遙感技術在農村土地流轉監測中的應用

姜海玲，張 爽，齊 跡

（吉林師范大學旅游與地理科學學院，吉林 四平 136000）

遙感技術在農村土地流轉監測中的應用

姜海玲，張 爽，齊 跡

（吉林師范大學旅游與地理科學學院，吉林 四平 136000）

在介紹農村土地流轉研究現狀、遙感技術的發展及其在農業領域的應用情況的基礎上，著重從土地流轉信息提取、土地流轉動態變化監測和不同區域土地流轉程度對比分析3方面綜述了遙感技術在土地流轉監測中的應用，并從地理學理論的指導、遙感影像目視解譯、遙感影像的分類和遙感監測的技術環節4個方面提出了遙感技術在土地流轉監測中的應用建議。

遙感；土地流轉；信息提取；動態監測；流轉程度；綜述

我國是土地資源大國，國土面積位居世界前列。隨著人口數量的持續增加，土地利用方式日益向多樣化方向發展，導致人均土地資源有限，不同領域的用地需求逐漸加大。從自然屬性角度分析，植被、土壤、氣象、水文等多種自然因素共同影響著土地資源的形成及其空間差異特征；再加上經濟社會因素的共同作用，土地構成、土地利用類型、分布和數量逐漸發生變化。快速準確地監測這些變化信息，并分析其時空特點，評價其動態變化，預測其未來趨勢，可為長期支持國家資源環境以及其他方面的科學研究提供參考依據。

1 農村土地流轉研究現狀

1.1 土地流轉概念與意義

農村土地流轉是指農村土地承包經營權通過合法的形式在農村集體內部進行流動或轉移的行為，其實質是土地使用權的流轉，即擁有土地承包經營權的農戶保留個人承包權，將土地經營權轉讓給其他農戶或經濟組織，從而優化農村資源配置，提高農業產業水平，促進農民就業多元化和收入多元化的發展[1-2]。

目前，土地利用效率低下是制約農村經濟持續發展的關鍵問題，而土地流轉的核心目標則是提高農村土地的利用效率，是發展現代農業、農村改革的必經之路[3]。因此，土地流轉監測不僅關系到農村耕地保護與利用，同時與國家和地區的糧食安全息息相關。

1.2 土地流轉研究現狀

由于全國各地在農村土地流轉中面臨的問題存在差異，因此土地流轉形成了轉包、互換、轉讓、入股、股田制、重組、兼并等多種不同模式，不同的流轉形式對耕地保護和利用將產生不同的效應[4-5]。據此，我國學者對土地流轉的研究目前主要側重于剖析土地流轉動因機制和土地承包經營權流轉模式，進而提出土地流轉存在問題及相應對策。目前，國內學者對農村土地流轉問題的研究方法主要集中于實地調查，采用國家農業部門的土地流轉統計數據，結合實地調研、走訪等多種形式，系統分析農村土地流轉成因、形式和規模[6]，這種方法的弊端是費時費力且時效性較差。而利用現代化技術對農村土地流轉進行宏觀、大面積動態監測和評估尚缺乏研究。

2 遙感技術的發展及其在農業領域的應用

遙感（Remote Sensing, RS）是一種遠離目標地物，主要利用傳感器獲取的目標物反射或輻射的電磁波信息，通過非直接接觸的方式獲取、識別、測量并分析地物性質的技術。它是20世紀60年代初基于航空攝影發展起來的一門集實用性、先進性、科學性和綜合性于一體的空間探測手段，目前已成為環境、農業、林業、信息通訊、地質、工程等領域重要的數據獲取手段[7]。例如：在環境監測領域，遙感技術被用于探測和研究環境污染事故的性質特征、空間分布、動態發展變化、影響和危害程度等；在林業領域，利用遙感手段通過探測植被冠層顏色、冠層結構等特征可實現森林植被物種的分類和識別。

農業領域中，遙感技術多用于光合有效輻射估算，植被生物化學、生物物理參數分析、作物單產估算、作物病蟲害監測等。與傳統方法相比，遙感探測技術憑借其宏觀性、周期性、實效性、經濟性等特點，在農業領域中還可被用來提取土地流轉面積特征和空間分布信息，監測土地流轉動態變化，對比分析不同區域土地流轉程度等，為全國范圍或區域尺度土地利用變化和糧食產量預測提供一定的參考依據。

3 遙感技術在農村土地流轉監測中的應用

3.1 土地流轉信息提取

地物的電磁輻射差異在遙感影像上形成了特有的目標地物特征，主要概括為“色、形、位”3大類[8]。土地流轉信息提取中，可根據這3個主要特征在遙感影像上提取土地流轉面積、空間位置、相關布局等信息。

3.1.1色是指目標地物在遙感影像上呈現的顏色和色調。農村土地流轉前，農作物種植種類多樣，斑塊破碎度較大，且作物播種時間各不相同。不同生長期內，多種作物在遙感影像上顯現的色調存在一定差異。比如5月中旬，冬小麥處于灌漿期而春玉米剛剛播種，因此影像上冬小麥多呈現深綠色而春玉米為淺綠色。土地流轉后，零散的土地被合并，大面積農田耕種的作物品種和播種時間基本保持一致，斑塊破碎度降低，因此影像上作物的顏色特征基本相同。

3.1.2形是指目標地物在遙感影像上呈現的形狀、大小和紋理。通過分析多期遙感影像上大面積農作物的外部輪廓、紋理特征和形狀特征，提取土地流轉面積大小。土地流轉前，影像上形狀各異的小斑塊土地數量居多；土地流轉后，小斑塊逐漸轉為大面積的斑塊區域。

3.1.3位是指目標地物在遙感影像上呈現的空間位置和相關布局。結合地物顏色、紋理及形狀特征，并根據農作物在遙感影像上的空間分布特征，提取大面積耕地的空間位置信息，以及與其臨近土地利用類型之間的相關關系，為準確檢測土地利用變化信息提供依據。

3.2 土地流轉動態變化監測

通過獲取土地流轉前后不同時相的高分辨率遙感影像，對比作物覆蓋面積變化、光譜特征和紋理特征差異，實現同一地區土地流轉的動態變化監測。

3.2.1遙感影像分類遙感影像分類是利用多光譜或高光譜數據對每個像元的光譜特征進行模式識別，屆時所有像元將自動地進行土地覆蓋類型分類。將不同地物類型（作物、土壤、水體等）的電磁波輻射特征作為原始特征變量，當不同地物類型光譜特征差異較大時，采用不需要先驗知識且簡單易行的非監督分類方法對同一地區不同時期遙感影像進行分類，然后相互疊加并對比分析土地流轉前后耕地面積的變化特征，達到土地流轉動態監測的目的。若不同地物類型對應的光譜特征差異較小時，則采用具有先驗類別知識的監督分類方法對影像進行分類識別[7]。（1）非監督分類。非監督分類是指人們僅僅憑借遙感影像上地物獨特的光譜特征規律進行分類，而事先對分類過程不采取任何的先驗知識。分類結果可簡單地實現對不同類別之間的分布加以區分，但并不能具體確定各類別詳細的屬性特征。常用的非監督分類方法包括：K-均值算法、ISODATA算法、模糊分類算法、神經網絡SOM分類法、人工免疫UAIC分類算法。（2）監督分類。監督分類又稱為訓練分類或樣本分類，其核心是利用已被確認類別的樣本像元去識別其他未知類別像元的過程。分析者需在遙感影像上針對每種類別選取一定數量的訓練樣本并且統計訓練樣本的信息，然后按照目標像元和樣本像元之間的相似程度進行類別劃分。常用的監督分類方法包括：平行管道分類、最小距離分類、最大似然分類、神經網絡分類、決策樹分類等。除了光譜信息，遙感分類還常常利用其他輔助信息，如空間信息、時間信息、人文信息等，應根據不同的研究目的選擇合適的分類方法。

3.2.2光譜特征變量地物的反射光譜特征是地物反射率隨波長變化的規律，根據不同地物的光譜特征差異，可實現遙感影像上地物的識別和變化檢測。光譜特征變量則是由特定光譜波段的反射率經過線性或非線性組合構成的一種光譜參數，其構建原則是對某個影響因子敏感而對其他因子不敏感，構建目的是選擇合適的特征波段突出影像中目標地物的信息而弱化其他地物的光譜影響[8]。比如光譜指數、光譜位置變量等參數不僅可用來定量預測作物產量，評估作物生長發育狀況，同時參數的取值變化能夠間接體現不同時期內土地流轉的動態變化情況。光譜指數SI（Spectral Indices）是最典型的一種光譜特征變量，它是將多光譜或高光譜數據波段經過不同組合方式形成的一種可定量描述地球表面植被狀況的光譜特征度量指標，其實質是利用遙感光譜數據監測地表植被的分布特征、長勢情況等。根據研究目的不同，目前已提出了幾十種光譜指數，例如歸一化植被指數NDVI（Normalized Difference Vegetation Index）、增強植被指數EVI（Enhanced Vegetation Index）、比值植被指數RVI（Ratio Vegetation Index）、垂直植被指數PVI（Perpendicular Vegetation Index）等。在農村土地流轉監測中，通過遙感影像計算農作物的光譜指數，可發現不同植被類型的指數值存在一定差異，且在不同生長期內差異較為明顯。因此，可通過建立光譜指數模型來判斷同一斑塊土地在不同時期光譜指數的變化情況，從而間接反映植被類型的變化，即土地流轉情況發生的變化。

3.3 不同區域土地流轉程度對比分析

由于受自然因素和社會因素的影響，土地流轉的基本情況及方式決定了土地流轉的規模和速度[4]，其差異在遙感影像上表現為土地斑塊的色調、紋理等特征上，因此可利用遙感技術并結合景觀生態學方法對不同地區農村土地流轉程度差異進行對比分析。

根據遙感影像目標地物的判別特征，結合目視判讀和計算機解譯，對多時相高分辨率影像進行判讀并進行后處理及數理統計，這一過程被稱之為解譯。解譯時，將解譯者的專業背景知識、遙感知識、區域知識以及相關經驗加入到影像分析中，根據遙感影像上目標地物及周圍環境的特征（如色調、形狀、大小、紋理、圖形等）以及影像上目標地物的空間組合規律，并通過不同地物之間相關關系的識別，進行綜合推理和比較分析，做出判斷。最后，結合景觀生態學原理與方法，計算景觀多樣性指標，如斑塊數目、形狀、面積大小、破碎度、分形維數等，從而對比分析不同地區農村土地流轉的動態程度。例如，土地流轉前，具有破碎度較大、斑塊數目多、面積小、形狀不規則等特征；而土地流轉后，破碎度減小、斑塊數量減少、面積增大且多為規則形狀。同時，可提取土地流轉前后斑塊形態參數特征，研究不同地區土地流轉的差異特征。

4 遙感技術在農村土地流轉監測中應用建議

目前，利用遙感技術監測土地利用情況通常采用專業分析方法、自動分類方法或者是兩種方法的結合。國內已經完成并持續更新的土地侵蝕、土地覆蓋和城市擴張等數據庫都是采用這幾種方法實現的。農村土地流轉監測的研究機理與土地利用、土地退化、土地覆蓋等方面較為相似，因此在農村土地流轉監測過程中可借鑒上述研究的經驗。同時，利用遙感技術監測土地流轉情況還需考慮以下幾個方面。

4.1 地理學理論的指導

農村土地流轉遙感監測的研究對象是土地資源本身及其附屬的經濟社會屬性。遙感技術的出現，不僅提高了數據獲取和數據處理等方面的能力，同時在研究方法上也不斷創新，但無論采用何種方法監測土地利用變化情況，都應該以地理學基礎理論為指導，服從研究對象的基本地理屬性，例如：氣象、水文等自然因素對土地形成與利用變化產生的影響，顯著的地域差異導致的土地類型的區域分異等。

4.2 遙感影像目視解譯

遙感影像的目視解譯是遙感應用分析中最基本的方法，由于充分利用了解譯者的知識經驗，因此比計算機的判斷更為精細和準確，但同時存在解譯速度慢、定量精度受到限制、解譯結果帶有主觀隨意性等缺陷。為了提高遙感影像上土地流轉變化的解譯精度，解譯者需充分掌握地物目標的空間特征、光譜特征和時間特征等，了解遙感影像的基本成像機理，同時結合對地學規律的認知以及對地面實況的了解，從遙感影像的大數量中提取所需要的專題信息。

4.3 遙感影像的分類

對遙感影像進行土地利用類型分類時，影響分類精度的因素主要包括訓練樣本的數量、類別的可分性、使用的分類方法、數據的維數等。對于多光譜和高光譜遙感影像數據，光譜波段數量較多，包含了豐富的地物細節信息，但并不是所有波段都需要參與到分類工作中，往往只利用有限的幾個波段[8]。由于部分波段之間存在較高的相關性，因此分類時需去掉相關度高的波段，避免數據冗余問題，以提高分類精度和分類效率。

在分類完成后，還必須依據實際調查收集的地面真實參考數據，對分類后的影像進行準確性評估。目前，由于遙感探測衛星技術的發展和土地利用復雜化的趨勢，影像分類的可靠性評價受到越來越多的關注。影像評估時，傳統方法是以航空相片為參考資料，利用定性的置信度評價和統計測度評價，建立和分析誤差矩陣，對分類的總體精度、使用者精度和生產者精度進行描述性評價，同時采用Kappa分析和模糊集理論進行多元離散分析評價和模糊性評價。

4.4 遙感監測的技術環節

遙感監測農村土地流轉的技術細節主要包括遙感數據的選取、數據預處理、分類處理及分類信息提取、動態信息提取、圖形編輯及數據統計、監測結果分析等[9-10]。

在選取遙感數據時，一方面需考慮時相的需求，另一方面要考慮影像數據的質量，比如空間分辨率等指標。根據監測目的，在1∶100 000比例尺情況下，陸地監測衛星Landsat TM的影像數據質量較高，區域覆蓋面積較廣，可滿足應用需要。此外，國產衛星環境一號（HJ-1）、北京一號衛星、中巴資源衛星（CBERS）等也可用于土地流轉監測。由于植被的光譜信息在土地利用監測中占有重要地位，因此衛星數據應盡量選擇在植被生長旺季提取，從而突出植被的空間分布特征和光譜特征信息。

數據預處理是遙感應用研究的重要基礎，良好的預處理工作對后續的研究分析有著舉足輕重的作用。比如遙感影像的幾何糾正是精確確定遙感數據空間位置的基本過程，在獲取不同土地利用類型面積時要選擇恰當的投影方式和糾正方法。

分類信息和動態變化信息是在完成糾正的遙感影像上提取的，提取過程中，針對不同土地類型應設定不同的準確率要求，比如定位誤差、屬性準確率等。這部分工作可采用實地調查與驗證的方式對分類信息和變化信息進行真實性檢驗。

經過一系列的處理和分析，最后得出的影像分類結果、圖形數據和統計數據作為土地流轉監測的直接成果，也是進行土地遙感監測結果評價、精度分析、趨勢評估、提出對策的基礎信息。

5 結 論

土地流轉是農村經濟發展到一定階段的產物，是事關農民收入、農村發展乃至整個國民經濟發展的大事，因此引入現代化技術并將其應用于農村土地流轉的宏觀、大面積動態監測中十分必要。

筆者主要介紹了遙感技術在農村土地流轉監測中的應用，并從土地流轉信息提取、土地流轉動態變化監測及不同區域土地流轉程度對比分析3個方面展開。通過分析可發現，土地流轉規模經營后，耕地斑塊破碎度降低，通過提取和分析遙感影像中目標地物的光譜、結構、紋理等特征，采用遙感影像分類、光譜特征變量分析、目視判讀和計算機解譯等方法，可實現土地流轉的動態變化監測，為快速、準確地監測土地變化信息提供依據。因此，遙感技術在未來農村土地流轉監測研究中具有很好的發展前景。

針對土地流轉信息提取、動態變化監測及流轉程度分析3個關鍵問題，筆者還提出了利用圖像解譯、光譜參量等遙感技術進行農村土地流轉監測應用的建議。后續的研究中可選取某地區不同時相高空間分辨率的多光譜或高光譜遙感影像進行實例分析，驗證遙感技術在土地流轉監測應用中的可靠性和先進性。

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（責任編輯：成 平）

Application of Remote Sensing Technology in Monitoring Rural Land Circulation

JIANG Hai-ling，ZHANG Shuang, QI Ji
（College of Tourism and Geographical Science, Jilin Normal University, Siping 136000, PRC）

Based on the introduction of the research status of rural land circulation, the development of remote sensing technology as well as its application in the agricultural f led, the paper summarized the application of remote sensing technology in monitoring land circulation mainly from three aspects, including information extraction of land circulation, dynamic monitoring of land circulation and comparison analysis of land circulation among different regions. Meantime, several suggestions on the application of remote sensing technology in monitoring land circulation were proposed from four aspects as follows: the guidance of geographic theory, visual interpreting of remote sensing images, the classif cation of remote sensing images, and technical links of remote sensing monitoring. It may provide a reference for the research of monitoring rural land circulation.

remote sensing; land circulation; information extraction; dynamic monitoring; circulation extent; review

S127

：A

：1006-060X（2015）11-0132-04

DOI:10.16498/j.cnki.hnnykx.2015.11.038

2015-08-02

吉林省社會科學基金（2014B127）

姜海玲（1986-），女，吉林敦化市人，講師，主要從事高光譜遙感應用研究。