HJ-1 CCD與ETM+數(shù)據(jù)在土地利用中的應用比較*

徐 軍，韋金麗，何燕君

(1.廣西壯族自治區(qū)地理國情監(jiān)測院，廣西 南寧 530023;2.廣西壯族自治區(qū)基礎地理信息中心，廣西南寧 530023)

0 引言

中國環(huán)境一號A/B星CCD(以下簡稱HJ-1 CCD)數(shù)據(jù)空間分辨率為30 m，與美國Landsat ETM+數(shù)據(jù)的空間分辨率相同，其4個波段的波譜范圍也與Lansat ETM+數(shù)據(jù)的范圍基本上重合，通過不同的波段組合，可準確觀測城鎮(zhèn)范圍擴展、區(qū)域植被覆蓋變化、區(qū)域土地利用變化等。HJ-1 A、B星形成的星座對同一地方重復觀測時間約為2 d，比美國Landsat ETM+16 d的重復觀測時間要快很多，有利于快速、動態(tài)監(jiān)測生態(tài)環(huán)境變化［1］。

自2008年9月6日成功發(fā)射HJ-1 A/B小衛(wèi)星以來，許多專家學者圍繞這一衛(wèi)星數(shù)據(jù)的特征和應用作了大量的分析和研究。羅慧芬等對HJ-1B CCD圖像質量進行評價并且選擇出研究區(qū)的最優(yōu)波段組合，并將其應用于土地利用分類［2］;楊永順等比對研究了環(huán)境衛(wèi)星CCD影像與Landsat TM影像的質量差異性、土地利用/覆被解譯方面、專題制圖、以及常用植被指數(shù)構建的差別［3］;徐軍采用不同時期環(huán)境一號衛(wèi)星CCD影像對土地利用情況進行變化監(jiān)測研究［4］;孫中平等基于同時相Landsat TM影像和環(huán)境一號衛(wèi)星CCD影像的相關參數(shù)對比研究［5］。

本文以廣西南寧市為例，分別從遙感影像土地利用要素識別能力、土地利用計算機分類精度、土地利用信息提取二級分類精度和土地利用分類各地類面積對比等幾個方面進行了比較和分析。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于南寧市城市周邊區(qū)域。為便于研究，對原始遙感影像按1∶25萬分幅范圍進行裁剪，圖號為:F49C002001。

南寧市為廣西壯族自治區(qū)首府，位于廣西壯族自治區(qū)南部，介于北緯 22°38'～23°07'，東經 107°45'～ 108°28'之間，總面積1 834 km2;地屬南亞熱帶季風氣候，雨量充沛，夏長高溫多雨，冬短溫暖干燥，無霜期長。市轄區(qū)有珍貴樹種楦木、樟木等，轄區(qū)內已探明的礦產資源有媒、粘土、天然石英砂。全景水資源豐富，主要河流有邕江、左江、右江，有中型水庫2座。

2 準備工作

2.1 數(shù)據(jù)源

2.1.1 環(huán)境衛(wèi)星數(shù)據(jù)(HJ-1 CCD)

本研究的環(huán)境一號衛(wèi)星南寧市區(qū)影像所在軌道號為4/90，產品ID為205795，獲取時間為2009年11月23日，產品級別為Level 2。

2.1.2 陸地衛(wèi)星數(shù)據(jù)(Landsat ETM+)

采用軌道號為125/044、產品級別為Level 1的2009年ETM+影像數(shù)據(jù)。

2.2 波段選擇及彩色合成

綜合考慮各波段的HJ-1 CCD數(shù)據(jù)和Landsat ETM+數(shù)據(jù)的分辨率、各波段光譜范圍、相關性和波段組合的信息量、相關性和地物可分性，分別對HJ-1 CCD數(shù)據(jù)和Landsat進行R(4)、G(3)、B(1)波段彩色合成，見圖 1［6］。

圖1 遙感影像數(shù)據(jù)源Fig.1 Data sources of remote sensing images

3 技術方法

本研究技術流程如下:首先對衛(wèi)星影像進行預處理，包括幾何糾正、彩色合成、圖像增強等，然后再進行計算機自動分類，在精度滿足要求前提下，輔以適量的人工解譯，提取土地利用信息［7］。

3.1 土地利用信息提取

為準確、快速提取研究區(qū)土地利用信息，在計算機自動分類基礎上進行人工解譯，對計算機自動分類沒有分出的地物進行細分，并為各土地利用類型賦予相應地類屬性，制作土地利用現(xiàn)狀圖［9］。具體如下:

3.1.1 計算機分類

本研究采用ERDAS軟件最大似然法進行計算機監(jiān)督分類，將研究區(qū)影像分成河流水面、湖泊水面、水庫水面、坑塘水面、有林地、其他林地、水田、旱地、城市、建制鎮(zhèn)、農村居民地、公路用地和裸地等13類地物。在完成最大似然法監(jiān)督分類后，在研究區(qū)范圍內均勻選取60個檢查點，并保證每類不少于10個點，結合第二次土地調查農村數(shù)據(jù)庫地類圖斑數(shù)據(jù)和野外GPS定位驗證得出，HJ-1 CCD影像的分類總體精度為85.00%，kappa系數(shù)為0.798 7，Landsat ETM+影像的分類總體精度為87.50%，kappa系數(shù)為0.830 5，基本都達到土地利用分類精度要求。

3.1.2 人工解譯

由于計算機自動分類的尺度較大，對于二級地類不能準確識別，需要在計算機自動分類的基礎上進行人工解譯。在ERDAS軟件中完成分類后處理后，采用MapGIS軟件對計算機分類結果進行人工解譯，通過目視判讀來人工提取土地利用二級分類信息，制作土地利用現(xiàn)狀圖［8］，見圖2。

圖2 土地利用現(xiàn)狀圖Fig.2 Present land use maps

4 土地利用分類應用比較

4.1 土地利用要素識別能力比較

分別從線狀地物和地類圖斑兩方面對HJ-1 CCD影像與ETM+影像的土地利用識別情況進行對比。限于篇幅，線狀地物只列出選擇城區(qū)和郊區(qū)位置的公路和河流等線狀要素識別能力比較，地類圖斑只列出耕地中的水田和旱地等面狀要素識別能力比較結果，具體見表1，表2。

表1 線狀地物識別對比Tab.1 Comparison among identification of linear features

表2 地類圖斑識別對比Tab.2 Comparison among idetification of map patchs

由表1、表2可以看出，HJ-1 CCD影像和Landsat ETM+影像均能夠對土地利用要素中的部分線狀地物和地類圖斑進行準確識別，基本能滿足土地利用要求。另外，從整體上看，HJ-1 CCD影像較ETM+影像模糊，混合像元較多，像元純凈度較ETM+影像略低［9］。

4.2 土地利用分類精度比較

均勻選取20個采樣點，根據(jù)所取樣點記載的地理坐標，采用1 m空間分辨率彩紅外影像作為參考影像，判讀采樣點類別。HJ-1 CCD影像有17個樣點相吻合，準確率達到85%，Landsat ETM+影像有18個樣點相吻合，準確率均達到90%，二者土地利用分類精度均達到85%以上［10］，部分檢驗結果見表3。

表3 采樣點檢驗結果表Tab.3 Test results of sample points

4.3 土地利用分類面積比較

為了進一步對比HJ-1 CCD影像和Landsat ETM+影像的土地利用分類精度，對兩種數(shù)據(jù)源進行土地利用分類的各地類統(tǒng)計面積進行比較，見表4。

由表4可知，研究區(qū)各地類總面積為747 862 360.077 m2，兩類影像分類面積差值最小為476.979 m2，為湖泊水面，差值表現(xiàn)為解譯誤差;面積差值最大為 －255 445.351 m2，為城市用地，差值表現(xiàn)為土地利用變化。由于遙感影像時相和光譜特征的差異，兩種影像分類面積有一定差異，部分是因為人工解譯誤差，部分是因為在2009年1月到11月期間土地利用發(fā)生了變化。主要表現(xiàn)為林地減少、耕地增加、水域減少和建設用地增加，這和南寧市城市發(fā)展和土地利用現(xiàn)狀是基本相符［11］。

5 結論

通過對南寧地區(qū)同一時期的HJ-1 CCD和Landsat的ETM+兩種影像進行土地利用分類，結合1 m高分辨率彩紅外影像，對比土地利用要素識別能力和土地利用分類精度，得出以下結論:

1)在土地利用要素識別能力方面，兩種影像均能對土地利用要素中的部分線狀地物(如公路、河流)和地類圖斑進行準確的識別，但HJ-1 CCD影像的光譜敏感度更強，反應地物細節(jié)的能力也更強，更有利于區(qū)分不同的地物［11］。

2)在土地利用分類精度方面，兩種影像自動分類精度均在85%以上，HJ-1 CCD影像自動分類精度略低;經過土地利用二級分類信息提取后，二者土地利用分類精度均達到85%以上。表明在應用遙感影像進行土地利用分類時，HJ-1 CCD影像完全可以替代Landsat ETM+影像。

表4 分類面積對比表Tab.4 Comparison among classification areas

3)在土地利用分類面積方面，通過兩種影像土地利用分類面積的比較，基本能正確、合理地反映南寧地區(qū)2009年1月到11月之間的土地利用變化情況，考慮到HJ-1衛(wèi)星2 d重訪周期的高時間分辨率，在應用遙感影像進行土地利用要素更新和土地利用變化監(jiān)測時，HJ-1 CCD影像比Landsat ETM+影像更有優(yōu)勢。

［1］鄒靜昭.實現(xiàn)大范圍、快速、準確、動態(tài)監(jiān)測藍藻、沙塵暴以及污染事件發(fā)生環(huán)境衛(wèi)星成為環(huán)保衛(wèi)士［EB/OL］.http://www.zhb.gov.cn/zhxx/hjyw/201005/t20100521_189772.htm，2010 －05 －21.

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