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张海珍1 马泽忠1、2 周志跃1 刘智华1
（1.重庆市土地勘测规划院，重庆，400020；2.中国人民解放军重庆后勤工程学院，重庆，400201）
摘要：本文利用多源遥感影像，在遥感和 GIS 技术结合的基础上，对重庆市农用地利用现状进行了监测，并对其1985～2005年间的变化情况进行了分析。结果表明，重庆市的农用地以耕地和林地为主，20年来受城市发展、三峡工程建设等因素的影响，其结构和类型上都发生了比较大的变化，其中以耕地的变化最大。本次研究，一方面为政府决策提供了一定的数据参考，另一方面对遥感技术深入应用于土地资源管理工作的途径进行了探索。
关键词：土地利用变化；遥感监测；重庆市
土地利用动态变化监测研究是一个涉及自然条件和社会条件的复杂过程。随着社会经济的发展，城市化进程加快，人地关系日趋紧张，粮食安全问题也日益突出。为有效减缓这种人地矛盾，确保有限土地资源的可持续利用，必须对土地资源的利用状况及变化情况进行及时准确的了解。
重庆市是一个年轻的直辖市，近年来受西部大开发政策、三峡工程建设等因素的影响，其土地利用变化异常频繁，依靠现代科技手段和条件，快速高效地对土地资源进行动态监测，已成为各级政府实施有效的土地资源宏观政策管理的迫切需要。另据统计，重庆市80%以上的土地为农用地，因此，对重庆市的农用地进行动态监测研究，不仅可以为预测土地利用和土地覆被的未来变化及其对重庆市未来自然、社会、经济的影响提供参考，同时也可以为合理利用和保护农用地资源提供基础依据。本文即利用多时相的遥感影像对重庆市1985～2005年间的农用地变化情况进行监测，并结合 GIS 的空间分析功能对重庆市农用地变化的规律进行分析，通过利用遥感手段对农用地变化的时空规律的实证研究，为遥感技术在重庆市土地利用中的途径进行探索。
1 重庆市概况
重庆市位于长江上游三峡库区及四川盆地东南部，地跨东经105°17′～110°11′，北纬28°10′～32°13′之间，东西长470km，南北宽450km。其东邻湖北、湖南，南接贵州，西靠四川，北连陕西，是中国经济发达的东部地区与资源富集的西部地区的结合部（图1）。地形从南北向长江河谷倾斜，起伏较大，西北部和中部以丘陵、低山为主，东南部靠大巴山和武陵山两座大山。主要河流有长江、嘉陵江、乌江、涪江、綦江、大宁河等。重庆气候属亚热带季风性湿润气候，年平均气温在18℃左右，冬季最低气温平均在 6℃～8℃，夏季最高气温平均在27℃～29℃。终年少霜雪，多云雾，冬暖、夏热、春早、秋短。雨量充沛，常年降水量1000 mm～1400 mm。
重庆市目前是全国面积最大、行政管辖最宽、人口最多的直辖市。全市幅员82269km2 （土地详查数），辖13个市中区、4个县级市、18个县、5个民族自治县，共40个区县（自治县、市），人口达3072 万。
图1 重庆市位置
2 技术路线与方法
综合考虑农用地动态变化和遥感与地理信息系统的特点，本研究采用以下技术方法和流程（图2）。
图2 遥感和 GIS 技术支持下重庆市农用地动态变化监测研究技术流程
（1）对多时相遥感影像（1985年、1995年、2000年TM和2005年中巴资源卫星02号星数字图像）进行图像增强处理和空间几何纠正，并在遥感图像处理软件中应用监督分类方法对2005年影像进行计算机自动分类，然后将分类结果输出为矢量格式。
（2）应用遥感影像像元差方法，分别对1985～2005年、1995～2005年、2000～2005年的影像数据变化图斑进行检测提取。
（3）利用人机交互方式对变化图斑进行解译，以确定其类型、位置和面积。同时，将研究区的地形图进行扫描，通过图像处理软件进行空间几何纠正后在 GIS 软件中数字化，并生成数字高程模型（DEM），再用 DEM 生成不同的分带高程图和分级坡度图。
3 重庆市农用地现状分布分析
3.1 重庆市农用地组成结构
农用地组成结构是指各农用地类型面积占总农用地面积的比重。利用生成的2005年土地利用现状图统计各地类的面积并计算各类型所占比重（表1），可以发现，重庆市的农用地组成结构存在以下特点：
表1 重庆市 2005年农用地组成结构
（1）重庆市农用地组成以耕地和林地为主，耕地和林地面积占农用地总面积的95%以上，并且，耕地和林地在农用地构成中所占比例相当，分别为48.02%和49.57%，这与重庆市的地形有很大关系。
（2）耕地中的旱地面积为243.52×104 hm2，占农用地总面积的 32.39%，在农用地中占绝对优势。
（3）林地面积大，但结构欠佳。2005年重庆市林地面积几乎为农用地总面积的一半，但灌木林地和疏林地所占林地总面积的比例达66%，质量较好的有林地仅占30%。
3.2 重庆市农用地分布与地形的关系
3.2.1 农用地分布与高程的关系
把2005年的土地利用现状图与高程分带图进行叠加分析，得到不同高程带农用地的分布情况（图3），可以看出：
图3 不同高程带农用地的分布情况
（1）重庆市农用地分布以海拔175m～800m为主，这一高程带内的农用地分布占了农用地总面积的69.2%，其次是800 m～1200 m范围内，占总面积的17.8%。
（2）对同一农用地类型随高程带的分布进行分析可以看出：耕地、果园和疏林地主要分布在海拔175 m～800 m范围内，其在这个范围内分布的面积均达到了总面积的60%以上；而有林地、灌木林和草地则在175 m～1800 m范围内都有不同程度的分布，并且以175 m～800 m范围为主（图4）。
图4 各农用地类型随高程的比例变化
图5 各高程带农用地的组成结构
（3）各农用地类型在同一高程带内农用地组成结构中的比例也具有明显的变化规律，特别是林地和耕地，主要表现在随着海拔增高有林地和灌木林地所占的比例增加，水田和旱地所占比例则减少；草地在各个高程带都有一定比重的分布，但是很少（图5）。
3.2.2 农用地分布与坡度的关系
把2005年的土地利用现状图与坡度分级图进行叠加分析，得到不同坡度级农用地的分布情况，可以看出：
（1）重庆市农用地主要分布在25°以下，这个范围的农用地面积占全市农用地总面积的95%，其中2°～15°范围内的农用地面积占总面积的57%。
图6 不同坡度级农用地的分布
图7 各农用地类型随坡度的比例变化
图8 各高程带农用地的组成结构
（2）同一农用地类型在不同坡度级内的分布有明显的规律，除水田外的其他农用地类型均在6°～15°有最大分布；然后，随着坡度的增加分布面积减少，大都集中在25°以下。水田随着坡度的增加分布面积逐渐减少，并主要集中在15°以下，这个范围的水田面积占总面积的95%，其中以2°以下范围内的水田占全市水田总面积的44.8%。
（3）各农用地类型在同一坡度级农用地组成结构总的比例有如下规律：随着坡度的增加，耕地所占比例逐渐减小，而林地所占地比例则随着坡度地增加而增加，特别是灌木林地。
4 重庆市农用地变化及驱动力分析
4.1 耕地
耕地是变化最剧烈和频繁的农用地类型，主要是因为耕地作为农业生产的基本条件，与人类生存休戚相关，且容易受到人为因素的影响，这在重庆市耕地的变化上同样有强烈的反映。从监测结果来看重庆市的耕地变化可以分为1985～1995年以及1995～2005年两个阶段。在前一个阶段内，重庆市的耕地呈缓慢增长的趋势；在后一个阶段内，耕地则急剧地减少，平均每年减少的面积达6000hm2，是20年内年均变化面积的将近3 倍，其中大部分的耕地变为了建设用地。耕地的这种变化趋势表现在以下几个方面。
表2 各农用地类型在不同时段内的变化趋势单位：hm2
（1）与重庆市的城市发展以及人口迅速增长有直接的关系 1997年重庆市成立直辖市，重庆市的城市建设步伐加快，城市不断扩张。同时为把重庆市建设为长江上游经济中心，重庆市还狠抓交通枢纽工程，加快了骨架公路、铁路网络等的建设。伴随着城市发展的是人口的增长，从1995年开始重庆市的非农人口增长速度平均每年超过20 万，非农人口的增加必然加剧对住房以及公共设施的需求，这都造成建设用地的快速增加，大量的耕地被占用和非农化。虽然为保证耕地的占补平衡，确保粮食安全，重庆市近年来也加大了对土地开发、复垦、整理的力度，但并不能完全补偿被占用的耕地。
（2）受三峡工程淹没和移民的影响，大量的耕地或被水域化、或被开垦，用于建设移民县城以安置大规模的三峡移民。而近年来重庆市实施的以“退耕还林还草”等工程为主要内容的“青山绿水工程”，又进一步加剧了重庆市耕地的减少。
（3）滑坡等自然灾害的频繁发生也造成了耕地的减少，且难以复垦。
4.2 林地
林地在这20年间经历了增加→减少→增加的变化过程，总体来说仍呈增加趋势。林地的减少主要受毁林开荒及建设用地占用影响，而林地的增加则在很大程度受到政府政策的主导。1989年国家实施了长江上游水源涵养林营造工程和水土保持工程，通过草地植树和退耕还林，营造了一大批林地，这也是1985～1995年重庆市林地增加的主导原因。而随后的城市化进程造成大量耕地的被占用，为了满足对粮食的需求，对林地和草地进行开垦以缓解耕地的紧张。同时受三峡工程淹没的影响，大量林地变成水域。2002年，重庆市对三峡库区实施了退耕还林还草、天然林保护、水土保持、生态建设综合治理等“青山绿水工程”，在三峡库区构筑青山绿水多种生态屏障，从而保证了近年来重庆市林地的增加。
4.3 草地
草地的变化趋势是先减少，后增加，再减少。和1985年的草地面积相比，2005年的草地面积减少了5304hm2。草地的变化同耕地和林地的变化一样，也是多种原因共同作用的结果，总体来说草地的减少主要源于植树造林、毁草垦殖及建设用地侵占。而草地增加的主要原因是森林砍伐后退化陡坡旱地退耕还草。另外，重庆市近年来繁重的土地开发整理工作也是草地减少的一个重要原因。
4.4 园地
园地以2000年为界，先减少后增加。为打造三峡库区生态经济区，重庆市在库区主抓了柑橘种植、草食牲畜、旅游等四大产业，这在很大程度上促进了重庆市果园的增加。
5 结论
本文利用多源遥感影像，在遥感技术和 GIS 技术结合的基础上，对重庆市农用地利用现状进行了监测，并对其从1985～2005年间的变化情况进行了分析。通过本次研究，对重庆市的农用地配置以及20年来的变化规律进行了一定程度的反映和揭示，可为政府决策提供一定的数据参考，同时对遥感技术在重庆市土地资源调查中的应用方法，以及需要解决的技术进行探讨，以便能够把遥感技术深入应用到重庆市国土资源管理中，从而提高土地管理工作的科学化和现代化水平。另外，随着第二次全国土地资源调查工作的全面开展，航空、航天遥感影像必将成为调查的主要信息源，本次研究在一定程度上也是遥感技术在复杂地貌环境中的一次探索和应用。
参考文献
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冯春，陈建平.土地利用/土地覆盖研究中遥感影像分类精度的提高方法［J］.地理与地理信息科学，2003，19 （3）：26～28
农业遥感的应用
遥感在农业方面的应用意思是主要是在进行农用土地资源调查、作物估产和气象灾害、作物病虫害的监测、预报等方面。
遥感技术在农业中的应用现状：
随着时代的进步发展与我国现代化建设进程的加快，现代农业中对先进技术的应用也越来越广泛。在农业生产中，遥感技术在多个方面均有所应用。首先，在农业机械上结合应用遥感技术，使农业机械的设计和制造有了很多新的方向；
有利于提升农业机械设备的自动化程度，进一步降低农业生产活动的人工负担。其次，遥感技术在农业的其他领域中也多有应用，如农作物长势检测、土壤环境监测、农业灾害监测等。遥感技术主要是提供导航、检测等功能。
遥感技术在农业领域中的应用场景：
在农业机械应用领域，遥感技术的主要功能在于导航，通过在农业机械设备上安装相应的遥感技术设备，能够实现对机械位置和状态的监控。不仅如此，遥感技术结合其他技术，还能实现对农田等的检测功能。
基于遥感技术的农作物长势检测：
采用传统种植方式，种植户对田间的农作物长势进行分析观察，往往需要前往田间进行实地勘探，这对于体力是一个极大的消耗。使用遥感技术对农作物进行检测，能够实现对农作物长势的远程观察。
相比传统人力检测方式，其更加科学，对于田间农作物整体的生长态势，能够有一个很好的把握，在很大程度上降低种植户进行农作物长势检测的人力付出，降低其劳动强度，并且提高效率。
在具体实行中，利用遥感影像技术，对作物不同阶段的生长状态进行实时记录，获得同一地点中不同时间段作物长势数据。这项技术实现的理论基础是绿色植物光谱理论，针对同一种作物，由于其内部组成及外部形态之间会存在一定的差异。
即便是在同一片田地中，生长状况也不完全一样，因此基于绿色植物的光反射特性，依据反射光谱不同的波长，对卫星照片上光谱数据的差异性进行对比，可以判断出该片区植物生长的状态，进而实现对农作物长势的检测。
叶面积与农作物产量之间存在直接的关系，利用光谱反射原理，根据农作物长势测算结果，利用长势数据与产量之间的数学关系进行推算，结合农作物种植面积，通过计算得出回归系数，最终能够实现对产量的测算。国家对粮食产量的预估，用的就是这种原理。
主要表现在以下几方面：
（一） 农业资源调查及动态监测
（1）1980年6月～1983年12月，在全国农业区划委员会办公室的组织下，会同国家测绘局、林业部、农牧渔业部及有关的46个单位298名科技人员，“利用MSS卫片进行全国土地资源概查”。第一次利用美国陆地卫星MSS数据进行了全国范围15个地类的土地利用现状调查，并按1∶50万比例尺成图，宏观地反映了我国土地资源的基本状况，填补了我国土地资源不清的空白。
（2）土壤侵蚀遥感调查。八十年代中期，主要利用美国陆地卫星资料进行了土壤侵蚀分区、分类、分级制图。各区制图比例尺不小于1∶50万，全国拼图后缩成1∶100万、1∶200万、1∶250万成果图，并制成1∶400万土壤侵蚀区划图。
（3） 中国北方草原草畜动态平衡监测研究。1989-1993年，在国家航天办的资助下，全国农业区划办公室组织有关单位，利用遥感技术建立了我国北方草原草畜动态平衡监测业务化运行系统。
（4） 全国耕地变化遥感监测。1993-1996年期间，全国农业资源区划办公室组织有关技术单位，利用美国陆地卫星图像连续四年开展了全国耕地变化遥感监测工作，其结果引起了中央有关部门的高度重视，为合理利用每寸土地，保护农业耕地提供了辅助决策依据。
（5）“八五”期间全国农业资源区划办公室和中国科学院资源环境局组织开展了“国家资源环境遥感宏观调查与动态研究”，在1992-1995年的3年时间里完成了全国资源环境调查，建立了一个完整的资源环境数据库，较过去开展一项单项专题的全国资源环境调查需5-10年的时间相比是一个很大进的步。在项目实施中全部采用了90年代接收的最新陆地卫星TM图像作为主要的信息源，在大兴安岭、秦岭、横断山脉一线以东选用1∶25万比例尺，此线以西采用1∶50万比例尺进行遥感图像判读、制图及数据库建立工作。
（6）我国北方四省十年土地开发综合评价。1997-1998年，全国农业资源区划办公室组织有关单位，利用美国陆地卫星TM图像，对黑龙江、内蒙古、甘肃和新疆等四省区，监测了近十年(1986～1996)来的土地开发利用状况，并结合有关资料进行了综合评价。结果显示，我国北方地区土地利用类型变化幅度较大，土地利用结构不合理；草地退化严重；土地荒漠化趋势加剧，农业生态环境变坏的趋势日益严重；耕地开垦有一定的盲目性，新开垦的耕地基础设施不足。这一结果得到了中央领导的重视，为严格禁止毁林开荒、毁草种粮提供了政策依据。
（7）草地遥感监测和预警系统建设。该项目是农业部遥感应用中心于2000年设立并开展工作。该项目是利用遥感技术、地理信息系统和全球定位系统等现代空间信息技术手段，建立技术先进、快速准确的中国草地退化和草畜动态平衡遥感监测系统。
（二） 农作物遥感估产方面在农作物估产方面，1989年-1995年期间，先后进行了黄淮海平原遥感小麦估产，京津冀地区小麦遥感估产、华北六省冬小麦遥感估产、黑龙江省大豆及春小麦遥感估产、南方稻区水稻估产、棉花估产等研究。自1996年起，黄淮海平原冬小麦长势监测及产量估测转为业务化试验运行阶段，这一工作的开展为全国农作物长势监测和估产积累了经验和技术基础。1999年，在农业部发展计划司的直接领导和组织下，成立了农业部农业遥感应用中心。1999年以来，农业部遥感应用中心开展了全国冬小麦估产的业务化运行工作，取得了较好的效果，实现了全国冬小麦估产的业务化运行目标,并正在开展全国性玉米，水稻，棉花等大宗农作物遥感估产的业务化运行工作。
（三）灾害遥感监测和损失评估在自然灾害监测方面，开展了北方地区土地沙漠化监测、黄淮海平原盐碱地调查及监测、北方冬小麦旱情监测等。草原火灾、雪灾等监测系统已投入运行。从1995年开始，开展了利用NOAA卫星等资料进行黄淮海平原地区旱灾监测的业务化运行工作，经过几年的努力，1999年在全国农业资源区划办公室的领导和组织下，旱灾监测也由仅监测黄淮海平原地区扩展到全国冬小麦主产区。 从农业部门的实际应用来看：随着社会主义市场经济体制的建立，及时掌握农业资源状况和演变趋势，提出合理可持续利用的科学对策，是实现资源和生产力要素的优化配置，保证国民经济持续、稳定、协调发展的重要手段；及时掌握主要农作物的播种面积、长势和产量，对于国家制订合理的农产品贸易政策有重要意义。农业部门在未来对遥感技术将有多方面的要求，例如：要求能在有云、雨、雪天都能获得遥感信息，实现全天候遥感探测；由于农作物、农事活动、生物等多在小尺度空间生存活动，因此要求空间分辨率较高；农事活动、特别是农作物和牧草的生长和发育随时间变化较快，因此要求遥感的时间分辨率高，也就是说，要求经常获得遥感信息(至少1周或半个月获得一次信息)；农业活动是在一定空间进行的，要求定点、定位、定量，以满足精准农业比如精准灌溉、精准施肥、精准播种、精准防治病虫害等的需要，从而进一步充分发挥遥感技术的作用。在农业资源动态监测方面，将要求针对全国范围内的基本资源与生态环境状况，建立空间型信息系统，形成较短如每年动态更新一次的能力，对国家资源热点问题，如耕地动态变化等每年提供一次专题报告和相应的资源环境辅助决策信息。在农作物长势监测和产量预报方面，将向着高精度、短周期、低成本方向进一步深入。
在灾害监测与评估方面将建成综合监测与评估业务化运行系统，使之具备定期发布灾情、随时监测评估洪涝灾害和重大自然灾害的应急反应能力。可以预料，21世纪初随着高中低轨道结合、大小微型卫星协同、高低精度分辨率互补的全球对地观测网的形成，地理信息产业的进一步成熟和空间定位精度的提高，遥感技术将在农业资源环境调查和动态监测、土地退化、节水农业、精准农业、农业可持续发展、全国主要农作物及牧草的遥感长势监测与估产、重大自然灾害监测和损失评估、遥感对象的识别和信息提取等方面应用更加广泛。
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