面向?qū)ο蟮腖andsat8遙感影像土地利用變化檢測(cè)研究

鄒思遠(yuǎn)

摘 要：通過(guò)對(duì)西安市2013年和2015年Landsat8遙感影像進(jìn)行預(yù)處理，然后運(yùn)用面向?qū)ο蟮姆诸?lèi)方法，將影像分為四類(lèi)：建筑物、植被、水體和裸地，去除小圖斑，再運(yùn)用多種變化監(jiān)測(cè)的方法來(lái)反映西安市各區(qū)縣的土地利用情況，最后對(duì)變化結(jié)果進(jìn)行分析，給出合理建議。實(shí)驗(yàn)部分都是在ENVI5.1下完成的。

關(guān)鍵詞：Landsat8 遙感影像 土地利用

中圖分類(lèi)號(hào)：TP751 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）05（b）-0018-02

人類(lèi)為經(jīng)濟(jì)的和社會(huì)的目的，通過(guò)各種使用活動(dòng)對(duì)土地長(zhǎng)期或周期性的經(jīng)營(yíng)。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，土地的利用狀況發(fā)生了巨大的變化。而對(duì)土地進(jìn)行監(jiān)測(cè)是對(duì)土地使用情況了解的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，該文通過(guò)兩個(gè)時(shí)段的Landsat8遙感影像對(duì)西安市的土地利用變化情況進(jìn)行研究，由于研究的是2013—2015年的土地利用情況，故結(jié)果對(duì)于西安市的土地利用情況有著清晰的反映，而西安市的土地利用情況也從側(cè)面反映了中國(guó)城市化進(jìn)程的土地利用變化情況，這對(duì)于城市管理者進(jìn)行分析和規(guī)劃有著重要意義。

1 影像的獲取及預(yù)處理

西安市的面積有一萬(wàn)多平方公里，一幅Landsat8影像是不可能覆蓋這么大的范圍，因此影像的拼接是很有必要的。拼接完成后的影像存在顏色分布不均勻，反差大等現(xiàn)象，這時(shí)候就需要用到勻光勻色處理，然后對(duì)影像進(jìn)行幾何校正，將其轉(zhuǎn)化到西安80坐標(biāo)系下。由于拼接好的影像還覆蓋了西安市周邊的區(qū)域，這時(shí)候需要通過(guò)獲取西安市在西安80坐標(biāo)系下的矢量圖，通過(guò)裁剪獲得西安市以及西安市各區(qū)縣的影像圖。為了提升影像的幾何分辨率，可以引用全色影像，并基于HIS變換將影像的幾何分辨率由30 m提高到15 m。

2 影像的分類(lèi)

遙感影像可以用基于像素的遙感影像分類(lèi)，這種分類(lèi)的方法一般是基于像素的亮度值，分類(lèi)精度往往不高，因?yàn)闆](méi)有考慮到象元與周?chē)笤g的關(guān)系（如紋理、形狀特征和與周?chē)拔锏穆?lián)系等）。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，基于面向?qū)ο蟮挠跋穹诸?lèi)算法得以產(chǎn)生。其核心思想是分類(lèi)的最小單元是由影像分割而來(lái)的圖斑，而不再是單個(gè)的像素，可以實(shí)現(xiàn)高精度的遙感影像分類(lèi)和目標(biāo)提取。面向?qū)ο蟮倪b感影像分類(lèi)算法的流程是，首先對(duì)遙感影像進(jìn)行分割，再根據(jù)遙感影像分類(lèi)或目標(biāo)地物提取的具體要求，檢測(cè)和提取目標(biāo)地物的各種特征（如形狀、大小、紋理、結(jié)構(gòu)、陰影、模式和與周?chē)拔锏穆?lián)系等），從而達(dá)到對(duì)遙感影像進(jìn)行分類(lèi)或目標(biāo)地物的提取。

由于西安市城市化進(jìn)程很快，所以建筑物占的面積比例很大，為了使建筑物能夠在選擇訓(xùn)練樣本時(shí)，清晰可見(jiàn)，一般選擇7、6、4波段組合。這個(gè)組合特別適用于城市地區(qū)的分類(lèi)。

從圖1上可以清晰地分辨出建筑物、植被、水體和裸地。

為了使后續(xù)的變化檢測(cè)能更好地進(jìn)行下去，在對(duì)前后兩個(gè)時(shí)相的影像分類(lèi)應(yīng)采用相同的分割尺度等。這里采用了MERGE_ALGORITHM Full Lambda Schedule、MERGE_VALUE 80.00、MERGE_BANDS [7，6，4]和TEXTURE_KERNEL_SIZE 3，這些參數(shù)的設(shè)置是根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)得來(lái)的，事實(shí)證明，這樣的分類(lèi)參數(shù)設(shè)置是符合要求的。

3 土地利用情況的變化檢測(cè)

遙感動(dòng)態(tài)檢測(cè)就是從不同時(shí)期的遙感數(shù)據(jù)中，定量地分析和確定地表變化的特征與過(guò)程。它涉及到變化的類(lèi)型、分布狀況與變化量，即需要確定變化前后的地面類(lèi)型、界線及變化趨勢(shì)，能提供地物的空間分布及其變化的定性和定量信息。

目前，遙感變化檢測(cè)技術(shù)大多是針對(duì)兩個(gè)時(shí)相的遙感影像進(jìn)行操作。根據(jù)處理過(guò)程來(lái)分，遙感變化檢測(cè)方法可分為三類(lèi)。

3.1 圖像直接比較法

圖像直接比較法是最為常見(jiàn)的方法，它是對(duì)經(jīng)過(guò)配準(zhǔn)的兩個(gè)時(shí)相遙感影像中像元值直接進(jìn)行運(yùn)算和變換處理，找出變化的區(qū)域。目前常用的光譜數(shù)據(jù)直接比較法包括圖像差值法、圖像比值法、植被指數(shù)比較法、主成分分析法、光譜特征變異法、假彩色合成法、波段替換法、變化矢量分析法、波段交叉相關(guān)分析以及混合檢測(cè)法等。

3.2 分類(lèi)后比較法

分類(lèi)后結(jié)果比較法是將經(jīng)過(guò)配準(zhǔn)的兩個(gè)時(shí)相遙感影像分別進(jìn)行分類(lèi)，然后比較分類(lèi)結(jié)果得到變化檢測(cè)信息。雖然該方法的精度依賴(lài)于分別分類(lèi)時(shí)的精度和分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的一致性，但在實(shí)際應(yīng)用中仍然非常有效。

3.3 直接分類(lèi)法

結(jié)合了圖像直接比較法和分類(lèi)后結(jié)果比較法的思想，常見(jiàn)的方法有：多時(shí)相主成分分析后分類(lèi)法、多時(shí)相組合后分類(lèi)法等。

當(dāng)然，檢測(cè)方法遠(yuǎn)不止這些。但是就該文所研究的內(nèi)容來(lái)看，分類(lèi)后比較法是行之有效的方法。在前面的面向?qū)ο蟮挠跋穹诸?lèi)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用分類(lèi)后比較法分類(lèi)的準(zhǔn)確度更高，更具說(shuō)服力。通過(guò)對(duì)變化影像觀察，可以快速發(fā)現(xiàn)土地利用的變化情況及大小，這對(duì)于土地利用監(jiān)管執(zhí)法是很有幫助的。這種土地監(jiān)管的方法可以有效地杜絕腐敗的發(fā)生，并且為土地執(zhí)法提供依據(jù)。

但是，僅僅用分類(lèi)后比較法的圖像對(duì)于土地利用的宏觀分析是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有通過(guò)定量分析，才使結(jié)果更具有更深遠(yuǎn)的意義，因此，分類(lèi)后比較法中的結(jié)果輸出面板中，選擇統(tǒng)計(jì)類(lèi)型：像素（Pixels）、百分比（Percent）和面積（Area），選擇路徑輸出結(jié)果是可以定量地對(duì)土地利用變化檢測(cè)做出一個(gè)合理的解釋說(shuō)明。

4 結(jié)果及分析

由于每個(gè)區(qū)的發(fā)展規(guī)劃以及現(xiàn)實(shí)條件的復(fù)雜性不同，因此，對(duì)每個(gè)區(qū)的單獨(dú)分析是很有必要的。下面就以西安市長(zhǎng)安區(qū)為例進(jìn)行結(jié)果分析，其他各區(qū)縣也可以相同方法進(jìn)行推測(cè)。

從表1中可以看出，四類(lèi)地物都沒(méi)有發(fā)生根本性的變化。原先為建筑物變成裸地占了建筑物中的21.189%，這是因?yàn)殚L(zhǎng)安區(qū)位于西安的南郊，發(fā)展較為成熟，也存在較多的城中村。這幾年舊城區(qū)的改造出現(xiàn)了大量的拆遷，這與實(shí)地考察是相符的。由于長(zhǎng)安區(qū)舊城改造也在進(jìn)行，所以以前拆遷變成的裸地，擱置久了就覆蓋上了植被，隨著改造完成，這些植被變成了建筑物，故植被變成建筑物的比例占植被總面積的9.799%也是符合實(shí)際情況的。2013年的影像是7月份的，此時(shí)植被生長(zhǎng)最為茂盛，而2015年的影像是4月份的，正處于早春時(shí)節(jié)，有些區(qū)域的植被生長(zhǎng)不明顯，在影像中判為裸地是很有可能的，所用植被變成裸地占植被的比重的15.923%也是正確的。七水繞長(zhǎng)安，這些河流大部分都是流入黃河的，由于七月份是黃河的豐水期，并且夏季是雨季，所以水體變成其他地物也是合乎情理的。而裸地變成建筑物占裸地的比重的7.992%，則是城市化進(jìn)程的一個(gè)重要體現(xiàn)。

5 結(jié)語(yǔ)

面向?qū)ο蟮挠跋穹诸?lèi)對(duì)于土地利用變化檢測(cè)是非常有效的方法，相比于傳統(tǒng)的地籍測(cè)量，它的周期非常短，成本低，相對(duì)于基于象元的影像分類(lèi)的土地利用變化檢測(cè)，其精度更高。即使這樣，其精度有時(shí)還是不能滿足實(shí)際的要求，因此提高分類(lèi)精度是很重要的。

Landsat8影像最后的幾何分辨率可以達(dá)到15 m，面向?qū)ο蟮挠跋穹诸?lèi)的分類(lèi)結(jié)果和實(shí)際檢驗(yàn)結(jié)果的符合度很高，故該實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是很有說(shuō)服力。這樣的結(jié)果對(duì)于土地檢測(cè)、土地執(zhí)法、和土地宏觀調(diào)控是極具參考價(jià)值的。面向?qū)ο蟮挠跋穹诸?lèi)的土地利用變化檢測(cè)最終的結(jié)果與實(shí)際的原因相吻合，這進(jìn)一步說(shuō)明了該實(shí)驗(yàn)的重要意義。

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