基于遥感的淮安市耕地变化分析
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摘要：利用遥感技术获取地理信息，范围广、速度快、信息量大、数据更新周期短。遥感技术和遥感数字图像处理正逐步成为土地利用现状调查的一个高新科技手段。以淮安市为例，在ERDAS 9.2软件的支持下，以2000和2005年两个时期ETM影像为信息源，利用监督分类方法结合ArcGIS空间分析，提取出两个时期的淮安市各区县的耕地状况。结合各区县的人口数量情况，分析人均耕地变化状况。
关键词：遥感；监督分类；耕地变化；淮安市
中图分类号：S127；F301.24 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）21-5189-04
Remote Sensing Based Analysis of Huaian Farmland Changes
WANG Yue-xiang，CHEN Mei-mei，LENG Yan-yan
（College of Urban and Environment， Huaiyin Normal University， Huaian 223300， Jiangsu， China）
Abstract： Remote sensing technology is a rapid way to get vast geographical image data from a wide range， with the information updating in short cycle. Remote sensing technology and remote sensing digital image processing is gradually becoming a high-tech way to survey the status of land using. With the assistance of ERDAS 9.2 software， using ETM data of 2000 and 2005， supervised classification and ArcGIS spatial analyst， the status of land using of each county of Huai’an was obtained. The area of land using per capita was analyzed combining with population.
Key words： remote sensing； supervised classification； cultivated land change； Huaian city
遥感是指非接触的、远距离的探测技术，具有大面积同步观测、时效性强、数据的综合性和可比性强、较高的经济与社会效益[1，2]等优势。遥感的应用日渐普及，在我国国土资源部的守护“耕地红线”工作中起到了重要作用。国家土地督察成都局在云南楚雄州例行土地督察时通过卫星遥感定位图上的“158号”图斑发现这块土地用途明显发生变化，经查发现，这块土地包含97.41 hm2耕地，被云南德胜钢铁有限公司在没有合法手续情况下非法占用[3]。国土资源部运用遥感等先进科技手段进行执法确实行之有效。
“民以食为天”，保证耕地面积是保证粮食产量的基础条件，动态、及时了解耕地变化状况对于土地利用规划、耕地保护和粮食安全具有重要意义。以江苏重要粮食基地之一的淮安市为研究对象，对该市2000和2005年两个时期的遥感影像进行处理，分析5年间淮安市各区、县的耕地变化及人均耕地状况。
1 研究区概况
淮安市位于江苏的中北部，黄淮平原东部，淮河流域下游，处于全国南北分界线上。地理坐标为东经118°12′00″—119°36′30″，北纬32°43′00″—34°06′00″。市境西、北接宿迁市，东北接连云港市，东南接盐城市，南接扬州市，西南连安徽省滁州市和江苏省会南京市。淮安市是全国南下北上的交通要道，更是长三角北部区域的交通枢纽。
淮安市陆地总面积892万hm2，土地资源类型比较丰富，耕地和水域是主要地类，面积较大。全市耕地分为水田、旱地、水浇地和菜地等，其中水田比例最大，占2/3。水域遍布全市各地，除清河区外，各区、县水域面积占辖区面积比例均超过19%，洪泽县高达58%。全市水域分为河流水面、湖泊水面、水库水面、坑塘水面、苇地、滩涂和沟渠。林地主要分布在盱眙县丘陵地区，牧草地也几乎全部在盱眙县境内。
研究数据来源于Global Land Cover Facility网站淮安市2000和2005年两个时期的ETM遥感影像，辅助数据包括淮安市地形图、淮安市统计局的淮安市市区和其他四县的面积、人口数据等资料。应用软件选用遥感图像处理软件ERDAS 9.2和地理信息系统软件ArcGIS 9.2。
2 遥感影像处理技术流程
遥感影像处理技术流程图见图1。
2.1 遥感影像的预处理
应用ERDAS 9.2软件进行多波段遥感图像合成，合成好的图像见图2、图3，然后在软件ArcGIS 9.2中与淮安市行政区划图进行配准，匹配好后提取出淮安市范围，最后在ERDAS 9.2软件中进行研究区裁剪，得到的研究区遥感影像图见图4和图5[4，5]。
2.2 遥感影像解译分类
图像分类是基于图像像元的数据文件值，将像元归并成有限几种类型、等级或数据集的过程。常规图像分类主要有两种方法：非监督分类和监督分类。
非监督分类是指人们事先对分类过程不施加任何的先验知识，仅凭遥感影像地物光谱特征的分布规律，随其自然地进行盲目分类， 其分类结果只是对不同类别进行了区分，并不确定类别的属性，其属性是通过事后对各类别的光谱响应曲线进行分析以及与实地调查相比较后确定的[6]。
监督分类是常规图像分类方法之一，主要由用户来控制，常用于分类前对研究区遥感图像中影像地物的类别属性比较了解的情况。在监督分类过程中，首先选择可以识别或者借助其他信息可以判定其类型的像元建立模板，然后基于该模板使计算机系统自动识别具有相同特性的像元。
监督分类一般有以下几个步骤：定义分类模板、评价分类模板、进行监督分类、评价分类结果。在监督分类过程中，训练区的选择必须具有代表性和典型性，对所有使用的图件要求时间和空间上的一致性。用于分类决策的规则是多层次的，如对非参数模板有特征空间、平行六面体等方法，对参数模板有最大似然法、最小距离法等方法[7]。本研究采用最大似然法进行监督分类。
2.3 遥感图像解译标志的建立
遥感图像解译标志见表1[8]。
3 结果与分析
3.1 土地利用类型分类处理
在ERDAS 9.2平台下，利用Supervised Classification进行最大似然监督分类，获取遥感影像预分类图。并通过目视解译，改正错误类型，获取淮安市的土地利用分类图像。将分类后的淮安市遥感图像添加到ArcGIS 9.2中，分别进行出图处理，所得结果如图6、图7。
利用淮安市耕地状况图提取出2000、2005年两个年份的各区、县的耕地状况图分别见图8、图9，获得各区、县耕地数据见表2。
将表2中的2000、2005年淮安市各区、县耕地面积数据，结合对应年份全市各区、县人口数据进行分析，结果见表3。由表3可知，2000—2005年，伴随着经济的快速发展，淮安市呈现出的总体状况是耕地面积明显减少，而人口的增加幅度很大，导致人均耕地面积减少，其中盱眙县人均耕地有所增加，其他各区县都不同程度减少，金湖县人均耕地面积减少最明显，其次是洪泽县。
改革开放以来，各地纷纷招商引资发展工商企业来加快经济发展，所需要的城镇商业用地面积、工业生产用地面积及道路面积等都大量增加。城市化进程加快，推动城市建设规模不断扩大，大量农业用地转变成建设用地。另一方面，城市人口不断增长，劳动技术人员增多，住房面积增加，农业人口相对减少，各因素都导致耕地面积大量减少。
各个区、县的耕地呈现出不同的变化情况，主要与淮安市政府对各个区、县的总体规划方向不同有关。市区：国家历史文化名城和生态旅游城市，长江三角洲北部地区重要的中心城市，交通枢纽和先进制造业基地；涟水县城：新兴工业基地，教育发达、生态优良的县域中心城市，并承担中心城区的部分教育、空港服务等职能；洪泽县城：湖滨生态旅游城市，适当发展符合环保要求的加工产业；金湖县城：水乡、园林特色的现代化城市，适当发展符合环保要求的加工工业；盱眙县城：淮河中下游山水、文化、旅游城市，重点发展旅游产业，适当发展加工工业，严格保护生态环境和生物多样性。
4 结论与讨论
基于淮安市ETM遥感影像数据，利用监督分类方法提取出淮安市2000、2005年的耕地状况，对淮安市各区、县人均耕地情况变化进行了分析，其中涟水县有很小一部分缺失的区域在另一张遥感图像上，但不影响对淮安耕地变化的总体分析。
通过分析可以看出，5年间淮安市耕地总体变化状况是耕地总面积大量减少、人口大量增加、人均耕地面积明显减少。全市人均耕地面积减少0.004 8 hm2，其中盱眙县人均耕地增加了0.004 6 hm2，金湖县、洪泽县人均耕地减少较为明显，分别为0.015 8、0.012 0 hm2。各个区、县的耕地呈现出不同的变化情况，主要与淮安市政府对各个区、县的规划方向不同有关，注重发展工业的区、县人均耕地明显减少，而注重旅游及生态保护的区、县人均耕地减少幅度较小。虽然分析的数据与实际数据还有一定的差异，但可以从一定程度上反映出耕地的变化情况。
采用ETM影像进行淮安市耕地变化动态监测，在数据精度方面可能要低于传统的土地详查方法，但能满足整个区域较大范围的土地利用变化和趋势分析，基本上可以满足主要土地利用类型的分类要求，且成图周期短、费用低，在土地资源的调查和监测上具有广阔的应用前景。
参考文献：
[1] 邓良基.遥感基础与应用[M].北京：中国农业出版社，2005.
[2] 韦玉春，汤国安，杨 昕.遥感数字图像处理[M].北京：科学出版社，2007.
[3] 周宗泽.地理信息系统（GIS）在国土资源管理中的应用[J].华北国土资源，2006（3）：31-32.
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