遙感在土地利用動態(tài)監(jiān)測中的應用

李俚　楊雨誠　吳皆強　劉武剛　李文洋

摘 要 經(jīng)濟全球化發(fā)展為全市產業(yè)結構調整和優(yōu)化帶來了新的契機。隨著經(jīng)濟全球化趨勢的增強，全球生產要素和產業(yè)轉移加快，沿海產業(yè)將加速向內地轉移。武漢市產業(yè)基礎雄厚、土地和勞動力成本相對較低，在內陸地區(qū)具有承接東部產業(yè)轉移的顯著優(yōu)勢，這為全市促進產業(yè)結構調整和優(yōu)化帶來了新的契機。耕地和基本農田保護形勢顯得尤為嚴峻。為促進經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展和土地資源的可持續(xù)利用，必須加強農用地特別是耕地的保護。而武漢市耕地后備資源數(shù)量少，分布零散，嚴重制約了耕地資源補充的能力，耕地和基本農田保護形勢更加嚴峻。因此如何協(xié)調好經(jīng)濟建設用地保證經(jīng)濟快速穩(wěn)步發(fā)展和保護農用耕地穩(wěn)固第一產業(yè)的基礎地位成武漢市城市規(guī)劃的當務之急。

關鍵詞 遙感；土地利用；動態(tài)監(jiān)測；武漢市；LUCC

中圖分類號：P237 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）08-0099-03

遙感信息是地表各種地物要素的真實反映，能清晰地顯示各種土地利用類型的特征與分布。[1]通過對遙感數(shù)據(jù)的解譯，我們可以對實際地物進行分類，從而得到武漢市地區(qū)土地利用的情況。土地利用（LUCC）是在不同時間和空間尺度上由自然和社會系統(tǒng)相互作用引起的一種復雜變化。[2]探究遙感在城市土地利用動態(tài)監(jiān)測方面的應用。采用理論聯(lián)系實際的方法，了解武漢市的土地利用現(xiàn)狀及其規(guī)劃情況，組織組員進行實地考察，利用遙感的方法，分析其土地利用情況，提出自己的看法，對當下土地利用狀況進行理性評估。

本文選取武漢市為典型地區(qū)，采用遙感技術對土地利用變化進行遙感動態(tài)監(jiān)測。

1 區(qū)域概況

經(jīng)濟全球化發(fā)展為全市產業(yè)結構調整和優(yōu)化帶來了新的契機。隨著經(jīng)濟全球化趨勢的增強，全球生產要素和產業(yè)轉移加快，沿海產業(yè)將加速向內地轉移?！皬淖匀坏饺宋?，從全球到區(qū)域”，區(qū)域土地利用正在成為當前土地利用/研究的新方向。[3，4]武漢市產業(yè)基礎雄厚、土地和勞動力成本相對較低，在內陸地區(qū)具有承接東部產業(yè)轉移的顯著優(yōu)勢，是產業(yè)轉移的首選之地，這為全市促進產業(yè)結構調整和優(yōu)化，加快現(xiàn)代制造業(yè)、高新技術產業(yè)和現(xiàn)代服務業(yè)的發(fā)展帶來了新的契機。耕地和基本農田保護形勢顯得尤為嚴峻。為促進經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展和土地資源的可持續(xù)利用，必須加強農用地特別是耕地的保護。隨著“中部崛起”戰(zhàn)略實施和“兩型社會”建設，規(guī)劃期間，全市城鎮(zhèn)用地和基礎設施用地需求量將進一步增長，不可避免會占用部分耕地。而武漢市耕地后備資源數(shù)量少，分布零散，且多處于生態(tài)較為脆弱的區(qū)域，嚴重制約了耕地資源補充的能力，耕地和基本農田保護形勢更加嚴峻。因此如何協(xié)調好經(jīng)濟建設用地保證經(jīng)濟快速穩(wěn)步發(fā)展和保護農用耕地穩(wěn)固第一產業(yè)的基礎地位成武漢市城市規(guī)劃的當務之急。

2 分析過程

1）數(shù)據(jù)準備。①衛(wèi)星數(shù)據(jù)：根據(jù)武漢市TM分帶坐標（123-39）從國際數(shù)據(jù)服務平臺的數(shù)據(jù)網(wǎng)站獲取其03年Landsat7和13年的Landsat8影像數(shù)據(jù)Landsat 7影響各波段簡要分析，如表1。②土地資料查閱：根據(jù)土地利用變更調查數(shù)據(jù)，2005年末，武漢市農用地面積564609公頃，占全市土地總面積的66.04%；建設用地面積139699公頃，占全市土地總面積的16.34%；未利用地面積150601公頃，占全市土地總面積的17.62%。農用地中，耕地占61.13%，園地占2.40%，林地占15.59%，牧草地占0.05%，其他農用地占20.83%；建設用地中，城鎮(zhèn)工礦用地占40.91%，農村居民點用地占35.24%，交通水利用地占20.50%，風景名勝設施及特殊用地占3.35%；未利用地中，水域占74.94%，灘涂沼澤和自然保留地占25.06%。③土地利用分類：根據(jù)國家提供的土地利用分類標準。標準中提出一級土地資源包括林地、草地、水系、建設用地、荒地和耕地6類。本文將研究區(qū)的土地利用類型進行歸并處理，采用國家分類標準的一級分類標注，主要對耕地、林地、空地、水系、建設用地和未利用土地6個類型進行統(tǒng)計分析。

2）數(shù)據(jù)轉換。采用中地的MapGIS將TIF數(shù)據(jù)進行波段添加并合成MSI文件，根據(jù)當?shù)貙嶋H情況以及討論分析，選擇了1234波段進行搭配得到RGB圖像。

使用圖像詳細參數(shù)見表2。

表2

2013

（landsat 8） TARGET_WRS_PATH = 123 TARGET_WRS_ROW = 39

DATE_ACQUIRED = 2013-06-13 SCENE_CENTER_TIME=02：58：17.9630044Z

2003

（landsat 7） WRS_PATH = 123 STARTING_ROW = 39

ACQUISITION_DATE = 2003-06-17 ＼

3）幾何校正。在校正模型中選擇多項式，根據(jù)多項式的公式定義以及小組成員的多次嘗試，我們最終決定采用三次多項式，即至少10個控制點（實際選擇校正點時應是理論值的2-3倍）的方法來進行影像校正。當控制點殘差在誤差允許范圍內時，可以通過“重采樣”方法，來實現(xiàn)影像的最終校正。

4）圖像融合。影像融合是將同一目標或場景的用不同傳感器獲得的，或用同種傳感器以不同成像方式，或在不同成像時間獲得的不同影像，融合為一幅影像，在保持多光譜影像輻射信息的同時提高了影像的空間分辨率的遙感影像處理方法。這里我們利用“IHS彩色空間變換融合”的方式將第4波段融合到當前圖像中，以增強圖像對植被的敏感度。

5）影像增強。影像增強又稱圖像增強。通過調整、變換影像密度或色調，用以改善影像目視質量或突出某種特征的處理過程。影像增強對于彌補影像對比度和清晰度的退化是非常有效的。[5]影響增強可以提高影像判讀的效果。本文中采用了彩色增強、邊緣增強和影響平滑化和清晰化。采用的方法為濾波和彩色處理等。endprint

圖1 合成2345波段后的武漢市中心圖像

根據(jù)圖像特征我們嘗試使用薄云去除功能但效果不明顯，通過現(xiàn)行增強后基本得到與實際地物顏色相似的圖像。

6）地物分類。首先需要進行目視解譯，對土地利用類型進行初步的判讀，劃分大致的類型；然后結合《第二次全國土地調查分類標準》對土地利用類型進行進一步的確認，并制作AOI編輯方案；最后，根據(jù)實際情況進行AOI區(qū)域調整。我們

圖2

將武漢市土地分為以下幾類：水系，居民區(qū)，耕地，林地，空地。按照以上分類標準，開始進行地物AOI監(jiān)督分類。AOI監(jiān)督分類方法過程如下。

①訓練場地的采集（圖2）。②選擇特征參數(shù)：本文中選取的像素的亮度，建立判別函數(shù)，我選取了最大似然法，假定每個波段統(tǒng)計呈現(xiàn)正態(tài)分布，計算給定像元歸到概率最大的一類中。當然這些是原理，而在操作過程中，MapGIS軟件提供了非常好的功能，這些很快就能處理完成。③進行監(jiān)督分類導出。④監(jiān)督分類結果質量：監(jiān)督分類的關鍵是訓練場地（地物分類）的選擇，選擇的質量將直接影響到分類結果的可靠性。本文中選擇了大量的數(shù)據(jù)，從而保障了分類結果的可靠性。

7）分類后統(tǒng)計。分類后處理主要包括分類結果編輯、小區(qū)處理、精度評價、面積統(tǒng)計、自動生成圖例等。

3 統(tǒng)計分析結果

見表3。

4 精度分析

本文中采用的分別是Landsat7和Landsat8的圖像遙感TM圖像，并且過程中并未對遙感數(shù)據(jù)進行壓縮。操作過程中采用1234波段進行處理，對于光譜較大的地物區(qū)分比較明顯，尤其是對植被的區(qū)分上。

圖像分類解讀也是根據(jù)解譯標準進行，在解譯過程中，參考了包括google衛(wèi)星地圖，百度衛(wèi)星地圖以及大量的武漢市遙感資料，這樣大大降低了在解譯過程中的判別錯誤。在過程中，MapGIS軟件提供的技術大大強化了解譯的效率。分類操作過程，通過對遙感圖像的放大，通過自己的觀察，便能很容易的區(qū)分地物。而這些大大的保證了解譯的正確性和精度。

5 結論

1）農用地面積明顯擴張趨勢。對比03年和13年的圖像城區(qū)周邊的耕地面積明顯增加，并且多由林地轉變而來，經(jīng)查閱資料原因如下：根據(jù)《武漢市土地利用總體規(guī)劃（2006～2020年）》，其中明確指出：嚴格落實耕地特別是基本農田保護責任，確保耕地和基本農田數(shù)量；積極推進高產農田建設，穩(wěn)步提高耕地質量；重點保護基礎性生態(tài)用地，合理安排生態(tài)建設用地，構建綜合生態(tài)空間體系；加大生態(tài)建設和環(huán)境治理力度，統(tǒng)籌土地利用與生態(tài)保護；制定不同分區(qū)生態(tài)建設的引導性措施，因地制宜改善土地生態(tài)環(huán)境。國家出臺的土地規(guī)劃原則中指出：嚴格保護耕地特別是基本農田，立足解決農業(yè)、農村和農民問題，全面提升農業(yè)綜合生產能力。因此大力發(fā)展農業(yè)用地是武漢市土地規(guī)劃的重要環(huán)節(jié)，大形勢下，耕地面積的增長也是理所當然。

2）建筑用地面積呈現(xiàn)擴張趨勢。經(jīng)濟全球化發(fā)展為全市產業(yè)結構調整和優(yōu)化帶來了新的契機。隨著經(jīng)濟全球化趨勢的增強，全球生產要素和產業(yè)轉移加快，沿海產業(yè)將加速向內地轉移。武漢市產業(yè)基礎雄厚、土地和勞動力成本相對較低，在內陸地區(qū)具有承接東部產業(yè)轉移的顯著優(yōu)勢，是產業(yè)轉移的首選之地，這為全市促進產業(yè)結構調整和優(yōu)化，加快現(xiàn)代制造業(yè)、高新技術產業(yè)和現(xiàn)代服務業(yè)的發(fā)展帶來了新的契機。同時，城市建設用地的擴張也成為其必然結果。

參考文獻

[1]陳寧強，戴錦芳.蘇南現(xiàn)代化進程中的遙感土地利用動態(tài)監(jiān)測[M].中國科學院南京地理與湖泊研究所，1999.

[2]王靜.土地資源遙感監(jiān)測與評價方法[M].北京：科學出版社，2006.

[3]史培軍，宮鵬，李曉兵，等.土地利用/覆蓋變化研究的方法與實踐[M].北京：科學出版社，2000.

[4]IIASA. Modeling land-use and land-cover changes in Europe and Northern Asia[R]. Research Plan， 1999.

[5]熊興華，錢曾波，等.基于遺傳優(yōu)化的分段線性影像增強[M].測繪學報，2004.

作者簡介

李俚（1993-），河北衡水人，中南大學地球科學與信息物理學院2011級本科生，研究方向：地理信息系統(tǒng)，RS。

楊雨誠（1993-），云南昆明人，中南大學地球科學與信息物理學院2011級本科生，研究方向：地理信息系統(tǒng)，RS。

吳皆強（1993-），浙江金華人，中南大學地球科學與信息物理學院2011級本科生，研究方向：地理信息系統(tǒng)，RS。

劉武剛（1991-），四川昭覺縣人，中南大學地球科學與信息物理學院2011級本科生，研究方向：地理信息系統(tǒng)，RS。

李文洋（1993-），黑龍江黑河人，中南大學地球科學與信息物理學院2011級本科生，研究方向：地理信息系統(tǒng)，RS。endprint

圖1 合成2345波段后的武漢市中心圖像

根據(jù)圖像特征我們嘗試使用薄云去除功能但效果不明顯，通過現(xiàn)行增強后基本得到與實際地物顏色相似的圖像。

6）地物分類。首先需要進行目視解譯，對土地利用類型進行初步的判讀，劃分大致的類型；然后結合《第二次全國土地調查分類標準》對土地利用類型進行進一步的確認，并制作AOI編輯方案；最后，根據(jù)實際情況進行AOI區(qū)域調整。我們

圖2

將武漢市土地分為以下幾類：水系，居民區(qū)，耕地，林地，空地。按照以上分類標準，開始進行地物AOI監(jiān)督分類。AOI監(jiān)督分類方法過程如下。

①訓練場地的采集（圖2）。②選擇特征參數(shù)：本文中選取的像素的亮度，建立判別函數(shù)，我選取了最大似然法，假定每個波段統(tǒng)計呈現(xiàn)正態(tài)分布，計算給定像元歸到概率最大的一類中。當然這些是原理，而在操作過程中，MapGIS軟件提供了非常好的功能，這些很快就能處理完成。③進行監(jiān)督分類導出。④監(jiān)督分類結果質量：監(jiān)督分類的關鍵是訓練場地（地物分類）的選擇，選擇的質量將直接影響到分類結果的可靠性。本文中選擇了大量的數(shù)據(jù)，從而保障了分類結果的可靠性。

7）分類后統(tǒng)計。分類后處理主要包括分類結果編輯、小區(qū)處理、精度評價、面積統(tǒng)計、自動生成圖例等。

3 統(tǒng)計分析結果

見表3。

4 精度分析

本文中采用的分別是Landsat7和Landsat8的圖像遙感TM圖像，并且過程中并未對遙感數(shù)據(jù)進行壓縮。操作過程中采用1234波段進行處理，對于光譜較大的地物區(qū)分比較明顯，尤其是對植被的區(qū)分上。

圖像分類解讀也是根據(jù)解譯標準進行，在解譯過程中，參考了包括google衛(wèi)星地圖，百度衛(wèi)星地圖以及大量的武漢市遙感資料，這樣大大降低了在解譯過程中的判別錯誤。在過程中，MapGIS軟件提供的技術大大強化了解譯的效率。分類操作過程，通過對遙感圖像的放大，通過自己的觀察，便能很容易的區(qū)分地物。而這些大大的保證了解譯的正確性和精度。

5 結論

1）農用地面積明顯擴張趨勢。對比03年和13年的圖像城區(qū)周邊的耕地面積明顯增加，并且多由林地轉變而來，經(jīng)查閱資料原因如下：根據(jù)《武漢市土地利用總體規(guī)劃（2006～2020年）》，其中明確指出：嚴格落實耕地特別是基本農田保護責任，確保耕地和基本農田數(shù)量；積極推進高產農田建設，穩(wěn)步提高耕地質量；重點保護基礎性生態(tài)用地，合理安排生態(tài)建設用地，構建綜合生態(tài)空間體系；加大生態(tài)建設和環(huán)境治理力度，統(tǒng)籌土地利用與生態(tài)保護；制定不同分區(qū)生態(tài)建設的引導性措施，因地制宜改善土地生態(tài)環(huán)境。國家出臺的土地規(guī)劃原則中指出：嚴格保護耕地特別是基本農田，立足解決農業(yè)、農村和農民問題，全面提升農業(yè)綜合生產能力。因此大力發(fā)展農業(yè)用地是武漢市土地規(guī)劃的重要環(huán)節(jié)，大形勢下，耕地面積的增長也是理所當然。

2）建筑用地面積呈現(xiàn)擴張趨勢。經(jīng)濟全球化發(fā)展為全市產業(yè)結構調整和優(yōu)化帶來了新的契機。隨著經(jīng)濟全球化趨勢的增強，全球生產要素和產業(yè)轉移加快，沿海產業(yè)將加速向內地轉移。武漢市產業(yè)基礎雄厚、土地和勞動力成本相對較低，在內陸地區(qū)具有承接東部產業(yè)轉移的顯著優(yōu)勢，是產業(yè)轉移的首選之地，這為全市促進產業(yè)結構調整和優(yōu)化，加快現(xiàn)代制造業(yè)、高新技術產業(yè)和現(xiàn)代服務業(yè)的發(fā)展帶來了新的契機。同時，城市建設用地的擴張也成為其必然結果。

參考文獻

[1]陳寧強，戴錦芳.蘇南現(xiàn)代化進程中的遙感土地利用動態(tài)監(jiān)測[M].中國科學院南京地理與湖泊研究所，1999.

[2]王靜.土地資源遙感監(jiān)測與評價方法[M].北京：科學出版社，2006.

[3]史培軍，宮鵬，李曉兵，等.土地利用/覆蓋變化研究的方法與實踐[M].北京：科學出版社，2000.

[4]IIASA. Modeling land-use and land-cover changes in Europe and Northern Asia[R]. Research Plan， 1999.

[5]熊興華，錢曾波，等.基于遺傳優(yōu)化的分段線性影像增強[M].測繪學報，2004.

作者簡介

李俚（1993-），河北衡水人，中南大學地球科學與信息物理學院2011級本科生，研究方向：地理信息系統(tǒng)，RS。

楊雨誠（1993-），云南昆明人，中南大學地球科學與信息物理學院2011級本科生，研究方向：地理信息系統(tǒng)，RS。

吳皆強（1993-），浙江金華人，中南大學地球科學與信息物理學院2011級本科生，研究方向：地理信息系統(tǒng)，RS。

劉武剛（1991-），四川昭覺縣人，中南大學地球科學與信息物理學院2011級本科生，研究方向：地理信息系統(tǒng)，RS。

李文洋（1993-），黑龍江黑河人，中南大學地球科學與信息物理學院2011級本科生，研究方向：地理信息系統(tǒng)，RS。endprint

圖1 合成2345波段后的武漢市中心圖像

根據(jù)圖像特征我們嘗試使用薄云去除功能但效果不明顯，通過現(xiàn)行增強后基本得到與實際地物顏色相似的圖像。

6）地物分類。首先需要進行目視解譯，對土地利用類型進行初步的判讀，劃分大致的類型；然后結合《第二次全國土地調查分類標準》對土地利用類型進行進一步的確認，并制作AOI編輯方案；最后，根據(jù)實際情況進行AOI區(qū)域調整。我們

圖2

將武漢市土地分為以下幾類：水系，居民區(qū)，耕地，林地，空地。按照以上分類標準，開始進行地物AOI監(jiān)督分類。AOI監(jiān)督分類方法過程如下。

①訓練場地的采集（圖2）。②選擇特征參數(shù)：本文中選取的像素的亮度，建立判別函數(shù)，我選取了最大似然法，假定每個波段統(tǒng)計呈現(xiàn)正態(tài)分布，計算給定像元歸到概率最大的一類中。當然這些是原理，而在操作過程中，MapGIS軟件提供了非常好的功能，這些很快就能處理完成。③進行監(jiān)督分類導出。④監(jiān)督分類結果質量：監(jiān)督分類的關鍵是訓練場地（地物分類）的選擇，選擇的質量將直接影響到分類結果的可靠性。本文中選擇了大量的數(shù)據(jù)，從而保障了分類結果的可靠性。

7）分類后統(tǒng)計。分類后處理主要包括分類結果編輯、小區(qū)處理、精度評價、面積統(tǒng)計、自動生成圖例等。

3 統(tǒng)計分析結果

見表3。

4 精度分析

本文中采用的分別是Landsat7和Landsat8的圖像遙感TM圖像，并且過程中并未對遙感數(shù)據(jù)進行壓縮。操作過程中采用1234波段進行處理，對于光譜較大的地物區(qū)分比較明顯，尤其是對植被的區(qū)分上。

圖像分類解讀也是根據(jù)解譯標準進行，在解譯過程中，參考了包括google衛(wèi)星地圖，百度衛(wèi)星地圖以及大量的武漢市遙感資料，這樣大大降低了在解譯過程中的判別錯誤。在過程中，MapGIS軟件提供的技術大大強化了解譯的效率。分類操作過程，通過對遙感圖像的放大，通過自己的觀察，便能很容易的區(qū)分地物。而這些大大的保證了解譯的正確性和精度。

5 結論

1）農用地面積明顯擴張趨勢。對比03年和13年的圖像城區(qū)周邊的耕地面積明顯增加，并且多由林地轉變而來，經(jīng)查閱資料原因如下：根據(jù)《武漢市土地利用總體規(guī)劃（2006～2020年）》，其中明確指出：嚴格落實耕地特別是基本農田保護責任，確保耕地和基本農田數(shù)量；積極推進高產農田建設，穩(wěn)步提高耕地質量；重點保護基礎性生態(tài)用地，合理安排生態(tài)建設用地，構建綜合生態(tài)空間體系；加大生態(tài)建設和環(huán)境治理力度，統(tǒng)籌土地利用與生態(tài)保護；制定不同分區(qū)生態(tài)建設的引導性措施，因地制宜改善土地生態(tài)環(huán)境。國家出臺的土地規(guī)劃原則中指出：嚴格保護耕地特別是基本農田，立足解決農業(yè)、農村和農民問題，全面提升農業(yè)綜合生產能力。因此大力發(fā)展農業(yè)用地是武漢市土地規(guī)劃的重要環(huán)節(jié)，大形勢下，耕地面積的增長也是理所當然。

2）建筑用地面積呈現(xiàn)擴張趨勢。經(jīng)濟全球化發(fā)展為全市產業(yè)結構調整和優(yōu)化帶來了新的契機。隨著經(jīng)濟全球化趨勢的增強，全球生產要素和產業(yè)轉移加快，沿海產業(yè)將加速向內地轉移。武漢市產業(yè)基礎雄厚、土地和勞動力成本相對較低，在內陸地區(qū)具有承接東部產業(yè)轉移的顯著優(yōu)勢，是產業(yè)轉移的首選之地，這為全市促進產業(yè)結構調整和優(yōu)化，加快現(xiàn)代制造業(yè)、高新技術產業(yè)和現(xiàn)代服務業(yè)的發(fā)展帶來了新的契機。同時，城市建設用地的擴張也成為其必然結果。

參考文獻

[1]陳寧強，戴錦芳.蘇南現(xiàn)代化進程中的遙感土地利用動態(tài)監(jiān)測[M].中國科學院南京地理與湖泊研究所，1999.

[2]王靜.土地資源遙感監(jiān)測與評價方法[M].北京：科學出版社，2006.

[3]史培軍，宮鵬，李曉兵，等.土地利用/覆蓋變化研究的方法與實踐[M].北京：科學出版社，2000.

[4]IIASA. Modeling land-use and land-cover changes in Europe and Northern Asia[R]. Research Plan， 1999.

[5]熊興華，錢曾波，等.基于遺傳優(yōu)化的分段線性影像增強[M].測繪學報，2004.

作者簡介

李俚（1993-），河北衡水人，中南大學地球科學與信息物理學院2011級本科生，研究方向：地理信息系統(tǒng)，RS。

楊雨誠（1993-），云南昆明人，中南大學地球科學與信息物理學院2011級本科生，研究方向：地理信息系統(tǒng)，RS。

吳皆強（1993-），浙江金華人，中南大學地球科學與信息物理學院2011級本科生，研究方向：地理信息系統(tǒng)，RS。

劉武剛（1991-），四川昭覺縣人，中南大學地球科學與信息物理學院2011級本科生，研究方向：地理信息系統(tǒng)，RS。

李文洋（1993-），黑龍江黑河人，中南大學地球科學與信息物理學院2011級本科生，研究方向：地理信息系統(tǒng)，RS。endprint