全 文 ：第26卷第6期
2007年12月
生态科学
EcologicalScience
26(6)：546—552
Dcc．2007
1997—2003年广州市土地利用变化遥感监测研
究及动态分析
樊风雷1，孙彩歌2
1．华南师范大学地理科学学院，广州510631
’2．中国科学院广州地球化学研究所，广州510640
【摘要】分析了前人在土地利用研究中所用到的技术方法的基础上，利用广州市1997年和2003年的LandsatTM影像，
在遥感和地理信息系统软件的支持下对广州市1997～2003年的土地利用／土地覆盖信息进行了提取并进行了统计分析，
同时从土地利用变化的数量、速度、空间转移和区域差异等几个方面探讨广州市这6年来的土地利用变化规律以及其转
化机理。通过本研究可以得出：(1)广州市1997～2003年间的土地利用变化状况处于一个平稳变化的阶段，其变化速度
和强度都相对比较弱；(2)广州市各类土地利用类型变化存在着明显的区域差异，同时各类土地利用类型之间的转化强
度不是很明显。
关键词：遥感监测；土地利用；空间信息；广州
中图分类号：S127：P208 文献标识码：A 文章编号：1008—8873(2007)06．546—07
Monitoringlanduseandlandcoverchange(1997m2003)ofGuangzhouand
discussingitsdynamice hanismbasedonTMdata
FANFeng．1eil’，SUNCai．ge2
J．SchoolfGeography,SouthChinaN rmalUniversity,Guangzhou,510631，China
2．GuangzhouInstituteofGeochem妇tryChineseAcademyofSciences,Guangzhou，510640China
Abstract：Inthispaper,theclassificationprocessflandUSeinGuangzhouwasdescribedbyusingLandsatTMdatabetween
1997and2003．Afterbeinggeometricallycorrected，subsetedandenhanced，theimag swereclassifiednto9classesasfarmland,
orchard,forest，disk-pond,urbanandruralland,developingarea，river，lakeandunusedlandbyusingmaximumlikelihood
classifier．Thetotalc assificationaccuracyWasalsoreportedinthispaper．AmathematicmethodWasusedtoanalyzethchange
oflandusebytheconversionmatrixoflandusefrom1997to2003，includingthechange-amount，thechange-rate，the
change—transitionandtheregionaldifference．Twoimportantresultswereobtainedbythisresearch：(1)ThereWasnosignificant
changeonlanduseofGuangzhouduring1997～2003；(2)adistinctdifferenceWasfoundonspatialdistributingofla duseof
Guangzhoufrom1997to2003．
KeyWords：remotesensingmages；landuse；spatialinformation；Guangzhou
收稿日期：
基金项目：
作者简介：
2007-05．12收稿，2007．12．20接受
863重大项目子课题(珠江三角洲土地利用／覆盖对大气污染的影响与响应)，973项目(2001CB209101)、广东省科技项目
(2005830801007，2004A30401001)、广东省自然科学基金(04002143)、广东省自然科学基金(06025464)
樊风雷(1977-)，男，山东济宁人，博士，讲师，研究方向：土地利用遥感监测fanfenglei@gig．ac．cn
万方数据
6期 樊风雷，等：1997--2003年广州市土地利用变化遥感监测研究及动态分析 547
1引言(Introduction)
土地利用与土地覆盖变化不仅客观地记录了人
类改变地球表面特征空间格局的活动，而且还再现了
地球表面景观的时空动态过程。其变化与全球气候变
化、生物多样性的减少、生态环境的演变、生态安全
水平以及人类与环境之间的相互作用的可持续性等
密切相关。自1995年国际地圈一生物圈计划和国际
全球环境变化人文因素计划联合提出“土地利用／覆
盖计划”研究计划以来，区域土地利用／覆盖变化便
成为全球的研究热点之一llJ。在土地资源的合理利
用、开发与保护，以及生态、经济与环境的协调发展
等方面起到了重要的作用。其中，土地利用／覆盖变
化数据的获取是研究中极其重要的基础工作之一。
随着城市化水平的加速，许多学者从不同的角度
对我国部分城市的土地利用／覆盖变化进行了探讨和
研究，取得了丰富的成果【2。81。尤其在珠三角地区的
研究较为突出，这其中包括：黎夏利用遥感和GIS对
珠江三角洲发展走廊的土地利用空间格局及演变进行
了分析【5-9】；胡伟平，吴志峰，何建邦从TM卫星影象
提取出城镇实际建筑覆盖专题信息对珠江三角洲城镇
体系等级规模变动特点进行分析【l¨卅；陈水森，黎夏，
邹春洋等利用遥感和GIS技术分析了1978"-1998年
珠江口岸区的土地利用变化情况[12-13】。在这些研究中，
大尺度、单一目标的研究模式被充分利用，而就个体
的县市来说进行全面的土地利用研究还不多见。Weng
【1蛇o】、叶嘉安【2l-22]、樊风雷陋25·301和王云删2每271在珠
江三角洲土地利用研究中也分别侧重于城市扩张和农
田流失。另一方，对中国经济发展速度较快的大城市
来说，动态的、全面的监测其土地利用变化对当地的
经济发展和调控具有重要的意义，其数据同时也可以
作为土地规划和土地政策制定的依据和参考。因此，
本文利用1997和2003年的TM遥感影像探讨了中国
经济发展较快的城市之——广州这6年来的土地利用
与土地覆盖变化情况，并从土地利用的各个角度进行
了全面研究的尝试性分析。
2研究区域、数据及处理(StudyArea、Dataand
Processing)
广州市地处广东省的中南部，珠江三角洲的北缘，
接近珠江流域下游入海口。其范围是东经1120577～
11403’，北纬220267～230567。总面积7434．4km2，
占全省土总面积的4．1％。广州下辖lO个区和两个2个
县，分别为：东山、荔湾、越秀、海珠、天河、芳村、
白云、黄埔、番禺和花都10区以及增城和从化2市。
本文选用的主要数据是1997年8月29日和
2003年10月17日两个时相的TM影像，此外还包
括了2000年ETM+图像，以作为土地利用遥感监测
的辅助资料。本文以2000年ETM+图像为标准，分
别选择了45个地面控制点采用“maptomap”方式
对1997年和2003年的图像进行配准，精度控制在
0．5个像元内。同时，根据《土地利用现状调查技术
规定》【3l】和广州市土地资源、社会经济条件的区域
特点，并结合遥感影像实际可解译能力本文依据目
视解译和部分实地调查数据等辅助资料建立了判读
标志，采取最大似然比分类法对两时相的遥感影像
进行了分类处理，共分了9种土地利用类型：耕地、
园地、林地、基塘用地、城乡建设用地、新开发用
地、河流(河涌)、湖泊(水库)和未利用土地。分
类精度分别达到85．2％和83．4％，Kappa系数分别为
0．83和0．81。
3土地利用变化分析(Landusechangeanalysis)
3．1土地利用面积整体分析
根据分类图像(图1)本文提取了1997和2003
两年9类土地利用类型的面积，其结果如表1所示。
从中分析可知广州市土地利用和变化具有以下几个
明显的特点：(1)耕地和林地变化不大，园地有所增
加，基塘有所减少，城乡建设用地和新开发用地大量
增加，未利用土地在减少；(2)在增加的城乡建设用
地类型中以城镇用地居多。1997一--2003年，全市城
乡建设用地从118162．2hm2增加到142704．7hm2；
(3)林地和水面占较大比例。全市林地、河流、河
涌、湖泊、水库等共有20908．9hm2，占土地总面
积的29．13％；(4)耕地少，人均占地有限。尽管从
1997年到2003年的耕地面积增加了69．73hm2，但
是到2003年全市耕地面积为54277．12hm2，占土地
总面积的7．53％，人均占有耕地不足0．007485hm2，
不仅远远低于联合国粮农组织确定的人均耕地警戒
线0．053hm2的水平，而且也是全省人均耕地较少的
市之一；(5)用地类型区域差异明显。从图l可以看
出，北部以农、林用地为主，中部以城镇、工业建设
和城市农业用地为主，南部以农业用地为主。
万方数据
图11997(左)和2003(右)年TM影像监督分类结果
Fig．1TheclassificationofTM19970Leftland2003(Right)
3．2土地利用变化速度
表2为广州市土地利用变化量及变化率。从中可
以看出：广州市土地利用年变化率最高的是新开发用
地和城乡用地，年变化率分别达到3．6％和3．5％；其
次为基塘和园地，年变化率分别为2．26％和1．24％。
3．3土地利用转化机理
．表3和表4分布为广州市1997"-2003年土地利
用转化矩阵和转化概率矩阵，从中可以看出：(1)耕
地主要转化为城乡用地、新开发用地和园地，其中
3734．89hm2转为城乡用地，1192．56hm2转为新开发
用地，l170．88转为园地，转化率分别为6．89％、2．2％
和2．16％；而耕地的补充主要来源于园地和林地；
(2)园地主要转化为城乡用地，转化率达5．68％，
转化面积为l5761．99hm2；也有一部分转化为林地、
耕地和新开发用地，转化率分别为1．74％、1．72％和
1．2l％，园地的增加部分来源于基塘、林地和耕地；
(3)林地主要转化为城乡用地和新开发用地，转化率
分别为1．44％和1．61％，其中2519．37hm2转化为城乡
用地，2816．8hm2转化为新开发用地，林地也有—部分转
化为耕地、园地和未利用土地，转化面积为2239．44hm2；
而林地的补充主要来源于园地，从园地转化来的林
表1 1997和2003年广州市土地类型面积总计(hm2)
Tab．1Statisticoflandareain1997and2003(hm2)
土地利用类型
TypeofLanduse
1997盆
面积
％
Atea
2003年
面积
％
Area
地为园地和城乡用地的面积最大，分别为1 536．52
和1518．91hm2。从别的土地类型转化为基塘的面积
也不大，总共为502．38hm2；(5)N_乡JNNN新开发用
万方数据
6期 樊风雷，等：1997--2003年广州市土地利用变化遥感监测研究及动态分析 549
表21997--2003年广州市土地利用／4-地覆盖变化量(hm2)
及变化率(％)
Tab．2StatisticonthechangeoflanduseinGuangzhoufrom
1997to2003(hm2)andannualchangerate(％)
变化 年变化
土地类型 面积
％
面积
％
TypeofLanduseChanged Annual
Area ChangeAr a
注：变化面积指6年问广州市各土地类型的实际增减面积。变化率指6
年闻各土地类型的总体变化程度。年变化面积指平均每年各土地类型的
实际增减面积。年变化率指各土地类型的年变化程度。
地的转化率都很低，除新开发用地转化为城乡用地这
部分之外，其他部分的转化率均不超过1．3％，但是
城乡用地和新开发用地的补充却很丰富，其中耕地有
3 734．89和1192．56hm2分别转化为城乡用地和新开
发用地，园地有15761．99和3357．75hm2分别转化为城
乡用地和新开发用地，林地有2519．37和2816．80hm2
分别转化为城乡用地和新开发用地，在转化为城乡用
地和新开发用地的面积中，基塘和未利用土地也占有
一小部分；(6)水域部分(河流、河涌、湖泊、水库
等)的转化率也不高，总体非转化率达到98．43％(河
流、河涌)和95．81％(湖泊、水库)。其主要转化类型
有未利用土地、新开发用地、城乡用地、耕地和园地。
而基本上没有转化为水域的面积；(7)未利用土地的
主要转化类型为城乡用地，转化率达到了14．33％，
转化面积为144．46hm2，在转化为未利用土地的面积
当中，园地、河流和林地占的比例较高，转化面积分
别达到了111、107．33和104．97hmz。
3．4土地利用变化的区域差异
区域间的土地利用数量变化差异可以用单一土
地利用类型相对变化率来表示。根据区域某一特定土
地利用类型相对变化率公式‘11】，可以计算得出广州市
各研究子区的土地利用相对变化率(表5)： ·
(
R讨=
式中，Kl，K2分别为区域某一特定土地利用类
型研究期初和期末的面积；Cl，C2分别为研究区域
某一特定土地利用类型研究期初和研究期末的面积。
如果某区域某种土地利用类型的相对变化率Rid>1，
则表示该区域这种土地利用类型变化较全区域大。相
对变化率是一种表示土地利用变化区域差异很好的
方法，从中可以看出各用地的空间变化规律。
从表5中可以看出，从1997年到2003年，广州
市各类用地的变化情况存在明显的区域差异。市区土
地利用变化强度是：城乡用地>耕地>河流、河涌>湖
‘PL：耕地P1觚雠溉GP。园地G羽吼P1m；FO：林地F。嘲：DP：泊、水库>基塘>林地>未利用土地>新开发用地>园
基塘D赫’pond；RA：城乡用地胁‘dc“‘‘814嗽；DA‘新开发区Developing地：郊区的土地利用变化强度是城乡用地>新开发用
8啪：Ⅺ：河流河涌脚。；LR：湖泊水库Lakc锄d他辩Ⅳo证uA：未地>未利用土地>河流、河涌>耕地>园地>林地>基塘>
利用土地Un矗velor,coa ea’ 湖泊、水库；县市区的土地利用变化强度是林地>基
图21997～2哪年土j糊陋蛑凌化量(hm2)及年变化宰图(％)塘>园地>耕地>河流、河涌>未利用土地>城乡用地>
n92Theannualchang。(hm2)andannualchange-rate(％)新开发用地>湖泊、水库。就耕地而言，相对变化最
oflandu8einGuangzhoufrom1997to2003 大的地区为市区，其次为县市区，相对变化率均超过
万方数据
型—』_L生羔卫监丝坠竺———————_——竺竺
表31997～2003年广州市土地利用类型转移矩阵(hm2、
Tab．3Tranx—itio，nmatrixoflanduse—typesinGuangzhouareaduring1997-2003(hmz)—————————1丽
(20。一03
Year)枞鼬 枞 撕嘶一。ev龇eloapingR湘iverL—ake打dPlantation Gardenplot ForestDike-pondarea u毫喇1997年 area lescⅣoir。～⋯叫一
l!竺竺!翌型．一———————————————————————————————!L
耕地47865．131170．88 113．84 27．10 3734．89
1192．5632·52 O·oo 70·47
PlantaUon
园地
4773．oo248140．41 4828．50416．2515761．99
3357．75111·00
Gardenplot
林地
692．33 l452．14167380．88 0．00 2519．37
2816．800．00
Forest
基塘
286．17 1536．52 1131．4838593．62
1518．91942．17 17·61
0．00 111．00
0．00 104．97
0．00 0．00
Dike-pond
城乡用地
484．47 957．1l 862．58 0．00 115858．04
0．00 0．00 O·00 0·00
Residentialarea
新开发用地
90．39 191．88 136．37 0．00 3019．28
12419．630．00 O·oo O·00
Developingarea
河流、河涌 “．40 24．15 42．93 34．88 53．66 93．91
26410·92O·00 107·33
Rive
湖泊、水库
12．99 242．79 21．11 22．74 0．00
23．55 0．00 7779·9717·05
Lakeandreservon"
未利用土地
27．72 18．95 55．55 1．41 144．46
91．03 0．00 O·oo 668·98
焉Tab．4Transitio—nprobabilitymatrixoflandusetypesinGn邑angzhoua童readuring1=997-2003(％一)2003年 城乡 新开发JHj。口 猢捆、不 不／ru川(2003Yc砷 耕地 !竺 林地 基塘 用地 地 7：凳 库 ．÷等。1997年 Pl孤nationG羔?ForcstD妇删 Resi曲ntialDcvelopiIlg主茹 Lakeandm姗叫(1997Year)t 叫 蝴 撇 res㈣证竺一————————————————————————————————————————一一 ． ⋯ ⋯耕地Pl批88．302．16 0．21 0．05 6·89 2．20 O．OO uw””
园地Gardenplot
林地Forest
基塘Dike-pond
城乡用地
Residentialare
新开发地
Developingarea
河流、河涌Rive
湖泊、水库
Lakeandreservoir
未利用土地
Undevelopedam
1．72
0．39
O．65
0．41
0．57
0．24
0．16
89．42
O．83
3．49
0．8l
1．21
0．09
2．99
1．74
95．67
2．57
0．73
0．86
0．16
0．26
O．15
0．oo
87．66
O．00
0．oo
0．13
0．28
2．75 1．88 5．51 O．14
5．68
1．44
3．45
98．05
19．04
O．2
0．00
1．21
1．6l
2．14
0．00
78．32
O．35
O．29
0．04
O．00
0．04
0．00
0．00
98．43
0．00
0．00
0．00
0．00
O．00
0．00
O．oo
95．8l
0．04
O．06
O．oo
O．OO
0．oo
0．4
0．2l
14．33 9．03 0．00 0．00 66．36
—————————————————_——_——_—————_————————————_——●—一
万方数据
6期 樊风雷，等：1997--2003年广州市土地利用变化遥感监测研究及动态分析 551
了l，就未利用土地而言，相对变化最大的地区为县
市区，其次为郊区；城乡用地和新开发用地的相对变
化率均超过了l，其中市区的新开发用地的相对变化
率高达2．17；而园地、林地、河流和湖泊的区域差异
不太明显。土地利用的区位特征和产业结构的差异
性，使得区域土地利用的相对变化呈现出了这样的差
异性。
表51997-一2003年广州市分区各类土地利用相对变化率(％)
Tab．5RelativeRateofLandusechangeinGuangzhoufrom
1997to2003(％)
耕地Plantation1．18 0．97 1．06
园地Gardenplot 0．67 O．93 O．89
林地Forest O．88 0．89 1．03
基塘Dike-pond0．1l 0．67 0．09
城乡用地
1．61 1．44 1．25
Residentialarea
新开发地
2．17 1．35 1．27
Developingarea
河流、河涌Rive O．96 0．97 0．99
湖泊、水库
0．08 O．096 O．09
Lakeandreservoir
未利用土地
O．62 1．05 1．1l—Un-—develope．darea一一一一————一．
4结论(Conclusion)
随着广州市经济的快速发展和城市化进程的不
断加快，广州市的土地利用情况发生了明显的变化，
利用遥感动态变化监测技术可以快速、准确地发现这
些变化区域，从而为广州市土地资源的可持续利用提
供合理的决策参考依据。本研究采用了监督分类法对
广州市1997年和2003年两个时相的卫星影像进
行信息提取，获得了广州市这两个时相的TM遥感
影像土地利用分类结果。通过研究，获得了如下的主
要结论：(1)广州市土地利用结构的基本情况是：耕
地占7．53％，园地占35．64％，林地占24．18％，基塘
占5．3％，城乡用地和新开发用地共占22．5％，水域
面积占4．7％，未利用土地占O．15％。(2)广州市1997～
2003年土地利用动态变化特征为：耕地和林地变化
不大，园地有所增加，基塘有所减少，城乡建设用地
和新开发用地大量增加，未利用土地在减少。(3)广
州市1997～2003年土地利用变化率最高的是新开发
用地和城乡用地，年变化率分别达到3．60％和3．46％。
其次为基塘和园地，年变化率分别为2．26％和1．24％。
(4)广州市1997--一2003年土地类型变化存在明显的
区域差异：市区土地利用变化强度是：城乡用地>耕
地>河流、河涌>湖泊、水库>基塘>林地>未利用土地
>新开发用地>园地；郊区的土地利用变化强度是城
乡用地>新开发用地>未利用土地>河流、河涌>耕地>
园地>林地>基塘>湖泊、水库；县市区的土地利用变
化强度是林地>基塘>园地>耕地>河流、河涌>未利用
土地>城乡用地>新开发用地>湖泊、水库。
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1997-2003年广州市土地利用变化遥感监测研究及动态分析
作者： 樊风雷， 孙彩歌， FAN Feng-lei， SUN Cai-ge
作者单位： 樊风雷,FAN Feng-lei(华南师范大学地理科学学院,广州,510631)， 孙彩歌,SUN Cai-ge(中
国科学院广州地球化学研究所,广州,510640)
刊名： 生态科学
英文刊名： ECOLOGICAL SCIENCE
年，卷(期)： 2007,26(6)
被引用次数： 5次

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