基于GIS的多伦县土地利用研究

　　土地利用指的是人类为了实现自己的目的而对土地进行各种开发和安排。土地利用狭义的定义指的是对土地资源的使用。土地利用广义的定义指的是人类在使用土地时的目的和过程。众所周知，土地资源的合理利用可能有效的促进国家经济的发展。土地利用变化指的是对土地资源的利用从一种方式到另外一种方式的转变。随着我国社会经济的发展，人口数量增多，国家对土地资源的需求越来越大。众所周知，一个国家的生产建设都会落实到对土地资源的开发，因此，一个国家对土地的利用情况，可以从广度和深度等方面来分析。国家对土地深广度的利用状况可以有效的反映国家生产建设的水平高低和规模大小。土地利用作为我国的一项研究计划，目前已成为了争相探究的目标。

　　多伦县位于我国内蒙古的中部地区。多伦县也是我国内蒙古中所有县中离北京最近的县城。多伦县距张家口的距离大约为280公里。多伦县的交通在内蒙古中较为发达，也是内蒙古连接华北地区的交通必经之路。作者通过地图查找发现，多伦县东部与我国的河北省围场县相邻。多伦县的南部与我国的河北省丰宁县相邻。多伦县的西部与内蒙古的正蓝旗相邻。多伦县的北部与赤峰市相邻。由于多伦县独特的地理环境，其森林的覆盖面积高达10%。多伦县是内蒙古距离北京最近的县城。有关研究学者对北京沙尘暴和雾霾等恶劣天气研究后发现，北京的恶劣天气受多种环境因素的影响，但是与多伦县也有一定的关系。也有学者称，如果多伦县的沙地有效减少，那么北京的恶劣天气也会有所改善。文章通过对多伦县地理位置和环境的分析，发现多伦县需要合理利用土地资源，土地资源的利用不仅有利于经济的发展,而且有利于当地人民生活的提高还为此地区经济的飞速发展和土地资源的有效开发提供了依据，同时也有助于全球变化研究。

　　1.2.1国外研究进展

　　早在19世纪初期，德国就已经开始进行土地资源利用的相关研究。德国是全球最先取出土地利用模式的国家。文章通过文献查找发现，19世纪初期，国外对土地利用的研究大部分都集中于对土地利用情况的调查。这些调查的数据主要是通过人工走访的方式搜集的。国外利用调查的数据，对土地的利用进行了有效分类。有关研究资料显示，20世纪20年代初期X的学者索尔开始针对X的密执安州进行土地利用的调查研究。20世纪40年代中期，澳大利亚就率先对自己国家的土地进行了大规模的调查和研究，澳大利亚对自己国家30%的土地完成了较为详细的土地利用调查。此后，加拿大、日本等国家都先后的对自己国家的土地利用情况开展相应的研究。其中英国学者波纳对英国所有的土地的农业资源都进行了调查和估算。早在20世纪30年代，英国就构建了土地利用调查研究的相关部门。同年，英国学者斯坦普和其他学者用了四年的时间，完成了英国各地区土地利用情况的走访调研，并且之后发布了一系列的调研成果。在斯坦普走访调研期间，波兰召开了第14届国际地理大会。在这届大会上，X地理研究学家鲍曼说明了X当年对土地利用变化的相关研究成果。其他学者也在这届大会上陆续发表了调查研究成果。20世纪30年代末期，召开了第15届国际地理大会。这届地理大会上，许多学者针对人口密度和土地利用变化的关系开展专项讨论。这也说明，20世纪30年代末期，人们已经开始注意到土地利用利益的问题。20世纪90年代，有关研究资料显示土地利用情况与全球环境变化有重要的关系。这一观点也得到了社会各界的广泛关注，环境的变化与土地利用的关系，也成为了目前学者争相研究的方向之一。

　　1.2.2国内的研究状况

　　随着我国社会经济的发展，人口数量不断增多，我国经济对土地资源的需求越来越大。我国研究学者开始针对土地利用变化开展专项研究。我国学者研究发现，土地利用变化会受到许多外界因素的影响，其中对土地利用变化影响最大的因素包括政治因素和自然因素。我国学者指出，土地利用变化和全球环境变化有内在的关系，也是引起全球环境变化的因素之一。我国学者魏开选择我国正在进行城市化转型的农村作为研究对象，对农村土地利用变化开展了较为深入的研究和分析。由于我国人口众多，且在不断的增长，我国的土地资源和其他发达国家相比，耕地资源并不是那么的丰富。因此针对我国土地利用变化开展专项研究，对我国土地资源利用的最优化是具有非常重要意义的。我国对土地资源的合理利用和开发，也有利于我国生态环境的保护，实现我国经济的可持续发展。我国对土地利用变化的研究可以分为两类研究方向，其一是针对城市的土地利用变化研究，其二是针对农村的土地利用变化研究，两者在研究上的侧重点会有所不同。这也是与我国国情相结合选择的适宜的研究方式。

　　文章通过查阅地理资料发现，多伦县位于我国内蒙古的中部地区，由于其特殊的地理条件致使其森林的覆盖率大约为10%。总人口11.1万。全县总面积3863平方公里，辖3镇2乡，65个行政村。耕地面积85万亩，林地面积293万亩，草场面积323万亩.总人口11.1万，多伦目前有林面积293万亩。有关研究资料显示，多伦县的空气质量状况一直优良，并且水资源非常丰富。面积虽不足锡林郭勒盟2%，地表水却占到全盟一半以上，在多伦县中，湖泊和河流的数量众多。多伦县中的水域总面积大约为17万亩。有研究学者表示，多伦县到地下储水量总量大约为3.8亿立方米。由于多伦县特殊的地理环境和丰富的矿产资源，早在20世纪90年代中期多伦县就已经被我国列为重点的矿区。多伦县的矿产资源非常丰富，其中主要为珍珠岩、水云母、火山岩等矿石。

　　我国改革开放以后，随着我国社会经济的快速发展，多伦县的经济也得到了一定程度的提升。有研究资料显示，2017年多伦县的整县生产总值较2016年相比增长了4.2%。2017年多伦县的第一产业较2016年多伦县的第一产业增长了4.1%。2017年多伦县的第二产业较2016年多伦县的第二产业增长了1.3%。2017年多伦县第三产业较2016年多伦县第三产业增长了6.6%。在2017年多伦县的人均支配收入大约为3.5万元将2016年相比增长了8.1%。有关研究资料显示，2018年多伦县的全县生产总值大约为81亿元人民币。2018年多伦县全县生产总值较2017年相比增长了6.4%。2018年多伦县第一产业较2017年增长了4.2%。2018年多伦县第二产业较2017年增长了6%。2018年多伦县第三产业较2017年增长了8.8%。通过上述数据可知，多伦县近年来经济状况良好，全县的经济水平在稳步提高。

　　本文以多伦县为研究区，根据2004年、2009年和2014年土地利用现状图的矢量化及所获得的各类统计资料，在土地利用结构、土地利用变化等方面对多伦县土地利用进行分析，研究内容如下

　　（1）分析多伦县研究期内的各类用地的总体面积变化趋势及变化规律。

　　（2）从多伦县研究期内土地利用变化幅度分析

　　（3）从土地利用结构变化研究分析土地利用结构变化幅度。

　　（4）对研究期内多伦县土地利用动态度进行分析。

　　（1）资料收集文章通过查阅相关的研究资料，收集国内外关于土地利用变化的研究成果，收集我国有关部门公布的土地利用相关数据。

　　（2）数据来源本文根据本研究数据来源于《锡林郭勒市土地利用总体规划》及《多伦县土地利用总体规划》，分别获取了2004年、2009年和2014年的土地利用现状图。

　　（3）数据处理主要运用以下公式：

　　土地利用变化幅度分析

　　土地利用变化幅度指的是在一定的时间内，土地整体面积的绝对变化量，土地利用变化幅度的计算公式如下所示。

　　式中:为总变化幅度;U为年均变化幅度;Ua、Ub为某土地类型期初与期末面积;T为研究时长.

　　土地利用结构变化幅度指的是不同的土地利用类型关于面积的变化。该变化幅度可以有效反映土地利用类型在总量上的变化。下列是计算公式：

　　从上述公式可以看出，R表示的是变化幅度。Zia表示的是初期面积。Zib表示的是末期面积。

　　土地利用动态都分析指的是，在一定的时间内，土地利用类型面积的变化大小。其计算的公式如下所示：

　　从上述公式中可以看出，K表示的是动态度。表示的是段时间的面积。表示的是段时间的面积。T表示的是、的时长。

　　所谓图像配准就是将不同的坐标系换成同一种范围，从而使得两个图层完全重合。添加被校正影像和参考选中被校正影像，添加控制点，添加控制点时先点击被校正影像再点击参考数据位置即可，且控制点尽量均匀分布，选择参考点的时候尽量选择道路交叉口，房屋的边角等比较清晰且无变化的参考物。控制点添加完后，可通过浏览控制点链接按钮来查看控制点情况，同时可删除或添加控制点。保存控制点。添加完控制点后对控制点进行保存，方便数据丢失或需要修改控制点时用。保存校正后的影像。可选择多种存储格式。

　　下图以2004年多伦县土地利用现状图图像配准为例。文章利用ArcMap工具，在ArcMap工具中加载了矢量图，并且通过点击编辑按钮，进入编辑模式。当显示可校正时，则可以对矢量图进行编辑和校正。点击set adjust data后，选择被校正文件。设置校正方法，一般采用仿射校正。开始添加控制点。在添加控制点的时候，控制点选择需要均匀。选择被校正要素上的点，然后在基准要素上选择相应的点。由此置换链接就可以被构建成功。在这个置换链接中，被校正要数上的点会作为起点。基准要素上的点会被作为终点。根据上述设置置换链接的方式，可以生成多个置换链接。

　　根据《土地利用现状分类》国家标准和《生态环境遥感调查分类规范》，并且与多伦县土地状况结合分析，可以把多伦县的土地资源划分为以下几类：耕地、草地、水域、建设用地、未利用土地、林地。通过对多伦县土地利用情况图像进行分析和研究后，发现各期解译正确率均在90%以上，满足精度要求，并在此基础上结合土地利用类型年度变更调查数据对各期土地利用现状信息加以修正，最终得到多伦县2004年、2009年和2014年3期土地利用现状数据，并输出成图。

　　通过对2004年、2009年以及2014年多伦县土地利用现状图的图像配准及矢量化，计算出三年多伦县建设用地、耕地、林地、草地、未利用地和水域的面积。

　　

　　(1)农用地

　　2004年多伦县农用地总面积为3415.87公顷，占全县总面积的85.96％。其中耕地面积683.4公顷，占总面积的17.2％，占农用地的20.0％；林地面积469.8公顷，占总面积的11.82％，占农用地的13.75％；草地面积为2262.67公顷，占土地总面积的56.94％，占农用地的66.24％。

　　(2)建设用地

　　2004年多伦县建设用地面积为55.25公顷，占全县总面积的1.39％。

　　(3)其他土地

　　其他土地面积502.93公顷，其中水域用地面积25.88公顷，水域面积和多伦县总面积相比，占比大约为0.64%。多伦县的未利用地面积和多伦县土地总面积相比，在占比大约为12.0％，占其他土地的54.83％。

　　2009年多伦县各地类面积分析

　　(1)农用地

　　2009年多伦县农用地总面积为3821.67公顷，占全县总面积的96.16％。其中耕地面积564.87公顷，占总面积的14.21％，占农用地的14.78％；林地面积826.87公顷，占总面积的20.81％，占农用地的21.64％；草地面积为2429.93公顷，占土地总面积的61.14％，占农用地的63.58％。

　　(2)建设用地

　　有关研究资料显示，多伦县的建设用地面积大约为104公顷，多伦县建设用地面积和多伦县的总面积相比，占比大约为2.6%。

　　(3)其他土地

　　其他土地面积502.93公顷，其中水域用地面积25.88公顷，占土地总面积的0.65％，占其他土地的5.15％；未利用地面积为477.05公顷，占土地总面积的12.0％，占其他土地的94.85％。

　　2014年多伦县各地类面积分析

　　(1)农用地

　　2014年多伦县农用地总面积为3834.89公顷，占全县总面积的96.49％。其中耕地面积539.71公顷，占总面积的13.58％，占农用地的14.07％；林地面积1377.2公顷，占总面积的34.65％，占农用地的35.91％；草地面积为1917.98公顷，占土地总面积的48.26％，占农用地的50.01％。

　　(2)建设用地

　　2014年多伦县建设用地面积为107.55公顷，占全县总面积的2.71％。

　　(3)其他土地

　　其他土地面积31.63公顷，多伦县的水域面积和多伦县的土地总面积相比，占比大约为0.6%。占其他土地的78.44％；多伦县的未利用面积和多伦县的土地总面积相比，占比大约为0.16%。，占其他土地的21.56％。

　　综上图表分析，多伦县林地总体和建设用地变化为上升状态，未利用地、耕地以及草地有下降趋势，说明该区域在研究期内的城镇化发展较为明显，减少耕地以增加林地，说明该地区的生态保护意识较明显。

　　利用变化幅度的公式算出数值并列出下表：

　　由表得知，2004年至2014年间多伦县建设用地土地利用总变化幅度增加了52.3公顷，年均变化幅度增加5.23公顷；耕地总变化幅度下降143.69公顷，年均变化幅度下降14.37公顷；林地总变化幅度增加了907.4公顷，年均变化幅度增加90.74公顷；草地总变化幅度下降344.69，年均变化幅度下降34.67；未利用地总变化幅度下降了470.23公顷，年均变化幅度降低47.02公顷；水域总变化幅度降低1.07公顷，年均变化幅度降低0.17公顷。

　　其中，上升变化幅度最大的为林地，研究期内增加907.4公顷；其次为建设用地增加52.3公顷；下降幅度最大的为未利用地，研究期内降低了470.23公顷；其次为草地>耕地>水域。

　　利用结构变化幅度的公式算出数值并列出下表：

　　从上述公式可以看出，R表示的是变化幅度。Zia表示的是初期面积。Zib表示的是末期面积。

　　

　　由此表可看出2004-209年间建设用地土地利用结构变化幅度增加了0.88％，耕地下降了0.17％，林地上升了0.76％，草地上升了0.07％，未利用地减少了0.94％，水域下降了0.16％；2009-2014年间建设用地土地利用结构变化幅度增加了0.03％，耕地下降了0.05％，林地上升了0.67％，草地下降了0.21％，未利用地减少了0.74％，水域上升了0.14％。总体来说建设用地的土地利用结构变化幅度增长的太快，未利用地的土地利用结构变化幅度下降的过快。经过该表的分析发现，由于城市建设用地大幅度增加导致未利用地大幅度下降，从而加大社会经济压力致使土地生态健康下降，势必会造成环境污染。

　　根据上述分析表明，变化幅度上升最快的就是林地，各类土地面积产生变化的原因是基于该地区大力整顿农业结构，实行退耕还林政策.耕地一直以来表现出持续下降的状态，草地同样处在不断地下降过程中.这是造成林地面积上涨的原因所在，说明该地区生态环境保护工作的落实使生态环境质量得到显著提升.工业的不断发展必然导致城镇以及建设用地求量明显增大，有利于提高该地区第一产业以及第三产业经济效益。

　　从土地利用结构变化上来看，研究初期多伦县未利用地面积仅次于草地和耕地，占研究区总面积的12．00%，略高于林地，且远远大于建设用地和水域的面积;而至研究期末，未利用地减少至最小，仅占研究区总面积的0．17%;而林地面积则大幅度超越耕地和建设用地，居于第二位，这说明该区土地利用效率不断提高，林业工程建设成效显著

　　利用土地利用动态度的公式算出数值并列出下表：

　　式中：k为单一土地利用动态度；、分别表示a时刻和b时刻某种土地利用类型的面积；T为a时刻到b时刻的研究时长。

　　根据表4土地利用动态度分析，2004年-2009年期间，多伦县建设用地上升速率为17.69%；林地增加速率达到15.20%；草地上升速率为1.48%；而未利用地和水域均呈现下降趋势，其中未利用地下降率为18.89%，水域减少率为3.16。2009年-2014年期间，多伦县建设用地和林地依然处于上升趋势，其中建设用地上升速率为0.65%，林地增加率13.31%；耕地和未利用地依然呈现下降趋势，其中耕地减少速率为3.47%，未利用地下降率为14.85%；水域上升速率为2.76%。

　　从综合土地利用动态度变化来看，在2004年-2014年这个时间段多伦县的建设面积和林地面积逐渐增大，其中建设面积和多伦县的土地总面积相比，建设面积在这个时间段内的增长大约为9.5%。其中林地面积和托伦县的土地总面积相比，林地面积在这个时间段内的增长大约为19%。而耕地草地、水域以及未利用地均呈现下降状态，其中未利用地下降速率最大为9.86%。由此可见城市化建设以及退耕还林加快了多伦县的土地利用变化的速度，在发展初期土地利用变化速率远高于发展后期。

　　本文以锡林郭勒市的多伦县为研究区，结果分析如下：

　　（1）通过研究土地利用变化幅度分析在2004-2009年间，建设用地在该地区面积增加48.89公顷；耕地在该地区面积下降118.53公顷；林地在该地区面积上涨357.07公顷；草地在该地区面积上涨167.26公顷；未利用地在该地区面积下降了450.59公顷；水域用地在该地区面积下降4.08公顷；在2009-2014年间，建设用地在该地区面积增加3.41公顷；耕地在该地区面积下降25.16公顷；林地在该地区面积上涨550.33公顷；草地在该地区面积上下降511.95公顷；未利用地在该地区面积下降了19.64公顷；水域用地在该地区面积下降3.01公顷。

　　（2）通过研究土地利用结构变化分析，研究初期多伦县未利用地面积仅次于草地和耕地，略高于林地且远远大于建设用地和水域的面积;到研究期末，未利用地减少至最小;而林地面积则大幅度超越耕地和建设用地，这说明该区土地利用效率不断提高，林业工程建设成效显著。总体来说，2004年-2014年十年间多伦县林地的土地利用变化幅度呈上升趋势，而耕地和草地变化幅度有所下降。在查阅以往资料时可知，当气候干旱时会影响到草原植被的正常生长，从而导致草地面积减少，但本文研究通过对比分析发现:短期的气候变化对草地面积的影响并不突出，气候暖干化背景下人为干扰才是决定区域草地面积变化的主导因素。

　　（3）通过研究土地利用动态度分析，多伦县的林地面积在不断增长，且建设用地面积也在大幅度增长。但是草地、水域以及未利用地均呈现下降状态，其中未利用地减少速度最快。从综合土地利用动态度上来看，城市化发展加剧了该地区的土地利用变化的速度，在发展初期土地利用变化速率远高于发展后期。2009年－2014年间多伦县土地利用变化速度有所减缓，这是由于多伦县的发展战略决定的。

　　（4）综上，无论从土地利用变化幅度分析、土地利用结构变化分析还是土地利用动态度分析，2004年-2014年多伦县在这个时间段内，多伦县的建设地面及和林地面积变化较大，林地面积和建设地面积都成有效的增长趋势。

　　（1）土地利用现状分析是土地利用总体规划时一项非常重要的内容，也是编制土地利用规划的重要依据。土地利用状况的分析是针对土地资源的总面积、土地结构、土地分布等开展的调查和研究。土地利用现状的调查和研究，有利于土地资源的规划和利用。也有利于发现土地资源在空间、结构配置上的问题。从而制定科学有效的方针，实现土地资源利用的最优化。也能为国家土地资源的合理利用提供有效的数据支持。

　　（2）目前多伦县土地利用处在发展阶段，土地利用效率不断提高，主要表现为:以退耕还林为主体，林地面积逐年增加；未利用地不断转向建设用地、草地以及林地。;这说明退耕还林、禁牧舍饲、京津风沙源治理和生态移民等生态建设项目的实施有了很显著成效。但是在建设和发展的时候，要注重生态平衡和土地集约节约利用，要珍惜耕地和林地，保护草地，提高对建设用地的利用效率，保证水域的面积和质量。

　　（3）城镇的经济发展是必要的，但是生态环境治理也是必不可少的，需要我们加一重视的是:因为对眼前利益的追逐，多伦县很多优质的草地被逐年增加的城镇建设用地所侵占;与此同时，在实施"退耕还林还草"等生态工程建设中，有一部分农牧民将一些耕种的土地也转为林地以换取经济价值更高的林木产品和XX补助，这对于粮食安全以及区域农牧业生产是具有一定危害的。因此，这需要XX和职能部门在宏观上加以调控，促进社会资源开发与国民经济协调发展，也要在政策制定上把握好细节。

　　光阴荏苒，岁月如梭！不知不觉已在内蒙古呼和浩特市度过了4年的求学时光，如今伴随着学位论文的付梓，本科学习也即将画上圆满的句号。4年的本科学习对我的人生影响深远，这期间有太多的经历令人回味，也有太多的感情值得沉淀。回想起求学生涯的点点滴滴，充满着探索与迷惑，也饱含着汗水与喜悦，在成长和学习的过程中有太多的人需要去感谢，也正因为有了你们的关心、支持与帮助，才使得我的求学之路变得充实而又有希望。

　　在此由衷地感谢我的导师郭晓虹老师，导师渊博的知识、无私的厚爱以及深深的理解与支持为我指明了奋斗的方向，搭建了梦想的阶梯，是您用极大的耐心与责任心指导我学习、工作，并教诲我做人、做事的道理和方法。在论文构思、撰写与修改过程中，也无不渗透着您的沥沥心血，您以开阔的思维、明锐的洞察力、严谨的治学理念和博爱的胸襟不断为我指点迷津、解惑答疑、鼓励并敦促我认真踏实地走好每一步。

　　感谢内蒙古农业大学以及沙漠治理学院的各位老师，感谢我四年的所有同窗他们是我学习和生活的伙伴，在相互交流与鼓励中我们结伴同行，不忘初心，共同进步，结下了深厚的友谊，在此衷心地祝愿他们在今后的人生道路上再创辉煌！

　　最后向论文评阅的各位老师以及答辩委员会的诸位老师致以最诚挚的感谢和崇高的敬意！

　　感谢所有关心、帮助和支持我的人们，谢谢！

　　1吴凤华、杨久东、李小光、孔改红。3s技术在耕地保护中的研究。河北理工大学交通与测绘学院。河北，063009

　　2赵京黔。3s技术在土地动态监测中的应用。吉林大学。2012

　　3张宏飞、罗海波。内蒙古多伦县土地利用变化分析。内蒙古自治区土地整理中心。010020.内蒙古国地土地整理规划设计有限责任公司内蒙古呼和浩特010020

　　4秦福仓、周佳宁、刘佳、张连根、高岭。内蒙古多伦县土地利用动态变化及驱动力。1内蒙古农业大学生态环境学院，呼和浩特010019;2．青海省西宁市正方城市规划咨询服务有限公司，西宁810008;3内蒙古自治区多伦县林业局027300

　　5叶春波。基于GIS的土地利用动态变化研究。南京师范大学、2011

　　6雷坤平。基于3s技术的土地利用监测与现状变更研究.西南交通大学。2014

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