土地利用转移矩阵分析与制图（以沮漳河流域为例）

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摘要：本文详细介绍使用ArcGIS和EXCEL制作土地利用空间分布图、土地利用转移矩阵和土地利用地类转换图，并提供一种分析土地利用转移矩阵和地类转换图的方法。

一、数据介绍

本次使用的土地利用数据来源于中国科学院环境科学与数据中心，本文使用的是2015年和2020年的（1km分辨率）数据。
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数据的分类标准及地物编码见下表（摘自中国科学院资源环境科学与数据中心网站）：

表一：分类标准及地物编码

一级类型		二级类型
编号	名称	编号	名称	含义
1	耕地	-	-	指种植农作物的土地，包括熟耕地、新开荒地、休闲地、轮歇地、草田轮作物地；以种植农作物为主的农果、农桑、农林用地；耕种三年以上的滩地和海涂。
-	-	11	水田	指有水源保证和灌溉设施，在一般年景能正常灌溉，用以种植水稻，莲藕等水生农作物的耕地，包括实行水稻和旱地作物轮种的耕地。
-	-	12	旱地	指无灌溉水源及设施，靠天然将水生长作物的耕地；有水源和浇灌设施，在一般年景下能正常灌溉的旱作物耕地；以种菜为主的耕地；正常轮作的休闲地和轮歇地。
2	林地	-	-	指生长乔木、灌木、竹类、以及沿海红树林地等林业用地。
-	-	21	有林地	指郁闭度>30%的天然林和人工林。包括用材林、经济林、防护林等成片林地。
-	-	22	灌木林	指郁闭度>40%、高度在2米以下的矮林地和灌丛林地。
-	-	23	疏林地	指林木郁闭度为10-30%的林地。
-	-	24	其它林地	指未成林造林地、迹地、苗圃及各类园地（果园、桑园、茶园、热作林园等）。
3	草地	-	-	指以生长草本植物为主，覆盖度在5%以上的各类草地，包括以牧为主的灌丛草地和郁闭度在 10%以下的疏林草地。
-	-	31	高覆盖度草地	指覆盖>50%的天然草地、改良草地和割草地。此类草地一般水分条件较好，草被生长茂密。
-	-	32	中覆盖度草地	指覆盖度在>20-50%的天然草地和改良草地，此类草地一般水分不足，草被较稀疏。
-	-	33	低覆盖度草地	指覆盖度在5-20%的天然草地。此类草地水分缺乏，草被稀疏，牧业利用条件差。
4	水域	-	-	指天然陆地水域和水利设施用地。
-	-	41	河渠	指天然形成或人工开挖的河流及主干常年水位以下的土地。人工渠包括堤岸。
-	-	42	湖泊	指天然形成的积水区常年水位以下的土地。
-	-	43	水库坑塘	指人工修建的蓄水区常年水位以下的土地。
-	-	44	永久性冰川雪地	指常年被冰川和积雪所覆盖的土地。
-	-	45	滩涂	指沿海大潮高潮位与低潮位之间的潮浸地带。
-	-	46	滩地	指河、湖水域平水期水位与洪水期水位之间的土地。
5	城乡、工矿、居民用地	-	-	指城乡居民点及其以外的工矿、交通等用地。
-	-	51	城镇用地	指大、中、小城市及县镇以上建成区用地。
-	-	52	农村居民点	指独立于城镇以外的农村居民点。
-	-	53	其它建设用地	指厂矿、大型工业区、油田、盐场、采石场等用地以及交通道路、机场及特殊用地。
6	未利用土地	-	-	目前还未利用的土地，包括难利用的土地。
-	-	61	沙地	指地表为沙覆盖，植被覆盖度在5％以下的土地，包括沙漠，不包括水系中的沙漠。
-	-	62	戈壁	指地表以碎砾石为主，植被覆盖度在5%以下的土地。
-	-	63	盐碱地	指地表盐碱聚集，植被稀少，只能生长强耐盐碱植物的土地。
-	-	64	沼泽地	指地势平坦低洼，排水不畅，长期潮湿，季节性积水或常年积水，表层生长湿生植物的土地。
-	-	65	裸土地	指地表土质覆盖，植被覆盖度在5％以下的土地。
-	-	66	裸岩石质地	指地表为岩石或石砾，其覆盖面积>5％的土地。
-	-	67	其它	指其它未利用土地，包括高寒荒漠，苔原等。
9		99	海洋

二、土地利用空间分布图的制作

　Ⅰ、所需软件：ArcGIS

　Ⅱ、所需数据：土地利用数据（以2015年为例）、研究区矢量数据

　Ⅲ、制作步骤

　　（1）打开ArcGIS软件，将下载好的土地利用数据和研究区矢量图加载到ArcMap中：

　　（2）依次点击ArcToolBox→【数据管理工具】→【栅格】→【栅格处理】→【裁剪】，打开裁剪对话框，使用研究区的矢量数据裁剪下载的土地利用数据，得到研究区范围的土地利用数据；

（3）计算裁剪结果的属性表：在图层列表中，右键点击上一步生成的裁剪结果图层→属性，打开属性对话框，选择符号系统页面，点击左侧唯一值，即可计算该图层的属性表。

（4）根据一级分类标准（见表一），将计算出来的唯一值进行值分组：选中需要进行组合的唯一值，右键点击，选择值分组即可（如下图）

依次进行分组之后，得到了下面的结果（即可实现一种颜色代表一种地物类别的效果）

（5）调整颜色和标注之后，再添加图例、比例尺、指北针，即可得到土地利用空间分布图：

三、土地利用转移矩阵的制作

（1）将2015年和2020年土地利用数据的裁剪结果分别命名为ld2015_Clip和ld2020_Clip

（2）在上述计算唯一值的时候，这两个裁剪结果的属性表已经生成，在图层列表中，右键点击ld2015，打开ld2015的属性表，新建二个字段，分别命名为一级类别编码、一级类别。右键点击一级类别编码字段，选择【字段计算器】，输入 Int ( [Value] /10 )

（3）根据计算得到的一级类别编码和一级分类标准（见表一），键入一级类别

（4）对ld2015_Clip执行【栅格转面】，转换结果命名为ld2015Clip_toPly，取消勾选简化面；

（5）对 ld2015Clip_toPly 执行ArcToolBox→【数据管理工具】→【制图综合】→【融合】，融合字段选择 “一级类别”，融合结果命名为ld2015Clip_toPly_Dissolve

（6）融合结果和结果的属性表：

（7）对ld2020执行与ld2015同样的操作，最终得到 ld2020Clip_toPly_Dissolve；

（8）对ld2015Clip_toPly_Dissolve和ld2020Clip_toPly_Dissolve执行ArcToolBox→【分析工具】→【叠加分析】→【相交】操作，结果命名为ldClip_toPly_Dissolve_Intersect

（9）打开ldClip_toPly_Dissolve_Intersect 属性表（注意区分相同名称的2015和2020的字段），将其导出为一个txt文本文件，接下来的操作在Excel中进行；

（10）删除多余列，只保留下图所示的3列（其中面积的默认单位是㎡，建议手动转换为k㎡），并如下图命名：

（11）选中所有数据，插入数据透视表，以2015一级类别为列、2020一级类别为行，面积为求和项：

稍加处理，即得到了2015年--2020年的土地利用转移矩阵（稍后会有分析）：

四、土地利用转换类型分布图的制作

（1）打开“三、土地利用转移矩阵的制作”中得到的ldClip_toPly_Dissolve_Intersect 的属性表，新建一个字段，命名为转换；

（2）右键单击这个新建的字段，选择【字段计算器】，输入 [一级类别_1]+"--"+ [一级类别] （其中前面一个类别为2015年类别字段，后一个类别为2020年类别字段）

（3）在图层列表中，双击ldClip_toPly_Dissolve_Intersect 图层，打开属性对话框，选择符号系统选项页，点击左侧类别，将值字段选择为 “转换”，并点击 “添加所有值”，再选择一个合适的色带即可：

（4）最后再添加上图例、比例尺、指北针，即可得到土地利用转换类型分布图：

五、结果分析

Ⅰ、土地利用转移矩阵的分析：

（1）黄色部分为2015年到2020年之间，第五类别不发生变化的面积；

（2）红色的新增指的是：在2015年的基础上，该地物在2020年由其他地物转入的面积；

（3）红色的减少指的是：在2015年的基础上，该地物在2020年转出为其他地物的面积；

（4）文字描述：2015 年到 2020 年，草地的面积总体呈现略有增多，共增多了 4k㎡，草地面积的增加主要为林地面积的转入，面积主要转出为耕地和林地；城乡、工矿、居民用地的面积增加了 13.5k㎡，同比增加 5.7%，其中多达 126.2k㎡的面积由耕地转入；耕地的面积减少了 1.71k㎡，主要转出为林地，耕地面积同比减少 0.07%；林地面积由 2015 年的 4804.7k㎡减少到2020年的4796.2k㎡；水域面积由2015年的337.3k㎡减少到 2020 年的 330k㎡。

Ⅱ、土地利用空间分布图的分析：

（1）分别计算2015年和2020年，各种地物的占比；

（2）可以看出来，在2015年到2020年的5年间，各种地物面积均有所变化，但变化幅度均不大。

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