基于PSR模型的土地利用动态遥感监测区域划分方法研究以江苏省泰兴市为例
基于PSR模型的土地利用动态遥感监测区域划分方法研究以江苏省泰兴市为例[20200501124541]
摘要： 1
摘要：为了更加有针对性地进行土地利用动态监测工作，本文提出了基于发展压力状态的监测思路和方法。以泰兴市为例，首先，构建发展压力状态评价指标体系；其次，选取相应的定量指标；最后，利用多因素综合评价方法评价研究区域各个单元发展压力等级，并进行区域划分。区域划分结果为: 泰兴市土地利用动态遥感重点监测区面积为249.65k㎡，一般监测区面积为 1006.35 k㎡，分别占评价单元总面积的 19.9% 和 80.1%,结合各乡镇的土地利用特点，因地制宜地选择不同的监测思路和方法，对促进土地利用动态遥感监测工作的高效开展具有较好参考价值。
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关键字:发展压力；土地利用动态遥感监测；PSR模型；分区；泰兴市
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引言
人口众多、人均占地少、耕地后备资源不足是我国的基本国情。随着对地观测技术的飞速发展以及遥感观测基础数据的不断积累，遥感技术作为一种现代化高科技手段,为土地资源调查、土地变更调查及其科学评价提供了先进的技术手段和快速有效的工作方法，已经普遍应用于大规模、多尺度、高频率的国土资源调查工作中，并在耕地保护、土地变更调查和土地执法监察等方面发挥了非常重要的作用。
为进一步贯彻满足城市建设和土地管理的需要，十分珍惜和合理利用每一寸土地，国家每年都会开展多次土地利用动态遥感监测工作，土地监测范围的不断扩大，必然伴随着国土部门内外业工作量的剧增，如果依旧不分重点、一味大而全地开展遥感监测工作，不仅会浪费大量的人力、物力和财力，而且会影响遥感监测的高效性、现势性和准确性等优越性的发挥。在监测范围全覆盖的背景下，如何因地制宜地划分不同监测区域，以便针对不同区域采用适宜的监测思路和方法，进而全面提高遥感监测的工作效率、降低工作成本，乃是当前急需解决的问题。
一、研究的背景和意义
在现阶段，关于土地利用动态遥感监测的研究主要集中在监测方法改进、算法选择、图像处理和成果应用（周亦，2011；马小计，2008；柴渊，2007）等方面，而对监测分区的划分则鲜有研究。鉴于此，本研究以江苏省泰兴市为例，针对当前主要为控制新增建设用地、保护耕地红线开展土地利用动态遥感监测工作的实际情况，以泰兴市各个乡镇为此研究的评价单元，将评价单元内农用地和未利用地作为研究划分的对象，重点探讨基于“PSR（压力-状态-响应）模型”的土地利用动态遥感监测区域划分的方法，并对不同区域提出了不同的监测思路和方法，以其为今后进行国土遥感监测区域划分、因地制宜地采取不同的遥感监测方法提供借鉴，来促进土地利用动态遥感监测工作的高效开展。
本研究立足控制新增建设用地、保护耕地红线的实际，将评价单元内农用地和未利用地作为研究监测区域划分的对象，重点探讨市( 县) 小尺度上的遥感监测分区( 块) 划分方法，可为同类型区域的遥感监测工作提供借鉴。今后在国家、流域、省市等大尺度层面上进行遥感监测区域划分时，可考虑以乡镇、市( 县) 等行政区域为划分单元，采用本研究所探讨的方法进行监测区域划分，并因地制宜地采取相应的遥感监测方法。
二、研究现状分析
（一）遥感监测方法
我国土地利用遥感监测的主要方法有目视解译法、计算机动态信息提取自动分类方法和目视解译与计算机图像处理相结合的方法等。目视解译法是以土地利用现状调查资料为基础，确定各地类的解译标志，在遥感图像上划出各地类界线，得到遥感分类图，再比较各时相的遥感分类图。如曹银旋（2005）等利用美国陆地卫星对商都县进行了土地利用动态监测，对比近10年来土地利用现状的变化；周铁军、赵廷宁（2005）等应用遥感与地理信息系统对宁夏盐池县五期卫星遥感数据进行解译分析了研究区的土地利用和景观格局情况。计算机动态信息提取自动分类方法的应用也较多，目前人们已发展了多种方法实现对土地利用变化信息的发现与提取（Daniel L，2002），常用的方法有图像差值法、主成份分析法、光谱特征变异法、假彩色合成法、波段替换法、变化矢量分析法、波段交叉相关分析以及混合检测法、阈值法、分类法等，如郑兴年（1995）等在GIS支持下设计了一个遥感图像分类系统，对分类图像进行了土地利用动态监测分析；黎夏、叶嘉安（1997）对东莞市进行了城市扩展的遥感监测研究，采用主成分分析方法提高了监测精度。计算机自动分类与目视解译各有优缺点，把两种方法结合起来，会得到好的解译结果。在相当长的一段时间内，主要是采用目视解译与计算机图像处理相结合的方法进行遥感监测。如潘竟虎、刘菊玲（2005）等采取人工目视解译结合计算机自动识别对黄河源区1986-2000年土地利用和景观结构的时空变化特征进行了研究；王静、郭旭东等（2003）采用TM和SPOT资料对环北京地区资源与生态环境进行了遥感监测。“3S”结合技术的发展为土地利用动态监测提供了更为快捷、准确的方法，如王晓栋等（1999）运用“3S”结合技术（用RS发现变化靶区，用GPS定位靶区，用GIS集成管理数据）进行了县级土地利用动态监测的实验。
（二）算法选择和图像处理
土地利用动态遥感监测涉及数据源非常广泛，因不同数据的类型有所不同，其技术生产流程也不尽相同（周亦，2011），主要是全色遥感图像与多波段图像的纠正配准融合。戴昌达（2004)从平面控制资料上采集控制点，结合高程数据，分别对全色和多光谱遥感数据进行正射纠正，再对纠正后的全色和多光谱遥感数据进行融合、调色、镶嵌、裁切处理，生成县级辖区正射影像图。以上方法主要适用于全色与多光谱不同源的数据或者影像位于山区，且侧视角过大的数据。直接将多光谱与全色配准有一定难度，利用物理模型分别纠正全色和多光谱影像来保证纠正的精度。
监测成果在土地管理工作和国民经济建设中发挥了巨大作用。但多年积聚的海量遥感监测数据及其丰富成果,如何扩大其应用范围, 如何因地制宜地划分不同监测区域，以便针对不同区域采用适宜的监测思路和方法，进而全面提高遥感监测的工作效率、降低工作成本，乃是当前急需解决的问题。
三、研究区概况
泰兴市位于江苏省 中南部、长江下游东岸。北纬31°58′～32°23′,东经119°54′～120°21′。东接如皋市 ，南接靖江市，西濒长江 ，与扬中 、常州两市隔江相望。北与泰州市高港区 毗连。东西最大直线距离为47.0千米，南北最大直线距离为43.5千米。泰兴 属长江三角洲冲积平原，面积1172平方千米，人口121.22万。泰兴市属长江三角洲 冲积平原，地势东北高、西南低，由东北向西南渐次倾斜。按地貌特征，泰兴市可分为高沙土地区，沿靖圩田地区，沿江水田地区。地势东北高、西南低，由东北向西南渐次倾斜。下辖16个街道和乡镇。近年来，随着经济的快速发展和城市化水平的不断提高，泰兴市土地利用状况发生了巨大的变化，土地利用动态变化日益频繁。如下图所示：
表1：泰兴市1997年-2011年土地利用现状变更数据统计表（单位：亩）
年份 农用地 建设用地 未利用地 总面积
面积 比重 面积 比重 面积 比重
1997 90341.24 72.04 21144.64 16.86 13917.81 11.10 125403.69
1998 90289.95 72.00 21047.26 16.78 14066.48 11.22 125403.69
1999 90190.87 71.92 21170.50 16.88 14042.32 11.20 125403.69
摘要： 1
摘要：为了更加有针对性地进行土地利用动态监测工作，本文提出了基于发展压力状态的监测思路和方法。以泰兴市为例，首先，构建发展压力状态评价指标体系；其次，选取相应的定量指标；最后，利用多因素综合评价方法评价研究区域各个单元发展压力等级，并进行区域划分。区域划分结果为: 泰兴市土地利用动态遥感重点监测区面积为249.65k㎡，一般监测区面积为 1006.35 k㎡，分别占评价单元总面积的 19.9% 和 80.1%,结合各乡镇的土地利用特点，因地制宜地选择不同的监测思路和方法，对促进土地利用动态遥感监测工作的高效开展具有较好参考价值。
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关键字:发展压力；土地利用动态遥感监测；PSR模型；分区；泰兴市
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引言
人口众多、人均占地少、耕地后备资源不足是我国的基本国情。随着对地观测技术的飞速发展以及遥感观测基础数据的不断积累，遥感技术作为一种现代化高科技手段,为土地资源调查、土地变更调查及其科学评价提供了先进的技术手段和快速有效的工作方法，已经普遍应用于大规模、多尺度、高频率的国土资源调查工作中，并在耕地保护、土地变更调查和土地执法监察等方面发挥了非常重要的作用。
为进一步贯彻满足城市建设和土地管理的需要，十分珍惜和合理利用每一寸土地，国家每年都会开展多次土地利用动态遥感监测工作，土地监测范围的不断扩大，必然伴随着国土部门内外业工作量的剧增，如果依旧不分重点、一味大而全地开展遥感监测工作，不仅会浪费大量的人力、物力和财力，而且会影响遥感监测的高效性、现势性和准确性等优越性的发挥。在监测范围全覆盖的背景下，如何因地制宜地划分不同监测区域，以便针对不同区域采用适宜的监测思路和方法，进而全面提高遥感监测的工作效率、降低工作成本，乃是当前急需解决的问题。
一、研究的背景和意义
在现阶段，关于土地利用动态遥感监测的研究主要集中在监测方法改进、算法选择、图像处理和成果应用（周亦，2011；马小计，2008；柴渊，2007）等方面，而对监测分区的划分则鲜有研究。鉴于此，本研究以江苏省泰兴市为例，针对当前主要为控制新增建设用地、保护耕地红线开展土地利用动态遥感监测工作的实际情况，以泰兴市各个乡镇为此研究的评价单元，将评价单元内农用地和未利用地作为研究划分的对象，重点探讨基于“PSR（压力-状态-响应）模型”的土地利用动态遥感监测区域划分的方法，并对不同区域提出了不同的监测思路和方法，以其为今后进行国土遥感监测区域划分、因地制宜地采取不同的遥感监测方法提供借鉴，来促进土地利用动态遥感监测工作的高效开展。
本研究立足控制新增建设用地、保护耕地红线的实际，将评价单元内农用地和未利用地作为研究监测区域划分的对象，重点探讨市( 县) 小尺度上的遥感监测分区( 块) 划分方法，可为同类型区域的遥感监测工作提供借鉴。今后在国家、流域、省市等大尺度层面上进行遥感监测区域划分时，可考虑以乡镇、市( 县) 等行政区域为划分单元，采用本研究所探讨的方法进行监测区域划分，并因地制宜地采取相应的遥感监测方法。
二、研究现状分析
（一）遥感监测方法
我国土地利用遥感监测的主要方法有目视解译法、计算机动态信息提取自动分类方法和目视解译与计算机图像处理相结合的方法等。目视解译法是以土地利用现状调查资料为基础，确定各地类的解译标志，在遥感图像上划出各地类界线，得到遥感分类图，再比较各时相的遥感分类图。如曹银旋（2005）等利用美国陆地卫星对商都县进行了土地利用动态监测，对比近10年来土地利用现状的变化；周铁军、赵廷宁（2005）等应用遥感与地理信息系统对宁夏盐池县五期卫星遥感数据进行解译分析了研究区的土地利用和景观格局情况。计算机动态信息提取自动分类方法的应用也较多，目前人们已发展了多种方法实现对土地利用变化信息的发现与提取（Daniel L，2002），常用的方法有图像差值法、主成份分析法、光谱特征变异法、假彩色合成法、波段替换法、变化矢量分析法、波段交叉相关分析以及混合检测法、阈值法、分类法等，如郑兴年（1995）等在GIS支持下设计了一个遥感图像分类系统，对分类图像进行了土地利用动态监测分析；黎夏、叶嘉安（1997）对东莞市进行了城市扩展的遥感监测研究，采用主成分分析方法提高了监测精度。计算机自动分类与目视解译各有优缺点，把两种方法结合起来，会得到好的解译结果。在相当长的一段时间内，主要是采用目视解译与计算机图像处理相结合的方法进行遥感监测。如潘竟虎、刘菊玲（2005）等采取人工目视解译结合计算机自动识别对黄河源区1986-2000年土地利用和景观结构的时空变化特征进行了研究；王静、郭旭东等（2003）采用TM和SPOT资料对环北京地区资源与生态环境进行了遥感监测。“3S”结合技术的发展为土地利用动态监测提供了更为快捷、准确的方法，如王晓栋等（1999）运用“3S”结合技术（用RS发现变化靶区，用GPS定位靶区，用GIS集成管理数据）进行了县级土地利用动态监测的实验。
（二）算法选择和图像处理
土地利用动态遥感监测涉及数据源非常广泛，因不同数据的类型有所不同，其技术生产流程也不尽相同（周亦，2011），主要是全色遥感图像与多波段图像的纠正配准融合。戴昌达（2004)从平面控制资料上采集控制点，结合高程数据，分别对全色和多光谱遥感数据进行正射纠正，再对纠正后的全色和多光谱遥感数据进行融合、调色、镶嵌、裁切处理，生成县级辖区正射影像图。以上方法主要适用于全色与多光谱不同源的数据或者影像位于山区，且侧视角过大的数据。直接将多光谱与全色配准有一定难度，利用物理模型分别纠正全色和多光谱影像来保证纠正的精度。
监测成果在土地管理工作和国民经济建设中发挥了巨大作用。但多年积聚的海量遥感监测数据及其丰富成果,如何扩大其应用范围, 如何因地制宜地划分不同监测区域，以便针对不同区域采用适宜的监测思路和方法，进而全面提高遥感监测的工作效率、降低工作成本，乃是当前急需解决的问题。
三、研究区概况
泰兴
表1：泰兴市1997年-2011年土地利用现状变更数据统计表（单位：亩）
年份 农用地 建设用地 未利用地 总面积
面积 比重 面积 比重 面积 比重
1997 90341.24 72.04 21144.64 16.86 13917.81 11.10 125403.69
1998 90289.95 72.00 21047.26 16.78 14066.48 11.22 125403.69
1999 90190.87 71.92 21170.50 16.88 14042.32 11.20 125403.69
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