基于遥感技术的城市建设用地发展监测
——以防城港市为例
黄连秋 ，陈秋君 ，聂海梅 ，刘锦清 ，王锦驹
（南宁师范大学，广西 南宁 530000）
摘 要： 选取防城港市建成区2007、2011、2014年遥感图像，运用eCognition、Arcgis软件提取各类用地，分析近7年来防城港市建成区建设用地的规模和空间的扩张特征。结果表明：1）防城港市城市的扩张方向主要是向海域扩张为主，近年来主要在港口区的渔万半岛和企沙半岛填海造地，发展工矿仓储用地，老城区防城区则主要是以内部挖潜为主；2）2014年防城港市建设面积比2007年扩张2355.51公顷，增加48.6%，其中填海造地增加面积497.06公顷；3)2007年～2011年建设用地的变化速率远高于2011年～2014年建设用地的变化速率；4)防城港市港口区土地利用结构也发生了较大的变化，从2007年～2014年，非建设用地面积不断减少，建设用地不断增加。
关键词： 建设用地；遥感技术；时空特征；防城港市建成区
1 研究综述
1.1 研究意义
近年来，国家大力发展“一带一路”经济，防城港作为一带一路有机衔接的城市，着力构建“边海经济带”。城市化进程速度不断加快导致建设用地不断扩张，造成农用地资源不断减少，不仅对防城港市的农产品生产构成严重威胁，而且对于城市及其周边地区的环境质量和生态安全也产生了一定的消极作用。因此，利用空间探测技术遥感（RS），快速、准确、实时地获取城镇用地的数据信息，运用eCognition以对象为分析的最小单元，综合考虑高分辨遥感影像的光谱、纹理等特征信息，对遥感图像进行分类。能够较为准确地对遥感影像进行分析，减少传统的基于像元层次分类方法语义信息的损失率。为了更好地降低误差，运用地理信息系统（GIS）准确的空间数据处理和分析功能，对eCognition解译结果进行解译并监测城镇扩展动态。对城市建设用地扩张问题的研究，对于从宏观上引导和调控城市土地开发利用，改善城市生态环境以及推进城市的可持续发展均具有重大意义[1]。
广东农垦是全国农垦创建最早的垦区之一，走过了68年的光辉历程。近年来，广东农垦按照垦区“十三五”规划的既定目标，以推进垦区供给侧结构性改革为目标，坚持聚焦主业、稳中求进、防控风险的工作基调，加快打造国际化的大型现代农业企业集团，垦区各项工作取得了新进展、新成效。为了宣传广东农垦改革发展方面的经验和做法，促进垦区之间学习交流，日前，《中国农垦》编辑部（以下简称“本刊”）书面采访了广东省农垦集团公司（广东省农垦总局）党组书记、董事长（局长）陈少平。
1.2 研究内容与研究方法
1.2.1 研究内容
（3）让幼儿善于合作和交往。即学会与同伴共同生活，在生活自理能力上能够相互协作、相互学习、共同发展；能与同伴共同探究问题，克服困难，相互支持，合作完成任务；增进与同伴之间的相互了解，提高社会交往能力。
为了研究防城港市建成区建设用地的时空特征，通过选取防城港市2007、2010、2014年防城港市遥感图像，运用eCognition、arcgis软件对各类用地提取，分析近十几年来防城港市建设用地的变化特征。
本文主要研究防城港市建成区2007年、2011年、2014年建设用地扩张的时空特征，从五个方面采取两个方法对防城港市建成区建设用地扩张的变化进行分析，分析防城港市、港口区建设用地扩张的整体情况和建设用地类型的变化趋势。
从谷歌地球发布的tif格式的卫星遥感数据影像集中，截取防城港地区三期遥感影像数据，经查询，为Landsat卫星真彩色合成影像，空间分辨率为30m。三期遥感影像数据获取的时间分别为2007年12月31日，2011年12月31日和2014年12月31日。
我校药学专业的人才培养目标是立足于湖北省及中部地区，培养具有良好职业道德、人文素养和创新精神，掌握药学服务、药品管理、医药营销、药品调剂、药品生产与检验等专业必备知识，具备较强团队协作能力、执行力和自学能力，能够从事药学相关行业第一线工作的技术技能型人才。
1）文献研究法：采取文献研究法，归纳和整理以往国内外学者有关遥感技术和建设用地扩张的时空特征等相关研究，选取对本文研究有帮助的理论为研究做准备。
2）理论与实证研究相结合：在总结相关的理论研究和对应研究的实践成果的基础上，以研究区域的建设用地为基础，运用Arcgis软件的分析技术对防城港市建设用地变化的时空特征进行分析[2]。
1.3 数据来源及技术路线
1.3.1 数据来源
1.2.2 研究方法
1.3.2 建设用地变化分析指数
建设用地动态度：在区域土地利用变化过程中，为了反映建设用地类型面积的变化速度以及区域用地变化中的类型差异，运用某种用地类型的面积变化情况，可以比较准确地描述在一段特定的时间内区域内某种用地类型的动态变化情况，建设用地动态度计算公式见式（1）：
山梨糖醇，又名山梨醇，是一种具有保湿功能的特殊甜味剂，有清凉的甜味，甜度约为蔗糖的一半，热值与蔗糖相近。山梨糖醇有吸湿、保水作用，其甜度与葡萄糖相当，在体内被缓慢地吸收利用，且血糖值不增加，是比较好的保湿剂、界面活性剂、营养性甜味剂、湿润剂、螯合剂和稳定剂。在人体内不转化为葡萄糖，不受胰岛素的控制，适合糖尿病人使用[5]。
防城港市地处东经 107°28'～ 108°36'， 北纬 20°36'～ 22°22'，居北回归线以南。南临北部湾，东邻钦州市，防城港市辖区的东兴市与越南的广宁省接壤。西与宁明县为界，北接扶绥县，东北连南宁市邕宁区。
设定为T年时，K为研究期内建设用地的年均变化率，若k为正值。表明在这段时间内该土地利用类型面积在不断增长，值越大，面积增长越快，反之，则为减少，绝对值越大，减少越快。
2 研究区概况及建设用地信息提取
2.1 研究区概况
式中，K—研究末期建设用地扩展强度；Ua—研究初期建设用地面积（㎡ ）；Ub—研究末期建设用地面积（㎡ ）；T—时间间隔（年）。建设用地扩展强度指数是建设用地在研究时期内的变化量占其建设用地总面积百分比。
1984年5月由国家批准把防城港列为中国14个对外开放的沿海城市之一。防城港市在中国—东盟自由贸易区、泛北部湾区域合作中具有特殊且重要的地位。2008年，中国批准实施广西北部湾经济区发展规划，防城港市拥有得天独厚的港口自然条件，主要发展以重工业为首，积极发展粮油加工、钢铁、电力、化工、制药、特色农产品加工等附属产业。
2.2 建设用地信息提取及遥感解译结果
2.2.1 建设用地信息提取
eCognition基于面向对象的分析方法在高分辨率遥感影像上的应用比传统基于像元的图像分析方法有更加快速和针对性强的特点。从较高层次上对影像进行分类，达到降低传统基于像元层次分类方法信息的损失。充分考虑到高分辨遥感影像中的光谱、纹理、属性等空间特征，可利用影像丰富的地物信息特征实行多尺度分割，分析和筛选信息量大、相关性小的目标对象，构建目标地物对象，并建立相应的信息数据库，对遥感影像进行自动提取。
通过运用eCognition软件以及Arcgis软件人机交互解译的方法得到防城港市2007年、2011年、2014年建设用地面积图。
2007年～2011年，建设用地增长了1482.72公顷，增长59%，年均增长14.9%。2011年～2014年，建设用地增长了872.79公顷，增长22%，年均增长7.3%。防城港市2007年～2011年建设用地的增长比2011年～2014年的增长速度快。但总的来说，防城港市建设用地面积在2007年至2014年始终处在不断增长的状态。
2.2.2 研究区建设用地遥感解译结果
此次研究时对防城港市建成区建设用地变化的研究，主要提取防城港市建成区建设用地。
对防城港市防城港区和港口区建设用地面积进行分析对比，得到以下结果：防城区2007年～2014年建设用地面积增长761.7公顷，港口区2007年～2014年建设用地面积增长1588.41公顷。由结果可知，防城港市防城区建设用地面积变化不大，建设面积变化较大的是港口区的渔万半岛、公车镇和企沙半岛。所以文中会对港口区的渔万半岛、公车镇和企沙半岛做进一步分析。
图1 研究区各年度建设用地面积
3 防城港市建设用地动态变化
3.1 防城港市建设用地时空变化
3.1.1 防城港市建设用地面积规模变化
假如我是一只老鼠，我要让所有老鼠讲卫生，不要乱吃人类的粮食，要自己做好吃的，比如做蛋糕、糖果、面条……要用坚硬的牙刷磨牙。
根据解译出来的结果得到防城港市建成区建设用地规模如表1所示。
表1 防城港市建设用地规模（公顷）
从解译的结果上来看，防城港市在2007年中建设用地面积2485.09公顷，2010年建设用地总面积3967.81公顷，2014年建设用地面积4840.6公顷。7年间建设用地面积增加了2346.05公顷，增长了0.94倍。
“我院正在筹划辽宁省第一家互联网医院的建设。”王立明告诉记者，“继续推进院内互通、院际互通，不断升级迭代系统，这是医院信息化未来的目标。”
通过监督分类和目视解译得到防城港市建成区建设用地面积，得到以下解译后的面积和2007年～2014年防城港建设用地面积变化图，如图1所示。
作者贡献声明 杨帆：参与选题，酝酿和设计实验，撰写论文，统计分析，对编辑部的意见进行核修。张红：参与选题，酝酿和设计实验，起草论文关键性理论。黄磊、康杨、吴琼：参与选题，酝酿和设计实验。杜春宇：酝酿和设计实验，对编辑部的意见进行核修。胡琦：参与选题，酝酿和设计实验，起草论文关键性理论，对学术问题进行解答
3.1.2 港口区建设用地的规模变化
通过借助eCognition以及arcgis工具对防城港市三个时期建设用地信息进行空间统计分析，得到结果如表2所示。
表2 防城港市港口区建成区建设用地面积表（公顷）
对防城港市港口区2007年、2011年、2014年遥感图解译得到，港口区建成区建设用地面积为1120.39公顷；2011年建设用地面积为2216.51公顷；2014年建设用地面积为2708.8公顷；近7年建设用地面积增加了1588.41公顷。增长60%。如表3所示。
通过调节每个波位波束驻留时间来控制天线扫描速度，在雷达发射脉冲重复频率(PRF)已知的情况下设计每个波位的脉冲计数，当前波位脉冲计数积累到一定值N时，波束扫描一个步进，根据定点聚束模式几何关系，为保证波束在地面照射区域的移动速度为0，波束扫描速度与飞机平台运动速度持恒，其波位脉冲驻留数计算公式如下：
表3 防城港市港口区各用地利用类型面积（公顷）
从建设用地的分布上来看，2007年防城港市港口区城镇用地为1681.19公顷，占2007年建设用地总面积的11%；2011年防城港市港口区城镇用地为2081.24公顷，占2011年建设用地总面积的13%；2014年防城港市港口区城镇用地为2389.35公顷，占2014年建设用地总面积的15%。
对研究区的土地利用类型进行解译，由解译的2007、2011和2014年的土地利用现状成果和土地利用变化表可知，防城港市港口区的建设用地的面积不断地增加，建设用地扩张面积大量的占用林地和耕地，特别是交通沿线的林地和耕地，由此可见，近十年防城港市城镇化速度取得了很大的进步。工业用地的扩展主要集中在企沙半岛，其中企沙半岛主要是以填海造地的方式来扩展建设用地。
3.1.3 港口区建设用地动态变化分析
矿石的矿物成分比较复杂，通过对矿石进行X衍射分析、光片、薄片鉴定、人工重砂等综合方法鉴定，已查明矿石中有20余种矿物。主要金属矿物为黄铁矿、白钨矿、方铅矿、闪锌矿、自然金、辉银矿，自然银、碲化物(包括自然碲、碲铋矿、碲铅矿、辉铋碲矿、碲铜矿、碲金矿、碲金银矿)，自然金大多颗粒微细，肉眼难以辨识，偶尔也可见到明金；脉石矿物以石英为主，方解石、白云石、绢云母次之。
根据建设用地动态度可算出防城港市港口区建设用地动态变化情况，如表4所示。
表4 2007～2014年防城港市港口区各类建设用地动态变化表
2007～2010年，第二阶段的建成区建设用地变化大于第一阶段，第一阶段建成区建设用地变化总量为1096.12公顷，动态度为24.4%；第二阶段为492.29公顷，动态度为7.3%。是由于2007～2010年，新增了大量的交通用地，主要为渔万半岛、企沙镇内部，主要为茅岭至企沙一级公路、企沙西部环岛二级公路、沙潭江至企沙公路扩建等一批公路建设，大大方便了这两岛内的陆上通行，也方便了两个岛内的交通。
3.2 防城港市建设用地变化的驱动力分析
从防城港市建成区建设用地的变化来看，防城港市建成区建设用地总量持续增长，城市持续扩张。随着经济的发展以及工业化加快，防城港市城镇化程度也越来越高，建设用地的面积也越来越大。2007年至2014年，防城港市建成江山至白龙二级公路、企沙钢铁基地配套路网、上思至防城港公路、东湾跨海大桥等项目，促进了防城港市招商引资建成防城港市盛弘工业园、武钢建工防城港联合钢铁结构项目和防城港红沙河电二期工程。吸引周边村庄的非城市人口到防城港市区就业，2007年市辖区人口总数为49.85万人，2014年市辖区人口总数为55.94万人。在对防城港市港口区住宅用地的研究中发现，防城港市港口区工业用地和住宅用地在不断增加。主要是由于工业化过程中的劳动合理分工、规模经济与节省成本。城市地区工业巨大规模效益，吸引更多的农业人口向城市寻求发展。农业人口在工业聚集的地方得到的收益比在家耕作的收益高，所以更多的工业部门扩大发展规模。城市工业加快也推动了城市住宅用地的增长，大量农村人口的转入，城市住宅用地需求急剧增加，城市住宅空间扩张成为一种必然。一般来讲人口越多对住宅需求量越大，城市人口的自然增长，机械增长都会直接影响住宅需求，随着人口数的增多，住宅用地面积也逐渐增大。所以人口的数量对住宅用地的影响非常突出。防城港市还拥有风景优美的海岸线，是娱乐放松的首选之地。同时还享受国家有关沿海开放地区、民族地区、边境地区、西部地区以及北部湾经济区开放开发等优惠政策。得天独厚的自然资源条件和国家、自治区的政策优势，使港口区成为发展港口关卡的重要位置，港口兴起带来巨大的经济效益的同时，也吸引外来人员在防城港市旅游落户。
4 对防城港市建成区建设用地利用的建议
4.1 合理规划土地,编制合理的土地规划
土地供需矛盾将日益加剧，给周边农用地带来威胁的同时也制约了城市的发展。为此，在未来的防城港市城市发展和土地管理工作过程中，要强化土地利用总体规划的整体控制作用，各类与土地利用相关的规划要与土地利用总体规划相衔接。加强重大基础设施和基础产业的科学规划，避免超前使用和低效率使用土地资源的情况[3]。要针对港口区土地特别是建设用地利用的具体情况，编制符合区域经济、社会协调发展的土地利用总体规划，确定港口区土地开发利用与保护，从而优化港口区的建设用地空间格局，保证防城港市土地利用做到健康可持续发展，提高项目用地的约束条件，建立健全土地开发利用制度。
图4(a)为相对湿润度指数(M指数)的Morlet小波变换系数实部时频分布图，图中清晰的反映了相对湿润度指数(M指数)偏湿润偏干旱的变化特征，可以看出在6a、10a、16a和28a左右时间尺度波动十分明显，正负相位交替出现，可明显观察到在计算时域内干旱指数偏湿润偏干旱的波动变化，在28a左右时间尺度上，天峻地区1961-2017年存在6次干湿交替，表现为干—湿—干—湿—干—湿。图4(b)中的小波方差图呈现了比较明显的四个振荡周期，其中28a能量最大，周期振动最强，为第一主周期，第二、第三和第四周期为别为16a、10a和6a。
4.2 加强监督检查，全面落实节约集约用地责任
《国务院关于促进节约集约用地的通知》（国发（2008）3号）中要求加强监督检查，全面落实节约集约用地责任制度。要求各城市建立健全土地市场动态监测制度，对城市土地出让、划拨进行全程监督，及时向社会公开用地计划、结果及实际开发利用情况等动态信息。加强对节约集约用地工作的监管，重点查处严重破坏、浪费、闲置土地资源的违法违规案件，要将企业违法用地、闲置土地等信息纳入有关部门信用信息基础数据库[4-5]。按照节约集约用地的原则，在满足基本功能的条件下，规划完善各类项目建设用地标准。对近期土地开发利用情况进行评估，各项建设要优先开发利用空闲、废弃、闲置和低效利用的土地，积极引导使用未利用地和废弃地，注重城市内部挖潜，鼓励开发利用地上地下空间，开发区则要合理规划和利用土地，促进土地资源的合理利用。
参考文献：
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中图分类号： P237;F293.2
文献标志码： A
文章编号： 1672-3872(2019)13-0052-03
作者简介： 黄连秋（1993—），女，广西百色人，本科，研究方向：土地资源管理。