來越廣泛地應(yīng)用于生態(tài)環(huán)境評價中，無需實地考察和實驗數(shù)據(jù)，方便快捷這一優(yōu)勢為遙感技術(shù)在環(huán)境評價領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用與快速發(fā)展提供可靠依據(jù)。