ArcGIS 软件在土地利用分析中的应用论文

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　　摘 要：本文基于 2000 年、2010 年、2020 年的 GlobeLand30 数据集, 运用 ArcGIS10.4 软件对数据集进行处理, 结合 转移矩阵、土地利用变化幅度、土地利用变化动态度,分析宿州市 2000 ~ 2020 年土地利用时空变化特征。分析得出,宿州市 2000 ~ 2010 年土地利用变化缓慢, 2010 ~ 2020 年土地利用变化明显,主要变化为耕地面积减少 550.43km2.人造地表面积 增加 501.96km2.变化主要发生在主城区附近及部分农村村落。


　　【Abstract】： Based on GlobeLand30 data set in 2000. 2010 and 2020. the ArcGIS10.4 software was used to process the data and analyze the spatio-temporal characteristics of land use change in Suzhou from 2000 to 2020 by combining the transfer matrix, land use change amplitude and dynamic attitude of land use change. The results show that the land use change in Suzhou is slow from 2000 to 2010. and obvious from 2010 to 2020. The main changes are the reduction of cultivated land area by 550.43km2 and the increase of artificial surface area by 501.96km2. The changes mainly occur near the main urban area and some rural villages.

　　【Key words】： land use;ArcGIS;GlobeLand30;Suzhou

　　0 引言

　　近年来,由于城市化迅速发展,土地利用有着非常 大的变化,在以农业为主的城市尤为明显。ArcGIS 软件 作为一项快速发展为用户提供一个可伸缩的 , 全面的 GIS 平台,在土地利用方面有着诸多应用。柴华等 [1] 利用 ArcGIS 软件分析了山西省关中地区土地利用情况 ;钟珊 等 [2] 利用 ArcGIS 分析了武汉市土地利用变化驱动力 ;朱 赞等 [3] 结合 ArcGIS 和 ENVI, 以 Landsat 为数据源分析 了桂林主城区土地利用变化。本文以 GlobeLand30 为数 据源,应用 ArcGIS10.4 软件分析宿州市 20 年土地利用 变化,分析 ArcGIS 在土地利用中的应用。


　　1 研究区及数据介绍

　　1.1 研究区介绍

　　宿州市地处安徽省东北部, 是长三角城市群、中原经济区重要节点,东、东北两面与江苏省接壤,西北与 山东省毗邻,西与河南省交界,南临蚌埠、淮北两市, 总面积 9787km2. 总人口 660.17 万人(2020 年)。宿 州市地处淮北平原东北部,西北黄河故道地势略高,中 部有相山丘陵,其余大部为平原洼地。主要河流有濉 河、新汴河、沱河、浍河,由西北向东南注入淮河和洪 泽湖。属暖温带半湿润气候,年降水量 774 ~ 895mm, 年均气温 14 ~ 14.5℃,矿藏有煤炭、大理石、石灰石。

　　1.2 数据介绍

　　本文采用的数据是 30m 全球地表覆盖数据 Globe Land30.是中国研制的 30m 空间分辨率全球地表覆盖数 据。GlobeLand30 数据总共包括 10 个一级类型, 分别 是 ：耕地(10)、林地(20)、草地(30)、灌木地(40)、 湿地(50)、水体(60)、苔原(70)、人造地表(80)、裸地(90)、冰川和永久积雪(100)。本文下载的数据为以 宿州市为范围 2000 年、2010 年、2020 年 GlobeLand30 数据, 数据编号分别为 N50_30_2000LC030、N50_30_ 2010LC030、N50_30_2020LC030.数据预处理为在 Arc GIS10.4 平台对原数据进行裁剪、栅格转面、融合等。

　　2 研究方法

　　2.1 利用 ArcGIS 计算土地利用转移矩阵

　　土地利用转移矩阵是研究土地利用类型之间转换的 一种方法,不仅可以反映各种地类之间的转换关系,还可 以描述不同时间段的各种地类在该时间段的变化特征 [4.5]。 土地利用转移矩阵如式(1)所示：

        式(1) 中：S 表示土地利用类型面积;i, j(i, j=1.2. …, n) 分别表示研究时段初期和末期时的土地利用类型;Sij 表示初期的土地利用类型 i 转移成末期土地利用类型 j 的面积。

　　2.2 土地利用变化的幅度

　　土地利用的变化情况主要体现在土地利用类型面积 上的变化,面积变化首先反映在不同类型的总量变化 上,通过分析土地利用类型的总量变化,可了解土地利 用变化情况和土地利用结构的变化 [6]。土地利用变化幅 度如式(2)所示 :

　　式(2) 中：K1 为研究期内某类土地面积变化幅度;

　　K2 为研究期内某类土地面积年均变化幅度; Ua、 Ub 分 别为研究期初期和末期某类土地面积;T 为研究期年数。

　　2.3 土地利用动态度

　　土地利用动态度是真实反映土地利用类型动态变化 程度指数。单一土地利用动态度可以表达特定区域一定 时间范围内某种土地利用类型变化情况。综合土地利用 动态度可以反映整个区域内所有土地利用的年变化率, 两种土地利用动态度表达式如式(5)所示：

　　式(5) 中：K 为单一土地利用动态度; Ua、 Ub 分 别为初期和末期单一土地面利用类型积;T 为研究期年 数;LC 为综合土地利用动态度; ∆ LUi 为初期第 i 类土 地利用面积; ∆ LUi-j 为时间 T 内 i 种地类转为非 i 种地 类面积的绝对值;n 为土地利用类型数。

　　3 宿州市土地利用变化分析

　　从土地利用结构上看, 2000— 2020 年宿州市土地 利用类型可分为草地、耕地、林地、裸地、人造地表、 湿地、水体七大类。

　　为了解宿州市 2000— 2020 年的土地利用变化情况, 利用 ArcGIS10.4 工具, 将三期 GlobeLand30 数据通过 栅格转面、融合、相交、面积计算、表转 Excel、导出 地图等操作分析土地利用变化, 得出宿州市 2000— 2010 年、2010— 2020 年、2000— 2020 年 土 地 利 用 空 间 变 换结果(如图 1 所示)和土地利用转移矩阵(如表 1 所示)。从转移矩阵可以看出宿州市 7 种土地利用类型之 间变换比较明显,从土地利用变换图可以看出宿州市主 要发生土地利用变换的区域。2000-2020 年土地利用面 积变化最大的类型为耕地,变换面积为 1019.54km2. 主要变化类型为耕地向人造地表变换,变换面积 872.29km2.变化区域主要集中在各个区县的主城区 附近。其次为人造地表,变换面积为 255.44km2.主 要为人造地表向耕地变换,变换面积为 250.77km2. 草地和林地主要以转入为主,面积分别为 24.32km2、 15.75km2.都以耕地转入。裸地和湿地面积变化不大, 裸地主要变换为草地,湿地大部分变换为耕地。水体的 变换积为 50.95km2.主要为水体向耕地变换。




           从土地利用类型结构来看 [7.8],2000 年宿州市土 地利用类型以耕地和人造地表为主,分别占总面积的 84.973%、12.187%。随着宿州市人口的增长以及社会经 济的发展,2020 年耕地面积为 7722.93km2.占总面积 的 77.755% ;人造地表面积为 1837.91km2. 占总面积的 18.504%。2000-2020 年宿州市土地利用变化幅度较为明 显,尤其耕地面积和人造地表面积变化较为凸出。

　　2000-2010 年, 宿州市草地、耕地、林地、裸地、人造 地表、湿地、水体单一土地利用动态度分别为 2.706%、 -0.202%、2.041%、5.402%、0.939%、4.882%、 -4.843% ; 2010-2020 年宿州市单一土地利用动态度为 0.245%、 -0.713%、2.836%、5.841%、2.731%、 -1.013%、1.366%。 由于宿州市耕地面积庞大,尽管上文分析宿州市耕地面 积变化较大,但是耕地动态度并不大 ;裸地、湿地和水 体动态度相对较大,但宿州市裸地、湿地和水体面积太 小,因此整体而言变化不明显,在宿州市土地利用变换 图中表现不明显。从宿州市单一土地利用动态度表可以 看出,耕地动态变化在逐渐增高,耕地面积在逐渐减 少 ;人造地表动态度在逐渐增高,人造地表面积在逐渐 增大。

　　宿州市 2000-2010 年、2010-2020 年、2000-2020 年 各土地利用类型的综合动态度分别为 0.323%、0.501%、 0.345.从综合土地利用动态度变化来看,宿州市 2000- 2010 年、2010-2020 年土地利用类型的综合动态度增加, 说明 2010-2020 年土地利用变化较为活跃, 在此期间宿 州市经济发展迅速,主城区的迅速扩张、新农村的建设以及退耕还林政策等导致耕地面积减少,人造地表面积 增加。经济和人口作为主要的影响因素,影响土地利用 变化。

　　4 ArcGIS 应用分析

　　本文应用 ArcGIS10.4 对 GlobeLand 30 数据集进 行处理,在软件中先对数据集链接事先准备好的地类分 类表中得到想要的分类情况 ;通过栅格转面(非简化 面)将数据集转为可后续操作的要素类 ;上步操作后会 产生大量要素,为得到七类土地利用,使用融合命令, 将相同属性的要素融合在一起,结果为只有七类要素 ; 再通过相交处理将上述处理后的要素类两两相交再导出 为 SHP 格式,在新导出的格式里通过几何计算,计算 出土地面积,通过字段计算器计算出土地利用转移情 况,最后通过 Excel 可制作出转移矩阵。在 ArcGIS 布 局视图中可输出详细土地利用地图。

　　在栅格转面操作中不选简化面是为了保证数据精 度,使实验结果更可靠 ;在计算土地利用面积时要注意 坐标系的转换,否则无法计算。ArcGIS 在整个数据处 理及制图中都展现出对数据的严谨细致,处理结果精度 可靠,视图使人一目了然。


　　5 结论

　　本文以 30m 空间分辨率全球地表覆盖数据为数据 源,以 ArcGIS10.4 软件为主要数据处理方式,通过栅 格转面、融合、相交等一系列操作获得宿州市土地利用 情况。ArcGIS 软件能够精准计算出每类土地面积变化情况 ;将土地利用变换情况分类出图, ArcGIS 能将变 化情况很细致地在地图中呈现出来,给人一目了然。通 过 ArcGIS 软件处理分析可得,宿州市土地利用变化明 显, 主要表现在耕地减少,人造地表增多, 其中 2010- 2020 年变化强烈。

　　参考文献

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　　[7] 唐炎,马丽.基于遥感与GIS的铜陵县土地利用变化特征分析 [J].安徽农业科学,2015.43(12):280-282+293.
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