武汉市轨道交通沿线土地利用变化研究毕业论文
2020-02-15 10:02
摘 要
随着城市化进程的不断发展，人口激增、人多地少的城市问题正逐渐被暴露放大，城市公共交通具有其独特优势，其中城市轨道交通因其准时、速达、舒适、安全、低污染等优势在城市基础交通运输中占据重要地位。城市轨道交通的快速发展也给周边土地利用带来了巨大的变化，但目前我国轨道交通周边土地利用情况还有一定问题。本文以武汉市轨道交通为基础，研究轨道交通与土地利用之间的变化关系。
以武汉轨道交通2号线和4号线为研究对象，采用相应土地利用指标，使用实地调查、文献查阅、抽象调查、定性定量分析、对比分析等方法，借助ENVI、ArcGIS等软件对轨道交通2号线和4号线1000米缓冲范围内研究区域进行土地利用分析。
关键词：土地利用 轨道交通 GIS
Abstract
With the continuous development of urbanization, urban problems such as population explosion, large population and small land are gradually exposed and amplified. Urban public transportation has its unique advantages, among which urban rail transit occupies an important position in urban basic transportation due to its advantages such as punctuality, speed, comfort, safety and low pollution. The rapid development of urban rail transit also brings great changes to the land use of the surrounding areas. Based on Wuhan urban rail transit, this paper studies the relationship between rail transit and land use.
In Wuhan rail transit line 2 and line 4 as the research object, adopts the corresponding land use indicators, using field investigation, literature review, abstract research, qualitative methods of quantitative analysis, comparative analysis, with the help of ENVI, ArcGIS software, metro line 2 and line 4,1000m buffer to analyze land use within the scope of the study area.
Key words: rail transit; land use; GIS
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景 1
1.1.1武汉轨道交通 1
1.1.2国内外研究概况 1
1.2.研究目的及意义 1
1.2.1研究目的 1
1.2.2研究意义 2
第二章 武汉轨道交通土地利用变化 3
2.1研究内容 3
2.2研究方法与技术路线 3
2.2.1研究方法 3
2.2.2技术路线 4
2.3武汉市发展规划 4
2.3.1武汉市城市建设目标 4
2.3.2武汉市城市空间布局 4
2.3.3武汉市城市发展战略 5
2.4 武汉市轨道交通概况 6
2.5研究思路 6
2.6武汉轨道交通土地利用数据统计 7
2.6.1.轨道交通2号线土地利用占比 7
2.6.2.轨道交通4号线土地利用占比 10
2.7武汉轨道交通土地利用的时间动态性 13
2.7.1. 轨道交通2号线土地利用数据统计 13
2.7.2. 轨道交通4号线土地利用数据统计 15
2.8武汉轨道交通土地利用的时间变化差异 18
2.8.1土地利用面积变化差异 18
2.8.2土地利用面积变化率差异 19
第三章 结论及讨论 21
3.1结论 21
3.2讨论 22
参考文献 23
致谢 24
第一章 绪论
1.1研究背景
1.1.1武汉轨道交通
武汉市作为华中地区的核心城市，近些年来经济发展迅速。武汉总面积8494.41平方公里。截止2018年，武汉市常住人口1108.1万人，城镇人口889.69万人，城镇化率达到80.29%。随着城市化进程的不断推进，人地矛盾问题随人口增长将持续增大，交通拥堵成为困扰武汉市的难题。轨道交通因其具有准时、速达、舒适、安全、低污染等优势，极大程度地缓解了城市交通拥堵压力。
到2019年2月为止，武汉轨道交通已经开通1号线、2号线（含机场线、2号线南延线）、3号线、4号线、6号线、7号线（含纸坊线）、8号线、11号线、阳逻线共9条线路，总运营里程达318公里。《武汉市轨道交通第四期建设规划》指出：至2024年，形成14条线路运营，总长606公里的轨道网，轨道交通网络将进一步扩张，轨道交通与土地利用的优化结合显得十分重要。
在已开通的线路中，2号线和4号线分别为南北朝向和东西朝向的两条线路。2号线于2012年12月28日开通，南到佛祖岭，北至天河机场，全程60.8公里，共38站。4号线于2014年12月28日完成二期建设，西到黄金口，东至武汉火车站，全程33.4公里，共28站。两条线路基本覆盖了武汉三镇的中心区域，在纵横方向都具有较强的延展性，具有代表性。因此，本文选择2号线和4号线沿线1000m缓冲区范围的土地利用作为研究对象。
1.1.2国内外研究概况
（1）国外研究概况
在轨道交通与土地利用类型的相互关系研究上，国外学者研究得较早，到2000年有较大提升，轨道交通与其周边土地利用优化研究是一个较为重要的分支，相关研究分析得出，在轨道交通作用下，周边土地利用效益在增强，轨道交通对于土地开发具有正向作用。
（2）国内研究概况
国内对于轨道交通与土地利用变化的研究起步相对较迟，伴随我国轨道交通规模的扩大化，近些年来相关期刊论文数量增长较大，研究方法和结论也更加趋向于本土化。谭章智等学者以广州市轨道交通为例探索了城市轨道交通对土地利用变化的时空效应，对轨道交通建设不同阶段对土地利用变化的影响做出了相应解释。相关学者对上海，北京，广州，深圳等一线城市的轨道交通与土地利用变化研究均取得重要成果。
1.2.研究目的及意义
1.2.1研究目的
本文基于武汉市轨道交通的规划、建设、运营的过程，对武汉市轨道交通2号线、4号线沿线1000米缓冲区的土地利用现状进行实地调研以及数据收集，结合Landsat遥感影像对研究区域进行遥感解译和图集编撰，探究武汉轨道交通2号线、4号线对缓冲区内土地利用的影响。城市的快速发展也在加快城市基础交通设施的建设，研究轨道交通的发展和土地利用变化之间的相互关系，具有极其重要的研究意义，其主要目的有：
（1）基于武汉市轨道交通2号线和4号线的发展进程，研究不同时间的土地利用情况，再根据不同时间段内土地利用类型的变化情况探索轨道交通与土地利用变化之间的相互关系。研究轨道交通在规划、建设以及运营不同阶段对土地利用变化产生影响的程度；
（2）通过对轨道交通与土地利用变化相互关系的研究，探究当前轨道交通建设在土地利用规划方面存在的不足，为轨道交通和土地利用变化提供更为具体的思路方针。
1.2.2研究意义
（1）武汉作为华中地区唯一一座副省级市和特大城市，经济发展十分迅速。城市化进程的推进带来一系列人地关系问题，轨道交通的建设能十分有效的缓解城市交通拥堵问题。在此基础上，本文通过探究武汉轨道交通与土地利用变化的相互关系，为武汉今后的轨道交通建设和土地规划布局提供相关参考依据；
（2）本文不仅采用了实地调研法，还结合ArcGIS、ENVI等现代技术软件，定性与定量结合，探究轨道交通对土地利用变化的时间效应，通过对比分析，从不同尺度维度进行深入探索，为今后的研究提供相关的研究思路。
第二章 武汉轨道交通土地利用变化
2.1研究内容
以武汉轨道交通2号线、4号线周边土地利用类型的面积变化进行分析，以此来探究轨道交通的不同发展阶段对于周边土地利用变化的影响力大小，并进一步探究不同阶段对周边土地利用变化的影响力不同的具体原因。
1.采用2003年、2008年、2013年、2018年武汉市Landsat遥感影像作为基本数据源，并以武汉市行政区划电子地图作为辅助。利用ENVI软件对遥感影像进行预处理，使用监督分类方法对武汉轨道交通2号线和4号线沿线1000m的缓冲区土地类型划分为不同类型。采用实地调查、文献查阅、对比分析等方法对遥感解译结果精度进行评价，当解译精度达到80%以上时，认为数据有效。利用ArcGIS将解译结果数据转化为矢量数据。
2.通过对武汉市2003年、2008年、2013年、2018年土地利用类型是量化数据进行变化分析，探索在轨道交通建设不同阶段对土地利用类型的影响程度大小。所选取的年份数据能够较为完整的体现轨道交通从规划到建设到投入使用整个阶段对土地利用类型变化的影响程度。
3.在解译精度评价方法上面，我们采用实地调查、文献查阅、抽样调查等方法。实地调查主要是沿2号线和4号线周边进行采样，对比遥感解译结果判断精度；文献查阅主要是根据武汉市国土资源局等官方网站发布的年度报告进行整体精度的判别；抽样调查主要是在ENVI软件中采用相应方法进行精度测算。
2.2研究方法与技术路线
2.2.1研究方法
（1）.文献查阅法
通过图书馆、档案馆、学术网络、博物馆、互联网等搜索渠道检索查找文献资料，对武汉轨道交通的建设以及武汉土地利用规划的发展有一个更细致的了解，同时借鉴已有研究成果的相关研究思路和方法，对本文研究内容做出指导性建议。了解当前研究最新发展，掌握国内外该研究领域的最新动态。
（2）.实地调研法
单纯的遥感影像不足以作为整个研究内容的数据支撑，在完成室内的相关遥感解译工作之后，需现场进行实地调研，并以此判断解译精度是否能达到要求，针对一些目视解译无法判别的地物类型，更应该实地进行采样取证，以保证解译数据的准确性。
（3）.定性与定量分析
利用ArcGIS软件对武汉轨道交通2号线、4号线规划、在建、运营三个阶段进行缓冲区分析，并对1000米缓冲区进行地图矢量化处理，绘制出土地利用类型图，在不同时空范围内的研究区域内，统计不同土地利用类型的面积、数量等属性，结合定性描述，完成本文的核心数据处理过程。
（4）.抽样调查法
在数据处理阶段，为保证解译结果的精度满足要求，需利用抽样调查法进行精度验证。具体步骤则是随机选取一定数量的图斑，结合实地调研法，判断解译结果的正确性，计算解译结果的误差百分比。考虑到遥感影像的精度为30米，本文认为误差控制在20%范围内，精度满足要求。
（5）.对比分析法
对不同时空范围内不同土地利用类型进行对比分析，得出在轨道交通在不同阶段的土地利用类型的变化情况，以此探究轨道交通与周边土地利用类型变化的相互关系。
2.2.2技术路线
图2.1 技术路线图
2.3武汉市发展规划
2.3.1武汉市城市建设目标
加快城市建设现代化进程，提供多元化、多层次、多维度的公共服务，建立现代化、高效便捷的交通基础设施体系，提高人民居住水平，创造高质量的居住生活坏境，建设宜居城市；调整优化城市产业布局，建设先进制造业基地，构筑“高增值、高辐射、高就业”的现代服务业体系，成为对资本和人才最具吸引力的创业城市；保护“江、湖、山、城”的自然生态格局，构建合理的生态框架、建成山青水秀、人与自然和谐、具有滨江滨湖特色的生态城市；保护历史文化名城，彰显城市文化内涵，建设高品质的文化城市。（摘自武汉市城市总体规划（2010-2020年））
2.3.2武汉市城市空间布局
武汉市受地理环境的影响，由汉江、长江分割，形成武昌、汉口、江汉三镇格局。武汉三镇在行政上同为一个整体，但三镇依据自身特点独立发展。而作为三镇连接纽带的则是建于长江之上的桥梁，它们在城市交通和城市土地利用上进一步将武汉三镇连为一体。
1995年编制的武汉市城市总体规划中，提出了多中心组团式的规划构想。在城市地区确立了以主城为中心，以外围7个重点镇和4个区为卫星城的圈层状城市空间布局。
2011年“十二五”武汉市重新部署了“1 6”城市空间格局：主城区建设基本控制在三环以内；6个中等城市规模的“卫星城”拱卫着主城区；利用城市绿色生态廊道作为哥哥区块之间的分割界限，以通达各区的轻轨和快速路构建区与区之间的连接网络；主城区人口以及工业布局尽量向新区聚集，以保证主城区服务业的发展。这种空间格局能够很好的应对交通拥堵、热岛效应等各种城市病问题。
2.3.3武汉市城市发展战略
将“建设一个更具竞争力更可持续发展的世界城市”作为城市建设目标，使武汉发展成为一座绿色、宜居、包容、高效、活力的城市。发展策略如下：
（1） 大力推进轨道交通、城市综合管廊等专项建设，奠定城市基础设施建设框架；
（2） 保护武汉生态安全格局，提升生态空间的交通可达性；
（3） 彰显城市文化特色，促进国际文化交流，提升国际文化影响力；
（4） 优化城市空间结构，明确各区块功能职责，密切分工合作。
图2.2 武汉市土地利用规划图
（图片来源：武汉市自然资源与规划局网站）
2.4 武汉市轨道交通概况
本文研究区域为武汉市。到2019年2月为止，武汉轨道交通已经开通1号线、2号线（含机场线、2号线南延线）、3号线、4号线、6号线、7号线（含纸坊线）、8号线、11号线、阳逻线共9条线路，总运营里程达318公里。《武汉市轨道交通第四期建设规划》指出：至2024年，形成14条线路运营，总长606公里的轨道网。因此，研究武汉市轨道交通对土地利用的影响显得尤为重要。
在已开通的线路中，2号线和4号线分别为南北朝向和东西朝向的两条线路。2号线于2012年12月28日开通，南到佛祖岭，北至天河机场，全程60.8公里，共38站。4号线于2014年12月28日完成二期建设，西到黄金口，东至武汉火车站，全程33.4公里，共28站。两天线路基本覆盖了武汉三镇的中心区域，具有代表性。因此，我们选择2号线和4号线沿线1000m缓冲区范围的土地利用作为研究对象。
图2.3 武汉轨道交通线路图 运营中
（图片来源：武汉轨道交通网站）
2.5研究思路
1.采用2003年、2008年、2013年、2018年武汉市Landsat遥感影像作为基本数据源，利用ENVI软件对遥感影像进行预处理，使用监督分类方法对武汉轨道交通2号线和4号线沿线1000m范围内的缓冲区土地类型划分为不同类型。采用实地调查、文献查阅、对比分析等方法对遥感解译结果精度进行评价，当解译精度达到80%以上时，认为数据有效。利用ArcGIS将解译结果数据转化为矢量数据。
2.通过对武汉市2003年、2008年、2013年、2018年土地利用类型是量化数据进行变化分析，探索在轨道交通建设不同阶段对土地利用类型的影响程度大小。由于轨道交通2号线和4号线二期分别是在2013年12月28日和2014年12月28日投入使用。因此所选取的年份数据能够较为完整的体现轨道交通从规划到建设到投入使用整个阶段对土地利用类型变化的影响程度。
3.在解译精度评价方法上面，我们采用实地调查、文献查阅、抽样调查等方法。实地调查主要是沿2号线和4号线周边进行采样，对比遥感解译结果判断精度；文献查阅主要是根据武汉市国土资源局等官方网站发布的年度报告进行整体精度的判别；抽样调查主要是在ENVI软件中采用相应方法进行精度测算。
4.在时间尺度上，选择地铁2号线、4号线从开始规划阶段（2003年）、在建阶段（2013年）、投入运营阶段（2018）三个时间节点，分析轨道交通生命周期的不同阶段对周边土地利用类型的影响。
5.本文主要从土地利用面积变化差异、变化程度差异两方面来分析轨道交通对土地利用在时间范围上的影响。
2.6武汉轨道交通土地利用数据统计
表2.1 土地利用类型代码表
