土地利用动态遥感监测中的问题探析

对如何改进和优化季度监测中的变化信息的提取方法进行讨论，并提出了间接法和循环法的改进方法，以促进季
度监测与年度监测的有效衔接，使监测工作更为高效，且有针对性地开展。
关键词： 遥感； 土地利用动态监测； 监测周期； 季度监测
中图法分类号： TP 79： F 301． 2，P 272 文献标识码： A
文章编号： 1001 － 070X（ 2011） 03 － 0020 － 05
年度监测采用的前后时相遥感图像基本上是同 一个季节获取的，这在很大程度上去除了因季节影 响而引起的误判和漏判。然而季度监测却不可避免 地因受季节影响而发现大量的土地覆盖变化信息， 但这些信息一般不是监测土地利用变化所关心的， 却干扰了 土 地 利 用 变 化 信 息 的 提 取［4］。 农 业 生 产 由于受季节影响明显，因而土地常常在不同的季节 表现出不同的状态。工程建设同样会受季节和时间 影响，使得建设施工各阶段的用地现场情况也差异 很大，这些差异常常造成遥感图像上的影像特征发 生显著变 化，但 土 地 利 用 类 型 实 际 上 并 没 有 变 化。 此外，由于年度监测较季度监测的周期长，其监测时 段内，土地利用类型变化特征比较明显，因此误判率 和漏判率也就相对较低。由此可见，由时间所致的 季节因素以及短监测周期内土地利用变化特征不如 长监测周期内变化明显，是导致监测结果出现较大 差异的一个重要原因。 3． 2 人为因素
表 2 监测结果对比
Tab． 2 The monitoring results of the two methods
监测方式 年度监测 季度监测 年度、季度监测差值 年度监测发现的季度监测 季度监测发现的年度监测 完全重叠的监测区域
图斑数 /块 1 130 1 849 － 719 436 349 \
限于目前卫星遥感数据的获取周期与影像分辨 率的现状，以及受技术、资金和人员等条件的制约， 改进和优化作业方法在上述应对策略中最为有效， 且简便易行，现仅就这一问题进行讨论。考虑到土 地利用情况是连续和动态变化的，而遥感影像反映 的仅是某一瞬间的土地覆盖情况，因此仅依靠两期 影像的比对来发现土地利用变化显然是不够科学 的。经研究，现提出以下季度监测的改进方法，亦可 供年度监测参考。
在目前计算机自动提取信息的精度尚不能完全 满足工作需要的情况下，人机交互解译仍是一种非 常重要的变化信息提取方法。然而由于目前尚缺少 统一的变化图斑认定标准可循，理论上说，任意两个 人或甚至同一个人任意两次的变化图斑提取结果在
数量、面积及变化范围上都不会完全相同。因此，采 用的变化信息提取方法和作业人员的判读标准、经 验和细心程度等人为因素则会对监测结果产生较大 影响。
图 1 研究区位置示意图 Fig． 1 The location map of study area
2 监测数据源、方法与结果
1 研究区概况
天津市位于北纬 38°34' ～ 40°15'，东经 116°43' ～ 118°04'间，地处华北平原东北部、海河流域下游、环
2． 1 监测数据源 年度监测和季度监测采用的数据源均为 SPOT
图斑面积 / hm2 6 187． 8 3 051． 2 3 136． 6 1 711． 4 5 606． 4 1 299． 1
通过叠加分析得知，两类监测到的变化图斑完 全重叠部分的面积为 1 299． 1 hm2 ，占年度监测变化 图斑面积的 21． 0% ，占 季 度 监 测 变 化 图 斑 面 积 的 46． 2% 。经分析，年度监测变化图斑中有 349 块与 季度监测变化图斑中的 436 块全部重合或大部分重 合，可认定为互相发现。该部分在年度监测变化图 斑中的面积为5 606． 4 hm2 ，占年度监测变化图斑面 积的 90． 6% ； 在 季 度 监 测 变 化 图 斑 中 的 面 积 为 1 711． 4 hm2 ，占季度监测变化图斑面积的 56． 1% 。 实际上，年度监测未发现而季度监测发现的变化图 斑面积为1 339． 8 hm2 ，占季度监测变化图斑面积的 43． 9% ； 季度监测未发现而年度监测发现的变化图 斑面积为 581． 4 hm2 ，占年度监测变化图斑面积的 9． 4% 。监测结果对比情况见图 3 和图 4。
0 引言
随着对地观测技术的飞速发展以及观测基础数 据的不断积累，利用遥感技术开展大规模、多尺度、高 频率的国土资源调查已经成为可能。土地利用动态 遥感监测（ 以下简称监测） 是指应用遥感数据，定期或 不定期地监测同一区域土地利用的变化情况，包括变 化前后地类、范围、位置及面积等［1］。自 1999 年起， 国土资源部对包括天津市在内的全国 50 万以上人口 的城市每年组织开展一次土地监测。为进一步满足 经济建设和土地管理的需要，自 2002 年开始，天津市 每季度自主开展一次土地监测［2］，旨在更加快速地掌 握土地利用变化情况，为土地开发、利用、保护和年度 变更调查［3］等提供更为现势的基础数据。
图 3 监测变化图斑分布 Fig． 3 The distribution map of monitoring results
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国土资源遥感
2011 年
图 4 监测结果对比示意图 Fig． 4 The analysis sketch map of monitoring result
3 原因分析
系列卫星遥感数据（ 见表 1） 。2007 年 9 月至 2008 年 9 月共同监测时段的首末期遥感数据均为 SPOT 5
收稿日期： 2010 － 10 － 19； 修订日期： 2011 － 03 － 25
第3 期
高振宇，等： 土地利用动态遥感监测中的问题探析
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监测方式 年度监测
季度监测
表 1 监测采用的数据源 Tab． 1 The data sources of two monitoring process
通过对年度监测与季度监测互不发现变化图斑 的内业检核和数据分析发现： 出现较大差异主要是 由监测周期不同和受季节影响所导致的土地利用类 型在土地覆盖表象差异中的时间因素引起。此外还 因作业方法、作业人员判读标准、经验和细心程度差 异等人为因素所致。 3． 1 时间因素
从时间上看，年度监测与季度监测方法的主要 差异在于监测的周期不同，又伴随着季节的变化，各 监测周期内相应的自然和人类活动也各不相同，致 使土地利用发生不同的动态变化。
摘要： 为解决不同周期土地利用动态遥感监测衔接不紧密的问题，通过对天津市 2008 年度及监测时段内各季度的
土地利用动态遥感监测结果的对比，从时间因素和人为因素两个角度分析了监测结果产生差异的原因，并就如何
应对和改进作业方式展开了论述。因受数据源和信息提取手段等的制约，使监测效率不易有大的改变，故仅着重
4 应对策略与方法改进
4． 1 应对策略 （ 1） 提高用于土地利用变化监测的遥感影像质
量。在条件允许的情况下，应尽可能提高影像的空 间分辨率和清晰度，以降低变化图斑认定时，由影像 不清所导致的模糊性，进而提高变化图斑提取结果 的可靠性，降低误判率和漏判率。
（ 2） 提高作业人员的专业技能。加强解译人员 培训，注重解译人员判读经验和对监测区域状况的 先验知识的积累。
对于连续渐进的土地利用变化，在短时间间隔 的多次连续监测中，由于各监测时间段内的影像特 征变化有时不很明显，因而可能被误判和漏判，但从 总的监测时段前后时相的影像特征对比来看，土地 利用类型确实发生了明显变化。此ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ，对于一些临 时性的用地变化，其在某一季度确实发生了变化，但 在其他季度则有可能又被复原，因此就可能会出现 季度监测里的一些明显的土地利用变化情况，在年 度监测中则被认为没有发生变化。依赖人工（ 人工 判读或人工设定计算机识别条件） 对不确定和模糊 的土地利用变化情况进行判读和认定，不同的人通 常会有不同的判读结果，故人为因素是导致监测结 果不同的又一重要原因。
在监测区域、时段、方法和数据源都一致的情况 下，理论上说，不管是通过一次还是多次监测得到的 结果，都应该是一致的。但本文作者在参加天津市 2008 年度及 2007 年 4 季度、2008 年 1 至 3 季度的 监测工作时发现，共同监测区域在同一监测时段内 的两类监测结果差异很大，且不存在相互包含的关 系。鉴于此，本文从分析监测结果差异产生的原因 入手，着重就如何应对展开分析，并对季度监测的合 理开展及与年度监测的有效衔接等展开讨论。
第 3 期，总第 90 期 2011 年9 月15 日
国土资源遥感
REM OTE SENSING FOR LAND ＆ RESOURCES
No． 3，2011 Sep． ，2011
土地利用动态遥感监测中的问题探析
高振宇1 ，吴学瑜1，2 ，范清东1 ，曹子剑1 ，门春春1
（ 1． 天津市地籍管理中心，天津 300042； 2． 天津市土地登记中心，天津 300042）
数据源 2007 年 DOM 2008 年 DOM 2007 年 3 季度 DOM 2007 年 4 季度 DOM 2008 年 1 季度 DOM 2008 年 2 季度 DOM 2008 年 3 季度 DOM
数据类型 SPOT 5 2． 5 m 融合数据 SPOT 5 2． 5 m 融合数据 SPOT 5 2． 5 m 融合数据 SPOT 4 10 m 融合数据 SPOT 5 2． 5 m 融合数据 SPOT 5 2． 5 m 全色数据 SPOT 5 2． 5 m 融合数据
（ 3） 改进和优化作业方法。通过合理选用已有 的遥感数据，并优化其组合方式，在以固定周期定期 监测的基础上，定期或不定期地采取跨周期的重复 校验，通过交叉检验和查缺补漏来促进不同时期监 测结果的有效衔接，以便及时有效地掌握土地利用 变化情况。
（ 4） 合理利用已有的基础数据。充分利用土地
第3 期
年度监测和季度监测均采用人机交互与计算机 自动检测相结合的变化信息提取方式，即通过对比 前后时相的数字正射影像图（ DOM） ，并参考土地利 用现状图（ 库） 等基础图件来提取得到监测时段内 的土地利用变化信息监测流程（ 如图 2 所示） 。变 化信息提取原则以发现新增建设用地为主，同时兼 顾发现农业结构调整等农用地之间的变化。
高振宇，等： 土地利用动态遥感监测中的问题探析
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利用现状、规划以及用地审批等多源基础数据，使得 工作的开展更加有的放矢，及时并有针对性地掌控 最为关注的土地利用类型变化情况，从而有效地降 低了监测成本。
（ 5） 采用多种变化信息提取方法相互检核。充 分运用计算机自动信息识别方法，同时将人机交互 式提取方法与其结合，通过优势互补，对监测结果进 行多重检核。 4． 2 方法改进
渤海湾的中心，东临渤海，北依燕山，是我国 4 个直 辖市之一。本文研究区域（ 图 1） 包括环城 4 区（ 东 丽区、西青区、津南区、北辰区） 及滨海新区（ 原塘沽 区、汉沽区和大港区） ，总面积约为 416 628． 7 hm2 。 该研究区是天津市市域内发展较快的涉农行政区， 土地利用动态变化较为频繁，亦是国土资源部和天 津市共同监测的重点区域。
数据获取时间 2007 年 9 月 2008 年 9 月 2007 年 9 月 2007 年 12 月 2008 年 3 月 2008 年 6 月 2008 年 9 月
卫星 2． 5 m 全色与多光谱融合数据，且数据获取时 间基本一致。不同的是： 在共同监测时段内，季度 监测同时使用了 SPOT 4 卫星 10 m 全色与多光谱融 合数据和 SPOT 5 卫星 2． 5 m 全色数据，采用的是多 次分段的监测方式。 2． 2 监测方法
图 2 土地利用变化信息监测流程 Fig． 2 The flow chart of change monitoring
2． 3 监测结果 2007 年 9 月至 2008 年 9 月一年内，年度监测发
现变化图斑 1 130 块，对应地面面积 6 187． 8 hm2 。 监测时段内，对应 2007 年 4 季度及 2008 年 1 至 3 季度共 4 次季度监测，累计发现变化图斑 1 849 块， 对应地面面积3 051． 2 hm2 。通过年度监测与季度 监测两类监测结果的对比发现： 二者数值差异较 大，季度监测发现的变化图斑较年度监测的变化图 斑多 719 块，面积少 3 136． 6 hm2 （ 表 2） 。