基隆河土地覆蓋時空變遷分析：以第二次截彎取直計畫範圍內為例

地理研究 第62期 民國104年5月

Journal of Geographical Research No.62, May 2015 DOI: 10.6234/JGR.2015.62.04

基隆河土地覆蓋時空變遷分析

：以第二次截彎取直計畫範圍內為例

*

Keelung River Land Cover Changes in Space and Time

：

A case study of the second Keelung River-straightening Zone

顏啟峯

a

張國楨

b

Chi-Feng Yen Kuo-Chen Chang

Abstract

Land use and land cover changes (LUCCC) demonstrate the interactions between human beings and their environment. For several decades, along with rapid urbanization, the increasing demands on limited lands not only change land surfaces, but also increase the risk of disasters' impacts. In addition, land use and land cover changes are a hot topic in the field of geography. In the early years, field work was the widely accepted method to acquire data; however, it was laborious and time-consuming, so research depth and extension are limited. With the advances in Remote Sensing (RS) and Geographic Information System (GIS), researchers nowadays are able to acquire high-resolution satellite imagery to build land change models to simulate environmental changes. This study applied these technologies, RS and GIS, to examine land use and land cover changes. We chose the Keelung River in Taipei as the study area since its channel has fewer changes after two straitening of the channel curves project and more human activities influenced on this area. Starting in 2006, we used FORMOSAT-2 imagery and Markov Chains to analyze land cover changes in the Keelung River. Additionally, hot-spot analysis was used to characterize land change patterns. We expect this study will allow people to understand the impacts how human activities influence on the Keelung River after the second straightening project, and how land covers change over space and time.

Keywords: Land use and land cover change (LUCCC), Markov Chain, Hot-Spot analysis

* _{本文初稿曾發表於 2014 TGIS、GeoInformatics and UGIS 聯合國際研討會}

a _{國立台灣師範大學地理學系研究生}

摘

要

土地利用與土地覆蓋變遷是人與環境交互作用的展現。隨著都市化的快速發展，人們對土地 的使用需求增加，改變了原有的環境地貌，提高災害發生的風險。因此，土地利用變遷分析與預 測模式為學術界所關注的重要議題之一。早期的土地利用變遷研究大多透過田野調查來獲取資 料，需耗費較多人力與時間，限制了研究的深度與廣度。近年來，隨著遙測科技與地理資訊系統 的發展，讓研究者能在較短時間內取得高解析度的遙測影像將資料進行分析、模擬地表環境變遷。 本研究以2006 年為起始點，利用福衛二號影像與馬可夫鏈模式建構基隆河臺北市段的土地覆蓋變 遷分析模式，並透過熱點分析探討土地覆蓋的空間分布特性。本研究分析之地區為基隆河臺北市 段，係因基隆河自第二次截彎取直計畫結束後，河道環境已少有重大變革，加上截彎取直後的新 生地有利於人為經濟活動的介入，並改變既有的土地利用。期望透過本研究瞭解人類活動對基隆 河二次截彎取直後的土地覆蓋變遷影響，以及在時空上的分布特性，作為日後土地利用變遷相關 研究的參考。 關鍵字：土地利用與土地覆蓋變遷、馬可夫鏈模式、熱點分析

前 言

臺北市的都市發展與擴張，使人們對土地開發的需求日漸增加，但既有的土地趨於飽和，無 法再容納更多市民居住與進行相關經濟活動。基隆河為孕育臺北盆地文明的三大河流之一，長期 以來的氾濫造成臺北市民生命財產損失，因此如何治理基隆河流域為歷任臺北市長必須謹慎面對 的課題。根據經濟部水利署基隆河整體治理計畫，基隆河曾歷經兩次截彎取直，第一次於 1964 年至1965 年進行基隆河士林段的截彎取直工程，將原河道東岸改為基河路，西岸為士商路接承德 路四段。第二次於1991 年至 1994 年，完成基隆河大直、松山、內湖、南港段截彎取直計畫，並 獲得舊基隆河行水區 501 公頃的新生地，其中 277 公頃作為工商業用地，224 公頃作為堤防內的 河濱公園。時任臺北市長黃大洲在「改造──基隆河截彎取直紀實」一書中表示這是人定勝天的 表徵。然而，鄭明修（2002）認為透過這樣人為的方式來改變自然環境，不僅降低基隆河原有的 儲水功能，也使其邁向洪患的不歸路。故第二次截彎取直計畫完成後雖改善了基隆河臺北市段的 洪患，但中游的汐止、五堵等地區在颱風季來臨時發生洪患的頻率增加。因此，為了解決中上游 的洪患問題，中央政府於2003 至 2005 年間興建員山子分洪道，將部分上游的河水經由分洪道引 入太平洋，此舉對中游地區的洪水防制具有相當效果。歷經多年來的河川治理，基隆河水文環境 已有相當大的改善，同時也促成兩岸土地利用的改變。其中變化最多的地方是截彎取直後的獲得 之新生地（今北市中山區金泰段與內湖區舊宗段），當時被規劃為都市重劃區，包含居住、商業、 娛樂、工業等需求，如今已成為臺北市繁華地區的一隅。有鑑於此，本研究著重在2006 年後臺北 市範圍內的基隆河流域之土地覆蓋變遷，透過多時序衛星影像與馬可夫鏈模式探討土地覆蓋時空 變遷趨勢，並進行熱點分析找出土地覆蓋在時空中的分布概況。

文獻回顧

土地利用變遷（Land Use and Land Cover Change，LUCC）是人與環境交互作用下在具體空 間的表現。施添福（1980）認為人類的分佈、活動、文化和社會特徵深受自然環境的控制和影響。 雖然環境影響人類活動，但人類毫無疑問的也改變自然環境，兩者間的交互作用不僅微妙且複雜、 更是難以辨別的。因此，如何透過土地利用變遷之研究瞭解人與環境間的互動機制，一直是學術 界所關注的課題。根據IGBP（International Geosphere Biosphere Programme）的定義，土地利用變 遷研究主要有三個目的： 1. 瞭解人類與生物圈對土地利用與土地覆蓋的影響 2. 建立可靠的全球土地利用變遷模式來預測未來土地利用與土地覆蓋變遷 3. 透過系統整合的案例研究來瞭解土地利用與土地覆蓋的動態變化 以及兩個核心： 1. 瞭解人類和生物活動如何影響土地利用？ 2. 土地覆蓋與土地利用變遷對環境與社會的影響是什麼？

在進行土地利用變遷研究前，必須先瞭解土地覆蓋（Land Cover）與土地利用（Land Use） 兩者的差異。土地覆蓋指的是地球表面上所涵蓋的地物，舉凡植被、水體、裸露地等。土地利用 則是指人類活動投入在土地的方式，任何一塊土地覆蓋都能滿足多個土地使用目的。故土地利用 能比土地覆蓋提供更多的資訊，透過這些資訊能讓研究者瞭解人類行為與經濟活動對地表環境的 影響。另外，可靠的土地利用資料為進行土地利用變遷研究之關鍵。朱健銘（2000）認為土地利 用資料相當複雜與龐大，因此建立可靠的土地利用資料庫是進行土地利用變遷研究前的趨勢。我 國最早在日治時期進行土地利用調查，如台灣土地調查、農業基本調查等等，當時的土地利用資 料大多以文字或地圖來記錄之。隨著地理資訊科技的發展，現階段已有能力將舊有的土地利用資 料數值化並建立資料庫。目前由中央研究院人文社會科學中心負責之地圖與遙測影像數位典藏計 畫，將我國百年來的土地利用調查資料（包含紙本地圖與遙測影像）數值化，對今後土地利用變 遷研究有相當大的助益。 在土地利用變遷的研究主題方面，Turner 等人（1995）提出土地利用變遷的科學計畫，該計 畫中指出Land Use Dynamics、Land Cover Dynamics、Global and Regional Models 為土地利用變遷

研究的三大主題。Land Use Dynamics、Land Cover Dynamics 指的是土地利用與土地覆蓋的動態變

化過程，代表土地利用與土地覆蓋在時序上（Temporal）及空間上（Spatial）的變化，研究者可 以透過變遷分析來探討其背後的驅動力（Driving Force）為何？Global and Regional Models 是指建 構全球、區域尺度模式來模擬預測土地利用變遷的情形，藉此讓研究者瞭解過去土地利用變遷的 情形，並以此為基礎來預測未來土地利用如何改變？

模擬土地利用變遷的模式相當多，如細胞自動機（Cellular Automata）、馬可夫鏈（Markov Chain）、碎形理論（Fractal Theory）、類神經網路（Neural Networks）等。細胞自動機（Cellular Automata，CA）是一個網格式的資料結構，其最小的空間單元稱為一個網格或細胞（Cell），每一 個細胞的內容是由一組特定的狀態（States）來顯示。隨著時間的改變，細胞的狀態會根據鄰近細

賴進貴（2004）結合 CA 理論與空間自相關分析，探討土地利用空間相依性與變遷趨勢之關係， 並作為界定CA 演化規則之參考。雷祖強（2008）運用鄰近特徵分析方法進行地區土地類別間特 性之分析，將其分析結果將作為細胞自動機的演化規則，並模擬台中市土地利用變遷。 馬可夫鏈（Markov Chain）是一種具有馬可夫性質的離散時間隨機過程。Binkley（1980）認 為其有兩個特色，一為「下一個狀態決定於上一個狀態裡的機率」；二為「馬可夫鏈轉移機率為一 穩定性過程」，亦即假設在變遷過程中該機率固定不變。在土地利用變遷研究上，丁志堅（1997） 表示運用馬可夫鏈模式分析土地利用變遷能夠彌補傳統利用絕對面積改變量而無法從事之分析。 黃書禮（2000）結合景觀生態學、地理資訊系統與馬可夫鏈模式分析臺北盆地土地利用變遷之趨 勢，並將變遷趨勢值加總至空間單元中，以瞭解土地利用在空間上的分布情形。周天穎（2003） 認為利用馬可夫鏈模式可獲得整體土地利用變遷之趨勢，但無法處理在變遷過程中新增之土地利 用類別，即後一年度存在的某種土地利用類別如果不存在於前一年度，便無法訂出此種土地利用 轉變為其他種土地利用的機率。張正亮（2006）認為馬可夫鏈可作為比較、預測一地不同時期地 貌變遷、土地利用的分析方式，並可結合地理資訊系統讓土地空間管理更加完善。然而，馬可夫 鏈模式只能度量土地利用在時序上的變化，無法探討土地利用變遷的空間特性。故晚近結合馬可 夫鏈模式與細胞自動機理論之時空馬可夫鏈（Spatio-temporal Markov Chain）被提出，據以分析 土地利用在時空間上的變化。張政亮、張瑞津（2006）表示運用時空馬可夫鏈模式比單一的馬可 夫預測模式能更有效地模擬土地利用變遷。本研究的主要目的在於模擬研究區內土地覆蓋在時序 上的變化並與影像分類結果作比較，雖僅採用單一馬可夫鏈來模擬土地覆蓋變遷，但同時配合空 間分析，卻能進而補足傳統馬可夫鏈忽略空間變遷因子的缺憾。換言之，在空間向度上，本文透 過熱點分析探討土地覆蓋在村里單元上的分佈情形，以及都市建成地熱點與鄰近捷運站之空間關 係，作為後續研究之參考。

研究設計

（一）研究區概述

基隆河發源於新北市平溪區菁桐附近，流經平溪區、瑞芳區、基隆市、汐止區、臺北市，於 關渡注入淡水河，為淡水河水系三大支流之一。幹流長達 86 公里，流域面積 490 平方公里。歷 經兩次截彎取直，臺北市內的基隆河河道大致上已確定，其截彎取直後產生的新生地：中山區金 泰段與內湖區舊宗段為近年來改變較大之區域。故本研究將分析範圍設定如圖1、圖 2，大致上包 含基隆河臺北市段以及兩側的區域。

圖1 研究區範圍 圖2 研究區衛星影像（由台師大福衛中心提供） 基隆河行水區 研究區範圍 台北市各區

（二）研究材料

1. 福衛二號衛星影像 福爾摩沙衛星二號（福衛二號）是我國第一顆自主性遙測與科學衛星，於2004 年升空，次年 開始提供影像服務。福衛二號每天可經過同一地區兩次，白晝時進行衛星影像拍攝，夜晚則記錄 高層大氣活動，因此具有資源探測與科學研究雙重任務。 表1 福衛二號影像簡介 發射日期 2004 年 5 月 21 日（臺北時間） 衛星機動性 前後照±45°；側照±45° 像幅寬 24 公里（nadir） 光譜解析度 0.45~0.52μm（Blue） 0.52~0.60μm（Green） 0.63~0.69μm（Red） 0.76~0.90μm（Near Infrared） 空間解析度 全色態 : 2 meters （nadir） 多光譜 : 8 meters （nadir） 時間解析度 每日 輻射解析度 8bits/pixel （作者自行整理） 表2 影像拍攝時間表 拍攝時間 雲覆率 拍攝條帶 2006/04/05 < 5% S6 2006/07/19 < 5% S5 2007/05/07 < 5% S5 2007/05/09 < 5% S6 2010/01/14 < 5% S5 2010/02/24 < 5% S6 2013/03/08 < 5% S5 （作者自行整理） 由於2006、2007、2010 年的影像橫跨兩個條帶，故必須進行兩次影像分類再將其結果合併。

（三）研究流程

圖3 研究流程圖

（四）研究方法

1. 影像切割（Image Segmentation） 傳統影像分類是基於像元式（Pixel-based）的分類方法，僅單純考慮影像的光譜特性。然而， 傳統像元式的分類容易受到混合像元的影響，而產生許多細碎的像元分類，對於有特定規則的地 物之分類效果較差；同時也不利處理具有豐富訊息的高解析度衛星影像。相較傳統的分類方式， 物件導向（Object-based）分類法能更容易偵測出地物的邊界，減少不必要的雜訊，且較能貼近真 實地表樣貌。進行物件導向式分類之前，必須建立整幅影像切割（Image Segmentation），將影像 切分為好幾個物件（object）。其中物件的產生可以加入許多參數來控制，如形狀、範圍、主題圖 層 等 。 本 研 究 使 用 eCognition Developer 8.0 建 立 影 像 分 割 ， 採 用 多 尺 度 影 像 切 割 演 算 法 （Multi-resolution Segmentation），依序建立尺度 10m、25m 的影像切割，其中 25m 的影像切割是 由尺度10m 融合到 25m 所得到的結果，接著計算與影像分類特徵值並進行影像分類。 2. 影像分類（Image Classification） 在土地覆蓋變遷過程中，由於機場、公園綠地與水體（基隆河河道與蓄水池）的變動幅度不 大，其功能性也不易變動，因此本研究在分類前將涵蓋此兩類別的物件剔除，並以都市建成地、 植被、裸露地作為分類類別。在影像分類參考特徵值方面，本研究計算整幅影像切割的光譜特性 （Blue、Green、Red、NIR）與常態化植生指數（Normalized Deviation Vegetation Index，NDVI），

作為分類每個物件的參考特徵值，並圈選出合適的訓練樣區（Training Site），最後進行監督式 （Supervised Classification）分類。 3. 馬可夫鏈（Markov Chain） 馬可夫鏈最早由俄國科學家 Andrei A. Markov 提出，是數學中具有馬可夫性質的離散時間隨 機過程。在多次研究試驗中發現，某些事件的機率轉換過程中，其第n 次試驗的結果，常決定於 前一次（即第n-1 次）試驗的結果，而與前二次（即第 n-2 次）以前的結果無關，而以後在學術 研究上對於由一種狀態轉換至另一種狀態的過程中具有移轉機率（Transition Probability）者，且 此種轉換機率可以依據其緊接的前次狀態而推算出來，即稱為馬可夫過程。馬可夫過程依受過去 試驗結果影響的多寡分為一階與高階馬可夫過程：

(1) 一階馬可夫過程（First-Order Markov Process）：係指在馬可夫過程中，其第 n 次試驗的結 果僅受其前一次（即第 n-1 次）結果的影響，而與前二次（含第 n-2 次）以前結果無關。

(2) 二階馬可夫過程（Second-Order Markov process）：為其第 n 次試驗結果僅受其前兩次（即

第 n-1 次與第 n-2 次）結果的影響，而與前三次（含第 n-3 次）以前結果無關。 此種一連串的整體轉換過程稱為馬可夫鏈（Markov Chain），常用來推測未來事件的狀態。在 進行馬可夫鏈模式推估之前，必須先建立轉移機率矩陣與初始機率值，並假設各年度間的轉移機 率是固定的。轉移機率矩陣的大小由分類的土地覆蓋數目決定之，而轉移機率值則由前一年度的 各土地覆蓋面積除以當年度的各土地覆蓋面積求得。本研究以一階馬可夫鏈模式模擬土地覆蓋變 遷，並利用2006～2007 年的土地覆蓋變遷矩陣計算出轉移機率矩陣與初始機率值，接著將初始機 率值乘上轉移機率矩陣999 次求得穩定機率值與穩定平衡矩陣，最後將每個年度的土地覆蓋面積 （影像分類結果）乘以穩定機率值，求得各年度土地覆蓋變遷趨勢值。該趨勢值能夠反應出研究 區內土地覆蓋演變的最終狀態。 4. 熱點分析（Hot-Spot Analysis） 雖然透過影像分類能夠量化土地覆蓋的變化量並呈現在地圖上，但此法無法度量各土地覆蓋 類別間的空間相依性，亦即土地覆蓋在空間上的分布型態（群聚、分散、隨機）。有鑑於此，本研

究透過核密度估計（Kernel Density Estimation）與區域空間自相關指標 Getis-Ord Local G-Statistic 來探討土地覆蓋在空間上的分布與群聚強度。

(1) Getis-Ord Local G-Statistic

Getis-Ord Local G-Statistic 為一區域空間自相關指標（Local Autocorrelation Index），該 指標有兩種形式：Gi 與 Gi*。雖然兩者都是由 Art Getis 跟 Keith Ord 提出，但 Gi 計算時 不包含自己這個空間點；Gi*計算時則會包含，也經常被用在偵測熱點（Hot Spot）與冷點 （Cold Spot）。其數學關係式如下：

wij（d）表示在距離 d 的範圍內相鄰空間單元間權重的大小，相鄰為 1，反之為 0。 

xi、xj表示不同空間單元內變數之屬性值大小。 

單元與鄰近單元之屬性特徵的空間群聚強度。Gi*值越高，表示該屬性在空間的群聚強度越 強，代表很可能是高值集中的熱點（High-High：Hot-Spot）或是低值集中的冷點（Low-Low： Cold-Spot）。因此必須將 Gi*值轉為 Z 值並透過門檻值界定熱點與冷點，在本研究中以 Gi*Zscore > 1.96 作為判定熱點之門檻。

(2) 核密度估計（Kernel Density Estimation）

核密度估計是一種空間內插方法（Spatial Interpolation），其在空間上建立均勻網格， 並以每個網格中心點為圓心，透過搜尋半徑建立搜尋範圍，最後估算點資料其屬性值在空 間上的密度。密度值愈大表示有越多點聚集現象，因此適合用來推估土地覆蓋在空間上的 密度。其數學關係式如下：   n 為資料點的數量；h 為搜尋半徑；d 為空間次方

研究成果

（一）土地利覆蓋變遷分析

1. 各年度土地覆蓋變遷概況 根據2006~2013 年影像分類結果（表 3、圖 4），裸露地、植被面積逐年遞減，都市建成地面 積則逐年遞增。然而，僅從各土地覆蓋面積的變化無法分析這些變化是由哪些土地覆蓋轉變而來， 必須透過變遷矩陣與轉移機率矩陣來探討（表4～表 9）。 表3 各年度影像分類結果（單位：公頃） 年度 裸露地 都市建成地 植被 2006 52.03 2185.77 779.95 2007 51.38 2214.06 752.30 2010 10.15 2278.68 728.91 2013 4.22 2495.37 518.16

2006 2007 2010 2013 圖4 各年度影像分類結果 表4 2006-2007 土地覆蓋變遷矩陣（單位：公頃） 2007 2006 裸露地 都市建成地 植被 總計 裸露地 37.81 8.23 5.99 52.03 都市建成地 8.33 2065.80 111.64 2185.77 植被 5.24 140.03 634.67 779.95 總計 51.38 2214.06 752.30 3017.75 表5 2006-2007 轉移機率矩陣（單位：%） 2007 2006 裸露地 都市建成地 植被 總計 裸露地 72.68 15.81 11.51 100.00 都市建成地 0.38 94.51 5.11 100.00 植被 0.67 17.95 81.37 100.00 總計 73.73 128.28 97.99 300.00

根據表4、表 5，在 2006 至 2007 年間，裸露地的面積沒有太大變化，主要集中在內湖科學園 區第五期重劃區。其中約14.22 公頃轉變為其他土地覆蓋類別，都市建成地 8.23 公頃、植被 5.99 公頃。根據臺北市都市計畫書——「變更臺北市「基隆河（中山橋至成美橋段）計畫案（南段地 區）」及「內湖區新里族段羊稠小段附近地區都市計畫案」計畫案」，內湖科學園區五期重劃區至 2007 年 7 月才完成都市重劃（圖 5），且建築基地至此才陸續申請中。在此之前無法進行任何建築 開發，因此2006~2007 年裸露地轉變為都市建成地的面積不多。 圖5 大內科都市計畫示意圖 （資料來源：臺北市都市計畫書--變更臺北市「基隆河（中山橋至成美橋段）計畫案（南段地區）」 及「內湖區新里族段羊稠小段附近地區都市計畫案」計畫案）

在都市建成地的部分，111.64 公頃轉變為植被，8.33 公頃轉變為裸露地，同時裸露地也有 8.23 公頃轉變為都市建成地。表示這一年間都市建成地的增長與裸露地的轉變較無相關，主要由140.03 公頃的植被轉變而來，其轉換機率為18%。 表6 2007-2010 土地覆蓋變遷矩陣（單位：公頃） 2010 2007 裸露地 都市建成地 植被 總計 裸露地 1.02 27.48 22.89 51.38 都市建成地 7.10 2,111.30 95.66 2,214.06 植被 2.03 139.90 610.36 752.30 總計 10.15 2,278.68 728.91 3,017.75 表7 2007-2010 轉移機率矩陣（單位：%） 2010 2007 裸露地 都市建成地 植被 總計 裸露地 1.98 53.47 44.55 100.00 都市建成地 0.32 95.36 4.32 100.00 植被 0.27 18.60 81.13 100.00 總計 2.57 167.43 130.00 300.00 根據表 6 與表 7，發現 2007 至 2010 年裸露地依舊主要轉變為都市建成地，其轉移機率為 53.47%。顯示裸露地已進入大量開發階段，但建物可能剛通過法令核准正在進行興建，因此還有 將近一半的裸露地尚未完全轉變為都市建成地。裸露地轉變為植被的比例也大幅增加（11.51％ => 44.55％），但很可能只是暫時性地，係因建商養地或氣候因素而導致裸露地上方覆蓋淺層植被， 待裸露地進行開發後，這些植被便會消失。都市建成地則有7.10 公頃轉為裸露地、95.66 公頃轉 為植被，但其總面積增加64.62 公頃，係因 27.48 公頃的裸露地與 139.90 公頃的植被轉變而來。 不過 2007~2010 年間植被轉換為建成地面積雖略有減少（0.13 公頃），但轉換機率卻增加 0.65% （17.95% => 18.60%）。整體而言，裸露地、都市建成地、植被依舊維持 2006 至 2007 年間的土地 覆蓋變遷趨勢。 至2010 至 2013 年（表 8&表 9），裸露地主要轉換為都市建成地之轉換面積僅有 9.85 公頃， 但轉換機率高達97.04%。表示此時期裸露地可開發總面積很少，但有約 97%的 2010 年裸露地至 2013 年時已轉變為都市建成地，僅剩 0.01 公頃的裸露地尚未轉變為其他土地覆蓋。都市建成地 在此階段快速成長，由2010 年 2,278.68 公頃增加為 2,495.37 公頃，其中由植被轉變而來的面積 高達229.53 公頃，比 2007 至 2010 年植被所轉換至都市建成地的面積多了 1.6 倍。然而，由於衛 星影像僅能記錄地表覆蓋（land cover）的資訊，因此植被所轉換為都市建成地的面積不一定能完 全反應真實情況。從功能性來看，建商或地主可能為了等待建物申請核准、土地價格上漲或其他 人為因素而將部分裸露地閒置一段時間。這段期間內裸露地表層可能會有淺層植被覆蓋，導致分

類時有些植被的部分被高估，而與實際情形略有不同。整體而言，當年基隆河截彎取直後產生的 新生地（金泰段與舊宗段），在2013 年時大致已開發成都市建成地，僅剩的裸露地面積為 4.22 公 頃。若與2006 年相比，研究區內的裸露地面積減少 47.81 公頃，植被面積減少 261.79 公頃，但 都市建成地卻增加309.6 公頃的面積，反映出 2006 至 2013 年間研究區內都市化的結果。 表8 2010-2013 土地覆蓋變遷矩陣（單位：公頃） 2013 2010 裸露地 都市建成地 植被 總計 裸露地 0.01 9.85 0.29 10.15 都市建成地 3.57 2255.99 19.12 2278.68 植被 0.65 229.52 498.74 728.91 總計 4.22 2495.37 518.16 3017.75 表9 2010-2013 轉移機率矩陣（單位：公頃） 2013 2010 裸露地 都市建成地 植被 總計 裸露地 0.06 97.04 2.90 100.00 都市建成地 0.16 99.00 0.84 100.00 植被 0.09 31.49 68.42 100.00 總計 0.31 227.53 72.16 300.00 2. 以馬可夫鏈模式探討土地覆蓋變遷 本研究以2006~2007 年的變遷機率矩陣為依據，應用一階馬可夫鏈模式模擬 2006 至 2013 年 土地覆蓋變遷。結果顯示當各類別之初始機率值（表10）達到穩定平衡狀態時（表 11），其穩定 機率值為裸露地0.02、都市建成地 0.76、植被 0.22。若將此穩定機率值與各年度土地覆蓋面積相 乘，得到變遷趨勢值（表 12），此趨勢值能夠反應出研究區內土地覆蓋演變的最終狀態。當研究 區內的土地覆蓋變遷達到穩定狀態時，裸露地與植被面積逐年遞減，都市建成地面積逐年遞增。 表10 初始機率值 2007 裸露地 都市建成地 植被 初始機率 0.02 0.73 0.25 表11 穩定平衡矩陣 2006-2007 裸露地 都市建成地 植被 裸露地 0.02 0.76 0.22 都市建成地 0.02 0.76 0.22 植被 0.02 0.76 0.22 ＊穩定機率值：（裸露地 0.02, 都市建成地 0.76, 植被 0.22）

表12 各時期土地覆蓋趨勢值 年度 裸露地 都市建成地 植被 MC2006 0.84 1670.81 171.23 MC2007 0.83 1692.43 165.16 MC2010 0.16 1741.83 160.02 MC2013 0.07 1907.46 113.76 為了比較以馬可夫鏈模式模擬與影像分類之土地覆蓋變遷結果，本研究將各年度之趨勢預測 值與影像分類結果進行比對（圖6）。結果發現兩者之變遷趨勢相符合，裸露地與植被皆逐年遞減， 都市建成地逐年遞增，表示以馬可夫鏈模式能夠有效模擬本研究區內土地覆蓋變遷勢。 影像分類結果（單位：公頃） 馬可夫鏈模擬結果（趨勢值） 圖6 土地覆蓋變遷趨勢比較

（二）熱點分析

1. 土地覆蓋在村里單元中的分布概況 本研究以 2006、2013 各土地覆蓋占村里單元面積之比例作為屬性值進行 Local G-Statistic 分 析。分析結果（圖7）顯示裸露地的熱點在此期間有明顯的改變，2006 年集中在南港區、內湖區， 至2013 年中山區與松山區也有裸露地集中的現象，但內湖區、南港區部分村里的統計顯著性略有 2006 裸露地 2013 裸露地 2006 都市建成地 2013 都市建成地 2006 植被 2013 植被 圖7 土地覆蓋於村里單元中的熱點分布

下降（99%=>95%）。係因基隆河第二次截彎取直後產生之新生地至 2013 年時幾乎已開發為都市 建成地，僅留下面積較小之裸露地以及都市內部其他零星的裸露地。此外，由於熱點分析會考慮 到各個地區單元間的空間鄰近性，因此其視覺化後的效果容易被誤解為該村里裸露地的面積很 高，但事實上並非如此。若透過進一步空間分析（表13），發現 2006 年裸露地占村里單元面積百 分比最高的地方是內湖區石潭里（33.35%, 31.97 公頃），至 2013 年則變成松山區莊敬里（0.83%, 1.30 公頃），是因為受到行政區單元面積大小的影響。都市建成地的熱點在此期間並無太大變化， 大致集中在中山區、松山區與信義區。尤其是松山區的都市建成地具有高度群聚的現象，其中松 山區自強里（99.99%）之都市建成地所占比例最高。植被的熱點明顯地分布在臺北盆地周圍山區， 在2006 至 2013 年間並沒有熱點轉移的現象，僅部分地區統計顯著性略有變動。不過由於本研究 事先假設公園綠地在土地覆蓋變遷的過程中其功能性幾乎不會改變，因此進行分析前已予剔除， 故在村里單元下僅偵測到市區以外的植被熱點。但植被冷點在松山區、信義區有減少，可能與熱 點分析時的參數設定，或由於2013 年松山區與信義區的植被覆蓋增加有關。 表13 土地覆蓋占村里單元面積百分比 2. 土地覆蓋的空間群聚強度 雖然透過前一小節Local G-Statistic 的分析能夠探討土地覆蓋在村里單元的空間分布，但由於 村里單元大小及邊界的區隔問題，使得某些較細緻的土地覆蓋變化無法被偵測。因此，本研究在 研究區範圍內建立50 公尺的漁網圖（Fishnet），並將2006、2013 年之土地覆蓋加總至每個網格中， 計算各種土地覆蓋面積占每個網格面積之百分比，最後將漁網圖轉為點資料型態並進行核密度推 估（圖8）。 排名 類別 1 2 3 內湖區石潭里 內湖區週美里 中山區成功里 2006 裸露地 33.35% 17.66% 2.91% 松山區莊敬里 松山區精忠里 內湖區石潭里 2013 裸露地 0.83% 0.67% 0.45% 松山區自強里 松山區東勢里 南港區萬福里 2006 都市建成地 99.99% 99.98% 99.88% 松山區東勢里 中山區行孝里 松山區富泰里 2013 都市建成地 99.99% 99.98% 99.80% 中山區北安里 內湖區湖興里 內湖區金龍里 2006 植被 61.17% 52.27% 48.58% 中山區北安里 內湖區湖興里 內湖區金龍里 2013 植被 61.58% 52.21% 48.01%

2006 裸露地 2013 裸露地 2006 都市建成地 2013 都市建成地 2006 植被 2013 植被 圖8 核密度估計結果 根據圖8，裸露地在 2006 年時在內湖區舊宗段與中山區金泰段一帶有較高的核密度值，表示 這裡有裸露地的群聚現象。至2013 年，裸露地的群聚則發生在松山機場北邊一帶，此一轉變與臺 北市都市發展有關，因此必須討論都市建成地的變化。若比較2006 與 2013 年的都市建成地核密 度估計結果，可以發現主要的轉變是由於捷運文湖線的興建，而帶動了沿線的土地覆蓋變遷，包 括中山區金泰段原有的裸露地，也隨著捷運的興建而轉變為都市建成地。為了進一步探究捷運站 與都市建成地熱點的空間關係，本研究利用Local G-Statistic 找出都市建成地的熱點分布，接著進 行環域分析，以研究區內每個捷運站點為圓心，依搜尋半徑: 100、300、500 公尺向外尋找在此距

離內的都市建成地熱點並統計其數量（圖9）。分析結果顯示隨著距離增加，都市建成地熱點數量 呈現上升趨勢；又2013 年之都市建成地熱點數量多於 2006 年，表示此期間都市建成的群聚強度 有沿著捷運線而提升。另一方面，裸露地的轉變在舊宗段的內湖科學園區第五期重劃區最為明顯， 在2006 年有高核密度值，但 2013 年裸露地幾乎轉變為都市建成地，故呈現低核密度。另外松山 區的都市建成地核密度增加，係因有臺北市林蔭大道之稱的敦化南北路行道樹隨季節改變而消 長，故此一轉變可能是暫時性的。 2006 都市建成地 2013 都市建成地 與捷運站之距離100m 內 與捷運站之距離100m 內 熱點數量: 167 熱點數量: 175 與捷運站之距離300m 內 與捷運站之距離300m 內 熱點數量: 1334 熱點數量: 1437 與捷運站之距離500m 內 與捷運站之距離500m 內 熱點數量: 3266 熱點數量: 3561 圖9 Local G-Statistic 分析結果

結論與建議

基隆河第二次截彎取直後取得之新生地，為近年來臺北市內土地利用變遷較明顯的區域，因 此本研究嘗試以物件導向式分類法、馬可夫鏈模式與熱點分析探導基隆河第二次截彎取直計畫範 圍內之土地覆蓋時空變遷。在時間向度上，物件導向式影像分類結果與以馬可夫鏈模式模擬結果 有一致的土地覆蓋變遷趨勢：裸露地與植被面積逐年遞減，都市建成地面積則逐年遞增，反映出 此時期臺北市都市化作用仍持續地進行。在空間向度上，本研究透過熱點分析與空間分析探討土 地覆蓋在村里單元中的分布特性。結果顯示2006 年裸露地熱點分布在南港區、內湖區，至 2013 年松山區、中山區也呈現裸露地的群聚。此一轉變是由於本研究區內裸露地主要轉變為都市建成 地，次為植被，且裸露地逐漸碎片化，原本較大的裸露地（如內湖科學園區第五期重劃區）至2013 年幾乎已轉變為都市建成地，僅剩下零星地裸露地集中在松山機場北側一帶。都市建成地、植被 熱點在村里單元中的分布並無太大改變，前者集中在中山區、松山區與信義區，後者集中在臺北 盆地周圍山區。另一方面，為了降低村里單元大小與邊界的區隔問題，本研究透過核密度估計法， 在研究區範圍內建立50 公尺漁網圖，用比村里更細緻的空間單元來探討土地覆蓋的空間分布。結 果發現植被的熱點無太大變動，僅在敦化南北路有較明顯的變化，但在裸露地與都市建成地則有 較明顯的轉變，其中以內湖科學園區第五期重劃區最顯著。2006 年時此區域裸露地的核密度很 高，至2013 年轉為低核密度。係因原有的裸露地轉幾乎完全轉變為都市建成地，故 2013 年都市 建成地在此區呈現高核密度。同時，都市建成地核密度有沿著捷運線增加的趨勢。為了進一步探 討此現象，本研究透過熱點分析與環域分析探討都市建成地熱點與鄰近捷運站之關係。結果發現 距離捷運站100、300、500 公尺的範圍內，2013 年的都市建成地熱點數量皆大於 2006 年，表示 這段期間捷運文湖線沿線的都市建成地熱點數量增加、空間群聚強度提高。 後續研究方面，由於本研究假設以三年為間隔分析土地覆蓋變遷，期望能找出較大的土地覆 蓋變化。故建議後續研究能分析中間缺漏年度的土地覆蓋變遷，並與馬可夫鏈模式模擬結果比較。 第二，本研究無法取得可靠的工商普查資料，故無法進行空間關聯性分析，建議後續研究能取得 相關資料並進一步探討土地覆蓋的空間特性。最後，雖然馬可夫鏈能夠度量土地覆蓋變遷在時序 上的變化，但卻無法對土地利用變遷的空間分佈進行模擬、預測。因此若能導入細胞自動機的概 念，建立時空馬可夫鏈模式模擬與預測土地覆蓋變遷，可作為日後土地利用與土地覆蓋變遷相關 研究之參考，以及後續進行空間關聯性分析之基礎。

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投稿日期：103 年 12 月 08 日 修正日期：104 年 01 月 12 日 接受日期：104 年 04 月 15 日