全 文 ：遥感和 GIS支持的土地利用动态监测研究*
以黄河三角洲垦利县为例
赵庚星* * 李玉环 徐春达 (山东农业大学资源与环境学院, 泰安 271018)
摘要 以黄河三角洲垦利县为例, 对比分析了目视解译、机助分类等遥感土地利用信息提取方法, 采用 1981、
1991 和 1995 年 3时相土地利用现状信息,研究确定了统一的监测分类系统, 提出了土地利用面积及其空间分
布动态监测方法. 在此基础上,分析了垦利县地类面积增减变化,在 GIS 支持下分析了 1981~ 1995 年土地利用
空间动态变化, 同时进行了实地监测点土地利用变化分析, 探明了该县土地利用动态变化规律.
关键词 遥感 地理信息系统 土地利用 动态监测
Land use dynamic monitoring supported by remote sensing and GIS A case study in Kenli County of Yellow River
delta. ZHAO Gengx ing , L I Yuhuan and XU Chunda ( College of Resour ces and Env ir onment, S handong Agricultural
University , Taian 271018) . Chin . J . A pp l. Ecol . , 2000, 11( 4) : 573~ 576.
By remote sensing both visual interpretation and computer aided classification, t he land use information of Kenli County
of Yellow River delta in 1981, 1991 and 1995 was compared and analyzed. The unifying land use dynamic monitoring
classification system was made, and t he methods o f land use dynamic monitoring both on land use type areas and on
their spatial distribution were proposed. T he changes of land use type areas of Kenli County were analyzed, and the
spatial dynamics of land use types fr om 1981 to 1995 w as analy zed under GIS suppo rt. In addit ion, the land use
changes of outdoor monitoring plots w ere analyzed, and t he basic patterns of land use dynamics of Kenli Count y were
proposed.
Key words Remote sensing , GIS, Land use, Dynamic monitoring.
* 山东省教委资助项目(鲁教科字[ 1995] 8号) .
* * 通讯联系人.
1999- 05- 04收稿, 1999- 11- 08接受.
1 引 言
各类土地资源面积及分布是各级政府制订国民经
济发展计划的重要依据, 长期以来我国土地资源状况
不清,更难以掌握其动态变化情况.以县区为单位的土
地资源详查取得了大量宝贵的土地基础数据,但随着
国民经济的快速发展, 土地利用状况已发生了不同程
度的变化,常规的外业调查方法已难以适应新形势下
土地管理工作的要求, 因此迫切需要研究适合我国国
情的快速准确的土地利用信息获取方法, 开展土地利
用动态监测[ 5] .土地利用的变化包括时间和空间两个
方面,其中空间监测方法可分为遥感图像监测和分类
监测两种类型, 前者以较短时段、变化程度较小的土地
利用监测为主, 后者则主要适合于监测时段较长、土地
利用变化较大的情况[ 1, 4, 6] .近年来不少学者曾对地类
空间动态、土地利用空间格局的变化进行了研
究[ 3, 8, 9, 10] . 本文采用遥感和地理信息系统( GIS)技术,
在黄河三角洲垦利县进行了土地利用动态监测的研究
尝试,旨在探索系统的土地利用监测方法, 为长期、快
速、准确的土地利用动态监测提供科学依据.
2 研究地区概况与研究方法
21 监测区概况
监测区为山东东营市垦利县, 该县地处黄河最末端, 胜利
油田腹地, 是现代黄河三角洲的重要组成部分, 黄河自该县西
南东北贯穿入海.总面积 2209. 88km2 ( 1995 年) , 总人口 20. 91
万人.光热资源较为丰富, ! 10 ∀ 积温 4310. 4 ∀ , 年均降水
547. 2mm,但蒸降比高达 3. 40; 属典型三角洲地貌, 西南高东北
底,地势低平, 比降仅 1/ 10000~ 1/ 12000; 黄河为该县主要淡水
来源,年均入境 2. 17 # 1010m3, 但春季断流频繁, 断流时间延
长,地下水埋深浅, 矿化度高,难以农用;土壤为潮土、盐土两大
类型,质地偏沙, 养分贫乏,盐渍化面积大; 该区土地资源丰富,
荒地面积大,土地利用率 72. 5% ,垦殖系数 19. 92% , 土地利用
效益低,土地开发利用潜力巨大[ 3, 11] .
22 研究方法
221 信息源准备 本研究采用的是垦利县 1981、1991、1995
年 3 个时相的土地利用现状信息, 确定的制图比例尺为 1 10
万.原始信息主要为 1981年 1 10 万垦利县土地利用现状图、
1991 年 1 10万东营市土地利用现状图、1995 年 3 月 26 日 1
应 用 生 态 学 报 2000 年 8 月 第 11 卷 第 4 期
CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY, Aug . 2000, 11( 4)∃573~ 576
10 万垦利县 TM 卫星图像( 2、3、4 波段假彩色合成、经几何
精纠正) , 以及 1987 年 1 5 万垦利县详查土地利用现状图. 除
此为地形图、区划图、土壤图、养分图、水文地质图等其他有关
图件资料.
222 监测分类系统确定及遥感土地利用信息提取 土地利
用分类系统是实施长期监测的基础, 反映了监测的详细程度,
考虑不同时相信息的来源及精度,需确定适宜的统一监测分类
系统.土壤普查现状图分类系统共划分了 10 大类 18 个土地利
用类型, 与土地详查分类虽有一定差异但有较好的衔接兼容
性; 1991 年现状图为土地详查分类, 含 8 大类共 26 个 2 级类
型;而 1995 年的遥感土地利用分类则需要考虑卫星影像的解
译程度. 通过对比分析, 土地利用监测分类的详细程度主要是
受遥感土地利用分类的限制, 考虑监测结果的应用, 监测分类
系统应以详查分类为基础,其中 2 级类型依其遥感解译程度适
当归纳化简[ 7] .为适应快速、适时的土地利用动态监测的需求,
分别对比研究了目视解译和机助分类遥感土地利用信息提取
方法. 1)目视解译:利用 1995 年 T M 卫片进行目视解译, 确定
分类系统, 编绘土地利用现状图. 具体步骤如下: % 首先根据
1991 年 1 10万土地利用现状图制作出土地利用现状透明薄
膜图,并与 TM 卫片准确叠合; & 逐个进行土地利用类型与其
相应影像特征的对比分析, 本着能够正确解译的原则, 对解译
程度较低的各地类进行概括和归纳, 并建立各类型解译标志,
最终形成垦利县卫星遥感目视解译土地利用分类系统 ; ∋ 勾绘
各地类图斑界线, 清绘为垦利县 1995 年土地利用现状图; (采
用系统抽样方法进行解译正确性检验, 结果总分类精度为
89. 9% . 2)机助分类:选用 1987 年 5 月 7 日 TM12134 第 2、3、
4 波段 CCT 磁带数据,首先以相应的明显地物点进行了几何校
正,并数字化输入垦利县行政边界形成垦利县 TM 数字图像.
以分段线形拉伸等进行了图像增强处理, 合成为假彩色图像,
对应垦利县 1987 年 1 5 万详查土地利用现状图分别进行了
监督和非监督分类处理,得到分类结果图. 经分类精度检验, 监
督分类效果优于非监督分类,总分类精度为 59. 5% .由此, 遥感
土地利用信息提取宜采用目视解译方法. 依据目视解译土地利
用分类系统,分别将 1981、1991 年现状图分类系统进行归并,
形成统一的垦利县土地利用动态监测分类系统, 并依此对原图
件进行修正, 得到基于统一分类系统的 1981、1991、1995 年 3
时相 1 10 万土地利用现状图.
223 土地利用动态监测方法设计 1) 利用详查变更数据监
测土地利用面积变化: 以土地详查数据为基础, 将历年变更调
查的土地利用现状信息输入计算机, 建立土地利用面积数据
库,利用编制的应用程序, 任意输入前后两个年份可自动显示
或打印输出各地类面积增减情况. 主要的监测指标为: 地类面
积增(减)量、地类面积增(减)率和总变化率. 2)利用 GIS 技术
监测土地利用空间变化情况:土地利用空间变化的主要监测内
容为: % 各土地利用类型空间分布面积变化, & 各土地利用类
型空间分布特征变化(扩展与收缩) , ∋ 各土地利用类型空间相
互转化. 采用 GIS 软件 PC ARC/ INFO , 将垦利县 1981、1991、
1995 年土地利用现状图分别数字化输入, 建立图形库及相应属
性库, 以叠加分析模型分别进行各时段现状图的叠加分析, 从
而获得 1981~ 1991、1991~ 1995 及 1981~ 1995 土地利用变化
图.在此基础上可分别提取各地类变化信息及变化图, 了解各
地类空间的扩展与收缩动态,同时可提取各地类间的相互转化
信息及地类转化图,了解各地类间空间的相互转变. 3)利用实
地监测点监测实地的土地利用变化情况: 根据垦利县不同区域
的土地利用特点, 考虑均匀、代表性原则, 在全县确定了 11 个
野外监测点,每个监测点均设置在具有明显的永久性地物标志
的地段, 以进行长期的对比监测. 定期调查各监测点土地利用
类型、植被覆盖、种植利用、盐碱程度等信息, 提取实地景观照
片,并输入计算机统一管理, 通过不同时期各有关项目的对比
分析, 监测土地利用变化情况. 由此可更加直观地了解土地利
用变化, 达到室内与野外监测的统一, 相互验证、补充. 4)研制
建立土地利用动态监测系统:以高档微机为平台, 在 PC ARC/
INFO 基础上进行二次开发, 以 FOXBASE + 、BASIC 语言、
FORTRIAN 语言、DYNAMO 语言编制了土地利用动态监测、
预测、模拟、优化配置、土地评价等有关应用模型, 建立各类土
地利用信息库,集成为区域土地利用监测系统( RLUMS) .该系
统由 10 个子系统组成, 以土地利用调查统计数据库、图形库及
相应属性库、图像库为基础, 在各应用模型支持下, 除可完成土
地利用数量、空间等变化监测, 还具备土地利用预测、模拟、评
价、优化配置等功能, 辅助土地利用决策.
3 结果与分析
31 垦利县土地利用数量变化
利用详查变更数据分析了各地类面积增减情况,
结果表明, 1987~ 1996年垦利县耕地、林地、草地面积
减少,水域、未利用土地面积增加, 其他地类面积略有
增长. 其中面积增减较大的 2 级地类为:旱地、天然草
地面积锐减,盐碱地、滩涂面积(包括新淤地)剧增, 苇
地、沟渠、水库面积亦有较大增长. 由此反映了旱地盐
碱化、草地被开垦、水工建设加强的特点.
32 垦利县土地利用空间动态
通过对垦利县 1981、1991、1995年土地利用现状
图的叠置分析, 获得了各地类各时段面积增减变化及
其变化图(表 1) .可以看出,从 1981~ 1991 年 10年间
旱田、水田、水域、林草地、盐碱地及总面积均是增加
的,而苇地、滩涂面积大幅度减少, 说明此时段随着黄
河新淤地的增加以及整个黄河三角洲的开发,垦利县
土地开发利用程度不断提高, 并达到一定的规模. 1991
~ 1995年期间, 盐荒地仍呈较大增长趋势, 滩涂地亦
有一定增加,但水、旱田、林草地、苇地、水域及总面积
减少,说明黄河口侵蚀增加,水田发展因水源限制而缩
减,大量旱田因盐渍化而转为盐荒地.
在空间分布上, 垦利县主要地类的分布呈现出较
明显的地域特点,旱田主要分布地势较高、潜水深的西
574 应 用 生 态 学 报 11卷
表 1 垦利县主要地类 1981~ 1995年动态变化
Table 1 Change of main land use types between 1981 and 1995 of Kenli County( km2)
地类 Land use types 1981 1991 1995 1981~ 1991 1991~ 1995 1981~ 1995
水田 Irrigated land an d paddy f ield 20. 12 81. 35 61. 63 61. 23 - 19. 72 41. 51
旱田 Unirrigated land 658. 71 685. 88 569. 40 27. 17 - 116. 48 - 89. 31
林、草地 Forest and grass land 223. 21 332. 03 275. 30 108. 82 - 56. 73 52. 09
水域 Water area 80. 66 124. 47 114. 56 43. 81 - 9. 91 33. 90
苇地 Reek land 103. 68 77. 23 22. 34 - 26. 45 - 54. 89 - 81. 34
滩涂 Beach land 516. 44 265. 60 286. 53 - 250. 84 20. 93 - 229. 91
盐荒地 Saline w aste land 582. 69 671. 82 849. 72 89. 13 177. 90 267. 03
总面积 Total area 2185. 63 2251. 15 2209. 88 65. 52 - 41. 27 24. 25
南部及受淡水影响的东北部黄河两侧; 盐荒地则集中
分布地势低平,受潜水和海水影响的中部、东部沿海;
水田集中分布离黄河引水点较近的中部地区;林、草地
分布成陆时间短、盐碱轻的黄河尾闾两侧;滩涂则沿海
岸线集中分布.
从各地类空间的扩展与收缩情况看,西南部旱地
由于插花分布的盐荒地面积的增加而缩减, 而东北部
的旱田一方面由于中部的盐碱化而趋向黄河萎缩, 另
一方面本身向其东部的林草地延伸; 水田的变化与水
源情况关系密切,部分由于缺水而沦为盐荒地,同时平
原水库的修建则使其范围得以扩展; 盐荒地的变化是
以扩展为主,主要表现为西南部和东北部旱田区盐荒
地面积增加,而中部稻田的发展则使其面积有所减少;
随着河口向渤海的淤积延伸, 林草地也逐步向东发展,
而同时由于人为的开垦, 其西部亦逐步向东退缩; 滩涂
的增减主要与河口及沿海的淤、蚀有关;虾池表现为连
片扩展趋势.
从各地类空间的相互转化情况看, 中部的水田、西
南及东北部的旱田主要由于盐碱的加重而转为盐荒
地,部分转为水域和草地;中部的盐荒地部分经稻改等
图 1 垦利县 1991~ 1995年旱田、水田变化图
Fig. 1 Change map of dryland and paddy f ield from 1991 to 1995, Kenli
County.
1. 未变旱田 Unchanged dryland, 2.未变水田 Unchanged paddy f ield, 3.增
加旱田 Increased drylan d, 4.减少旱田 Decreased dryland, 5.增加水田 In
creased paddy f ield, 6. 减少水田 Decreased paddy f iedl, 7. 旱地转水田
T ransition of dryland to paddy field, 8.其它地类 Other land type.
措施转为水田和旱田, 东部沿海则受海水侵蚀转为滩
涂;草地西侧部分经开垦转为旱田或盐化而转为盐荒
地,靠近河口的草地受海水侵蚀而部分转为滩涂; 林地
和苇地主要向草地转化, 部分苇地转为滩涂, 滩涂则主
要向盐荒地转化(图 1、图 2) .
图 2 垦利县 1991~ 1995年旱田空间转化图
Fig. 2 T ransition map of dryland f rom 1991 to 1995, Kenli County.
1. 旱田)旱田 Dryland) Dryland, 2.旱田)盐荒地 Dryland) Saline waste
land, 3. 旱田 ) 林草地 Dryland ) Forest and grass land, 4.旱田 ) 水面
Dryland)Waters, 5.旱田)水田Dryland) Paddy f ield, 6.其它地类Other
land type.
33 实地监测点土地利用变化
对比分析了11个监测点1989年8月和1997年8
月的监测信息, 其中以旱田监测点变化较为明显, 呈现
出作物长势变差、地表盐斑增多等现象,反映出明显的
向盐荒地转化的趋势.
4 结 论
41 卫星遥感信息是土地利用动态监测的重要信息
源,监测分类系统的确定应考虑遥感信息的可判性.根
据本文研究分析,目视解译是滨海盐渍土区土地利用
信息提取的适宜方法.
42 通过多种方法的监测分析,基本摸请了垦利县土
地利用动态变化规律.由于该区高蒸降比的气候条件、
高矿化而埋深浅的地下水条件, 加之人为对地表植被
的破坏,土壤盐碱化成为决定各土地利用类型面积及
分布的重要因素,从而表现出旱地、林草地面积减少,
5754 期 赵庚星等:遥感和 GIS 支持的土地利用动态监测研究
盐荒地不断增加的动态特点. 因此, 应保护地表植被,
树立生态观点, 合理规划用地, 提高土壤肥力,促使土
地利用走上良性循环.
43 土地资源的合理利用与决策需要长期的土地利
用动态监测的支持, 适合我国国情的土地利用监测技
术方法研究应引起有关学者及各级政府的重视.
致谢 本研究得到浙江农业大学农业遥感与信息技术研究所
王人潮教授指导,得到农业部农业资源监测总站大力支持, 特
此致谢.
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( in Chinese)
作者简介 赵庚星, 男, 1964 年生, 博士, 副教授, 从事土地资
源、遥感的教学与研究工作,已发表研究论文近 30 篇, 主、参编
著作 4 部. Email: zhaogx@ 263. net
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