土地利用與覆被變化監測方法研究與實現

郭興平 丁婷

摘要：快速提取土地利用的變化信息是土地利用的動態監測方法，利用土地現狀進行更新，合理利用土地資源對科學管理土地具有重要意義。遙感技術的發現把土地的利用推向了新的信息時代。

關鍵詞：覆被變化監測；高分辨率影像

一、利用遙感進行土地利用動態監測研究意義

土地利用最傳統的人工調查方法中土地利用的監測手段存在諸多局限，主要是指效率低、不能直接顯現、速度不快、技術不夠全面、準確度不高、覆被變化信息不明顯等。所以我們要對土地進行大范圍的核查和更新需要先進的遙感技術。我們要建立和完善土地利用的動態監測體系，及時、準確地掌握土地資源的數量、質量、分布及其變化趨勢，對于提高土地利用率，增加土地的集約化程度，實施可持續發展的土地利用具有及其著重要的作用。

二、 土地利用在國內外的動態監測研究

土地利用的國情調查是對土地資源的調查。要實現全面、有效的掌握土地資源狀況最重要的手段是對研究土地利用動態進行監測。，土地利用動態監測任務的一般方式是靠人工對土地利用進行調查來完成的。而傳統的人工土地利用調查存在諸多弊端，不但費時、費力，同時耗資較多、調查效率也非常低下。當今社會，隨著遙感與地理信息系統技術的興起和日漸成熟的信息資源，人們可以充分的利用這些高科技的成果，對土地資源進行遙感動態監測已成為可能，并為人們的共識。 在我國，遙感技術是從20世紀70年代開始發展的。遙感技術在我國土地資源調查和耕地保護中發揮了及其重要的作用。遙感影像進行變化監測的研究和利用，也就是對植被變化的監測、農作物的生長、環境變化的監測研究、森林資源的發展前景的監測和利用。當今社會，國際上已經大范圍的對土地利用進行了遙感技術的利用和發展。其中美國處于領先地位，俄羅斯落后于美國，之后是西歐、加拿大、日本等國家，許多第三世界的國家也在土地利用中加以采用遙感技術，并作為關鍵的技術加以推廣?？偟膩碚f，遙感技術的發展已經在全球性的土地利用中發揮著越來越重要的作用。

三、遙感技術的發展

近年來，遙感在全球土地覆蓋和土地利用變化。目前我國基于遙感在土地利用動態監測中選定了不同的研究方法，于此同時對于不同時相的多元遙感數據也進行了遙感融合技術的整合，特別是遙感和數據信息系統（TBU）相結合，研究中的作用日益得到國際科學界的公認。

光譜信息的成像化，雷達成像的多極化，是現代科學技術的進步標志；光學探測的多向化，地學分析的智能化，為我們提供了科學的探究方法；環境研究的動態化以及資源研究的定量化，為現代科學技術提供了更多的條件；那么遙感技術的發展具有的實時性和運行性，使其向多尺度、多頻率、全天候、高精度和高效快速的目標發展提供的必要的發展條件。

四、發展變化信息對遙感技術進行總結

（1）高精度遙感數據是對新型的傳感器研制開發利用水平，以及環境資源的遙感要求有了大大的提高，其中高空間和高光譜分辨率已是衛星遙感影像獲取了技術的發展總趨勢。像雷達和光譜儀使遙感傳感器有了較大的改進和突破，主要集中在高分辨率的遙感資料對地質勘測和海洋陸地生物資源調查。

（2）雷達遙感的特性是具有全天候全天時獲取影像以及穿透地物的能力，并對地觀測的領域也有很大的優勢。其中干涉雷達技術和被動微波合成孔徑成像技術也有了很大的提高，越來越重要的顯示出了三維成像技術和植物的穿透性寬波段雷達技術，成為實現全天候對地觀測的主要技術，同時也大大提高監測環境資源的動態能力。

（3）在全球氣候變化的研究中我們要同時開發和完善陸地表面的溫度和發射率的分離技術，并進行定量估算和監測陸地表面的能量交換和平衡過程。

（4）綜合對地觀測數據獲取系統是由航天、航空和地面觀測臺站網絡等組成的以地球為研究的對象，有一定的提供定位、定性和定量的全天候全時空和全方位的數據能力，為資源開發、環境保護、地學研究和區域經濟持續協調發展提供科學數據和信息服務。

目視解譯法和自動分類法是數據遙感技術變化類。目視解譯法指的是解譯者能夠依據一定的經驗和專業技術，在使用了影像的解譯標志和其它幫助信息之后，作出合理的判斷，并標出地表覆蓋變前后化類型的一種方法。 自動分類法是利用自動分類來確定變化類型的方法。這種方法往往由分類結果做進一步的比較分析，如果變化信息的灰度值發生大致范圍的變化之后，我們在此基礎上還可以對變化范圍的影像進行局部分類，進而得到變化前后的類型。

變化信息提取精度評價，由于原始數據中沒有土地利用現狀圖，而實驗區影像范圍不大，地物類別相對較少，人工判讀相對容易，因此，本文采用了人工目視解譯方式輔助變化信息提取精度評價。對監督分類后變化類型確定的影像進行精度評價，系統自動選取100個控制點，將這些點與11、13年原始影像同時比較，人工做出判定變化信息提取結果是否正確，最終生成精度評價報告。其中，總的變化信息提取精度為75%，一般用地變更為樹木的Kappa系數為0.2513，變化信息提取精度一般，而一般用地變更為植被和建筑用地的變化信息提取精度非常好，其Kappa系數分別達到0.8208和0.4737。由此結果可以看出，在一定條件下，雖然人工目視分類判定存在一定誤差，但仍滿足精度評定要求。

土地利用與覆被變化監測方法的主要結論：

1.變化信息的提取采用了閾值法，該方法可自動提取變化信息，自動化程度較高，但閾值的設定需要一定的人為經驗。綜合考慮，閾值法對本文變化信息的提取更為適合；

2.主成分差異法操作方便并且能夠滿足變化信息的精度要求，是變化信息發現的首選方法；

3.利用監督分類方法對變化信息類型進行確定。通過實驗操作并結合相關的精度評價結果，證實了所用方法的可行性；

4.在變化信息發現所用到的幾種方法中，光譜特征變異法具有簡捷、明顯的特點，但是這種方法容易漏掉較小的變化圖斑，而且此方法受季節影響比較大。

本文所做主要工作：

① 對原始遙感影像進行幾何校正、配準與融合等預處理；

② 在深入分析了土地利用變化信息提取關鍵問題后，提出合適的更新技術流程；

③ 對變化信息提取的精度做出評價；

④ 對目前主要的土地利用與覆被變化信息提取方法進行了系統的總結，并實現了實驗區數據的變化信息發現及提取，最終確定土地利用與覆被變化類型。

參考文獻：

[1] 夏春林，楊貴軍，武文波.土地利用變化信息自動提取方法[J].遼寧工程技術大學學報.2004.