摘要：研究以中原城市群的新鄉(xiāng)、鶴壁和安陽為研究區(qū)域，利用Envi5.3和ArcGIS10.2軟件，結(jié)合Landsat8OLI_TIRS衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，分析2013年、2017年和2021年3個時間節(jié)點的城鄉(xiāng)建設(shè)用地變化。研究發(fā)現(xiàn)，2013—2021年間，研究區(qū)域建設(shè)用地面積顯著增長，其中，2017—2021年的增長速度尤為顯著。通過對比分析和轉(zhuǎn)移矩陣方法，揭示了建設(shè)用地擴張與區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展、人口增長、城市化進程等因素的密切關(guān)聯(lián)。研究結(jié)果可為區(qū)域土地資源管理和城鄉(xiāng)規(guī)劃提供參考。

關(guān)鍵詞：城鄉(xiāng)建設(shè)用地土地利用變化遙感地理信息系統(tǒng)中原城市群

AnalysisoftheSpatiotemporalChangesandDrivingForcesofUrbanandRuralConstructionLandintheCentralPlainsUrbanAgglomeration

ZHANGWenjing1ZHANGHe1LIJun2

1.HenanCollegeofSurveyingandMapping，ZhengzhouCity，He’nanProvince，454000China;2.ChinaConstructionIndustrialandEnergyEngineeringGroupCo.，Ltd.，ZhengzhouCity，He’nanProvince，454000China

Abstract：TakingXinxiang，HebiandAnyangoftheCentralPlainsurbanagglomerationastheresearcharea，usingEnvi5.3andArcGIS10.2softwarealongwithLandsat8OLI_TIRSsatelliteremotesensingdata，thisarticleanalyzesthechangesinurbanandruralconstructionlandatthreetimepointsin2013，2017，and2021.Thestudyrevealsasignificantincrease?;inconstructionlandareafrom2013to2021，withthegrowthratebetween2017and2021beingparticularlynoteworthy.ThroughComparativeAnalysisandTransitionMatrixmethods，thecloseconnectionbetweentheexpansionofconstructionlandandregionaleconomicgrowth，populationincrease，andurbanizationprocesses，andotherfactorshasbeenrevealed.Thesestudyresultscanprovidereferenceforregionallandresourcemanagementandurban-ruralplanning.

KeyWords：Urbanandruralconstructionland;Landusechange;Remotesensing;GIS;CentralPlainsurbanagglomeration

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，城鄉(xiāng)建設(shè)用地快速擴張，特別是在中原城市群這樣的經(jīng)濟活躍區(qū)，土地資源的供需矛盾日益尖銳。土地資源的合理利用和規(guī)劃是區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展和社會穩(wěn)定的關(guān)鍵。遙感技術(shù)和地理信息系統(tǒng)（GeographicInformationSystem，GIS）已成為土地利用變化研究的重要工具，其能夠有效監(jiān)測和分析土地利用的動態(tài)變化。隨著這些技術(shù)的發(fā)展和城鎮(zhèn)化速度的加快，土地利用變化研究也逐漸增多，研究范圍從單一的變化監(jiān)測擴展到變化機制[1]、影響評價[2]、預(yù)測模擬[3]等多個方面。然而，對于中原城市群這樣的特定區(qū)域，特別是其城鄉(xiāng)建設(shè)用地時時空動態(tài)變化及對區(qū)域發(fā)展影響的深入分析還相對缺乏。

本文以中原城市群的土地利用變化研究為例，綜合應(yīng)用多種技術(shù)和方法，不僅揭示了土地利用類型的變化和驅(qū)動因素，還評估了這些變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和生態(tài)景觀的影響。盡管土地利用效率的研究起步較晚，但通過方法如數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法（DataEnvelopmentAnalysis，DEA）[4-6]，學(xué)界已開始評價和探討土地利用效率及其影響因素，為提高土地資源管理的效率提供了新的視角。未來的研究需要進一步探索土地利用變化的機制，加強效率評價方法的研究，以促進土地資源的可持續(xù)利用和高質(zhì)量的城鎮(zhèn)化發(fā)展。

1數(shù)據(jù)獲取

1.1研究區(qū)域

安陽、鶴壁和新鄉(xiāng)位于河南省北部，其各具特色的地理位置和自然環(huán)境為中原城市群的發(fā)展提供了獨特的背景。安陽擁有深厚的歷史文化，地理上處于晉豫魯交界，展現(xiàn)了中原地區(qū)的文化深度和城市發(fā)展的歷史軌跡。鶴壁位于太行山東側(cè)，是一個典型的山地與平原交界的城市，其土地利用狀況反映了地形地貌對城鄉(xiāng)建設(shè)的影響。新鄉(xiāng)則位于黃河北岸，是河南省的重要交通樞紐和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地，其土地利用變化可以揭示農(nóng)業(yè)發(fā)展和城市擴張的關(guān)系。這3個城市不僅在經(jīng)濟和社會發(fā)展上具有重要地位，同時也在河南省乃至整個中原經(jīng)濟區(qū)的城鄉(xiāng)建設(shè)和土地利用規(guī)劃中扮演著關(guān)鍵角色，通過對這3個城市的綜合研究，可以全面理解中原城市群在快速發(fā)展中土地利用變化的規(guī)律，為制定區(qū)域土地規(guī)劃和城鄉(xiāng)建設(shè)提供有價值的參考。

1.2數(shù)據(jù)來源

本研究主要利用了來自中國科學(xué)院國家計算機科學(xué)網(wǎng)絡(luò)信息中心（中國科學(xué)院大數(shù)據(jù)中心）的大數(shù)據(jù)處理云平臺，從中獲取了Landsat8衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，包括2013年、2017年和2021年不同時間點獲取的遙感影像。其中，除了波段8的空間分辨率為15m外，其余10個波段的分辨率均為30m。

2數(shù)據(jù)處理

2.1遙感影像預(yù)處理

ENVI5.3軟件被用于圖像的預(yù)處理，包括輻射定標(biāo)、大氣校正、圖像融合、鑲嵌、裁剪等關(guān)鍵步驟。利用ENVI的輻射定標(biāo)工具進行了輻射定標(biāo)，隨后進行了大氣校正，以減少大氣因素對圖像的影響。同時，為提高影像的空間分辨率，進行了圖像融合處理，特別是利用Landsat8的第八波段進行了分辨率增強；接著，通過圖像鑲嵌技術(shù)，合并了不同圖像；最后進行圖像裁剪（見圖1），以確保研究區(qū)域的準(zhǔn)確性。

2.2城鄉(xiāng)建設(shè)用地的提取

本文依據(jù)“中國科學(xué)院土地利用覆蓋分類體系”進行分類。其中，耕地，表征為人類耕作的區(qū)域，如農(nóng)田，顯示為規(guī)律的塊狀或線條狀圖案；林地，由樹木覆蓋，多呈現(xiàn)為不規(guī)則的綠色斑塊；草地，表現(xiàn)為連綿不斷的綠色區(qū)域，但質(zhì)地較林地更為均勻；水體，以藍色或黑色表示，形態(tài)多變；城鄉(xiāng)建設(shè)用地，顯示為密集的建筑群落，顏色因材料不同而異；未利用地，通常為自然狀態(tài)下的地表，色彩多樣，紋理較為雜亂。通過這些類別，可以更精確地解讀和分析土地的利用情況。本文采用監(jiān)督分類的方法進行。

2.3城鄉(xiāng)建設(shè)用地的分類

分類主要需要分析建設(shè)用地在2013—2017、2017—2021兩個時間段的變化。重分類、邊界消除與合并常用在區(qū)域數(shù)據(jù)的操作中，需要依據(jù)土壤類型這個屬性項對原始數(shù)據(jù)層重新分類。如果兩個相鄰多邊形具有相同的土壤類型，則刪除它們之間的分界弧段分界，重新建立拓撲關(guān)系，合并無分界弧段的、相鄰的多邊形。然后，利用ArcGIS做土地利用轉(zhuǎn)移矩陣。

3結(jié)果

3.1城鄉(xiāng)建設(shè)用地變化

在2013—2017年間，具體以鶴壁市來看，建設(shè)用地經(jīng)歷了顯著的土地用途轉(zhuǎn)變。具體而言，建設(shè)用地中的15.16km2、42.41km2和96.17km2分別由水域、未利用地和植被覆蓋提供，在同一時期內(nèi)，水域的總面積減少了0.3112km2，未利用土地也減少了0.4078km2。在2017—2021年期間，建設(shè)用地中的4.85km2、14.18km2和657.24km2分別由水域、未利用地和植被覆蓋提供，建設(shè)用地面積增加到了1368.3166km2。

在2013年—2021年間，安陽、鶴壁和新鄉(xiāng)三地的建設(shè)用地面積經(jīng)歷了顯著增加，從2013年的建設(shè)用地面積8831km2開始，到2021年增長至11726km2，增長幅度達到了32.8%。分階段來看，2013—2017年的增長率為7.4%，而在2017—2021年期間，增長率大幅上升至23.6%，這表明后四年的增速更為迅猛。建設(shè)用地面積的擴張以減少植被覆蓋的土地為代價，原有的植被覆蓋地比例從2013年的44%下降到2021年的30%，同時，建設(shè)用地占比從2013年的50%增加到2021年的66%，這一變化反映出兩者之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，大部分原本的植被覆蓋地轉(zhuǎn)變?yōu)榱私ㄔO(shè)用地。

3.2城鄉(xiāng)建設(shè)用地驅(qū)動力

對于2013—2019年間城鄉(xiāng)建設(shè)用地動態(tài)變化，研究側(cè)重于人口因素和經(jīng)濟因素兩個關(guān)鍵維度的影響。經(jīng)濟因素的考量涉及城市化進程的經(jīng)濟動力、經(jīng)濟整體增長水平及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整對建設(shè)用地的需求。具體來說，區(qū)域內(nèi)生產(chǎn)總值增長、財政收入的提升、二三產(chǎn)業(yè)增加值的提高、固定資產(chǎn)投資的擴大、建筑業(yè)產(chǎn)值和房地產(chǎn)投資的增加都是推動建設(shè)用地變化的經(jīng)濟驅(qū)動力。此外，居民生活水平的提高，如人均收入的增長和在崗職工平均工資的上升，反映了居民對更高生活質(zhì)量的追求，這也在一定程度上推動了建設(shè)用地的擴張。而從人口因素角度分析，城鄉(xiāng)建設(shè)用地的變化主要受到城鎮(zhèn)人口增長、農(nóng)村人口變動及凈遷入率的影響，人口的集聚加速了城市化進程、增加了對城鄉(xiāng)建設(shè)用地的需求，特別是城鎮(zhèn)化率的上升，促使了更多農(nóng)村地區(qū)向建設(shè)用地轉(zhuǎn)變。

3.2.1經(jīng)濟因素

2013—2019年，從河南省生產(chǎn)總值與財政總收入統(tǒng)計表可看出，河南省的土地利用變化受到經(jīng)濟發(fā)展特別是第二、三產(chǎn)業(yè)增長的顯著影響，河南省的生產(chǎn)總值從31632.50億元增至54259.20億元，增長率達到71.53%。其中，第三產(chǎn)業(yè)增長最為顯著，生產(chǎn)總值從11809.92億元飆升至26018.01億元，占總生產(chǎn)值的比重也由37.3%上升至近48%，反映出服務(wù)業(yè)的迅速擴張。與此相反，第一產(chǎn)業(yè)的增長則相對緩慢，其在總生產(chǎn)值中的比例從12.1%降至8.5%；第二產(chǎn)業(yè)雖然增長幅度較大，但在總生產(chǎn)值中的比例有所下降，從50.6%減至43.5%。財政收入的增長與經(jīng)濟發(fā)展密切相關(guān)，河南省的財政收入從2013年的3686.81億元增長至2019年的6187.23億元，呈現(xiàn)出67.82%的增幅，這一增長在一定程度上表明了河南省的經(jīng)濟增長勢頭。

結(jié)合這些數(shù)據(jù)可以看出，在經(jīng)濟發(fā)展的推動下，河南省城鄉(xiāng)建設(shè)用地擴張明顯，農(nóng)業(yè)用地減少趨勢顯著。此外，隨著服務(wù)業(yè)尤其是第三產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，土地利用類型及結(jié)構(gòu)調(diào)整是必然的結(jié)果。

對2013—2019年河南省建設(shè)投資進行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)河南省在此期間的全社會固定資產(chǎn)投資總額幾乎翻倍，從2013年的26087.45億元增長至2019年的51949.28億元，呈現(xiàn)出顯著的增長趨勢，增長率達到了99.14%；在建筑業(yè)方面，產(chǎn)值也有明顯的增長，從7003.20億元上升到12701.68億元，增長率為81.37%，同時，建筑業(yè)相關(guān)單位數(shù)和從業(yè)人員也有所增加；房地產(chǎn)投資額方面，投資額增長了94.20%，從3843.76億元上漲至7464.59億元。固定資產(chǎn)投資總額翻倍，建筑業(yè)產(chǎn)值和房地產(chǎn)投資額顯著上漲，反映出省內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和城市擴張的活躍，導(dǎo)致建設(shè)用地顯著擴張。建設(shè)用地的增加和農(nóng)用地的減少是河南經(jīng)濟快速發(fā)展和城鎮(zhèn)化進程的直接結(jié)果，但也為土地資源的可持續(xù)利用帶來挑戰(zhàn)。

3.2.2人口因素

河南省在2013—2019年期間經(jīng)歷了顯著的人口和經(jīng)濟變化。這一時期內(nèi)，總?cè)丝谠黾恿?51萬，城鎮(zhèn)人口增加了1185萬，而鄉(xiāng)村人口減少了834萬，反映出顯著的城鎮(zhèn)化趨勢。城鎮(zhèn)化率的提高反映了農(nóng)村勞動力向城市的大規(guī)模遷移，這不僅改變了人口分布，也推動了城市建設(shè)用地的需求增加。同時，居民的經(jīng)濟狀況也有了顯著改善，數(shù)據(jù)顯示，城鄉(xiāng)居民的人均可支配收入和平均工資都有了大幅度的增長，分別增長了44.48%和75.63%，收入的增加直接促進了居民消費能力的提升，進而增加了對住宅、商業(yè)和其他建設(shè)用地的需求。隨著人們生活水平的提高，對于教育、休閑、文化等公共設(shè)施的需求也隨之增加，這些都需要相應(yīng)的土地來支持。

城鎮(zhèn)化的加速和居民生活水平的提升雖然促進了經(jīng)濟發(fā)展和社會進步，但同時也帶來了對土地資源的巨大壓力。建設(shè)用地的快速擴張，尤其是在城市和城郊地區(qū)，往往以犧牲農(nóng)用地和綠地為代價，這對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境保護構(gòu)成了挑戰(zhàn)。

4結(jié)語

本研究采用遙感和GIS技術(shù)，對河南省安陽、鶴壁和新鄉(xiāng)三城市2013年、2017年和2021年的土地利用情況進行了分析，重點關(guān)注了建設(shè)用地的變化。通過精確處理遙感數(shù)據(jù)并應(yīng)用監(jiān)督分類方法，研究建立了適應(yīng)該區(qū)域特點的土地利用分類體系，有效地揭示了研究期間的土地利用動態(tài)變化。結(jié)果表明：三城市建設(shè)用地面積在2013—2021年間增長了32.8%，尤其是2017—2021年間增長速度加快，達到23.6%。研究進一步分析鶴壁市的土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，揭示了建設(shè)用地擴增的具體源頭，體現(xiàn)了不同土地類型間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。研究還探討了經(jīng)濟和人口因素對土地利用變化的影響，顯示建設(shè)用地擴張與經(jīng)濟增長、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、人口變動及城鎮(zhèn)化緊密相關(guān)。

盡管本研究提供了有關(guān)河南省土地利用變化的寶貴視角，但也存在局限，如遙感數(shù)據(jù)分辨率和數(shù)據(jù)收集的不足。未來工作需引入更高分辨率的遙感數(shù)據(jù)和更全面的地區(qū)數(shù)據(jù)，以提升土地利用變化分析的精確度和深度，從而更好地支持土地規(guī)劃和管理策略的制定。

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