基于GIS 技术的土地资源利用变化监测与分析

引言

土地是人类生存与发展的基础资源，其利用方式的变化反映了人类活动与自然环境之间复杂的相互作用关系。随着人口增长、城市化进程加快以及经济发展需求的不断提高，土地资源面临着日益严峻的挑战。准确监测土地资源利用的变化情况，深入分析其变化趋势和驱动力，成为土地资源管理、环境保护以及可持续发展战略实施的关键任务。GIS 技术作为一种能够有效管理、分析和显示地理空间数据的技术，为土地资源利用变化监测与分析提供了强大的工具。它可以整合多源地理数据，如遥感影像、地形数据、土地利用现状数据等，通过空间分析、数据挖掘等技术手段，揭示土地利用在不同时空尺度下的动态变化规律。在当今数字化、信息化快速发展的时代，利用GIS 技术开展土地资源利用变化监测与分析具有极高的现实意义。

一、GIS 技术在土地资源利用变化监测中的应用

（一）数据获取与预处理

GIS 技术在土地资源利用变化监测中的数据获取来源广泛。其中，遥感影像数据是最为重要的数据源之一。卫星遥感技术如 Landsat 系列卫星、Sentinel - 2 卫星等能够定期获取大面积的地表影像数据，这些数据具有多光谱、多时相的特性，能够反映不同时期土地的覆盖类型、植被状况等信息。航空摄影也是获取高分辨率影像数据的有效手段，适用于小范围、高精度的土地资源调查。在获取数据后，需要进行预处理操作。预处理包括辐射校正、几何校正等步骤。辐射校正旨在消除传感器自身特性以及大气等因素对影像辐射值的影响，使得影像的亮度值能够准确反映地物的真实辐射特性。几何校正则是将遥感影像纠正到正确的地理坐标系统下，确保影像与实际地理空间位置相匹配，以便后续的分析处理。还需要对不同来源的数据进行格式转换、投影转换等操作，使其能够在GIS 平台上进行统一的管理与分析。例如，将不同比例尺、不同坐标系的地形数据转换为统一的坐标系，如高斯 - 克吕格投影，以便与其他土地利用数据进行叠加分析。

（二）变化监测方法

GIS 技术提供了多种土地资源利用变化监测方法。首先是基于像元的分析方法，这种方法直接对遥感影像的像元进行对比分析。例如，差值法是一种简单常用的基于像元的变化监测方法，通过计算两个不同时期遥感影像对应像元的差值，根据差值的大小和阈值判断土地利用是否发生变化。如果差值超过设定的阈值，则认为该像元对应的土地利用发生了变化。比值法也是类似的原理，通过计算像元在不同时期的比值来确定变化情况。另一种重要的方法是分类后比较法，这种方法先对不同时期的遥感影像进行分类，得到土地利用类型图，然后通过对比不同时期的分类结果来确定土地利用的变化情况。在分类过程中，可以采用监督分类、非监督分类等多种方法。监督分类是根据已知的样本类别信息对影像进行分类，需要人工选取训练样本，如最大似然分类法就是一种典型的监督分类方法。非监督分类则是根据影像数据自身的特征进行分类，不需要先验的样本信息，例如 K- 均值聚类法。这些变化监测方法各有优劣，在实际应用中需要根据具体的研究目的、数据质量等因素进行选择。

二、土地资源利用变化的特征与影响因素分析

（一）土地资源利用变化的特征

土地资源利用变化在数量和空间格局上呈现出多样化的特征。从数量变化来看，在城市化进程快速推进的区域，建设用地面积持续扩张，呈现显著增长趋势，而耕地、林地等农业生态用地则相应缩减。这种“一增一减”的趋势在大城市周边尤为明显，随着城市基础设施建设和工业园区的不断扩展，大量优质耕地被非农业用途侵占，导致耕地资源流失与生态用地压力加剧。在空间格局方面，土地利用变化表现出集聚与扩散并存的特点。城市内部功能分区日益明确，商业用地和居住用地多呈集中分布，形成以核心商圈和住宅组团为主体的空间结构；而工业用地则受交通条件、环境因素及政策引导影响，倾向于沿城市边缘或主要交通干道呈带状或点状分布，呈现出相对分散的空间格局。此外，土地利用变化还具有显著的区域异质性。经济发达地区由于产业结构升级频繁、人口密度大、基础设施建设完善，土地利用类型转换速度快、强度高，农业用地向工业、服务业用地转变迅速；而在经济欠发达地区，尤其是中西部偏远山区，土地利用变化速率较低，土地功能相对单一，仍以农业生产为主导，土地利用方式受自然条件制约更为明显。这些数量与空间特征的变化，既反映了区域经济社会发展的动态过程，也体现了自然地理条件对土地资源利用的深刻影响。

（二）影响土地资源利用变化的因素

土地资源利用变化受到多种因素的影响，包括自然因素和人为因素。自然因素方面，地形地貌对土地利用有着重要的限制作用。在山区，由于地形起伏较大，不利于大规模的农业耕种和城市建设，因此林地、草地等土地利用类型占比较大。气候条件也会影响土地利用，例如降水充沛的地区更适合发展水田农业，而干旱地区则以旱地农业或者牧业为主。土壤肥力的高低决定了土地的农业生产能力，肥沃的土壤往往优先被用于耕种。人为因素在现代社会对土地资源利用变化的影响日益显著。人口增长是一个重要的驱动因素，随着人口的增加，对住房、粮食等需求增大，促使更多的土地被开发利用。经济发展也是关键因素之一，工业的发展需要大量的建设用地来建设工厂、仓库等设施，商业的繁荣则推动城市中心商业区的不断扩张。政策因素同样不可忽视，政府的土地利用规划、耕地保护政策等都会对土地资源利用变化产生引导和约束作用。例如，严格的耕地保护政策会限制耕地转为其他建设用地的规模。

结论

GIS 技术在土地资源利用变化监测与分析中具有不可替代的作用。通过数据获取与预处理、多种变化监测方法的运用，能够准确地把握土地资源利用变化的情况。土地资源利用变化在数量和空间格局上呈现出多样化的特征，并且受到自然因素和人为因素的综合影响。在未来的土地资源管理中，应进一步发挥GIS 技术的优势，深入分析土地资源利用变化的规律，为土地资源的可持续利用提供科学依据。在制定土地利用政策时，要充分考虑各种影响因素，平衡经济发展与环境保护之间的关系，以实现土地资源的高效利用和生态环境的保护。

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