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摘要：随着城市化进程的加快，城市用地逐渐扩张，其中存在的问题也随之出现，如人地矛盾更加尖锐、土地利用结构不够合理等。土地利用潜力评价就是通过对这些土地使用情况的分析，找出有潜力的存量土地，或者优化土地结构，提高土地的可持续使用能力。本文以长沙市芙蓉区为例，以遥感图像为基础，通过特征地物提取，计算特征地物在地块中所占比例。建立适合本研究的指标体系和标准，通过对比，分析各地块的土地使用情况，并进行综合评价。目的是使土地的经济效益、社会效益和生态效益得到相互协调统一，促进城市土地利用结构优化和功能提升。本文采用遥感数据，能够快速提取评价指标、提高分析速度，并提供了一种新的土地利用潜力评价方法，随着遥感技术的提高，这种方法也会广泛应用。
关键词：土地潜力；遥感；GIS；指标体系
Abstract: with the acceleration of urbanization, urban expansion, gradually the problems also arise, such as more sharp contradiction between human and land, land use structure is not reasonable, etc. Land use potential evaluation is based on the analysis of the land use, and find out the potential of stock land, or optimization of land structure, improve the land sustainable use ability. This paper with changsha furong district as an example, remote sensing image as the foundation, through the characteristic feature extraction, calculate characteristic features in the proportion of the plot. Establish suitable for the study of the index system and standard, through the contrast analysis, around the block of land use, and carry on comprehensive evaluation. The purpose is to make the land economic benefits, social benefits and ecological benefits have been mutual harmonious and unified, promote urban land use structure optimization and function of ascension. Based on the remote sensing data, can rapid extraction evaluation, improve the speed of analysis, and provides a new land use potential evaluation method, with the improvement of remote sensing technology, this method will also widely used.
Keywords: land potential; Remote sensing; GIS; Index system
中图分类号： TP7 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）
在城市化过程中，非农建设用地扩张严重，城市存量土地粗放利用。因此，要合理的集约节约利用土地，必须进行土地利用潜力评价，挖掘城市用地潜力，提高土地使用效率。如何对城市建设用地进行合理布局、优化配置、改善经营管理方式，以充分发挥土地利用潜力，提高城市用地的使用效率和利用效益，使土地的经济效益、社会效益和生态效益相互协调统一，促进城市土地利用结构优化和功能提升成为了国内外学者共同关注的课题[1]。
城市土地潜力分析[2]就是指按城市土地集约利用的要求，结合城市规划的实施和城市发展的要求，根据城市的自然条件与社会经济条件的实际状况，建立城市土地潜力分析的评价体系，通过城市每块宗地土地利用现状强度与合理利用土地强度的比较，分析出有潜力的城镇土地。城市土地利用潜力分析的主要目的是揭示有一定开发潜力土地的数量、类型及空间分布。
1 研究区概况与指标体系
1.1研究区域概况
长沙地处湖南省东部，湘江下游长浏盆地西缘，北瞰洞庭，南依衡岳，是湖南省省会，现辖长沙县、望城县、浏阳市、宁乡县和芙蓉、天心、岳麓、开福、雨花五个城区，总面积11819.50平方公里,其中市区面积556.33平方公里。
芙蓉区位于长沙市的中东部，是发展较早并城市化水平较高的区域，各项基础设施相对完善，土地利用情况复杂[4]。但是郊区一带土地利用情况与建成区差别较大，所以以该区域为研究对象可以更全面的分析土地使用情况，研究土地集约利用程度[3]。
1.2 指标体系
本文采用的评價单元以芙蓉区区划图中每个地块的权属名称划分[5]，其评价结果具体，地块范围明确且信息较完整，对城市土地开发利用也具有较强的实用性。采取单指标评价法，取2个指标进行评价，即绿化覆盖率和建筑密度：
绿化覆盖率=绿化面积/宗地面积；
建筑密度=建筑占用的基底面积/宗地面积。
建筑密度[6]一方面可以反映土地集约利用强度指标，建筑密度大，一般土地利用强度也大；另一方面建筑密度也可以反映城市拥挤状况的环境指标。而绿化覆盖率[7]可以通过城市环境质量反映出城市土地是否合理利用。
根据《国家城市用地分类与规划建设用地标准》及相关研究，确定如下的评价指标和评价标准：
表1 评价指标及评价标准
本文根据影响城市土地集约利用因素的属性特点，采取线性加权和函数法的评价方法，来综合确定城市土地利用集约度[8]，即
A=∑Wi*P
Wi是各指标的相对权重，本文中建筑密度的权重W1=0.218，绿化覆盖率的权重W2=0.118。A为城市土地利用程度，分为低度利用、合理利用和过度利用三类。P是各指标的评价分值，具体分值见表2。
表2 土地利用评价等级标准
2 特征地物提取
以中巴资源卫星提供的遥感数据，提取要分析的要素——绿地以及建筑物。
采用的影像是2009年5月9日的中巴资源卫星CBERS-02B拍摄的图像，地面分辨率为19.5米，坐标系统为WGS-84，5个波段分别为蓝、绿、红、近红外和全色光谱。
2.1 绿地信息提取方法[9]
城市绿地包括公园绿地、生产绿地、防护绿地、附属绿地和其他绿地五大类。植被的反射波谱特征都极为相似，城市绿地也可以按照一般植被的反射波谱处理，即在近红外波段0.7～0.8μm处是一个明显的反射峰。对于不同植物，一般阔叶、灌木和草地在该波段具有较高的反射率，针叶林反射率也会有10%～20%的涨落。
归一化植被指数(NDVI=(NIR-R)/(NIR+R))对绿色植被表现敏感，常用来进行区域和全球植被状态研究，而对于低密度植被覆盖，NDVI也非常敏感。在本文中，也采取NDVI植被指数进行研究。
2.2 建筑物信息提取[10]
建筑物一般呈斑状，且屋顶边缘呈不规则多边形，对于建筑物边缘的提取，可以看作是闭合直线的提取，且相交直线呈直角。常用的方法有边缘检测法、监督分类法、分割提取法等，以及较新的归一化建筑指数法(NDBI)。
本文采用NDBI法，处理效率高，精度较高。NDBI类似于NDVI，但是用的是5号波段和2号波段，提取出图像上灰度值大于0的区域，也就是城镇建筑，即NDBI=(Band5-Band2)/(Band5+Bnad2)。
图1 芙蓉区评价单元与遥感数据叠加图
3长沙市城镇土地潜力评价与结果分析
3.1土地利用现状与潜力评价结果
在行政区划图上，根据权属名称的不同，芙蓉区被划分为704个地块，由于数据量过于庞大，列举部分有代表性的地块展示土地潜力评价过程。对各个地块，估算绿地覆盖率和建筑密度，即灰度值大于0的像元占总像元数。
表3 列举部分评价单元的评价信息
由于芙蓉区西部的一些土地属于开发较早并开发程度较高的区域，大部分土地大部分都属于合理利用土地，但绿化面积较少，有待进一步调整。而处于西部的很多土地开发程度较低，属于低度利用土地，因此需要进一步的开发。
图2 研究区域土地利用强度分布图
3.2土地利用潜力评价结果分析
芙蓉区既是长沙的政治、经济、文化、商贸、信息中心，也是人流、物流、资金流、信息流密集度最高的地域。芙蓉区偏西部地区城市化程度高，经济发展迅速，土地使用结构复杂，建设用地占大多数，绿化程度相对较低，这也与分析的结果大致相似。而偏东部地区开发程度低，多数为郊区，土地可开发程度高。
经统计，在704个评价单元中，过度利用土地有246个，合理利用土地有325个，低度利用土地有133个。总面积为44200619.83平方米，过度利用的土地面积为11769684.61平方米，合理利用土地面积为17903098.69平方米，低度利用的土地面积为14527836.53平方米，占总面积的比例分别为26.63%、40.50%、32.87%。
从空间上，土地利用情况大致趋势自西向东逐渐变化，偏西部分地区土地利用合理，土地潜力挖掘较深，达到了较大的经济效益。中部地区土地过度利用情况存在，即土地开发利用程度高，土地挖掘潜力较低，土地经济效益也就随之下降。偏东部分地区土地由于地处郊区，土地多数为低度利用，土地利用强度低，挖掘潜力大，要使其达到经济效益的最优值还需要合理规范土地使用情况，深度挖掘土地利用潜力。总体上大部分土地得到了合理的开发利用，可挖掘的低度利用土地稍少于前者，而过度利用土地占较小部分，需要进行结构调整。
根据遥感影像目视解译以及芙蓉区发展情况，由于偏西部地区多为老城区，且广场绿地较多，因此土地利用强度趋于合理化，土地利用结构合理。而中部地区发展迅速，土地利用强度高，建筑密度大，多数土地结构需要调整。偏东部地区处于郊区，土地利用强度低，多数土地都可以进行深入开发，达到土地资源合理利用。
4 结论
城市土地集约利用研究是城市土地合理利用的一个重要领域，以往这方面研究多采用地籍数据做基础数据，评价精度高，结果可信度高，但是数据量大，耗费时间长[11]。使用遥感手段进行评价指标提取可以达到快速、准确、效率的目的，但使用率低，主要原因是由于遥感技术不够全面，很多技术方法如建筑物提取、容积率计算等都还有所欠缺，这导致一些指标不能有效使用 [12]。这些都制约着该方向的发展，若要进行综合、全面的分析，必须提高GIS与遥感技术，才能够更多的通过遥感影像提取评价指标。
城市土地集约利用是一个动态过程，土地利用情况每年都有所不同，土地潜力评价也随着土地使用情况的变化而有不同的结论。但随着经济发展水平和科学技术的进步，城市用地效率将不断地提高，因此，这样的一些评价对于城市建设者也是一个友好的建议，有助于在城市化过程中充分利用城市土地，最大化的获取土地利用效益。
参考文献
[1]王小伟,李明辉.长沙市城市土地集约利用评价研究[J].边疆经济与文化,2009(2):49-50.
[2]Alison E.Mori. Vacant and Underutilized Land in Boston [D]. Boston: Massachusetts Institute of Technology, 2004.
[3]Pat Blagrave. Vacant Land and Urban Strategies [J].Urban Public Economics Review,2005:96-101.
[4] 江清霞,张玮.基于遥感技术的城市扩展变化研究[J].气象与环境科学,2007,30(3):81-84.
[5]王永刚,王振亚等.基于高分辨率遥感影像的建筑物轮廓信息提取[J].信息技术,2008(5):7-9.
[6]查勇等.一种利用TM图像自动提取城镇用地信息的有效方法[J].遥感学报,2003,7(1):37-40.
[7]历华等.基于遥感的长沙市城市热岛与土地利用/覆盖变化研究[J].国土资源遥感,2008,4:47-52.
[8]周国华,贺艳华.长沙城市土地扩张特征及影像因素[J].地理学报,2006,61(11):1171-1180.
[9]谢敏,郝晋珉等.城市土地集约利用内涵及其评价指标体系研究[J].中国农业大学学报,2006,11(5):117-120.
[10]楊大兵,李俊付等.基于GIS的城镇土地潜力评价系统研究[J].河北工程大学学报,2009,26(3):89-92.
[11]朱红梅,王小伟.长沙市城市土地集约利用评价[J].经济地理,2008,28(3):442-444.
[12]刘明亮,沈彦.城市建设用地集约利用评价研究——以长沙市为例[J].江西农业学报,2008,20(10):164-166.
关键词：土地潜力；遥感；GIS；指标体系
Abstract: with the acceleration of urbanization, urban expansion, gradually the problems also arise, such as more sharp contradiction between human and land, land use structure is not reasonable, etc. Land use potential evaluation is based on the analysis of the land use, and find out the potential of stock land, or optimization of land structure, improve the land sustainable use ability. This paper with changsha furong district as an example, remote sensing image as the foundation, through the characteristic feature extraction, calculate characteristic features in the proportion of the plot. Establish suitable for the study of the index system and standard, through the contrast analysis, around the block of land use, and carry on comprehensive evaluation. The purpose is to make the land economic benefits, social benefits and ecological benefits have been mutual harmonious and unified, promote urban land use structure optimization and function of ascension. Based on the remote sensing data, can rapid extraction evaluation, improve the speed of analysis, and provides a new land use potential evaluation method, with the improvement of remote sensing technology, this method will also widely used.
Keywords: land potential; Remote sensing; GIS; Index system
中图分类号： TP7 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）
在城市化过程中，非农建设用地扩张严重，城市存量土地粗放利用。因此，要合理的集约节约利用土地，必须进行土地利用潜力评价，挖掘城市用地潜力，提高土地使用效率。如何对城市建设用地进行合理布局、优化配置、改善经营管理方式，以充分发挥土地利用潜力，提高城市用地的使用效率和利用效益，使土地的经济效益、社会效益和生态效益相互协调统一，促进城市土地利用结构优化和功能提升成为了国内外学者共同关注的课题[1]。
城市土地潜力分析[2]就是指按城市土地集约利用的要求，结合城市规划的实施和城市发展的要求，根据城市的自然条件与社会经济条件的实际状况，建立城市土地潜力分析的评价体系，通过城市每块宗地土地利用现状强度与合理利用土地强度的比较，分析出有潜力的城镇土地。城市土地利用潜力分析的主要目的是揭示有一定开发潜力土地的数量、类型及空间分布。
1 研究区概况与指标体系
1.1研究区域概况
长沙地处湖南省东部，湘江下游长浏盆地西缘，北瞰洞庭，南依衡岳，是湖南省省会，现辖长沙县、望城县、浏阳市、宁乡县和芙蓉、天心、岳麓、开福、雨花五个城区，总面积11819.50平方公里,其中市区面积556.33平方公里。
芙蓉区位于长沙市的中东部，是发展较早并城市化水平较高的区域，各项基础设施相对完善，土地利用情况复杂[4]。但是郊区一带土地利用情况与建成区差别较大，所以以该区域为研究对象可以更全面的分析土地使用情况，研究土地集约利用程度[3]。
1.2 指标体系
本文采用的评價单元以芙蓉区区划图中每个地块的权属名称划分[5]，其评价结果具体，地块范围明确且信息较完整，对城市土地开发利用也具有较强的实用性。采取单指标评价法，取2个指标进行评价，即绿化覆盖率和建筑密度：
绿化覆盖率=绿化面积/宗地面积；
建筑密度=建筑占用的基底面积/宗地面积。
建筑密度[6]一方面可以反映土地集约利用强度指标，建筑密度大，一般土地利用强度也大；另一方面建筑密度也可以反映城市拥挤状况的环境指标。而绿化覆盖率[7]可以通过城市环境质量反映出城市土地是否合理利用。
根据《国家城市用地分类与规划建设用地标准》及相关研究，确定如下的评价指标和评价标准：
表1 评价指标及评价标准
本文根据影响城市土地集约利用因素的属性特点，采取线性加权和函数法的评价方法，来综合确定城市土地利用集约度[8]，即
A=∑Wi*P
Wi是各指标的相对权重，本文中建筑密度的权重W1=0.218，绿化覆盖率的权重W2=0.118。A为城市土地利用程度，分为低度利用、合理利用和过度利用三类。P是各指标的评价分值，具体分值见表2。
表2 土地利用评价等级标准
2 特征地物提取
以中巴资源卫星提供的遥感数据，提取要分析的要素——绿地以及建筑物。
采用的影像是2009年5月9日的中巴资源卫星CBERS-02B拍摄的图像，地面分辨率为19.5米，坐标系统为WGS-84，5个波段分别为蓝、绿、红、近红外和全色光谱。
2.1 绿地信息提取方法[9]
城市绿地包括公园绿地、生产绿地、防护绿地、附属绿地和其他绿地五大类。植被的反射波谱特征都极为相似，城市绿地也可以按照一般植被的反射波谱处理，即在近红外波段0.7～0.8μm处是一个明显的反射峰。对于不同植物，一般阔叶、灌木和草地在该波段具有较高的反射率，针叶林反射率也会有10%～20%的涨落。
归一化植被指数(NDVI=(NIR-R)/(NIR+R))对绿色植被表现敏感，常用来进行区域和全球植被状态研究，而对于低密度植被覆盖，NDVI也非常敏感。在本文中，也采取NDVI植被指数进行研究。
2.2 建筑物信息提取[10]
建筑物一般呈斑状，且屋顶边缘呈不规则多边形，对于建筑物边缘的提取，可以看作是闭合直线的提取，且相交直线呈直角。常用的方法有边缘检测法、监督分类法、分割提取法等，以及较新的归一化建筑指数法(NDBI)。
本文采用NDBI法，处理效率高，精度较高。NDBI类似于NDVI，但是用的是5号波段和2号波段，提取出图像上灰度值大于0的区域，也就是城镇建筑，即NDBI=(Band5-Band2)/(Band5+Bnad2)。
图1 芙蓉区评价单元与遥感数据叠加图
3长沙市城镇土地潜力评价与结果分析
3.1土地利用现状与潜力评价结果
在行政区划图上，根据权属名称的不同，芙蓉区被划分为704个地块，由于数据量过于庞大，列举部分有代表性的地块展示土地潜力评价过程。对各个地块，估算绿地覆盖率和建筑密度，即灰度值大于0的像元占总像元数。
表3 列举部分评价单元的评价信息
由于芙蓉区西部的一些土地属于开发较早并开发程度较高的区域，大部分土地大部分都属于合理利用土地，但绿化面积较少，有待进一步调整。而处于西部的很多土地开发程度较低，属于低度利用土地，因此需要进一步的开发。
图2 研究区域土地利用强度分布图
3.2土地利用潜力评价结果分析
芙蓉区既是长沙的政治、经济、文化、商贸、信息中心，也是人流、物流、资金流、信息流密集度最高的地域。芙蓉区偏西部地区城市化程度高，经济发展迅速，土地使用结构复杂，建设用地占大多数，绿化程度相对较低，这也与分析的结果大致相似。而偏东部地区开发程度低，多数为郊区，土地可开发程度高。
经统计，在704个评价单元中，过度利用土地有246个，合理利用土地有325个，低度利用土地有133个。总面积为44200619.83平方米，过度利用的土地面积为11769684.61平方米，合理利用土地面积为17903098.69平方米，低度利用的土地面积为14527836.53平方米，占总面积的比例分别为26.63%、40.50%、32.87%。
从空间上，土地利用情况大致趋势自西向东逐渐变化，偏西部分地区土地利用合理，土地潜力挖掘较深，达到了较大的经济效益。中部地区土地过度利用情况存在，即土地开发利用程度高，土地挖掘潜力较低，土地经济效益也就随之下降。偏东部分地区土地由于地处郊区，土地多数为低度利用，土地利用强度低，挖掘潜力大，要使其达到经济效益的最优值还需要合理规范土地使用情况，深度挖掘土地利用潜力。总体上大部分土地得到了合理的开发利用，可挖掘的低度利用土地稍少于前者，而过度利用土地占较小部分，需要进行结构调整。
根据遥感影像目视解译以及芙蓉区发展情况，由于偏西部地区多为老城区，且广场绿地较多，因此土地利用强度趋于合理化，土地利用结构合理。而中部地区发展迅速，土地利用强度高，建筑密度大，多数土地结构需要调整。偏东部地区处于郊区，土地利用强度低，多数土地都可以进行深入开发，达到土地资源合理利用。
4 结论
城市土地集约利用研究是城市土地合理利用的一个重要领域，以往这方面研究多采用地籍数据做基础数据，评价精度高，结果可信度高，但是数据量大，耗费时间长[11]。使用遥感手段进行评价指标提取可以达到快速、准确、效率的目的，但使用率低，主要原因是由于遥感技术不够全面，很多技术方法如建筑物提取、容积率计算等都还有所欠缺，这导致一些指标不能有效使用 [12]。这些都制约着该方向的发展，若要进行综合、全面的分析，必须提高GIS与遥感技术，才能够更多的通过遥感影像提取评价指标。
城市土地集约利用是一个动态过程，土地利用情况每年都有所不同，土地潜力评价也随着土地使用情况的变化而有不同的结论。但随着经济发展水平和科学技术的进步，城市用地效率将不断地提高，因此，这样的一些评价对于城市建设者也是一个友好的建议，有助于在城市化过程中充分利用城市土地，最大化的获取土地利用效益。
参考文献
[1]王小伟,李明辉.长沙市城市土地集约利用评价研究[J].边疆经济与文化,2009(2):49-50.
[2]Alison E.Mori. Vacant and Underutilized Land in Boston [D]. Boston: Massachusetts Institute of Technology, 2004.
[3]Pat Blagrave. Vacant Land and Urban Strategies [J].Urban Public Economics Review,2005:96-101.
[4] 江清霞,张玮.基于遥感技术的城市扩展变化研究[J].气象与环境科学,2007,30(3):81-84.
[5]王永刚,王振亚等.基于高分辨率遥感影像的建筑物轮廓信息提取[J].信息技术,2008(5):7-9.
[6]查勇等.一种利用TM图像自动提取城镇用地信息的有效方法[J].遥感学报,2003,7(1):37-40.
[7]历华等.基于遥感的长沙市城市热岛与土地利用/覆盖变化研究[J].国土资源遥感,2008,4:47-52.
[8]周国华,贺艳华.长沙城市土地扩张特征及影像因素[J].地理学报,2006,61(11):1171-1180.
[9]谢敏,郝晋珉等.城市土地集约利用内涵及其评价指标体系研究[J].中国农业大学学报,2006,11(5):117-120.
[10]楊大兵,李俊付等.基于GIS的城镇土地潜力评价系统研究[J].河北工程大学学报,2009,26(3):89-92.
[11]朱红梅,王小伟.长沙市城市土地集约利用评价[J].经济地理,2008,28(3):442-444.
[12]刘明亮,沈彦.城市建设用地集约利用评价研究——以长沙市为例[J].江西农业学报,2008,20(10):164-166.