基于遙感技術(shù)的甘肅某縣土地資源監(jiān)測研究

摘 要:數(shù)據(jù)質(zhì)量規(guī)范體系的制定是土地資源與生態(tài)環(huán)境遙感調(diào)查與監(jiān)測成果可靠性的基礎(chǔ)保障，因此，需要土地資源與生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)價(jià)的研究做技術(shù)支撐，本文論述了基于遙感手段的土地資源遙感監(jiān)測方法，全文是筆者工作實(shí)踐基礎(chǔ)上的理論升華，相信對(duì)從事相關(guān)工作的同行能有所裨益。

關(guān)鍵詞:精度評(píng)價(jià) 簡單隨機(jī)抽樣 分層抽樣 等距抽樣

中圖分類號(hào):P2\t\t\t文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A\t\t\t文章編號(hào):1672-3791(2011)10(a)-0046-02

土地資源是人類生存和發(fā)展的基本條件，是經(jīng)濟(jì)、社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。不合理的利用資源引起的資源短缺、環(huán)境退化已成為影響我國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要問題之一。全面調(diào)查并掌握我國土地資源數(shù)量與質(zhì)量，在此基礎(chǔ)上采取有效防治措施，對(duì)緩解人地矛盾，合理利用資源，實(shí)現(xiàn)土地資源集中、統(tǒng)一、協(xié)調(diào)、有序的高效管理，實(shí)現(xiàn)我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有特別重要的意義。其中，數(shù)據(jù)質(zhì)量規(guī)范體系的制定是土地資源與生態(tài)環(huán)境遙感調(diào)查與監(jiān)測成果可靠性的基礎(chǔ)保障，因此，需要土地資源與生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)價(jià)的研究做技術(shù)支撐。

遙感(RS)對(duì)地觀測技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了信息獲取技術(shù)的提高，已經(jīng)成為土地資源監(jiān)測的主要手段。遙感監(jiān)測結(jié)果在使用前，必須進(jìn)行客觀可靠的精度驗(yàn)證和分析，以保持遙感監(jiān)測結(jié)果的可靠性。同一遙感監(jiān)測結(jié)果，精度評(píng)價(jià)的方式不同，評(píng)價(jià)結(jié)果就有可能不同，因此很有必要對(duì)遙感精度評(píng)價(jià)過程中影響精度評(píng)價(jià)結(jié)果的各種因素進(jìn)行細(xì)致深入的分析。一般地，目前影響遙感精度評(píng)價(jià)的因素主要包括抽樣方法、參考數(shù)據(jù)和評(píng)估參數(shù)三個(gè)方面[1]，其中，抽樣樣本的設(shè)計(jì)和選擇尤為關(guān)鍵。

目前，國內(nèi)外研究者做了大量遙感監(jiān)測精度檢驗(yàn)的理論研究和實(shí)踐探討，為遙感監(jiān)測成果的應(yīng)用提供了有利保證。但是，關(guān)于不同抽樣方法對(duì)土地資源遙感監(jiān)測精度評(píng)價(jià)的影響的定量研究還比較欠缺。本文嘗試?yán)猛坏貐^(qū)不同空間分辨率的遙感數(shù)據(jù)，采用不同的抽樣方法，分別對(duì)試驗(yàn)區(qū)甘肅某縣的土地遙感監(jiān)測成果進(jìn)行精度評(píng)價(jià)，定量分析不同抽樣方法對(duì)土地資源遙感監(jiān)測精度評(píng)價(jià)結(jié)果的影響。

1 研究方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)及數(shù)據(jù)來源

本研究所用的試驗(yàn)數(shù)據(jù)為甘肅某縣2004年的土地資源遙感監(jiān)測成果，該監(jiān)測成果的遙感數(shù)據(jù)源為2004年甘肅某縣的ETM+遙感數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)質(zhì)量要求為處理級(jí)別1級(jí)(1A或1B)，云覆蓋小于10%，無雪，無噪聲和條痕。時(shí)相上主要考慮選擇有利于影像的土地利用判讀解譯的季節(jié)。

本研究所用精度分析參考數(shù)據(jù)是基于同期的SPOT5 2.5m空間分辨率的遙感影像解譯獲得的試驗(yàn)區(qū)的土地利用現(xiàn)狀圖。利用SPOT5遙感數(shù)據(jù)解譯的土地利用/覆蓋現(xiàn)狀圖的精度遠(yuǎn)高于基于ETM+數(shù)據(jù)的土地利用/覆蓋分類圖，可以基本反映研究區(qū)土地利用/覆蓋的實(shí)際狀況，因此能夠作為進(jìn)行精度評(píng)價(jià)的基本參考數(shù)據(jù)。

1.2 土地資源遙感信息提取

在幾何糾正、圖像匹配等相關(guān)圖像預(yù)處理的基礎(chǔ)上，利用2004年ETM+和SPOT遙感影像，結(jié)合土地、地形等輔助資料信息，通過研究區(qū)的野外實(shí)地調(diào)查，按照《土地分類》，以人機(jī)交互方式解譯判讀二級(jí)土地利用類型，即耕地、林地、草地、建設(shè)用地、水體和未利用地6個(gè)土地類型。

1.3 基于不同抽樣方法的精度評(píng)價(jià)

1.3.1 全樣本精度評(píng)價(jià)

首先分別將甘肅某縣的基于SPOT和ETM+數(shù)據(jù)的土地利用現(xiàn)狀矢量圖柵格化，以便在精度分析過程中進(jìn)行像元對(duì)像元的評(píng)價(jià)，像元對(duì)像元的精度評(píng)價(jià)既能對(duì)各地類的屬性和面積作出分析，同時(shí)也能開展各地類位置的精度分析。

為確定柵格圖的像元大小，我們對(duì)基于SPOT的土地利用現(xiàn)狀矢量圖的各個(gè)圖斑進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，其中最小的圖斑面積為200.43m2，所以，我們將基于SPOT的土地利用現(xiàn)狀矢量圖柵格化后的像元大小確定為15m×15m。

按照確定好的像元大小，分別把基于SPOT和ETM+數(shù)據(jù)的土地利用現(xiàn)狀矢量圖重采樣為15m分辨率的柵格圖。然后以基于SPOT的土地利用現(xiàn)狀柵格圖為參考數(shù)據(jù)，對(duì)基于ETM+的土地利用現(xiàn)狀柵格圖進(jìn)行像元對(duì)像元的精度評(píng)價(jià)分析。

1.3.2 簡單隨機(jī)抽樣精度評(píng)價(jià)

以基于SPOT的土地利用二級(jí)地類現(xiàn)狀柵格圖(圖1a)為參考數(shù)據(jù)，對(duì)基于ETM+的土地利用二級(jí)地類現(xiàn)狀柵格圖(圖1b)進(jìn)行精度分析，在研究區(qū)最小抽樣樣本數(shù)的基礎(chǔ)上，我們分別取抽樣樣本數(shù)為500、1000、1500和2000的四種情況對(duì)甘肅某縣的土地利用二級(jí)地類進(jìn)行了精度評(píng)價(jià)。

2 結(jié)果分析

2.1 全樣本精度評(píng)價(jià)

從表1可以看出，甘肅某縣全樣本總體分類精度為74.82%，Kappa系數(shù)為0.633。在各地類的分類精度中，水體的分類精度最高，達(dá)88.53%，林地的分類精度最低，為63.04%。耕地、林地和草地的精度在74%左右，未利用地的精度比林地的精度稍高，為67.09%。

耕地的誤分中，劃分成林地和草地的居多，甘肅某縣林地和草地占誤分總量的89.38%，耕地誤分成其他地類的比率分別為，建設(shè)用地占7.59%，水體和未利用地占2.03%。林地的誤分中，劃分成耕地和草地的居多，甘肅某縣耕地和草地占誤分總量的94.28%，林地誤分成其他地類的比率分別為，建設(shè)用地占3.99%，水體和未利用地占1.73%。草地的誤分中，劃分成耕地和林地的居多，甘肅某縣耕地和林地占誤分總量的87.72%，草地誤分成其他地類的比率分別為，建設(shè)用地占5.74%，水體占3.51%，未利用地占3.03%。建設(shè)用地的誤分中，甘肅某縣中誤分成耕地的比率最大，為45.61%，誤分成林地、草地和未利用地的比率分別為14.92%、17.66%和19.72%，誤分成水體的比率最小，為2.09%。水體的誤分中，甘肅某縣中誤分成草地的比率最大，為49.06%，其他誤分比率依次是，未利用地占31.31%，建設(shè)用地占9.09%，耕地占8.98%，林地占1.56%。未利用地的誤分中，甘肅某縣中誤分成水體的比率最大，為32.74%，其次是耕地占29.17%，草地占22.76%，林地占11.55%，建設(shè)用地占3.78%。

從甘肅某縣地類的分類精度和錯(cuò)分情況分析來看，ETM＋遙感影像比SPOT5的空間分辨率低，空間分辨率的降低，導(dǎo)致各地類的邊緣不清晰，紋理不明顯，混合像元增多，這些都是導(dǎo)致各地類錯(cuò)分的重要原因。耕地、林地和草地之間的混分現(xiàn)象較為嚴(yán)重，未利用地與草地和建設(shè)用地的混分現(xiàn)象等，除分辨率的影響外，與ETM影像中的地類之間的光譜特征相近也有較大的關(guān)系。除外，在土地利用矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為柵格數(shù)據(jù)過程中產(chǎn)生的誤差，對(duì)精度評(píng)價(jià)的結(jié)果也有一定的影響。

2.2 簡單隨機(jī)抽樣精度評(píng)價(jià)

在簡單隨機(jī)抽樣方法中(表2)，甘肅某縣的樣本數(shù)為500時(shí)精度最小，分類精度為71.60%，kappa系數(shù)為0.607;樣本數(shù)為1000時(shí)精度最大，分類精度為75.90%，kappa系數(shù)為0.635，而且從各地類的分類精度和總體分類精度綜合來看，其精度評(píng)價(jià)結(jié)果與全樣本的評(píng)價(jià)結(jié)果最接近。

通過分析甘肅某縣二級(jí)地類不同樣本數(shù)的分類精度，可以得出，簡單隨機(jī)抽樣方法得到的精度并不是隨著樣本數(shù)的增加而遞增或遞減的，與樣本個(gè)數(shù)不成線性相關(guān)。而是在不同的區(qū)域內(nèi)，有其最佳的抽樣樣本個(gè)數(shù)與真實(shí)精度最接近。在簡單隨機(jī)抽樣的精度檢驗(yàn)中，不同樣本數(shù)的抽樣檢驗(yàn)，與真實(shí)精度相比，精度或是低估，或是高估，評(píng)價(jià)中精度最高的并不一定是與真實(shí)精度最接近的。因此在簡單隨機(jī)抽樣的精度檢驗(yàn)中，應(yīng)該選取不同的樣本數(shù)進(jìn)行比較，然后選取最佳樣本數(shù)進(jìn)行精度評(píng)價(jià)。

3 結(jié)語

簡單隨機(jī)抽樣方法得到的精度并不是隨著樣本數(shù)的增加而遞增的，而是在不同面積的區(qū)域內(nèi)，有其最佳的抽樣樣本個(gè)數(shù)與真實(shí)精度最接近。在簡單隨機(jī)抽樣的精度檢驗(yàn)中，不同樣本數(shù)的抽樣檢驗(yàn)，與真實(shí)精度相比，精度或是低估，或是高估，評(píng)價(jià)中精度最高的并不一定是與真實(shí)精度最接近的。因此在簡單隨機(jī)抽樣的精度檢驗(yàn)中，應(yīng)該選取不同的樣本數(shù)進(jìn)行比較，然后選取最佳樣本數(shù)進(jìn)行精度評(píng)價(jià)。

參考文獻(xiàn)

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