基于arcgis的土地利用空間變化分析基于GIS空間分析的孟州市土地利用覆蓋變化研究

現(xiàn)在，隨著土地利用覆蓋變化（luc）的深入研究，區(qū)域土地利用覆蓋變化研究已成為推動當(dāng)前l(fā)uc研究的新趨勢。選擇較小空間范圍的典型地區(qū)進(jìn)行空間差異性和對比研究,是深入分析土地利用/覆蓋時空變化規(guī)律、驅(qū)動力及資源環(huán)境效應(yīng)的有效手段。因此,土地利用的空間動態(tài)變化成為LUCC研究者關(guān)注的重要問題。很多專家借助GIS軟件的空間分析功能,通過土地利用變化數(shù)據(jù)整合的空間信息來重建土地利用變化過程,推進(jìn)人地關(guān)系的定量化研究。筆者選擇孟州市作為案例,通過對其土地利用空間變化的研究分析,了解其土地利用動態(tài)變化的原因和機(jī)制,為將來制定合理的土地利用政策服務(wù),從而達(dá)到土地資源可持續(xù)利用的目的。1南—研究地區(qū)概況孟州市是焦作市的一個縣級市,位于河南省西北部,在焦作市的西南隅。北與沁陽市、濟(jì)源市毗鄰而遙望太行山,東以豬龍河為基本分界與溫縣隔河相望,西與濟(jì)源市、洛陽市吉利區(qū)并靠接壤,南以黃河為界,同孟津縣、偃師市、銎市隔河凝眸眺望。地理坐標(biāo)112°33′~112°55′E,34°50′~35°02′N,東西最長處33km,南北最寬處25.75km。地勢由西北向東南傾斜,海拔高度由305.9m降到108.5m,境內(nèi)由西向東有明顯的低山-丘陵-平原的過渡特征,是華北平原的西部邊陲。屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候,四季分明,年平均氣溫14.2℃,光照充足。孟州市與隴海鐵路和連霍高速公路相連,洛陽黃河大橋、焦作黃河大橋分布東西兩側(cè),交通十分方便。2數(shù)據(jù)和方法2.1遙感影像土地利用分類圖的建立數(shù)據(jù)來源于1985和2000年的TM遙感影像數(shù)據(jù),在對遙感影像進(jìn)行幾何糾正、配準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)上,通過傳統(tǒng)的目視解譯方法,同時結(jié)合計算機(jī)自動解譯方法(監(jiān)督分類與非監(jiān)督分類),按照一定的分類標(biāo)準(zhǔn)得出遙感影像的土地利用分類圖。然后依據(jù)《縣(市)級土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)》和《縣(市)級土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫建設(shè)技術(shù)規(guī)范》(國土資源部,2001年內(nèi)部試行),借助ArcGIS9.2,將得到的遙感影像土地利用分類圖矢量化,存儲成Coverage格式的數(shù)據(jù)文件,比例尺為1∶100000。其中土地利用類型劃分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地等5大類。其他數(shù)據(jù)來源于孟州市1985~2000年統(tǒng)計年鑒等。2.2基于arcgis軟件的應(yīng)用分析利用ArcGIS9.2提供的空間分析模塊進(jìn)行相關(guān)的空間分析操作。ArcGIS是美國ESRI公司研制開發(fā)的全球主流地理信息系統(tǒng)軟件。它提供了強(qiáng)大的空間分析功能,專門有一個空間分析子模塊(SpatialAnalysis),包括查詢檢索與量算、形態(tài)分析、地形分析、整合分析、疊置分析、鄰域分析、網(wǎng)絡(luò)分析及應(yīng)用模型分析等。筆者主要利用了ArcGIS軟件的如下功能,具體操作步驟如下:2.2.1數(shù)據(jù)疊加。即將1985和2000年孟州市土地利用圖數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加以找出土地利用變化規(guī)律。相應(yīng)的軟件操作如下:ArcToolbox/CoverageTools/Analysis/Overlay/Union/。注意:疊加后得到的數(shù)據(jù)要進(jìn)行拓?fù)潢P(guān)系重建。2.2.2數(shù)據(jù)提取。主要是對從“2.2.1”中得到的土地利用圖的屬性表進(jìn)行操作,即通過軟件定制一個SQL查詢語句,來挑選出自己所需的數(shù)據(jù)。還可以將得到疊加數(shù)據(jù)的屬性表導(dǎo)出(export)為Excel或dbase表格進(jìn)行數(shù)據(jù)提取。最后,根據(jù)提取的數(shù)據(jù),獲得1985~2000年孟州市土地利用轉(zhuǎn)移矩陣。2.2.3顯示、輸出。將最終結(jié)果顯示出來,并編制成美觀的地圖輸出。3結(jié)果與分析3.1土地利用方式的變化利用孟州市1985和2000年土地利用特征空間分布圖,借助ArcGIS空間分析獲得孟州市土地利用數(shù)量變化的結(jié)果(表1)。由表1可見,1985~2000年,孟州市耕地、城鄉(xiāng)建設(shè)用地的面積是增加的,其中耕地面積增加的最多;從土地分類變化中可以看出,城鄉(xiāng)建設(shè)用地的增加主要是農(nóng)村居民點大幅度減少,而城鎮(zhèn)用地和其他建設(shè)用地增加,說明15年來孟州市城市化進(jìn)程的速度比較快;水域面積減少,而中、低覆蓋度草地小幅增加。年際變化較大的是耕地和水域面積。總之,1985~2000年間,由于城鎮(zhèn)的發(fā)展、農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整以及生態(tài)環(huán)境建設(shè)等諸多原因,孟州市土地利用方式發(fā)生了劇烈的變化。具體土地利用各類型間的轉(zhuǎn)化情況,通過下面的空間疊置進(jìn)行分析研究。3.2材料中斑塊數(shù)利用ArcGIS空間分析模塊,把孟州市1985和2000年的土地利用類型圖進(jìn)行空間疊加。疊置后的圖形中含有20228個斑塊,而1985年為962個,2000年為1068個。從疊置后的斑塊數(shù)可初步判定孟州市15年來土地利用變化是很劇烈的。疊置圖的屬性表綜合了兩年土地利用圖中所有的要素屬性,這樣就可清楚地看到每個斑塊屬性值,并知道這個斑塊在1985~2000年間的土地利用變化情況(圖1、2)。3.3不同類型土地利用轉(zhuǎn)化情況查詢檢索是空間分析的基本功能。它不同于一般數(shù)據(jù)庫查詢檢索,它既包含屬性查詢功能,還必須有圖形查詢功能,圖形和屬性的交叉查詢功能及空間目標(biāo)之間拓?fù)潢P(guān)系查詢功能等。借助Querybuilder工具,可以提取出各種土地利用變化的具體情況,同時利用ConverttoShapefile得出相應(yīng)的圖斑——土地利用變化的空間分布情況,以耕地變化為例,可以提取出每個斑塊的面積和周長,得出1985~2000年間各土地利用類型面積的轉(zhuǎn)化情況和轉(zhuǎn)化概率(表2)。從表2可做如下分析:3.3.1土地利用變化情況。由表2計算可知,耕地有802.29hm2轉(zhuǎn)化為其他土地類型,占耕地總面積的2.04%;林地有187.65hm2轉(zhuǎn)化為其他土地類型,占林地總面積的12.81%;草地有1327.95hm2轉(zhuǎn)化為其他土地類型,占草地總面積的61.53%;水域有5254.88hm2轉(zhuǎn)化為其他土地類型,占水域總面積的58.99%;建設(shè)用地有585.39hm2轉(zhuǎn)化為其他土地類型,占建設(shè)用地總面積的8.13%。3.3.2土地利用各類型間的轉(zhuǎn)化情況。由表2計算可得,其中耕地大部分轉(zhuǎn)化為草地和水域,分別占耕地轉(zhuǎn)化總面積的31.93%和28.76%;林地主要轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地(44.91%)和耕地(25.55%);草地主要轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地(33.94%)和水域(31.59%);水域主要轉(zhuǎn)化為耕地、建設(shè)用地,分別為76.06%和20.27%;建設(shè)用地主要轉(zhuǎn)化為耕地,占建設(shè)用地轉(zhuǎn)化總面積的85.96%。其中從土地利用變化空間分布圖可以看出,耕地增加主要來源于水域,并且主要分布在孟州南部。4土地利用的動態(tài)變化利用孟州市的有關(guān)圖形數(shù)據(jù)和ArcGIS空間分析模塊,通過空間數(shù)據(jù)分析如查詢檢查、疊置分析等,對孟州市15年來土地利用/覆被變化進(jìn)行了空間上的初步研究分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn):(1)在土地利用動態(tài)變化中,孟州市耕地和建設(shè)用地增加,但是水域面積減少很多。(2)在空間疊置分析中,疊置圖的斑塊增加很多,說明土地利用變化強(qiáng)度大。在土地利用各類型的轉(zhuǎn)化中,耕地主要轉(zhuǎn)化為草地;林