基于Landsat 遙感影像的土地利用變化研究初探

趙 婷 ，王 棟 ，朱夢琦

（1.吉林省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，吉林 長春 130022；2.長春正瀚園林綠化工程有限公司，吉林 長春 130022；3.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院，安徽 合肥 230036；4.安徽理工大學(xué)空間信息與測繪工程學(xué)院，安徽 淮南 232001）

土地利用是動態(tài)且精確的研究人類現(xiàn)有的賴以生存的土地現(xiàn)狀，并綜合土地本身所具有的特點和屬性，采用一系列科學(xué)技術(shù)方法，依照土地所固有的屬性結(jié)合人類的勞動從而獲取相應(yīng)的回報的經(jīng)濟(jì)行為，包括了獲取一系列土地產(chǎn)品及相關(guān)的服務(wù)。人類在利用和開發(fā)土地的過程當(dāng)中，不同年份土地利用和土地覆蓋的變化指數(shù)由實地的地理要素實體的數(shù)量質(zhì)量、面積大小、分布特點以及特征變化等幾個參數(shù)來反映[1]。其中，根據(jù)不同地區(qū)土地利用的不同情況分類的土地利用類型能夠較好地表達(dá)相應(yīng)的土地用途情況，它是長時間以來人類改造和利用開發(fā)土地過程中不可缺少的參照和依據(jù)，土地利用類型本身具有廣泛的應(yīng)用價值，它是土地生產(chǎn)力的間接反映，土地利用類型在不同的時間空間狀態(tài)下體現(xiàn)出的不同特點及差異，能較好反映出各類自然要素的相互作用情況。土地利用和土地覆蓋綜合了人類活動對土地變化的諸多影響，全面研究 其發(fā)展變化的主要驅(qū)動因素主要包括自然條件變化和全球溫度變化等，LULC在一段時間內(nèi)所體現(xiàn)的時空差異性是多種因素共同作用下的土地利用類型的自然環(huán)境和社會經(jīng)濟(jì)的共同反映。隨著工業(yè)化城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，導(dǎo)致許多自然環(huán)境問題反映在土地利用和土地覆蓋變化上，諸如森林區(qū)域破碎、水土流失和退化問題、動物生存環(huán)境的惡化等問題，這些問題都對可持續(xù)發(fā)展提出了不小的挑戰(zhàn)。在林業(yè)資源研究方面，土地利用和土地覆蓋變化可為森林資源保護(hù)和林區(qū)氣候改善提供理論方面的支持。自然環(huán)境資源的變化與區(qū)域性氣候變化密不可分，因而建立起完善的土地利用和土地覆蓋變化監(jiān)測系統(tǒng)，將為區(qū)域生態(tài)發(fā)展和保護(hù)提供強(qiáng)有力的支持。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

在社會經(jīng)濟(jì)以及生態(tài)環(huán)境全球化問題日益突出的背景之下，國內(nèi)外學(xué)者紛紛對土地利用和土地覆蓋問題加快了研究的步伐，目前在研究成果方面較為領(lǐng)先的土地利用和土地覆蓋統(tǒng)計分類方法是美國學(xué)者M(jìn)arwa Halmy提出的，他在利用TM 遙感影像對大面積范圍內(nèi)的林地的任意分類法做了詳細(xì)的研究；同一時間段內(nèi)，他的團(tuán)隊還將非洲西北部海岸線的大面積沙漠化問題與LULC 問題結(jié)合分析并得到初步的結(jié)論。

與眾多歐美國家在LULC 研究上采取的針對性研究方法有著明顯不同的是，我國在土地利用和覆被變化研究方法和研究領(lǐng)域的選擇的上常常采用多角度、全方位的技術(shù)手段，從而能夠呈現(xiàn)出更加全面的解決方案[2]。1997 年以來，在我國劉紀(jì)遠(yuǎn)院士的指導(dǎo)之下，我國開展了眾多基于遙感技術(shù)的大范圍全方位資源調(diào)查工作以及環(huán)境保護(hù)工程的指導(dǎo)研究并在眾多科學(xué)家們的努力之下取得了重要的進(jìn)展，此項工作以我國較為先進(jìn)的RS[3]以及地理信息系統(tǒng)研究作為技術(shù)支撐，目的在于對我國的土地資源以及其環(huán)境利用與保護(hù)方面提出建設(shè)性的解決方案，同時創(chuàng)建完整的資源與環(huán)境方面的地理空間數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)庫。該項研究進(jìn)展十分順利，研究成果可以為許多不同領(lǐng)域的問題提供理論支撐。經(jīng)過長時間的發(fā)展，我國如今的土地利用和土地覆被變化研究領(lǐng)域不再局限于簡單的時間空間變化的研究，而是針對更廣泛的需求并綜合更加豐富的技術(shù)方法深入LULC動態(tài)變化的深層研究。

2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

在進(jìn)行遙感圖像解譯之前，需要遙感圖像數(shù)據(jù)，對處理結(jié)果進(jìn)行監(jiān)督分類，同時數(shù)據(jù)預(yù)處理也是對土地利用和土地覆蓋變化情況綜合研究的第一步，數(shù)據(jù)預(yù)處理的精度對以上工作研究的結(jié)果更是起到了至關(guān)重要的作用。遙感影像預(yù)處理主要由影像輸入與檢驗、圖像幾何精校正、圖像假彩色合成以及輪廓的提取與圖像的裁剪幾方面構(gòu)成。選擇不同波段進(jìn)行影像合成可以更明顯地分辨出不同的地理實體（水體、林地、耕地等）的分布特征和變化情況，使其顯示效果達(dá)到最佳。幾何校正部分也同樣可以在ERDAS軟件中完成，根據(jù)行政區(qū)劃圖與相對應(yīng)的遙感影像數(shù)據(jù)，選取若干具有控制意義的能夠較清楚辨認(rèn)出的地面控制點，并且所有的控制點必須保證均勻分布且相對于遙感影像圖的位置必須一一對應(yīng)且分布于不同的角落當(dāng)中，從而提高幾何校正的精度，完成校正之后，采用最鄰近插值法完成不同分辨率遙感影像的采樣步驟，從而實現(xiàn)TM遙感影像的精校正。最后結(jié)合ArcGIS，選擇統(tǒng)一的坐標(biāo)系將制作行政區(qū)劃圖的輪廓加載到ERDAS當(dāng)中，在ERDAS中同時加載輪廓感興區(qū)文件與原始圖像并疊加裁剪后，將所要研究的區(qū)域裁剪完成，獲得預(yù)處理后的成果圖像。

3 圖像解譯

3.1 解譯標(biāo)志

結(jié)合遙感影像的輔助信息，分析已有的數(shù)據(jù)資料，確定實際地表情況與遙感影像間的對應(yīng)關(guān)系，建立解譯標(biāo)志，最后根據(jù)遙感圖像的基本特征對解譯圖進(jìn)行細(xì)化，完成遙感影像解譯步驟，然后依此土地利用和土地覆蓋類型做出合理分類處理。

3.2 監(jiān)督分類

首先在ERDAS軟件的View窗口中導(dǎo)入各個年份影像，在頂部菜單欄中選擇并打開位于分類器的影像特征編輯器并進(jìn)行識別標(biāo)志的編輯工作，同時在菜單中的View 窗口選擇所需的感興區(qū)繪制工具，使用多線劃工具，對每個地類地物進(jìn)行挑選，得到其模板區(qū)域[4]。劃分確定好每個區(qū)域的范圍之后，將已選定的訓(xùn)練樣區(qū)添加到特征定義編輯器中，重復(fù)以上步驟在同一類型中選擇多個相似或相同的區(qū)域，將所選定的多個要素綜合構(gòu)造得到新的分類模板，利用在之前構(gòu)造的模板的重復(fù)性特征完成合成任務(wù)；同時繼續(xù)選擇位于圖像不同區(qū)域的其他不同類型的特征區(qū)域重復(fù)以上步驟，得到分類模板文件，并在完成分類后，就可得到分類最終的結(jié)果圖[5]。

4 土地利用變化研究

4.1 分類結(jié)果圖的制作

利用ArcGIS 軟件制作相應(yīng)專題圖，將監(jiān)督分類結(jié)果圖輸出為GeoTIF格式，并添加到ArcMap圖層當(dāng)中，根據(jù)專題圖制作的方式方法，分別在圖層中添加 入地圖標(biāo)題、圖例、指北針、比例尺等相應(yīng)要素，然后生成土地利用專題圖[6]。

4.2 土地利用類型動態(tài)變化

根據(jù)遙感影像分類的結(jié)果[7]，利用ERDAS 軟件分別計算出不同時間段各類型土地利用總量變化情況。

5 結(jié)論

采用ERDAS 技術(shù)實現(xiàn)基于Landsat 遙感圖像對土地利用類型變化進(jìn)行分析，在技術(shù)層面可以對土地利用多段時間的變化情況進(jìn)行較為高效準(zhǔn)確的統(tǒng)計分析和管理，在短時間內(nèi)能夠較為準(zhǔn)確地反映各地類的不同時間的變化，為科學(xué)管理和合理利用土地資源提供理論依據(jù)，如耕地和林地的退化反映了傳統(tǒng)農(nóng)耕的逐步衰退，建設(shè)用地正逐步取代耕地；從環(huán)境保護(hù)的方面來看，如水資源正在面臨逐步減少的危機(jī)，水資源保護(hù)亟待加強(qiáng)[8]，但近年來水資源減少的速度有所放緩，這也和人們環(huán)保意識的逐步提升有關(guān)。