利用遥感进行土地利用动态监测的实践探讨

利用遥感进行土地利用动态监测的实践探讨

吴慧，刘晓忠

（浙江省地理信息中心，杭州 310012）

摘 要：基于杭州市土地利用动态遥感监测项目的实施，阐述了如何利用遥感影像发现新增建设用地，并对影像预处理、变化信息提取和制图输出等几个关键环节进行了论述。

关键词：动态监测；新增建设用地；制图输出

1 引言

随着全球人口的不断增加，土地资源更加紧缺，人类生存环境受到了严重的威胁。掌握土地利用现状和变化规律从而制定正确决策是各国政府追求的目标。浙江省位于我国东部经济发达地区，近20年来土地利用发生了显著的变化，其中以新增的建设用地居多。因此，针对为执法检查提供依据的建设用地变化遥感动态监测就应运而生。

卫星资料具有反映地面信息丰富、覆盖面积大、实时性强、可周期性获得、费用相对较低等特点，有学者早在1978年就明确指出了应用遥感技术解译土地利用的适宜性。不同分辨率的遥感数据在土地利用与监测中应用的范围有很大的差异，2.5米的卫星资料地面分辨率较高，获取途径较便捷，适合进行土地利用调查及动态监测。遥感技术应用于动态监测中，主要作用是利用不同时相的遥感影像，通过人机交互判读的方式发现变化的靶区，即：新增建设用地，并进行标记。

下面就以杭州市土地利用动态遥感监测项目为例，阐述利用遥感影像进行土地利用动态监测的具体过程。

2项目概况

杭州市土地利用动态遥感监测项目是针对杭州5县（市）8区范围所做的土地利用动态遥感监测，基本覆盖了整个杭州市地区，所涉及的县市区分别是：西湖区、拱墅区、上城区、下城区、江干区、滨江区、余杭区、萧山区、临安市、建德市、富阳市、桐庐县、淳安县。这些县市区中绝大部分属于较发达的平原地区，因此土地利用的变化程度很高，变化信息在卫星影像中也较易被判读。

项目所用的资料包含卫星影像资料和一部分矢量资料，具体如下：

（1）2007年和2008年两个年度的全色和融合遥感影像；

（2）土详境界线和行政区域资料；

（3）1:10000图幅结合表。

其中，卫星影像质量总体较好，2007年度影像云雾覆盖率低于2008年度影像，清晰度更高，而2008年度影像虽然在水域较多的地区（如西湖区和淳安县）存在云雾覆盖的现象，增加了人工判读的难度并影响到判读结果，但对于城区主体影响并不是特别严重，因此能够达到本次项目的要求。

3 动态监测的主要内容和技术路线

3.1主要内容

土地利用动态监测就是对土地资源和利用状况的信息持续收集调查，开展系统分析的科学管理手段和工作。土地利用动态监测的措施主要由变更调查、遥感监测、统计报表制度、专项调查及土地信

息系统等构成。变更调查及遥感监测是目前的主要手段。利用遥感技术进行土地利用动态监测的内容主要有：监测年度各类土地利用变化情况，重点监测新增建设用地与非耕地情况；辅助开展土地变更调查，符合土地变更调查；辅助更新土地利用现状图；监测土地利用总体规划执行情况；监测基本农田保护执行情况；为国土资源遥感管理提供最新的土地利用动态信息。目前监测的重点是新增建设用地与非耕地情况。其中，新增的建设用地是本次项目的监测内容，具体包括新增的建筑物、道路和工矿用地。

3.2技术路线与技术流程

技术路线主要是通过预处理，对变化区域自动解译。然后将前后两个时期的影像和预判图叠加，对比同一范围内遥感图像上地块的形状和利用类型，发现变化图斑，并对其进行标记，经过检查最后制图输出，技术流程如图1所示。

图1 技术流程图

4 变化信息提取

新增建设用地斑块信息的提取是整个技术流程中至关重要的一环。就目前的技术水平而言，完全依靠计算机的自动解译来发现变化区域并不是一个可行的途径，对于批量处理来说既需要大量空间，效果也并不见得很好。所以必须人工加以干预，即目视判读。但是在人工目视判读之前对影像进行一些预处理提取一部分信息，对人工判读将有很大的帮助，能减少一定的工作量。

4.1 影像的预处理

影像预处理的目的是将变化信息从背景中显现出来，作为人工判读的参考。不管是用何种方式，其基本原理都是通过前后两时期影像变化部分的色调差异突出斑块。下面将对三种预处理的方法进行一些粗略比较。

（1）差值运算

这种方法是较为常见的一种，只需将两个时期的全色影像做差值运算即可，效果如图2：

图2 差值运算

图中高亮区域为运算得出的变化区域，这种方法的优点是运算过程简单，得出结果的速度也快，但是这种方法对于影像的要求较高，前后两期影像的质量和色调必须相差不多，否则将对运算结果的可靠性有很大的影响；

（2）变化监测

这种方法是运用了ERDAS软件中的一个变化监测模块，效果如图3：

图3 变化监测

图中高亮部分为后期新增区域，这种方法的优点是结果较准确，影像本身质量的好坏对结果的影响较小，但是结果是否准确完全依靠所设阀值的合理性，对于不同的地区也需要对阀值进行调整，如果批量生产,操作起来有一定的难度；

（3）波段组合

这种方法是将两个时期的全色影像作为两波段进行组合，效果如图4：

图4 波段组合

图中高亮部分为变化区域，这种方法的优点是操作较简便，结果较明显，对影像质量虽然也有一定要求但较差值运算来说影响稍小。

这三种方法各有弊利，对于影像质量较好的批量处理可选用差值和波段组合这两种方法，而对于影像质量不太理想而又希望预处理有较好效果的可以选用第二种方式。本项目考虑到需要处理的区域较多，影像质量又不太适合用差值运算，因此选用了第三种波段组合的预处理方法。

4.2 变化信息提取

（1）数据准备

首先新建一个变化图斑矢量层，在属性列表中添加“确定与否”的字段，字段类型选用短整型，用于储存图斑确定性的信息，然后在Arcmap中加载这一矢量层和前后两期的影像以及预处理得到的图像；

（2）变化图斑提取

参照预处理图像，对比前后两个时期的影像，按照地物边界勾画出图斑；

（3）对确定性赋值

在判读过程中或多或少会存在对变化区域是否确实变化或变化区域范围到底有多大等一些不确定因素，因此还要对图斑的确定性进行赋值。

4.3 图斑后处理

在判读完成之后必须对图斑进行检查，保证不重不漏。检查的内容主要包括：

（1）准确性检查，有无明显误判、漏判；

（2）图斑范围检查；

（3）确定性检查，即“确定与否”字段的检查。