1、基于RS技術在土地利用動態監測中的應用李 玥（遼寧工程技術大學，測繪與地理科學學院，遼寧阜新，123000）摘要:對數字遙感技術在土地利用動態監測中的應用進行了簡單的論述，介紹了 土地利用動 態遙感監測的概念、方法、過程以及監測中存在的難點，如數據預處理、監測方法的選擇等。 強調了今后應加強數字遙感技術在資源和環境管理中的應用研究。關鍵詞：遙感 土地利用 動態監測 信息增強0.引言人類利用土地的過程是不斷變化 的。各國政府一直進行著不同層次的 土地資源及其利用狀況調查工作。及 時掌握土地利用類型的變化信息，是 進行土地利用總體規劃、基本農田保 護、土地利用用途管制等土地管理工 作的必要條件。迅

2、速發展的數字遙感 技術和計算機技術，為土地利用現狀 及變化信息的獲取提供了及時有效的 技術手段。數字遙感技術的動態、宏 觀、及時以及能夠得到同一區域時間 段上影像系列等優點，結合計算機迅 速處理的特點，是傳統土地利用動態 調查技術所無法比擬的。目前，各國 都在開展數字遙感影像處理技術在土 地利用動態監測中的應用研究，國土 資源部在原國家土地管理局地籍司工 作基礎上，在這方面也展開了系統的 應用研究，取得了階段性進展。基于遙感的土地利用動態 監測在國內外的應用1.1國內應用現狀國家土地管理局成立以后，在國 務院統一布署下，組織完成了全國縣 級土地詳查，東部地區采用航空遙感 為基本方法完成比例尺1

3、:1萬土地利 用調查制圖，西部地區采用衛星遙感 和航空遙感相結合的方法完成1:5萬、 1:10萬和1:20萬土地利用調查。這一 成果為各級政府制定經濟建設規劃、 計劃，為農業、工業、水利、能源、交 通等各專業部門制定規劃、計劃提供 了可靠的數據資料、為各項土地管理 工作提供準確依據。1.2國外應用現狀目前，各國都在開展數字遙感影 像處理技術在土地利用動態監測中的 應用研究。由于遙感對地觀測技術具 有覆蓋面廣、宏觀性強、快速、多時 相、豐富的綜合信息等優點，人們對 于衛星遙感在土地調查中的應用，從 衛星遙感發展初期就寄于厚望，較普 遍地應用于土地調查制圖與監測中， 美國、西歐等發達國家還為泰國、

4、墨 西哥、肯尼亞等第三世界國家制作中 小比例尺的土地利用圖。1.3我國土地利用動態監測的功能與特點根據我國國情，土地利用動態監 測應具有下列功能與特點：1）監測重點是耕地變化和建設 用地擴展。我國耕地減少的主要去向 是非農建設占地和農業內部結構調 整，農業結構調整占用耕地，有可逆 性特點，耕地尚能恢復，而非農建設 占用，耕地就難恢復，所以監測非農 建設用地擴展是重點。2）監測成果的多樣性。為適應各 級土地管理機構的需求，通過土地利 用監測定期提供土地利用現狀資料， 包括面積數據和反映土地利用空間分 布、變化等專題圖資料。3）監測體系的層次性。為保證監 測任務的完成，各級土地管理部門都 應有相應

5、的監測機構，各級機構互為 關聯形成體系，各層次組成有機整體， 既要保證監測成果的統一性和可比 性，又能開展本轄區的監測業務，提 供本地區的監測成果。4）技術手段的綜合性。根據我國 土地利用監測的任務和要求，在技術 手段上宜采用衛星遙感、航空遙感、 抽樣調查和地面調查相結合的方法， 發揮各自優勢，求得總體功能上滿足 各項需要。土地利用動態遙感監測的 一般過程上述兩種動態監測的方法都是以 影像光譜輻射特征所包含的信息和像 元分類器為基礎的，其主要過程都包 含有土地利用變化位置確定什么地方 發生了變化和變化類型的確定變化 本質，圖1）。2. 1逐個像元比較法的監測過程2. 1. 1遙感數據預處理土地

6、利用動態變化監測遙感數據 預處理的兩個重要方面是影像系列空 間匹配和輻射校正。顯然，多時相影像 間準確的空間配準是動態變化監測所 必須的。在影像匹配誤差對土地利用 變化監測精度影響的研究中，證明了 要得到可靠的土地利用變化結果，需 極影像系列空間匹配數據預處理高的 圖像配準精度。研究結果表明，1個 像元空間影像系列輻射校正匹配誤差 將導致50 %的虛假變化。要想將錯誤 率影像系列變化控制在10 %，圖像 配準誤差就必須小于0. 2個像元變化 位置的確定一信息增強或更小。土 地利用動態監測遙感數據的另一個重 要變化掩膜產生預處理就是必須對影 像數據進行輻射校正，只有在變化類 型的識別一變化區域分

7、類可靠的輻射 校正基礎上的監測結果，才可能避免 偽 變化圖幾何校正變化。Hall et al （1990） , Caselles and Carcia （1989），監測成果評價一監測精度評 定Conel 1990等人發展了一系列輻射 匹配技術，這些技術回避了各種輻射 校正參數獲取困難的問題，可面積統 計分析以直接將影像系列上穩定的景 觀要素作為輻射控制圖。2. 1. 2遙感信息的增強近20年，國內外學者開發了一系 列遙感信息增強算法，筆者現將這些 算法歸納如下：1簡單數學處理增強變 化信息這一類方法主要是對有關波段 圖像的像元亮度值進行簡單數學處理 主要是求差值或求比值，增強有用信 息，以便

8、進行波段之間光譜強度的比 較。1）影像差值。該方法是動態監測 中應用最廣泛的方法之一。不同年代， 同一時相的影像系列經過幾何匹配 后，用其中一個年代的圖像像元亮度 值減去另一個年代圖像的對應像元亮 度值。當差值為零時，表示土地利用 類型未發生任何變化，而正值或負值 均表示土地利用類型發生了變化。2）影像比值。比值增強處理是迅 速進行土地利用動態監測的一種方法，該方法就是求取有關波段圖像像 元亮度值的比值。土地利用類型發生 變化區域的像元亮度值之比會顯著地 大于或小于1，而未發生變化區域的 亮度值接近1。3）多時域線性變換增強變化信 息。通過對系列影像進行線性變換， 進而將土地利用變化信息提取出

9、來。 最常用的線性變換方法有主成分分析 PCA，穗帽變換K - T，G - S正交 變換。這些線性變換方法產生出一組 新的組分圖像，目的就是要把原來多 個波段中的有用信息集中到數目盡可 能少的新的組分中，起到數據壓縮波 段數降為N個主成分和突出變化信息 的目的。4）變化向量分析。首先對各時相 的影像分別進行K-T變換，然后對K -T變換后的有關特征組分分量進行差 值運算，求得每個像元的變化值，稱 為變化向量。5）多時域非線性變換增強變化 信息。該方法利用人工神經網絡自學 習功能，對影像變化信息進行非線性 運算，提取變化信息，其精度高于G - S正交變換所獲得的結果精度，是一 種可行的土地利用類

10、型變化檢測算 法。2. 1. 3變化掩膜的產生在土地利用動態遙感監測中，變 化掩膜是指在土地利用變化信息增強 的基礎上，用一定方法對可能的變化 區域進行劃分，形成二值影像。最常 用的方法就是簡單的閾值技術：1 I ( x , y ) NTI x , y 二 T為閾值0 I ( x , y ) T即：當像元亮度值大于T時 賦值1,用于表示土地利用類型發生 了變化的區域，T值通常由分析者憑 經驗和統計數據選取，因此，這一步 是影響監測精度的重要環節。對于變 化區域的劃分，也可用監督和非監督 分類方法，但這些方法在文獻中出現 的不多。2. 1. 4變化類型的識別1)目視解譯。目視解譯的最大優 點是方

11、便靈活，解譯者在解譯過程中 能夠充分利用影像解譯標志和其它輔 助信息地貌，地形等識別地物。但解 譯者的經驗和專業知識包括對所研究 地理區域的熟悉程度以及影像本身的 差異或限制，都會導致解譯結果的不 一致。2)計算機自動解譯分類。目前， 用得較多的方法是多元統計識別分類 方法。該方法主要優點是處理速度快， 并且可重復性強，其中，最大似然法 有著嚴密的理論基礎，對于呈正態分 布的數據，具有很好的統計特性，而 且判別函數易于建立，是目前最常用 的分類方法。2. 2分類后比較法的監測過程這一類方法，通常不對各年代影 像作任何增強處理，只是單純依靠各 自的光譜分類結果進行分析和處理， 主要有：分類后比較

12、 對各年代影像 分別進行光譜分類，并對分類結果圖 進行復合分析，獲取土地利用變化信 息。該方法主要優點是對兩個時期影 像分別進行分類處理，避免了不同時 相影像間輻射校正問題。初始分類的 精度決定了土地利用動態變化的計算 結果精度，它近似等于各自分類精度 的乘積。原始影像上錯誤的分類和不 正確的圖像匹配，均會產生錯誤的結 果。多維時域空間復合分析匹配后的影像系列，土地利用發生變化 的類別與未發生變化的類別在統計模 式上會有顯著的不同。這樣，對影像系 列同時進行變化類型的分類，通常被 稱為“分層光譜或時域變化分類 ”， “多時相聚類”或“光譜變化模式分析”。監測成果評價一般而言，監測結果是應用部門

13、 最關心的，如監測的精度有多高，各 地類變化面積有多大等。原國家土地 管理局在土地利用動態遙感監測研究 中，采用基于混淆矩陣基礎上的精度 評價方法和面積校正方法，為土地利 用動態遙感監測成果在實際工作中的 應用提供了依據。結論遙感作為一門先進的科學技術， 可為土地利用動態變化研究提供多時 相、大范圍的實時信息，成為研究地 球資源、環境的有力手段之一。就動 態遙感監測來講，還有不少難點:首先 數據預處理在實際工作中達不到要 求，其有效算法和技術影響了動態監 測成果的精度；其次，由于變化監測 算法的差異性，所有變化監測算法的 能力受空間、光譜、時域和專業內容 的限制，所采用的方法在一定程度上 影響了變化監測的精度。甚至對于同 一環境，由于采用的方法不同，所產 生的結果也會不同，因此，選擇合適 的土地利用變化監測方法，顯得尤為 重要。綜上所述，土地利用動態變化遙 感監測有多種方法，各方法都有其優 缺點。總的來講，多時域線性變換、 神經網絡的非線性變換和變化向量分 析等方法充分利用了影像系列各波段 所包含的變化信息，在進行數據壓縮 的同時，又增強了變化信息，其算法 的精度比較高、處理速度比較快。今 后還需對土地利用動態變化遙感監測