武汉城市化进程中土地利用变化研究的成果

肖　锐　王学雷　余　璟

(中国科学院测量与地球物理研究所，湖北武汉　430077)

摘　要　随着经济的发展，武汉市的社会经济状况发生了巨大的变化，在这些变化中以土地变化最为显著，而土地利用的变化在经济发展、生态改变及土地可持续发展等方面都具有深刻的影响，尤其是对城市化的影响更加直接和显著。本文分析了武汉市在城市化进程中土地利用变化的状况，通过遥感检测技术获取了武汉市1996年和2002年的土地利用数据，通过遥感的手段对变化区域进行了分析研究得到了武汉市两年间的土地利用动态变化情况，并结合有关资料探讨了土地利用变化的驱动因子，同时深层次地分析了遥感在城市化进程中的作用。

关键词　RS土地利用变化城市化

土地利用是影响人类环境和自然环境最重要的因素之一，它的变化被认为是影响全球生态系统改变的最主要的因素，同时也是除气候改变之外影响人类生态环境的重要因素［1］。在城市建设中，土地利用变化既要受自然条件制约，也要受社会、经济、技术条件的影响，同时土地的合理利用必须适应一定的社会生产方式。研究土地利用的动态变化，有助于了解土地利用变化的原因和机制，同时通过调整人类社会的经济活动，促使土地利用更趋合理，从而达到土地资源可持续利用的目的［2］。

城市化是传统农业社会向现代城市社会发展的历史进程，是社会经济结构发生根本变革的空间表现。城市化过程是一个多层面的过程，它既是城市人口、城市土地等规模量的增加和扩大过程，又是人们生产和生活方式变化、经济结构变迁、空间形态从农村变为城市形态的质的变化过程［3］。随着我国社会经济的发展和人口的增加，城市化进程呈现加快趋势。主要表现在城市人口不断增加，建设用地面积不断增加，城市化水平迅速提高，城市土地利用变化明显等。对于城市化进程的加快，我们只有掌握及时、有效的土地利用变化信息才能为研究城市化进程的发展和趋势提供有力的依据。而遥感作为一种技术手段，已经成功运用于科技、军事、农业等各个方面。采用遥感技术对土地利用进行监测，及时反应土地利用变化情况，从变化情况中了解变化趋势从而对城市化进程的状况提供良好的决策和支持。

1　武汉市区概况及其城市化现状分析

武汉市位于中国腹地，湖北省东部，长江和汉水的交汇处，地理位置为东经113°41'－115° 05'，北纬29°58'－31°22'。地貌属鄂东南丘陵经江汉平原向大别山南麓低山丘陵过渡地带，中间低平，南北丘陵，岗垄环保，北部低山林立。地形属于残丘性河湖冲积平原，地势平坦低洼，湖泊星罗棋布，河道纵横交错。气候属亚热带季风湿润气候，常年雨量充沛，雨热同季，降水多集中在6－8月。土壤类型繁多，其中水稻土的面积最大，占总面积的45．5%。

武汉市是中国中部地区特大城市之一，具有中部城市的典型代表性。建国以来，随着工业化进程的加快，武汉市的城市化取得了长足的发展，城市化水平由1949年的28%提高到2001年的59．2%，小城镇发展到118个，城镇人口占总人口的比重达38．7%。武汉市现有土地面积8494．41km2，非农业人口455．92万人，总人口为764．42万人，人口密度约为900人/km2，非农业人口占总人口的59．64%。武汉市每年的流动人口为100万－200万;主城区人口密度偏高，为5417人/km2，二环线以内人口密度更是高达2．2万人/km2，人口密度人均用地不足50m2与我国100m2的建设用地标准相距甚远，人口密度偏高带来了住房紧张、交通拥挤、污染加剧等一系列城市问题，影响了城市居民生活质量和人居环境质量的提高［4］。

2　技术路线与研究方法

2．1　数据来源及预处理

2．1．1　数据来源

本研究采用的基础数据包括:武汉市区1∶5万地形图、1∶10万土地利用图、遥感影像及有关文献统计资料等，其中遥感数据是1996年和2002年秋季的TM/ETM影像，空间分辨率为30m(表1)。

表1　数据来源

2．1．2　数据预处理

数据处理的技术路线如图1所示

图1　数据处理技术路线

2．2　研究方法

应用ERDAS软件，将各个基础图件经过几何配准和数据重采样，统一校正到能与TM影像配准，即栅格单元大小为30m×30m。利用这些图件及其属性数据建立武汉市地区空间数据库。使用ERDAS软件将以上原始遥感数据进行几何纠正及图像增强处理等，然后结合纠正后的地形图、实地调查信息及图件文字资料建立判读解译标志和图像识别，最后用目视判读及计算机辅助分类得到最终的分类图。

根据分类后的图形可以算出武汉市地区土地利用面积，同时采用了图像融合的方法对1996年及2002年武汉市土地利用变化进行了分析。其原理是同一地物反映在ETM全色波段影像上的信息与其在TM影像上的光谱信息是一一对应的。因此，将二者融合时，将如实地显示出地物的正确光谱属性。但如果两者信息表现为不一致时(即地物发生变化时)，融合后的影像上就会出现光谱突变(变异)，并与周围地物在光谱上失去协调性，从而检测出变化信息。由土地利用状况及变化得到具体变化趋势，分析出武汉市城市化进程中土地利用变化的驱动力因子及武汉市城市化进程与土地利用之间的关系。

3　结果分析

3．1　武汉市土地利用变化情况

利用ERDAS软件对武汉市1996年及2002年土地利用变化情况进行监督分类，主要将城区分为五大类，分别为绿地、耕地、裸地、建设用地、水域。其中绿地包括草地和森林，用绿地这个概念主要是为了分析政府在武汉市绿化建设中所取得的成果;耕地主要指农田、水田等;裸地指尚未开垦的土地和长期未被使用而闲置的土地;建设用地包括居民地、道路以及正在修建的楼房、桥梁等;水域指长江、汉水以及武汉市区内的大小湖泊。

根据监督分类得到1996年及2002年武汉市土地利用状况，计算出各类型面积及增减率如表2所示:(www.xing528.com)

表2　1996年及2002年武汉市土地利用分类面积及增减率

在进行监督分类后，对1996年及2002年的土地利用分类图进行图像融合，由融合图像可以看到两年间土地利用的主要变化区域(图2－1浅蓝色部分)，对变化区域进行图斑提取(图2－2)，然后将变化区域的图斑叠加到融合图像上(图2－3)，可以很清楚地看到哪些地区面积有所变化，变化的面积大小如何等。

武汉市土地利用变化情况如图2所示:

图2　武汉市土地利用变化情况

3．2　相关分析

由表2可以看出，绿地面积由1996年的85014．5hm2增加到2002年的87400．4hm2，增加了0．3%，而耕地和裸地的面积都有所减少，其中耕地面积由1996年的401314．4hm2减少到2002年的387342．3hm2，减少了1．6个百分点，裸地面积减少了0．1个百分点，建设用地面积增加了10 310．7hm2，增幅达到1．2%，水域由1996年的218 665．1hm2增加到2002年的220 505．9hm2，增加了1840．8hm2。引起这些变化的原因主要有:1998年大洪水使水域面积有所增加;随着人口的增加，建设用地面积也有所增加;同时，在武汉市的城市化进程中，武汉市将城市绿化作为首要施行的目标。可以看到，经过七年的努力，绿地面积已经增加了2385．9hm2。由图2可以看到，增加的绿地主要是由水域及耕地变化得来，由此得出这正是围湖造林及退耕还林工作起到了很大的作用。同时，裸地和耕地的减少主要变化为建设用地和绿地，其中最主要的变化是耕地向建设用地的转换，这种变化也是武汉市城市化进程中的必然趋势。

4　讨论

4．1　土地利用变化驱动力因子分析

土地利用变化是人类活动作用于社会的一种显著的表现形式。2002年和1996年相比，武汉市城市扩张占用了大量的耕地，同时随着武汉市城市建设脚步的加快，在一定程度上也促使着耕地的流失，其整体变化表现为一个“从耕地向建设用地”、“从耕地向绿地”的土地动态变化态势，在这种态势下，还混杂着耕地和裸地之间的相互转换及水域和绿地的相互转换。

引起这种土地利用变化的原因主要是武汉市城市土地利用变化的政策驱动。武汉市从1996年以来，一直实行宽松的土地使用政策，并开展了有效的城市和经济发展规划。在此期间，由于政府的支持和鼓励，大量的外资进入武汉市，从而带动了城市化的发展。社会经济的高速发展使得工矿用地以及交通建设用地不断增加，并且随着人口数量的增加和人均收入的增加，房产面积也大幅度增加，促使城市空间的扩展，从而大量占用耕地;另外，城市的发展不能建立在破坏城市资源与环境的基础上，因此在城市化快速发展的同时，绿化建设也是一个不可忽略的部分，政府在绿化建设上也投入了大量的人力物力。上述因素共同构成了武汉市土地利用变化的驱动力因子。

4．2　城市化与土地利用之间的关系

武汉市城区在近七年中土地利用发生的变化主要表现为建设用地的不断增长和耕地面积的持续减少，表明耕地是建设用地增长的主要贡献来源。这说明一个城市要发展要进步，就需要大量的占用耕地面积以达到快速建设的目的。但从武汉的城市性质考虑，武汉市作为中心城市，农业并不是经济发展的主导产业，要在一个城市内达到人均耕地指标是比较困难的，但如果不有效地控制减少速度，从长远看势必影响和制约城市的发展［5］。另一方面，随着人口的增加和社会经济的发展，城市化进程加快，建筑面积呈现不断增加的趋势，如果建筑面积持续增加，将占有更多的湖泊和绿地以满足其增长需求，但湖泊和绿地面积的减少不利于可持续发展战略，会使城市的资源遭到破坏，环境变得恶化，对于长期发展仍然是不利的。

因此武汉市在进行城市化发展的道路上，应本着保护资源环境的政策，在可持续发展战略的基础上合理的利用土地，限制建筑用地面积的增长速率，增加绿地面积，使人均耕地面积保持在人均耕地面积警戒线以上。

4．3遥感在城市化进程研究中所起到的作用

作为一门先进的科学技术，遥感可为城市土地利用动态变化研究提供多时相、大范围的实时信息;同时，结合计算机的图像处理、分析和模式识别技术，遥感数据在土地利用动态监测中能够得到广泛应用［6］。运用遥感技术对武汉市土地利用和城市化进程进行研究，可以更好地从空间范围和时间尺度来掌握各类用地的时空差异，也有助于掌握区域城市化过程中的基本特点和规律。遥感技术还可以有效的对城市的土地利用变化信息进行准确的提取并能对土地利用情况进行动态监测，同时还能为城市建设规划方向提供大量的土地利用信息，掌握这些实时、有效的信息有助于对城市化进程的研究提供决策支持。

城市土地资源的合理开发和管理，不仅需要坚实的理论基础，而且需要探讨新技术、新方法在城市土地开发和城市扩展中的应用。随着遥感技术的发展，遥感分辨率提高，飞行成本降低，很多城市都运用航空遥感技术对城市状况进行飞行调查。分辨率越来越高的遥感图像为城市化调查提供了可靠的数据源，遥感技术将在城市化进程的研究中起到越来越重要的作用。

参考文献

［1］汤世华，樊风雷，王云鹏，盛国英，傅家谟．土地利用变化的遥感监测及其与经济发展关系的研究［J］．农业现代化研究，2005，26(5):378－379

［2］潘洪义，门明新，许睬，范文洋．基于RS与GIS的城市化进程中唐山市土地利用动态变化研究［J］．安徽农业科学，2O07，35(6):1676－167

［3］何雄．武汉市城市化进程时政分析［J］．中南财经政法大学学报，146(5):56－57

［4］张金霞．建设“绿色武汉”的路径选择探讨［J］．中国经济，2002

［5］宋鄂平，荆青青，宋岚，曾克峰．武汉市耕地利用变化·驱动力分析及预测［J］．安徽农业科学，2006，34 (24):6591－6592

［6］蒋金龙，李建，梁俊．遥感技术在城市土地利用演变研究中的应用［J］．安徽农业科学，2007，35(7):2001 －2003