地理学报何书金

地理学报何书金

（中文版编委会）主 编：刘昌明（中国科学院院士、国际地理联合会副主席）副主编：郑 度（中国科学院院士、中国青藏高原研究会理事长）陆大道（中国科学院院士、中国地理学会理事长）刘纪远（中国自然资源学会理事长、中国科学院地理科学与资源研究所所长）蔡运龙（中国地理学会副理事长、北京大学环境学院教授）刘宝元（北京师范大学地理学与遥感科学学院教授）姚鲁烽（《地理学报》编辑部主任、中国科学院地理科学与资源研究所研究员）编 委：王 涛（中国科学院寒区旱区环境与工程研究所所长）王 铮（中国科学院科技政策与管理研究所研究员）王 颖（中国科学院院士、南京大学教授）王劲峰（中国科学院地理科学与资源研究所研究员）邓 伟（中国科学院成都山地灾害与环境研究所长、研究员）史培军（中国地理学会副理事长、北京师范大学副校长）许世远（中国地理学会副理事长、华东师范大学教授）许学强（中山大学地理科学与规划学院教授）李小文（中国科学院院士、中国科学院遥感应用研究所所长）李小建（河南财经学院院长、教授）李吉均（中国科学院院士、兰州大学教授）张信宝（中国科学院成都山地灾害与环境研究所研究员）陈亚宁（中国科学院新疆生态与地理研究所研究员）周一星（北京大学环境学院教授）查良松（安徽师范大学国土资源与旅游学院院长、教授）胡和平（清华大学副校长、教授）姚檀栋（中国青藏高原研究会副理事长、中国科学院青藏高原研究所所长）秦伯强（中国科学院南京地理与湖泊研究所研究员）顾朝林（中国地理学会副理事长、清华大学教授）陶 澍（北京大学环境学院副院长、教授）梁 怡（香港中文大学社会科学院院长、教授）康尔泗（中国科学院寒区旱区环境与工程研究所研究员）童庆禧（中国科学院院士、北京大学数字中国研究院院长）樊 杰（中国科学院地理科学与资源研究所研究员）国外编委：Godfrey J. R. Linge: The Australian National University, CanberraLaurence J C Ma: University of Akron, Ohio, USAManfred r: Austrian Academy of Sciences, AustriaMasatoshi Yoshino: Aichi University, Toyohashi, JapanWalker H. J.: Louisana State University, Louisana 70803, USAWolfgang Taubmann: University of Bremen, Bremen, Germany编辑部成员：姚鲁烽：负责自然地理、环境科学、RS与GIS 在自然地理应用的稿件，编辑单月期刊。何书金：负责经济地理、土地利用、RS与GIS 在经济地理应用的稿件，编辑双月期刊。赵歆：负责英文版、中文版英文摘要。高岷：负责编务。网络、排版、收发版面费稿费和期刊。

12位院士专家发出耕耘科技期刊事业倡议

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《倡议书》

不忘职业初心 耕耘 科技 期刊事业

2020年11月27日

科技 期刊是学术交流的平台，担负着传承人类文明，荟萃科学发现，引领 科技 发展的重要使命。

科技 期刊工作者是学术论文质量的守护者，是高水平 科技 期刊的建设者，是学风道德的捍卫者。

为建立 科技 期刊工作者诚信体系，筑牢学术诚信和出版伦理底线，建设世界一流 科技 期刊，我们向广大 科技 期刊工作者发出如下倡议：

一、牢记使命，恪守“科学守门人” 职业 初心

科技 期刊工作者应坚持职业操守，恪守学术良知，坚守学术出版伦理，强化职业荣誉感和学术责任感；

科技 期刊工作者应坚持正确的政治方向，遵循客观公正的原则，严格执行期刊管理法律、法规和内部管理流程；

科技 期刊工作者应坚决抵制学术不端行为，严格把关论文质量，珍视期刊学术声誉，用实际行动营造崇尚学术诚信、追求科研道德的学术交流生态环境。

二、精益求精，践行编辑出版专业精神

科技 期刊工作者应坚持学习，精研业务，持续提高政治素养、科学素养和学科编辑能力；

科技 期刊工作者要践行自身的学术使命和 社会 责任，促进学术争鸣，服务原始创新，弘扬科学精神，传播科学文化。

三、守正创新，深耕 科技 期刊崇高事业

科技 期刊工作者应立足国情、面向世界，争做打造世界一流 科技 期刊的中坚力量，争做促进人类文明进程的参与者；

科技 期刊工作者应坚持“精品至上”的办刊理念，保持“守正笃实，久久为功”的战略定力，耐得住寂寞，经得住考验；

科技 期刊工作者应促进世界学术交流和科学文化传播，客观报道发表的科研成果，共建共享科研生态，铸就 科技 期刊的发展荣光。

联合倡议人代表

高鸿钧 中国科学院院士、中国科学院副院长

朱作言 中国科学院院士、《中国科学》《科学通报》总主编

吴一戎 中国科学院院士、中国科学院空天信息创新研究院院长

周忠和 中国科学院院士、中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员

王贻芳 中国科学院院士、中国科学院高能物理研究所所长

欧阳志云 中国科学院生态环境研究中心主任、党委书记、研究员

薛勇彪 中国科学院北京基因组研究所所长、研究员

林 鹏 中国 科技 出版传媒股份有限公司董事长

李党生 中国科学院分子细胞科学卓越创新中心研究员、Cell Research 常务副主编、Cell Discovery执行主编

任胜利 《中国科学》杂志社总编辑、编审

何书金 中国科学院地理科学与资源研究所研究员、学术期刊中心常务副主任、《地理学报》专职副主编、《地理学报》（中、英文）编辑部主任

闫 珺 中国科学院空天信息研究院研究员、学会与期刊部主任

云南丽江地区土地利用变化的遥感检测与分析

李喆1 马润赓2

（1.北京大学遥感与地理信息系统研究所，北京，100871；2.中国地质大学地球科学与资源学院，北京，100083）

摘要：利用1999年2月和2001年4月2幅TM影像资料和其他辅助资料为资料源，对主成分分析处理后的遥感影像进行计算机自动识别，采用人机交互式解译方法获得各种土地利用类型分布信息，并使用地理信息系统的空间分析和数理统计功能分析丽江坝子地区土地利用变化的数量变化，土地利用动态度等特征，以及各类型之间的转化情况。结果表明：本区域耕地面积增加了0.27km2，城乡用地面积增加了0.19km2，水体面积减少了0.11km2，林地和草地基本保持不变；各类型的转化突出表现为水域向城乡用地，未利用土地向城乡用地和耕地转换。

关键词：土地利用变化；马尔柯夫矩阵；云南丽江地区；遥感和 GIS

区域土地利用/覆被变化（LUCC）是全球环境变化研究中的重要领域之一。土地利用变化数据可以提供研究区域土地利用状况的现实状况，保证国家及时、准确地掌握土地利用变化情况，为制定国民经济发展规划、计划和宏观决策提供科学依据［1］。土地利用变化包括时间变化、空间变化和质量变化等三个方面，其中空间变化反映土地利用变化的空间类型、变化类型的空间分布以及区域差异，是土地管理和规划关注的焦点问题［2］。这一问题的解决关键在于如何提取土地利用变化数据以及如何对获取的信息进行科学的分析处理。遥感技术以其快速、准确、周期短等优点在大中尺度的土地利用/覆盖变化的监测中具有明显的优势。本文利用遥感和 GIS 相结合的方法，通过数理统计分析，描述了丽江坝子地区1999～2001年间土地利用的数量变化和空间变化特征，为该区域土地管理决策、生态环境保护、资源合理开发等奠定了基础，对于区域土地可持续发展和利用具有重要意义。

1 研究区概况

丽江位于云南省西北部［3］，金沙江中游，地理坐标为：99°23′E～101°31′E，25°59′N～27°56′N。四周分别与迪庆州、怒江州、大理州、楚雄州和四川省攀枝花市、凉山州毗邻，辖丽江纳西族自治县、宁蒗彝族自治县、永胜县和华坪县，国土总面积有931.02km2。由于地处青藏高原和云贵高原的结合部，属横断山区，地形复杂，山高谷深，长期自然环境相对封闭，形成具有典型特点的垂直自然带和立体气候，动植物区系极为复杂，珍稀野生动植物丰富。全区总人口109 万，包括汉、纳西、彝、傈僳、藏、白、普米等23个民族，其中少数民族人口占57%［3］。

2 研究方法

2.1 研究资料

分别拍摄于1999年2月和2001年4月2幅 LANDSAT－TM 图像，地面分辨率为30m，在研究区域内没有云层覆盖，质量较好；另有1∶1 万地形图和1∶5 万土地利用图，用于辅助训练样区的选择和目视解译；还有其他统计资料（气象、水文、人口、土壤、社会经济）等。

2.2 主要工作流程

使用遥感图像信息进行变化检测的方法主要有三种：分类后比较法，多时相图像直接求交法和多时相图像分类法［4］。多时相图像直接求交法要求两个时相比较接近，检测变化信息一般使用图像差值、比值或主成分分析，操作简单，但是得不到变化的具体地物类型。本文所使用遥感图像时间差异接近3个月，不宜使用直接求交法。多时相图像分类法在使用时要使用静态类型和动态类型，动态类型的训练样本一般不易确定。本文主要使用分类后比较法。

本研究的主要工作流程如图1 所示：首先使用 PCI 软件分别对2 幅 TM 图像进行图像预处理（如几何纠正等），并分别对以上两个时相的影像做主成分分析，然后充分结合各种知识（如地形图，植被图等）进行监督分类［3］。监督分类时采用《中国土地利用现状调查技术规程》规定，将土地利用类型划分为：耕地，林地，草地，水域，城乡工矿居民地和未利用土地共6 类。采用人机交互式方法判读分类结果，并将解译结果以栅格形式转入地理信息系统软件 ARC GIS 中进行数据处理，对二期数据进行空间叠置分析，获得土地利用变化数据，以此为基础进行土地利用动态变化分析。

图1 项目主要工作流程图

2.3 几个关键技术的处理

2.3.1 遥感图像的几何配准

两个时相遥感图像的几何配准是动态变化研究的基础。为了便于利用地学信息进行辅助分析，可以将遥感图像配准到大地坐标系中。本文选择1∶1 万地形图为基准，在遥感图像上均匀选择12个地面控制点，使用二次多项式拟合，灰度采样方式为双三次卷积，进行几何配准和灰度重采样处理。结果总体均方误差为0.624，配准误差小于1个像元，满足土地利用动态监测的要求。

2.3.2 遥感图像的主成分分析

主成分分析（又称主分量变换）是一种尽可能不丢失信息用几个综合性指标汇集多个变量的测量值而进行描述的方法［5］。在多光谱图像中，由于各波段的数据间存在相关的情况很多，通过主成分分析就可以把图像的大部分信息用少数波段表示出来，使得信息几乎不丢失但数据量可以减少。本文分别对于二期 LANDSAT－TM 图像的除热红外波段的6个波段采用主成分分析，把获得的第一到第三主成分进行彩色合成，得到处理后的结果图像。

2.3.3 结果数据的生成

根据各种辅助资料，在经过主成分分析处理后的二期遥感图像上选择6个土地利用类型的训练样本，采用最大释然法进行计算机自动识别。由于遥感影像上存在同物异谱、异物同谱以及混合像元等情况，计算机自动识别在某些类别的区分上不太理想，例如未利用土地和城镇用地极易发生混淆。实际工作还需要辅助各种实测资料进行目视修正，以得到两个时相的最终分类结果，然后将分类结果以栅格形式转入地理信息系统软件ARC GIS中，对二期数据进行空间叠置分析，获得土地利用变化数据，并进行必要的数理统计，以便结果分析使用。

3 结果分析

3.1 土地利用变化幅度分析

区域土地利用变化幅度主要体现在不同土地利用类型的面积总量变化上，可以提供区域土地利用变化总态势和土地利用结构变化信息。

利用二期遥感资料，对丽江坝子地区两期土地利用数据进行统计分析，得到结果见表1。

表1 1999～2001年土地利用变化表

表1说明，3年来本区域耕地面积增加了0.27km2，城乡用地面积增加了0.19km2，水体面积减少了0.11km2，林地和草地则基本保持不变。

3.2 土地利用动态度分析

土地利用动态度可以简单采用单一土地利用动态度和综合土地利用动态度来描述［6］。其中单一土地利用动态度可定量描述区域一定时间范围内某种土地利用类型变化的速度，可提供土地利用变化的区域差异和预测未来土地利用变化趋势；综合土地利用动态度用于表征区域土地利用变化的速度。

单一土地利用动态度公式表达式为：

土地信息技术的创新与土地科学技术发展：2006年中国土地学会学术年会论文集

式中，Ua，Ub分别表示研究初期及研究末期某一种土地利用类型的数量；T表示研究期时段长。

综合土地利用动态度表达式为：

土地信息技术的创新与土地科学技术发展：2006年中国土地学会学术年会论文集

式中，LUi 表示研究初期第 i 地物类研究末期转为其他土地利用的面积；ΔLUi 表示第i地物类研究末期转为其他土地利用类型的面积；T表示研究时段。

根据公式（1）和（2）计算丽江坝子地区土地利用六种类型的年变化率。结果说明，1999～2001年丽江坝子地区土地利用的年变化率为0.17%，其中城乡用地和未利用地变化速度最大，年变化率分别达到0.36%和0.21%，林地和草地基本保持不变，耕地和水域的年变化率分别为0.15%和0.09%。

3.3 土地利用区域差异分析

由于地形地貌和气候等自然条件差异，经济发展和人口增长速度不同，使得土地利用区域差异显著。对于土地利用变化的区域差异，可用某一特定土地利用类型相对变化率来表示。相对变化率是一种很好地反映土地利用变化区域差异的方法，其表达式为：

土地信息技术的创新与土地科学技术发展：2006年中国土地学会学术年会论文集

式中，Kb、Ka分别代表某区域某特定土地利用类型研究初期和研究末期的面积；Cb、Ca分别代表全区域某特定土地利用类型研究初期和研究末期的面积。

根据行政区划，将丽江划分成丽江县、宁蒗县、永胜县和华坪县4个区域，根据遥感数据分别计算6 种土地利用类型的相对变化率，其结果见表2。

表2 1999～2001年土地利用区域差异表

从表2中可以看出，土地利用变化存在明显差异：①就耕地而言，丽江县最大，达到1.53，明显大于永胜县，宁蒗县和华坪县也大于永胜县；②林地，草地，水域变化各区域差异不大；③城乡用地的区域差异最为明显，丽江县大于其他3县很多，达到5.36；④未利用地的变化在华坪县较突出，约为4.89，几乎是永胜县的3倍。

3.4 土地利用类型转换矩阵分析

土地利用类型之间的相互转化情况，可采用马尔柯夫转移矩阵模型来进一步描述［7］。马尔柯夫链是一种具有“无后效性”的特殊随机过程，它反映的是一系列特定时间间隔下，一个亚稳定系统由n时刻向n＋1 时刻状态转换的一系列过程中，n＋1 时刻的状态只与n时刻的状态有关。由于土地利用类型演变具有马尔柯夫随机过程的性质：①一定区域内，不同土地利用类型之间具有相互可转化性；②土地利用类型之间的相互转化过程包含着较多尚难用函数关系准确描述的事件，故可采用马尔柯夫转移矩阵模型来描述土地利用类型动态转换。

马尔柯夫模型在土地利用类型转化上应用的关键是确定土地利用类型之间相互转化的转移概率矩阵P。若采用斑块相互之间面积的转移概率为矩阵元素，则转移矩阵模型为：

土地信息技术的创新与土地科学技术发展：2006年中国土地学会学术年会论文集

式中，Pij为土地利用类型i转化为土地利用类型j的转移概率。

遥感图像计算机自动识别中得到的土地利用变化转移概率矩阵如表3所示。

表3 1999～2001年土地利用变化转移概率矩阵　　单位：%

从表3可以看出：

（1）耕地的增加量主要是来自草地和未利用地，分别占1.51%和0.21%，减少量大部分转化为未利用地和草地，各占4.46%和2.10%。

（2）林地的增加量主要来自于草地和耕地，各有4.06%和1.06%，有1%的林地转换为草地。

（3）草地的增加量中有2.10%和 1.00%来自于耕地和林地，减少量中有 4.06%和1.51%分别转化为林地和耕地。

（4）水域有2.32%转化为城乡用地，有0.36%转化为未利用地，有0.18%转化为林地，表明水体的减少主要受人为因素影响。

（5）城乡用地的增加主要来自于耕地、未利用地和水域，分别占 0.74%、0.61%和0.39%。

（6）城乡用地、耕地、草地和林地各有 17.06%、4.46%、0.93%和 0.58%转化为未利用地，表明本区域土地利用状况不太好，大量的农田遭到占用却未合理开发。

4 结论

土地利用/土地覆被变化（LUCC）研究旨在深入了解土地利用状况及其变化的动态过程、主导原因及演化机理，以提高人们对土地利用变化的预测、管理、决策和调控能力，对于其数据的获取和分析处理十分重要。通过对本次研究获得数据的分析，可以得到如下结论：

（1）1999～2001年间云南丽江坝子地区的土地利用状况发生一定的变化。3年来耕地面积增加了0.27km2，城乡用地面积增加了0.19km2，水体面积减少了0.11km2，林地和草地基本保持不变；各类型的转化突出表现为水域向城乡用地、未利用土地向城乡用地和耕地转换。

（2）土地利用的年变化率为 0.17%。其中城乡用地增加速度最快，以平均每年0.36%的速度递增，未利用地则以0.21%的速度递减，林地和草地基本保持不变。

（3）土地利用类型相互间的转化突出表现为水域向城乡用地，未利用土地向城乡用地和耕地转换。3年来本区域共有0.068km2 即2.32%的水域面积转换为城乡用地，未利用土地中有0.14km2 和 0.07km2 转化为城乡用地和耕地，分别占未利用土地面积的17.06%和5.46%。

参考文献

［1］朱会议，李秀彬，何书金等.环渤海地区土地利用的时空变化分析［J］.地理学报，2001，56 （3）：253～260

［2］王思远，刘纪元，张增祥等.近10年中国土地利用格局及其演变［J］.地理学报，2002，57 （5）：523～530

［3］丽江地区地方志办公室.丽江年鉴（1997） ［M］.昆明：云南民族出版社，1997，293～294

［4］李天宏，韩鹏.厦门市土地利用/覆盖动态变化的遥感检测与分析［J］.地理科学，2001，21 （6）：537～544

［5］村井俊治等.遥感精解［M］.北京.测绘出版社，1993，12：194～196

［6］王秀兰，包玉海.土地利用动态变化研究方法探讨［J］.地理科学进展，1999，18 （1）：81～87

［7］李忠峰，王一谋，王建华等.基于RS与GIS的榆林地区土地利用变化分析.水土保持学报，2003，6：97～99

安徽师范大学国土资源与旅游学院导师介绍

姓名：陆林

性别：男

出生年月：196211

职称：副教授

学院：国土资源与旅游学院

研究方向：

陆林，男，1962年11月生，安徽芜湖人。1995年毕业于南京大学并获理学博士学位，1997年中国科学院地理科学与资源研究所博士后出站，1997年晋升教授。“新世纪百千万人才工程”国家级人选，全国优秀教师，全国优秀地理科技工作者，安徽省学术和技术带头人，皖江学者，安徽省高校省级教学名师，中国地理学会旅游地理专业委员会副主任委员，《地理科学》．《人文地理》．《中国旅游研究》编委，《旅游学刊》特邀学术委员，上海旅游发展研究中心专家委员会委员，安徽大学“泛长三角”经济社会发展研究中心学术委员会委员，安徽财经大学合芜蚌自主创新与区域经济发展研究中心学术委员会委员，安徽工业大学皖江城市带承接产业转移与区域发展研究中心学术委员会委员，安徽师范大学人文地理学博士点负责人。现任安徽省教育厅人文社会科学重点研究基地安徽师范大学旅游发展与规划研究中心主任．安徽师范大学科研处处长。主持国家社会科学基金项目2项．国家自然科学基金项目4项．教育部和安徽省省部级项目5项，获省部级奖励3项，在学术核心期刊上发表论文100余篇，出版专著2部．教材2部。

主要研究领域：

人文地理学．旅游管理。

主讲课程：

人文地理学．旅游规划原理；旅游社会学．旅游科学进展．地理学基本问题。

代表性科研项目：

1．主持国家自然科学基金项目《中国海滨(岛)旅游地发展特性及运行机理研究》（49871027）。

2．主持国家自然科学基金项目《中国传统村镇型旅游地发展特征及运行机理研究》（40471035）。

3．主持国家自然科学基金项目《中国旅游城市化过程及机制研究》（40771059）。

4．主持国家自然科学基金项目《中国山地旅游发展过程和机制研究》（40971083）。

5．主持国家社会科学基金项目《我国非耕地国土资源综合开发利用的.潜力和对策》（98BJY034）。

6．主持国家社会科学基金项目《旅游业可持续发展机制与调控研究》（03BJY084）。

代表性科研成果：

1．陆林.徽州村落.合肥:安徽人民出版社,2005.

2．陆林.旅游规划原理(普通高等教育“十一五”国家级规划教材).北京:高等教育出版社,2005.

3．陆林.人文地理学.北京:高等教育出版社,2004.

4．陆林,章锦河.旅游形象设计.合肥:安徽教育出版社,2002.

5．陆林,葛敬炳,苏静.基于制度变迁的浙江省民营资本旅游投资行为研究.旅游学刊,2008(5).

6．陆林.国内外海岛旅游研究进展及启示.地理科学,2007(4).

7．陆林,葛敬炳.旅游城市化研究进展及启示.地理研究,2006(4).

8．陆林,余凤龙.中国旅游经济差异的空间特征分析.经济地理,2005(3).

9．陆林,凌善金,焦华富,王莉.徽州古村落的景观特征及机理研究.地理科学,2004(6).

10．陆林,凌善金,焦华富,杨兴柱.徽州古村落的演化过程及其机理.地理研究,2004(5).

11．陆林,凌善金,王莉.试论高校地理专业人文地理学的教学改革.人文地理,2003(5).

12．陆林,宣国富,章锦河,杨效忠,汪德根.海滨型与山岳型旅游地客流季节性比较——以三亚．北海．普陀山．黄山．九华山为例.地理学报,2002(6).

13．陆林.旅游地理文献分析.地理研究,1997(2).

14．陆林.山岳型旅游地生命周期研究——安徽黄山．九华山实证分析.地理科学,1997(1).

15．陆林.旅游地居民态度调查研究──以皖南旅游区为例.自然资源学报,1996(4).

16．陆林.山岳风景区旅游者空间行为研究──兼论黄山与美国黄石公园之比较.地理学报,1996(4).

17．陆林,焦华富.山岳旅游者感知行为研究——黄山．庐山实证分析. 北京大学学报(哲学社会科学版),1996(3).

18．陆林,焦华富.徽派建筑的文化含量. 南京大学学报(哲学社会科学版),1995(2).

19．陆林.皖南旅游区布局研究.地理科学,1995(1).

20．陆林.山岳风景区旅游季节性研究——以安徽黄山为例.地理研究,1994(4).

21．陆林.山岳风景区客流研究──以安徽黄山为例.地理学报,1994(3).

22．陆林.山岳风景区国际旅游经济效益探析——以黄山国际旅游业为例.旅游学刊,1991(1).

获奖情况：

1．全国优秀教师（教育部，2001）。

2．全国优秀地理科技工作者（中国地理学会，2009）

3．安徽省社会科学文学艺术奖三等奖（安徽省，2006）。

4．安徽省高等学校教学名师（安徽省教育厅，2007）。

5．安徽省首届优秀硕士学位论文指导教师奖（安徽省学位委员会．安徽省教育厅，2008）。

6．安徽省教学成果奖二等奖（安徽省教育厅，2005）。

7．中国地理学会吴传钧优秀人文地理论文一等奖（中国地理学会，2008）。

8．中国地理学会陈传康优秀旅游地理学术论文奖（中国地理学会，2008）。

9．首届中国出版政府奖图书提名奖（新闻出版总署，2008）。

10．第七届安徽图书奖一等奖（安徽省新闻出版局，2007）。