遙感技術在土地利用動態變化中的應用＊

三亞學院 崔金煬

在人類生存過程中土地利用屬于最基本的經濟活動，在各種因素的影響下，土地利用也在不斷發生改變。主要表現為大幅度增加非農業用地以及降低耕地資源數量，在以往開展變化信息空間測量工作時大多依靠人工操作測量工具的方式，無法使土地資源動態監測的需求得到滿足。在研究區域土地利用動態變化的過程中，最主要的工作就是對土地資源的質量、數量、分布情況以及變化趨勢進行準確、及時的了解，能夠在土地集約化程度和土地利用率提升方面發揮重要作用，從而為土地可持續發展利用提供保障[1]。在相關人員不斷完善空間采集信息技術的過程中，相關人員必須學會在土地利用動態變化監測中合理運用遙感技術。

1 提取土地利用變化信息的方法

在提取土地利用變化信息的過程中大多利用一期或者兩期遙感影像完成精確配準，現階段已經實現信息檢測方法的多樣化。其中應用較為廣泛的方法主要為主成分分析法、圖像差值法等。經過相關的研究表明，由于變化信息檢測方法不同其特色也不同，但是每種方法的有效性都沒有得到公認，大多缺乏可靠性和經濟、無法滿足定量化自動化要求、處理效率和處理速度低等問題，在實際應用中還需要與人機交互式的木石判定相結合，所以，想要保證結果足夠理想需要有效結合多種方法[2]。在充分考慮變化信息內容特點和構成的基礎上，結合遙感技術的水平和現狀，合理利用相關技術提取土地利用變化信息，其主要分為4個步驟，分別為自動發現變化位置、提取變化區域、確定變化類型以及表示變化信息。

1.1 圖斑單元法

在自動檢測土地利用變化的方法方面正常可以分為兩類，分別為直接比較多時相光譜數據法和比較分類后結果法。比較分類后結果法是通過LUCC劃分各時相數據類別，通過比較各分類結果來完成變化信息檢測，在明確變化的過程中能夠直接確定變化類型的轉化信息和定量信息，在使用這種方法時不會受到傳感器差異、物候狀況以及大氣變化的影響，不但能夠在新舊時期的影像中適用，還能夠在一期擁有LUCC數據而另一期擁有遙感影像的情況下適用，但是這種存在擁有較多遺漏圖斑、較大判讀難度、較差可靠性、較低自動化程度、大工作量等不足，而且各時相的分類情況還會影響其精度。實際上，在檢測變化的過程中，其主流為不發生變化的信息。所以，在兩個時期的信息中有大量的LUCC數據是一致的，若是借助計算機深入挖掘擁有利用價值的信息，完成各類型遙感信息知識庫的建立，能夠借助知識引導來實現變化信息檢測的定量化和自動化，在定量識地物光譜指紋的基礎上，能夠對同一圖斑單元中單一地類的變化范圍和變化程度進行明確。

1.2 影像提取技術

直接比較多時相光譜數據的方法其本質就是運算不同時相的遙感數據，從而對變化區域進行明確，其主要分為以下方法：（1）影像差值法，這種方法就是使用一個時相的影像減去另一個時相的影像，兩個時相影像中的變化信息能夠通過差值影像得到準確反映，影像中的相同背景部分已經被濾除。其主要原理為在兩個時相的遙感影像中未發生變化的地物類型的灰度值大多相近或相等，當在改變地物類型后，會在一定程度上改變對應位置的灰度值。所以，若是有地類變化情況發生在差值圖像上，將會增大其背景值和灰度值的差異，從而在背景影像中展示出變化信息，這種方法擁有快速簡單的優勢，但是同樣有存在明顯的不足，首先對圖像擁有較高的時相要求，所以最好使用同一季節的遙感影像；其次因為運算是通過點對點的方式完成，所以在差值圖中的噪聲較多；最后因為有異物同譜和同譜異物的現象存在，所以會有大量假變化信息存在。雖然這種方法存在一定的不足，但是在擁有明顯變化特征、均勻色調紋理以及單一地物類型的地段非常適用，能夠取得較為理想的效果[3]。而當存在較為復雜的影像特征時，可以有效結合這種方法與其他方法。（2）主成分差異法，首先需要使用PC變換分別處理兩影像，然后運算變換結果差值，最終處理結果為差值的絕對值。因為在PC變換過程中，影像中的主要信息都集中在前面的分量中，所以，在作影像差值的過程中，原始影像中的變化信息能夠通過前面分量之差得到反映，在波段組合中利用差值分量的方法能夠使不同時相影像的變化得到準確反映。

1.3 提取變化區域

自動發現變化信息能夠完成兩個時相LUCC變化分布和具體位置的檢測，但是并不能夠準確檢測LUCC變化的邊界位置和具體范圍，若是缺乏完整的面狀檢測目標或者現狀目標不連續，需要在遙感影像中完成變化區域各目標邊界、形狀以及范圍的準確提取。在實際開展工作時，相關人員可以利用以下方法提取變化區域：（1）閾值法，在經過處理后很多時候都是通過彩色遙感圖像反映變化信息結果，與主成分分析的原理相結合，主要的變化信息都集中在結果中的第一分量，所以在確定變化結果時可以選擇該分量的灰度值。在遙感影像中如果部分區域存在光譜信息變化情況，那么與周邊地物影像灰度值相比該區域將擁有更大的影像灰度值，可以根據相關影像完成閥值的確定來突出顯示這些變化部分。相關人員應該結合自身的經驗選取閾值，從而防止模板中存在過多的偽變化信息。但是需要注意是可以存在少量的偽信息的，它能夠使丟失變化圖斑的情況得到有效避免。（2）人機交互描繪法，這種方法主要利用人機交互解譯的方式，在增強圖像中的變化信息特征后利用人工勾勒出變化區域。在解譯的過程中包含顏色、色調、形狀、大小、結構、紋理、地理位置、陰影、高度、組合結構等基本要素。靈活是這種方法最顯著的優點，并且在使用這種方法的過程中需要借助相關人員的判斷和思維，所以能夠獲得非常準確的信息提取結果。不過，人機交互解譯需要相關人員擁有豐富的知識和經驗，如地理地貌知識、遙感技術及遙感圖像處理知識、專業知識以及計算機知識等。在現階段計算機自動分類精度無法使工作需要得到充分滿足的環境下，這種方法是一種非常重要的方法[4]。

1.4 確定變化類型

在確定變化類型的過程中只以發生變化的區域為對象，在這個過程中可以使用自動分類識別、人機交互解譯等方法。在這個過程中，需要對已有的多源信息進行充分利用，能夠發揮非常重要的作用，在自動分類識別特征空間的過程中不同時相的LUCC數據、變化影像、遙感影像屬于重要基礎，可完成各種類型判別知識庫的構建，并在知識庫的引導下準確識別類別。

1.5 表示變化信息

表示變化信息就是統計和表達各類圖斑以及量算單圖斑，在正常情況下可以利用以影像為背景的專題圖和統計報表完成表達[5]。

2 實際案例分析

2.1 研究區基本情況

該研究區處于吉林省西部，地處荒漠草原和森林草原的中間地帶，為我國北方典型的農牧交錯帶，在該研究區存在非常明顯的草場退化和水土流失等環境問題，所以針對該研究區開展土地利用動態變化分析具有非常重要的意義。

2.2 數據來源

在本次研究中以研究區2000—2020年的社會經濟數據和土地利用現狀數據作為基礎數據，具體情況如表1所示。其中主要包括自然環境數據、社會經濟數據等統計數據，行政區劃、土壤圖、水文地質圖、地形圖等輔助地圖數據，2015年7月和2020年7月的遙感數據。

表1 研究區歷年土地利用結構Tab.1 Land use structure of the study area over the years

2.3 數據處理

在處理遙感影像數據前，需要利用幾何精校正和配準的方式處理兩個時相的圖像，在影像中應該選擇典型地物作為控制點，在選擇過程中應該保證滿足擁有一定數量和均勻的要求。同時應該完成影像的假色彩合成、增強以及幾何校正工作。最后應該完成地形圖與RS影像配準，在配準的過程中需要滿足0.5個像元以內的精度要求，從而保證影像疊加分析的精確度。

2.4 結果分析

在本次研究中使用人機交互解譯方法，所用軟件為ARC/INFO，通過對ARC/INFO軟件的空間分析功能進行利用，借助“Intersect”兩兩疊加多時相土地利用矢量數據，對于疊加過程中產生的碎屑多邊形使用“Eliminate”剔除，最終得到如表2所示的土地利用動態變化數據，明確土地利用產生變化的區域，進而完成土地利用變化信息的提取，在檢查過程中使用逐個對照重點地區圖斑的方法，然后合理調整提取變化信息的技術和監測結果，直至相關的精度要求得到滿足。

表2 研究區歷年土地利用變化情況（km2）Tab.2 Land use change over the years in the study area (km2)

土地利用類型數量變化能夠直接反映研究區土地利用類型變化，通過準確的分析數量變化能夠明確土地利用結構變化以及變化的整體趨勢，通過分析研究區歷年土地利用數據可知，該研究區在土地利用變化方面擁有以下整體趨勢：（1）通過分析耕地面積變化可知，該研究區近年來正在逐步增加耕地面積；（2）通過分析研究區草地面積可知，在近年來研究區的草地面積正在快速減少，這一結果與研究區草場退化問題相符；（3）通過分析研究區林地面積可知，雖然2010—2015年研究區在一定程度上提升了林地面積，但是在2000—2010年和2015—2020年林地面積都出現了大幅度減少；（4）通過分析研究區水域、居民地面積可知，這兩者在2000—2020年變化不大；（5）通過分析研究區未利用地面積可知，研究區正在逐年增加未利用地面積。

3 結語

綜上所述，在土地利用動態變化監測中遙感技術能夠發揮非常重要的作用，擁有非常高的應用和推廣價值。隨著深入應用遙感技術和不斷發展計算機技術，使遙感技術的性能變得越來越強，但是在同物異譜和同譜異物以及遙感自身模糊性的影響下，在一定程度上提升了自動識別專題信息的難度，需要相關人員合理利用相關的方法和技術。近年來，隨著不斷融入各種科學的方法，在很大程度上提升了提取專業信息的質量。在這種情況下，在土地利用動態變化中合理應用遙感技術，能夠使研究區土地利用變化情況得到準確反映。另外，相關人員應該嘗試在土地利用動態變化監測中合理應用GIS技術和遙感技術，同樣能夠滿足監測土地利用動態變化的需求，從而為相關人員開展土地規劃和土地治理工作提供科學依據。

引用

[1]趙繼成.遙感技術在土地利用動態監測中的應用[C]// 中國感光學會第六次全國感光(影像)科學大會暨第五屆青年學術交流會.北京:北京大學出版社,2008:9-15.

[2]諸云強,孫九林.土地利用遙感動態監測應用研究——以蘭州安寧區為例[J].資源科學,2006,28(2):82-87.

[3]黃麗芳.基于遙感和GIS的海南島土地利用動態變化特征試驗研究[J].中國科學院遙感應用研究所,2001,23(3):23-24.

[4]胡黎明,蘇達,王樹文.遙感與GIS技術在土地利用動態監測及執法監察中的應用[J].影像技術,2012,24(3):36-38.

[5]馮顏博,趙扣.淺析無人機遙感技術在土地工程中的應用[J].西部大開發(土地開發工程研究),2017,2(12):6-9.