基于GIS与RS的土地利用现状调查方法研究

基于GIS与RS的土地利用现状调查方法研究

——以北京市西城区土地利用现状调查为例

段毅君1, 2，陈建平1, 2，田毅1, 2，高俊1, 2

1中国地质大学（北京），北京（100083）

2中国地质大学（北京）北京市国土资源信息开发研究重点实验室，北京（100083）

E-mail：duanyijun77@https://www.wendangku.net/doc/477749670.html,

摘要：本文根据研究区的高分辨率航空遥感影像图，参照“北京市城市规划”中的土地分类标准，采用人工判读解译，最后生成西城区土地利用现状图，并利用GIS的空间分析计算功能，统计出西城区各土地利用类型的地块单元数量及面积，生成西城区土地利用类型结构图。本文的研究结果可以用于判断西城区土地利用的可持续性,为西城区土地规划及经济持续发展宏观决策提供科学依据。

关键词:土地利用现状高分辨率航空遥感影像土地利用类型空间分析

1.研究背景

城市土地是城市经济活动的载体。土地使用具有较长的时效性。人们根据土地的自然属性和社会经济发展需要加以开发或改造从而形成不同用途和使用特征的地域单位。城市用地是城市规划的主要内容和工作对象。城市规划通过控制城市土地使用和开发建设，从而实现合理配置空间资源、促进城市经济和社会的发展.

与城镇土地分类不同的是，城市土地利用现状调查是为了城市建设与规划服务的，则需要重点考虑经济与社会环境，而不是土地的自然利用类型。因而，在规划中需按照用地分类要求进行。

在城市土地使用的规划控制中，面对着城市庞杂的现实问题，因此，需要制定必要的控制规则与规范，确保规划顺利的运行。城市用地分类是城市规划中重要的工作方法和技术规范。它是为了保证城市土地的高效、合理利用，根据一定时期内城市经济、社会、环境对城市用地发展的要求，按照土地的特性功能和其他因素，将土地划分为若干类型，并通过编制城市土地使用规划确定每一宗地块的使用类型和控制基本使用规则，要求每宗土地严格按照城市土地使用规划图编定的类型加以利用。由此可以看出，城市用地分类是表述城市规划控制规则的重要途径和技术规范，也是使用地规划控制行为本身规范化、科学化，减少随意性和可能的错误的重要环节。科学合理的土地利用分类体系可以更好地服务于全国的土地管理，有效调整土地利用结构，充分合理地开发利用土地资源。因此，研究城市土地利用现状具有十分重要的理论和现实意义。[1]

2.用地分类标准的建立

土地利用分类主要是依据土地的用途、经营特点、利用方式和覆盖特征对土地进行的一种分类。它是区分土地利用空间地域组成单元的过程，这种空间地域单元是土地利用的地域组合单元，表现人类对土地利用改造的方式和成果，反映土地的利用形式和功能。[1] 土地利用分类是土地科学发展水平的重要标志之一，是土地利用现状调查制图的基础，是进行土地管理、保护耕地资源的重要依据，也是国内外土地利用信息交流的媒介。建国以来我国对土地利用分类进行了大量的理论和实践研究，并制订和提出了较多有实际意义的土地利用分类体系。其中全国农业区划委员会分别于1981年和1984年制订的两个土利用分类

体系、中科院地理所1983年提出的土地利用分类体系、国家土地管理局于1989年制订并于1993年修改的城镇土地利用分类体系等是我国有代表性和影响力的土地利用分类体系。

土地利用分类是区分土地利用空间地域组成单元的过程。这种空间地域单元是土地利用的地域组合单位，表现人类对土地利用、改造的方式和成果，反映土地的利用形式、用途功能。因此，国内外土地利用分类的划分标准存在着形式、用途功能及其二者综合等三种模式。

(1)形式分类认为土地利用分类应反映人类对土地利用改造的形式，反映土地利用本身的内在自然特征。据此，一般地将土地利用分为:林地、草地、水域、人工建筑、开阔地、石山、冰川、沙漠等，并按形式进一步划分为亚类，甚至更详细的级别类型。如:建筑用地类型可以分为:高层建筑、低层建筑、道路、开阔地等。这类方案应用于遥感、土地资源的初级识别或宏观认识研究。

(2)用途功能分类强调土地利用分类依据不同地域单元上的人类活动，即土地利用地域单元的用途或功能。Clawson和Stewart定义为主导的人类和土地相关的人类活动。他们将土地先分为已利用土地和未利用土地两大类，在已利用土地中根据土地利用部门分出第二级十类，即种植业用地(耕地)、园艺和园林业用地(园地)、林业用地(林地)、畜牧业用地(牧草地)、交通用地、居民点用地、独立工矿用地、国防用地、娱乐旅游用地、渔业用地等，然后各部门用地还可分出第三级。

(3)综合分类实质上是模糊了功能和形式的严格区分，在分类运用中，交叉考虑功能和形式，分类体系逻辑性较差。不同层次、不同类型分类标准不统一，类型的命名多考虑现实习惯，忽视严格的科学概念。如美国70年代地质调查时拟定的土地利用调查分类系统(Mather A.S.1986)和我国现行的土地利用现状调查分类。

城市总体规划主要将用地分为：居住用地、工业用地、道路广场用地和绿地四大类。但是该项目我们将用地细分为以下几类：商业金融用地、工业仓储用地、市政用地、公共建筑用地、住宅用地、交通用地、水域用地、特殊用地[4] [5] 。

3.解译标志的建立

西城区是北京市人口相对较多、经济发达的地区，且是北京市的商业活动区，因此，本次研究土地利用类型的判读，重点调查住宅用地、商业用地与工业用地。

图1 商业用地图2 工业用地

商业用地：商业、金融业、服务业、旅馆业和市场等用地。

工业用地：工矿企业的生产车间、库房及其附属设施等用地。包括专用的铁路、码头和道路等用地。不包括露天矿用地，该用地应归入水域和其它用地（Ｅ）。

商业用地在影像上形状不规则，不像住宅用地那么有序，也没有纵横交错的道路。一般建筑很高层，且形状各异分布不规则见图1；工业用地可以较清楚地看到一些工业附属设施，如烟囱等见图2。

图3 一类住宅用地图4 二类住宅用地

图5 三类住宅用地图6 四类住宅用地

一类住宅用地：以低层住宅为主，公用设施齐全、布局完整，见图3。

二类住宅用地：以多、中、高层住宅为主，环境较好，见图4。

三类住宅用地：住宅与工业等用地有混合交叉，布局不完整、环境一般，见图5。

四类住宅用地：以简陋住宅为主，如平房、老城区，见图6。

这四种住宅用地以二类住宅用地最为常见，也是大面积分布在研究区。影像上表现为：一类住宅用地基本上为一二层的住宅，周围环境好；二类住宅用地大面积分布，中高层为主，公用服务设施齐全；三类住宅用地与工业用地混合交叉，在影像图上易识别；四类住宅用低一般是简陋的平房，环境差，公用设施缺乏。

4.北京西城区土地利用现状实例研究

土地利用现状图是用质底法（为了反映制图区域连续内部现象的质量特征，通常把性质有差异的不同类型对象在地图上用不同颜色、面状符号或晕线加以区分）反映一个地区农、林、牧、居民地、工矿、交通及其他行业的用地现状的专题地图。该图有效的反映了城市土地利用的类型、分布，是衡量土地利用强度的重要指标。本研究中土地利用现状图数字化信息图层是以同等比例尺（1：2000）的道路、水系、绿地等多层叠加生成工作底图后，收集研究区的高分辨率航空遥感影像图，参照“北京市城市规划”中的土地分类标准，采用人工判读解译，同时结合各种地形、地物的名称、形态等，勾绘出各类用地的分界线，最后生成各地块的图斑，划分出居住、商业、、工业、仓储、绿地等不同的土地利用类型[2] [3]。具体流程见图7。

图 7 土地利用现状图生成流程图

4.1 制作方法

(1) 数据收集与预处理

本研究所涉及的原始数据来自多个方面，其中主要有2005年的航空影像图、2002年的矢量图以及搜集到的一些西城区的统计数据。

根据项目区的范围，选择待分析的遥感影像，然后用Envi合并相关遥感影像。合并影像时，可先把用到的遥感影像转化为TIF格式，然后再合并，合并后把图像转化为JPG格式的图像，便于下一步操作时有效的节省空间资源。同时，利用ArcGIS软件，将北京市中心城区地形图中的街道边线、双线河、绿地等矢量按行政区进行切割，例如沿西城区区界进行切割，形成分区现状底图[6]。

(2)遥感影像配准：利用ArcGIS软件中的空间配准功能，将分区现状底图与遥感影像图进行配准。配准时候以有地理坐标的矢量图为准，把影像图向矢量图配准。

(3)土地利用现状图底图更新：将矢量图上的街道边线，双线河，绿地等要素，与遥感影像图上相应的要素进行对比，根据影像图修改矢量图上过时的和错误的地方。例如拓宽的道路，拆除或者新建的楼房等，要以影像图为准，修改矢量图。在对要素进行修改时，可以使用高级编辑工具栏的这些工具来修改所要改变的要素，见图8。

图8 土地利用现状图底图更新

(4）土地利用现状图编辑：将道路和各类型土地利用区块以多边形方式闭合，形成一个一个的封闭多边形，即土地利用现状单元。待所有土地利用现状单元边线编辑完毕，则借助ArcGIS的数据管理工具中要素转化为多边形的功能，将线文件生成区文件，再与转化前的线文件进行叠加，其中区文件在上，线文件在下。将区文件的填充色设置为无，未被覆盖的线即为断线，重新进行闭合。如此可以将所有土地利用现状单元闭合成区，并加快了线编辑的速度。

（5）计算各土地利用现状单元的面积：在土地利用现状图属性表中添加面积（Area）字段，然后利用计算（Calculate Values）功能，输入计算区面积的VBA代码，计算各土地利用现状单元的面积。

(6)土地利用现状图赋值：参考城市用地分类与规划建设分类标准CBJ137-90，对照城区航空遥感影像，同时结合各种地形、地物的名称、形态等，对城市的土地类型进行分类，所有要素按类型输入属性值，形成土地利用现状图，见图9。

图9 土地利用现状图赋值

4.2 土地利用现状及分析

根据西城区土地利用现状图（图10）和西城区土地利用结构图（图11），可以看出该区是一个以行政、办公为主，商务金融区众多，居住面积比例大的老城区，其中，公共建筑共27个地块单元，占全区面积的24%，反映出国家行政职能部门主要都集中在西城区。居住用地共20个地块单元，占全区总面积的30%。虽然道路广场仅仅有8个地块单元，但是占全区总面积的37%，是西城区面积最大的土地利用类型。具体数据如表1所示。

表1：北京市西城区土地利用类型统计表

类型地块单元个数占地面积/平方米

公共建筑27 769378348.596

水域及其他 1 857992.799024 绿化用地 3 251636806.496 工业用地 1 225765.544574

居民用地20 951614235.731 道路广场8 1215495016.45 对外交通 1 7976.857264 市政公用 5 25154155.4331 仓储用地 2 31530.126141 总计68 3214401828.033103

图10 西城区土地利用现状图

5.土地利用现状分析与可持续发展建议

结合西城区的土地利用现状及结构可以总结出西城区具有如下特点①西城区是党中央政府所在地，政治活动的中心，国家政治决策和宏观经济决策的中枢，国际交往的中心；②具有历史质感的文化生态景观，丰富的文化特色；③第三产业突出；④文化产业相对发达。

西城区处于北京市中心区，具有国家行政办公职能、综合性文化职能、商业商务活动职能、高品质生活居住职能，我们以可持续国际大都市中心城区作为西城区发展的战略定位。根据《北京城市总体规划》提出的要求，以城市的可持续发展为目标，给出如下可持续发展的总体建议：建成以阜成门和复兴门为两角，由阜成门内大街和复兴门内大街围成的北京市中心商务和事务区，其中以金融街为主体的中心商务以金融、保险和企业总部等为主；金融街以西至西四、西单的部分则建成集中的行政、办公区，形成北京市的中心事务区。形成以文化一条街为箭、以动物园至积水潭三海、北海、景山、中南海一线为弓的弓箭形旅游区框架，重点建设积水潭地区及其西南部至胡同保护区，形成体现东方文化和建筑艺术的旅游区。

参考文献

[1] 周常萍，袁春. 浅议遥感技术在土地利用现状调查中的应用. 资源调查.2002.3.

[2] 王建第，余秀琴.航空遥感与地理信息系统相结合在杭州西湖风景区用地调查中的应用.测绘工程.1997.3

[3] 王洪芬，吕廷勇.城市土地利用中航空影像图的应用研究.山东大学报.1996.12

[4] 杜培军、郭达志、盛业华。高分辨率卫星遥感的发展及在城市规划与管理中的应用[J]。城市勘测，1999（4）：17-21。

[5] 北京城市总体规划（2004～2020年）.2004.

[6] Xu, Wenbo，Fan, Jinlong. Extraction of land cover change information from Envisat-ASAR data in Chengdu Plain. GEOINFORMATICS 2006

[7] Li, Qiu，Wu, Lixin. Research on image evidence in land supervision and GIS management. GEOINFORMATICS 2006

Study on Land use Investigation Based on GIS and RS

——Set Xicheng District of Beijing as an Example Duan Yijun1,2, Chen Jianping1,2, Tian Yi1,2, Gao Jun1,2

1 China University of Geosciences (Beijing), Beijing (100083)

2 Beijing Key Laboratory of Research and Exploration Information of Land Resources,

Beijing (100083)

Abstract

Based on the high spatial resolution aerial images, according to the Beijing Urban Planning’s land use classification criterion, the paper generated the Xicheng district land use map using artificial interpretation method .And then, the author statistic the number and area of each land use type by the help of GIS. The result of this study can be used to judge whether the land use of Xicheng district is sustainable, and also can sever as a scientific basis for land use planning and decision-making of economical development.

Keywords: Land use status, High spatial resolution aerial image, Land use type, Spatial analysis