监督分类法在城郊景观类型判定中的应用

遥感数据。在进行 图 像 处 理 之 前，需 进 行 预 处 理 以 消除上述因素的影响。包括辐射校正和几何校正。 辐射校正在前处理中主要是进行图像的大气校正， 采用多波段图像对 比 法 和 大 气 模 型 法，经 过 辐 射 校 正 的 遥 感 数 据 ，从 理 论 上 能 更 好 地 反 映 地 物 的 状 况 。 由于植被指数多是 根 据 可 见 光 波 段、近 红 外 波 段 的 比值计算而得到，不 同 波 段 数 据 在 比 值 计 算 中 可 以 抵消一部分辐射失 真，因 而 本 研 究 并 未 进 行 大 气 校 正。本文对数据进 一 步 做 了 非 系 统 性 校 正，校 正 过 程如 图 １ 所 示。 本 文 采 用 １９９４ 年 和 １９９９ 年 的 Ｌａｎｄｓａｔ ＴＭ 资料 为 基 本 数 据 源，以 １∶１０ 万 的 北 京 市 地 形 图 为 基 准 ，在 对 图 像 指 北 旋 转 后 ，采 用 人 机 交 互 选 择 地 面 控 制 点 ３２ 个 ，利 用 二 次 多 项 式 和 最 近 邻 内 插 法 对 １９９９ 年 的 遥 感 影 像 进 行 了 几 何 精 校 正 ， 经重新选点检验，误 差 在 ０．８ 个 像 元 内。 然 后 将 校 正 后 的 １９９９ 年 图 像 数 据 与 １９９４ 的 图 像 数 据 进 行 配 准 ，配 准 误 差 在 ０．５ 个 像 元 内 。
ｎ
∑ ｄ（ｘｉｘ珚ｋ）＝ ［ （ｘｉｊ －ｘ珚ｋｊ）２］１／２ ｊ
该 式表明了某像元点ｘｉ 与某判别中心ｘ珚ｋ 的距离，且 判别函数为：
｛ｈ 类 当｜ｄ（ｘｉ，ｘ珚ｋ）｜≤ｃｋ
ｘｉ ∈ 其它 当｜ｄ（ｘｉ，ｘ珚ｋ）｜≥ｃｋ ｋ ＝１，２，３，… 其中：ｃｋ 为对第 ｋ类地物给出的判别 准 则。进 行 距 离 判别实际上就是要在一个图像空间划分出一些互不 重叠的区域 ，使 得 每 一 类 地 物 落 入 其 中 的 一 个 ，反 过 来一个区域也只代表一定的地物类型。对于三维图像 空 间（３ 波 段），由 判 别 准 则 构 成 的 空 间 即 为 平 行 六 面 体，所以有时又称其距离分类为平行六面体分类。 ２．３ 数 据 的 获 取 及 预 处 理 数据资料为１９９４年和１９９９年同一时期的 ＴＭ
617遥感技术与应用第25卷表2最小距离法分类的误差矩阵table2theclassificationerrormatrixofminimumdistancemethod土地类型农用地林地交通用地建设用地及居民点水域合计农用地34640044林地33820043交通用地03165024建设用地及居民点02524031水域000099合计374927299151表3最小距离法分类的精度评价table3theclassificationaccuracyassessmentofminimumdistancemethod土地类型用户精度错分误差制图精度漏分误差农用地772722739189811林地8837116377552245交通用地6667333359264074建设用地及居民点7742225882761724水域100010004结语城市向郊区的扩张过程中郊区景观的土地利用类型变得越来越破碎因而该区域的景观分类方法在土地利用研究中占有重要地位实践证明遥感资料并综合应用3s技术已经成为一种城郊景观分类的经济可行方法然而精度的提高还有待于地面信息光谱数据库的建立以及计算机分类技术的发展9本研究实例说明提高这两方面的技术能服务于城郊景观类型的快速识别
７１ ６ 遥 感 技 术 与 应 用 第 ２５ 卷
⑤ 水域：坑 塘、河、滩 涂 和 湿 地 。 ［１０］ 图 像 上 所 抽 取 样本的特征空间排列如图 ２ 和图 ３。 可 以 看 出 所 抽 取的各种土地利 用 类 型 的 样 本 在 ＴＭ３、ＴＭ４、ＴＭ５ 所组成的特征空间 相 对 独 立 （仅 交 通 用 地 和 建 设 用
遥感 的 物 理 基 础，是 每 一 种 地 物 都 可 以 表 征 为 一定的光谱反应 特 征。 在 卫 星 图 像 上，按 照 一 定 的 特 征 ，将 像 元 归 并 为 一 定 数 量 的 有 意 义 区 域 ，代 表 不 同 的 地 物 ，这 种 过 程 为 图 像 分 类 。 在 农 业 、林 业 环 境 保护等工作中，图 像 分 类 具 有 较 高 的 应 用 价 值。 本 研究采用监督分类中的最小距离法。最小距离分类 是最简单的判别分析方法。对于已知的训练样区， 在 图 像 上 求 出 该 区 的 统 计 参 数 （均 值 、方 差 ），构 造 距 离函数，并计算每个 像 元 点 与 各 不 同 训 练 样 区 统 计 判 别 特 征 参 数 间 的 距 离 （对 每 一 个 不 同 的 地 物 类 别 ， 给 出 不 同 的 距 离 ），当 像 元 与 某 类 特 征 参 数 的 距 离 小 于 给 定 的 判 别 距 离 时 ，则 判 决 该 像 元 点 属 于 该 类 别 。 在 距 离 判 别 中 ，距 离 用 下 式 表 示 ：
人 们 通 过 实 地 抽 样 调 查 ，配 合 人 工 目 视 判 读 ，对 遥 感 图像上某些抽样区中影像地物的类别属性获取先验 的知识，计 算 机 便 按 照 这 些 已 知 类 别 的 特 征 去 “训 练 ”判 决 函 数 ，以 此 完 成 对 整 个 图 像 的 分 类 。 经 典 的 监督 分 类 法 有 最 大 似 然 法、平 行 六 面 体 法、Ｍａｈａｌ－ ａｂｉｓ距离法和最 小 距 离 法 等，其 中 最 小 距 离 法 应 用 比较广泛 。 ［３］ 另外，现 在 遥 感 图 像 计 算 机 分 类 新 方 法 也 被 很 多 学 者 提 出 ，主 要 有 多 时 相 、多 源 遥 感 数 据 复合分类方法；ＧＩＳ 支持下的遥感分类方法；人工神 经 网 络 分 类 方 法 ；专 家 系 统 分 类 方 法 ；模 糊 数 学 分 类 方 法 等 。 ［４－９］ 综 上，本 研 究 基 于 ＴＭ 影 像 采 用 监 督 分类法中 的 最 小 距 离 法 在 Ｉｌｗｉｓ软 件 支 持 下，对 北 京昌平沙河区域土地利用类型进行快速且比较准确 的判定。
第５期
刘 云 等 ：监 督 分 类 法 在 城 郊 景 观 类 型 判 定 中 的 应 用
７ １５
面积为５６．５ｋｍ２，辖 ２２ 个 自 然 村，５ 个 居 委 会。 全 镇现有人口５．７ 万 人。 根 据 北 京 市 总 体 规 划，未 来 十年这里将建成为拥 有 １５～２０ 万 人 口 的 新 型 卫 星 城镇。目前，沙河已 成 为 昌 平 区 经 济 发 达 的 地 区 之 一。为大力发展 经 济，现 沙 河 卫 星 城 总 体 规 划 中 已 确定 了 占 地 ６６６．６７ｈｍ２ 的 沙 河 高 教 园 和１８０ｈｍ２ 的中关村科技园区昌平园沙河工业小区发展用地。 规划建设中的沙河工业小区位于京昌高速公路路庄 桥东１１ｋｍ，北距 规 划 建 设 中 的 北 京 新 二 环 高 速 路 ２ｋｍ，顺沙 路 穿 区 而 过，公 路 交 通 十 分 通 畅。 距 工 业小区４ｋｍ 的 镇 内 即 有 京 包 铁 路 线 的 沙 河 站，客 货运交通均十分发达。随着京张高速公路的建成和 周边各开发区的形 成，沙 河 工 业 小 区 用 地 范 围 逐 渐 增 大 。 全 镇 现 有 耕 地 ２ １４３．９ｈｍ２，菜 田 ９３．３ｈｍ２， 果 园 １１４．０ｈｍ２ ，渔 池 １３３．３３ｈｍ２ 。 ２．２ 研 究 方 法
１ 引 言
随着 经 济 快 速 发 展，城 市 出 现 了 向 市 郊 区 扩 展 的倾向，因而使得原 城 市 郊 区 比 较 均 匀 分 布 的 农 田 格局被城市扩建的 开 发 区 所 分 割，土 地 利 用 类 型 变 得越来越复杂。每年能及时更新城郊景观的土地利 用类型这一任务也 变 得 越 来 越 艰 巨，综 合 考 虑 各 方 面的因素，同传统的 人 工 调 查 与 绘 图 来 获 取 城 郊 景 观的土地利用类型 比 较，利 用 遥 感 影 像 并 凭 借 遥 感 图像处理技术可以及时且省力地获取大面积数据， 然而利用遥感影像分类技术来判定城郊景观土地利 用类型的速度还跟 不 上 城 市 扩 张 的 步 伐，所 以 本 研 究基于此，对位于北 京 城 郊 区 域 的 昌 平 沙 河 地 区 的 景观土地利用类型凭借遥感监督分类方法进行尝试 性研究。
第 ２５ 卷 第 ５ 期 ２０１０ 年 １０ 月
遥 感 技 术 与 应 用 ＲＥＭＯＴＥ ＳＥＮＳＩＮＧ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＡＮＤ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ
Ｖｏｌ．２５ Ｎｏ．５ Ｏｃｔ．２０１０
监督分类法在城郊景观类型 判定中的应用
刘 云１，侯 世 全２，夏 训 峰２
（１．北 京 农 学 院 ，北 京 １０２２０６；２．中 国 环 境 科 学 研 究 院 ，北 京 １０００１２）
地有部分重叠），同 时 对 照 采 样 点 的 地 理 位 置，与 该 时间年份的土地利用现状图上的土地利用类型进行 比 较 ，所 采 样 点 的 “训 练 样 本 ”基 本 正 确 ，从 而 保 证 各 种土地利用类型能被区分开。
表 １ 各 土 地 类 型 选 用 的 样 本 单 元 Ｔａｂｌｅ １ Ｔｈｅ ｓｅｌｅｃｔｅｄ ｓａｍｐｌｅ ｕｎｉｔ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｌａｎｄ ｕｓｅ
目前，综合“３Ｓ”技 术 的 分 类 方 法 主 要 分 为 目 视 解译分类方法和计算机自动分类方法。计算机自动 分类分为非监督分类和监督分类。许多专家认为非 监督分类的结果不 如 监 督 分 类 令 人 满 意，非 监 督 分 类不适用于对山区 耕 地 的 精 确 分 类，只 适 用 于 图 像 中的已知类型，并且是特别规则的分类 。 ［１－２］ 监 督 分 类又称训练区分类，它 的 最 基 本 特 点 是 在 分 类 之 前
２ 研究方法
２．１ 研 究 区 概 况 昌平是北 京 市 远 郊 区 县 之 一，位 于 市 区 北 部。
区域内地势由西北向东南逐渐形成一个缓坡倾斜地 带。沙河镇隶坐落 在 昌 平 区 南 部，因 温 榆 河 上 游 支 流南沙河、北沙 河 在 此 处 交 汇 而 得 名。 沙 河 镇 镇 域
收 稿 日 期 ：２０１０－０３－０１；修 订 日 期 ：２０１０－０７－１４ 基 金 项 目 ：国 家 自 然 科 学 基 金 （４０５０１０２９，４０８７１２３２）项 目 资 助 。 作者简介：刘云（１９７１－），女，博士，副教授，主要从事景观生态学及其土地持续利用方面的研究 。Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｕｙｕｎ＿ｂｊ＠ｔｏｍ．ｃｏｍ。 通 讯 作 者 ：侯 世 全 （１９７２－ ），男 ，工 程 师 ，主 要 从 事 资 源 信 息 技 术 方 面 的 研 究 。Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｏｕｓｑｌｙ＠１６３．ｃｏｍ。
摘要：基于 ＴＭ 影像，采用最小距离 法 对 北 京 昌 平 沙 河 镇 附 近 城 郊 景 观 进 行 初 步 分 类 。 在 分 类 过 程中涉及图像中不同景观类型的选择和数据预处理等工作 ：通过实地调查与了解，配合人工目视判 读的景观类别，对遥感图像上某些抽样单元影像地物的类别属性获得了先验知识 ，计算机便按照这 些已知类别的特征去“训读”判决函数，以此完成对整个图像的 分 类。 该 方 法 的 分 类 结 果 与 该 区 域 土 地 利 用 图 各 景 观 类 型 的 面 积 进 行 对 比 后 比 较 接 近 ，总 体 分 类 精 度 达 到８０．３％ ，说 明 该 分 类 方 法 基 本完成了利用遥感监督分类方法快速判定城郊景观类型的技术要求。 关 键 词：监督分类；最小距离法；城郊景观；ＴＭ 影像 中 图 分 类 号 ：ＴＰ ７９ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１００４－０３２３（２０１０）０５－０７１４－０５
图 １ 图 像 数 据 预 处 理 过 程 Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ ｆｌｏｗ ｃｈａｒｔ ｏｆ ｉｍａｇｅ ｄａｔａ ｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ
３ 研究结果
３．１ 抽 样 训 练 区 及 抽 样 单 元 的 确 定 ＴＭ 有７个波段，根据本研究的地物分布特点，
主要考虑采用其３、４、５ 波 段 的 信 息，本 研 究 首 先 将 ＴＭ 影像的３、４、５ 通 道 进 行 假 彩 色 合 成，然 后 在 该 彩色合成图 上 抽 取 ５ 种 景 观 土 地 类 型 （农 用 地、林 地、交通用地、建 设 用 地 及 居 民 点、水 域 ）的 训 练 样 本，抽样的具 体 样 本 情 况 见 表 １。 以 上 ５ 种 土 地 利 用类型具体包 括 的 类 型 如 下：① 农 用 地：包 括 水 稻 田、水 浇 地 和 旱 地；② 林 地：包 括 灌 木 林 和 草 地； ③ 交通用地：包括铁路及不同等级公路；④ 建 设用 地及 居 民 点：包 括 城 镇 用 地、农 村 居 民 点、裸 土 地；