基于Landsat 遙感影像的土地利用變化研究初探

趙 婷 ，王 棟 ，朱夢琦

（1.吉林省林業調查規劃院，吉林 長春 130022；2.長春正瀚園林綠化工程有限公司，吉林 長春 130022；3.安徽農業大學理學院，安徽 合肥 230036；4.安徽理工大學空間信息與測繪工程學院，安徽 淮南 232001）

土地利用是動態且精確的研究人類現有的賴以生存的土地現狀，并綜合土地本身所具有的特點和屬性，采用一系列科學技術方法，依照土地所固有的屬性結合人類的勞動從而獲取相應的回報的經濟行為，包括了獲取一系列土地產品及相關的服務。人類在利用和開發土地的過程當中，不同年份土地利用和土地覆蓋的變化指數由實地的地理要素實體的數量質量、面積大小、分布特點以及特征變化等幾個參數來反映[1]。其中，根據不同地區土地利用的不同情況分類的土地利用類型能夠較好地表達相應的土地用途情況，它是長時間以來人類改造和利用開發土地過程中不可缺少的參照和依據，土地利用類型本身具有廣泛的應用價值，它是土地生產力的間接反映，土地利用類型在不同的時間空間狀態下體現出的不同特點及差異，能較好反映出各類自然要素的相互作用情況。土地利用和土地覆蓋綜合了人類活動對土地變化的諸多影響，全面研究 其發展變化的主要驅動因素主要包括自然條件變化和全球溫度變化等，LULC在一段時間內所體現的時空差異性是多種因素共同作用下的土地利用類型的自然環境和社會經濟的共同反映。隨著工業化城鎮化進程的加快，導致許多自然環境問題反映在土地利用和土地覆蓋變化上，諸如森林區域破碎、水土流失和退化問題、動物生存環境的惡化等問題，這些問題都對可持續發展提出了不小的挑戰。在林業資源研究方面，土地利用和土地覆蓋變化可為森林資源保護和林區氣候改善提供理論方面的支持。自然環境資源的變化與區域性氣候變化密不可分，因而建立起完善的土地利用和土地覆蓋變化監測系統，將為區域生態發展和保護提供強有力的支持。

1 國內外研究現狀

在社會經濟以及生態環境全球化問題日益突出的背景之下，國內外學者紛紛對土地利用和土地覆蓋問題加快了研究的步伐，目前在研究成果方面較為領先的土地利用和土地覆蓋統計分類方法是美國學者Marwa Halmy提出的，他在利用TM 遙感影像對大面積范圍內的林地的任意分類法做了詳細的研究；同一時間段內，他的團隊還將非洲西北部海岸線的大面積沙漠化問題與LULC 問題結合分析并得到初步的結論。

與眾多歐美國家在LULC 研究上采取的針對性研究方法有著明顯不同的是，我國在土地利用和覆被變化研究方法和研究領域的選擇的上常常采用多角度、全方位的技術手段，從而能夠呈現出更加全面的解決方案[2]。1997 年以來，在我國劉紀遠院士的指導之下，我國開展了眾多基于遙感技術的大范圍全方位資源調查工作以及環境保護工程的指導研究并在眾多科學家們的努力之下取得了重要的進展，此項工作以我國較為先進的RS[3]以及地理信息系統研究作為技術支撐，目的在于對我國的土地資源以及其環境利用與保護方面提出建設性的解決方案，同時創建完整的資源與環境方面的地理空間數據模型和數據庫。該項研究進展十分順利，研究成果可以為許多不同領域的問題提供理論支撐。經過長時間的發展，我國如今的土地利用和土地覆被變化研究領域不再局限于簡單的時間空間變化的研究，而是針對更廣泛的需求并綜合更加豐富的技術方法深入LULC動態變化的深層研究。

2 數據預處理

在進行遙感圖像解譯之前，需要遙感圖像數據，對處理結果進行監督分類，同時數據預處理也是對土地利用和土地覆蓋變化情況綜合研究的第一步，數據預處理的精度對以上工作研究的結果更是起到了至關重要的作用。遙感影像預處理主要由影像輸入與檢驗、圖像幾何精校正、圖像假彩色合成以及輪廓的提取與圖像的裁剪幾方面構成。選擇不同波段進行影像合成可以更明顯地分辨出不同的地理實體（水體、林地、耕地等）的分布特征和變化情況，使其顯示效果達到最佳。幾何校正部分也同樣可以在ERDAS軟件中完成，根據行政區劃圖與相對應的遙感影像數據，選取若干具有控制意義的能夠較清楚辨認出的地面控制點，并且所有的控制點必須保證均勻分布且相對于遙感影像圖的位置必須一一對應且分布于不同的角落當中，從而提高幾何校正的精度，完成校正之后，采用最鄰近插值法完成不同分辨率遙感影像的采樣步驟，從而實現TM遙感影像的精校正。最后結合ArcGIS，選擇統一的坐標系將制作行政區劃圖的輪廓加載到ERDAS當中，在ERDAS中同時加載輪廓感興區文件與原始圖像并疊加裁剪后，將所要研究的區域裁剪完成，獲得預處理后的成果圖像。

3 圖像解譯

3.1 解譯標志

結合遙感影像的輔助信息，分析已有的數據資料，確定實際地表情況與遙感影像間的對應關系，建立解譯標志，最后根據遙感圖像的基本特征對解譯圖進行細化，完成遙感影像解譯步驟，然后依此土地利用和土地覆蓋類型做出合理分類處理。

3.2 監督分類

首先在ERDAS軟件的View窗口中導入各個年份影像，在頂部菜單欄中選擇并打開位于分類器的影像特征編輯器并進行識別標志的編輯工作，同時在菜單中的View 窗口選擇所需的感興區繪制工具，使用多線劃工具，對每個地類地物進行挑選，得到其模板區域[4]。劃分確定好每個區域的范圍之后，將已選定的訓練樣區添加到特征定義編輯器中，重復以上步驟在同一類型中選擇多個相似或相同的區域，將所選定的多個要素綜合構造得到新的分類模板，利用在之前構造的模板的重復性特征完成合成任務；同時繼續選擇位于圖像不同區域的其他不同類型的特征區域重復以上步驟，得到分類模板文件，并在完成分類后，就可得到分類最終的結果圖[5]。

4 土地利用變化研究

4.1 分類結果圖的制作

利用ArcGIS 軟件制作相應專題圖，將監督分類結果圖輸出為GeoTIF格式，并添加到ArcMap圖層當中，根據專題圖制作的方式方法，分別在圖層中添加 入地圖標題、圖例、指北針、比例尺等相應要素，然后生成土地利用專題圖[6]。

4.2 土地利用類型動態變化

根據遙感影像分類的結果[7]，利用ERDAS 軟件分別計算出不同時間段各類型土地利用總量變化情況。

5 結論

采用ERDAS 技術實現基于Landsat 遙感圖像對土地利用類型變化進行分析，在技術層面可以對土地利用多段時間的變化情況進行較為高效準確的統計分析和管理，在短時間內能夠較為準確地反映各地類的不同時間的變化，為科學管理和合理利用土地資源提供理論依據，如耕地和林地的退化反映了傳統農耕的逐步衰退，建設用地正逐步取代耕地；從環境保護的方面來看，如水資源正在面臨逐步減少的危機，水資源保護亟待加強[8]，但近年來水資源減少的速度有所放緩，這也和人們環保意識的逐步提升有關。