协同光学与雷达遥感数据的面向对象土地覆盖变化检测

西南地区受云、雨天气的影响,高质量的光学数据难以获取,合成孔径雷达数据可以全天时全天候地工作,但其重访周期较长,因此在多云多雨地区协同光学与雷达数据开展土地覆盖变化检测,可以弥补单一遥感数据源的不足,对国土资源调查评估及全球变化研究具有重要的意义。该研究基于2019年眉山地区Sentinel-2光学数据对2016年和2019年全极化Radarsat-2数据生成的差异影像进行面向对象引导分割,提取对象级多维特征,并提出FSO-RF变化检测框架,该框架利用样本间距离度量可分性特征空间优化（Feature Space Optimization, FSO）方法来优化特征空间,结合面向对象的随机森林（Random Forest,RF）分类器实现土地覆盖变化检测,与现有的变化检测算法对比,该研究的变化检测框架在精度上有较大提升,在试验区的准确率达到92.90%,通过抽取具有代表性的样区进行检验,两个样区变化检测结果的准确率分别为95.08%和88.16%。该研究提出的算法框架可以很好地满足城镇、农田等不同地物类别的变化检测需求,在国土资源监测中具有一定的应用价值。     

土地覆盖变化遥感检测方法

土地覆盖变化对与促进全球变化研究具有十分重要的意义。遥感技术是土地覆盖变化研究最有力的技术手段。各国学者发展了众多的变化检测方法,研究表明每种方法都具有优势与不足。实际研究中通常同时比较几种检测方法,选择其中最优的进行特定目的的研究。在总结前人研究的基础上,对变化检测研究中的遥感数据预处理、主要变化检测方法、变化检测阈值确定、变化类型分析以及检测精度检验等内容进行了系统的阐述,以期对土地覆盖变化研究能够起到积极作用。     

面向对象的湖北省土地覆被变化遥感快速监测

为了快速监测湖北省土地覆被变化,以HJ-CCD、TM以及ETM影像为数据源,探索出了集成面向对象技术与"3S"技术的中尺度土地覆被变化遥感流程和方法。该方法首先基于HJ-CCD影像和面向对象技术进行2010年湖北省土地覆被信息的提取,并用野外采样点对结果进行验证。在保证高精度的情况下利用向量相似性函数对湖北省2000－2005年以及2005－2010年进行变化检测,从而获得2个变化时期影像的变化区域,然后利用面向对象技术中的最邻近分类器对变化区进行自动化分类。最后分别将2期的变化结果与未变化结果融合后获得湖北省2000年、2005年和2010年的土地覆被图,在GIS中处理后建成县、市、省3级行政级别的湖北省土地覆被变化本底数据库。试验表明分类结果的总体精度为93.24%,Kappa系数为0.914;2000－2005年与2005－2010年变化检测的总体精度分别为90.88%和90.75%。同时研究发现景观破碎的地区应用面向对象技术有一定的局限性。     

多时相遥感影像检测平乐县晚稻种植面积变化

为检测中国主要的粮食作物水稻的种植面积变化,该文以广西平乐县为例,利用多时相陆地卫星专题成像仪(landsat thematic mapper)影像数据和面向对象的分类方法,提取出晚稻种植的变化区域。该文探索了变化强度计算和阈值确定的方法,并利用晚稻在不同时相的影像光谱特征变化来提取晚稻种植区域。试验结果表明:3种变化强度计算方法中,变化向量分析法对河流、滩地变化的抑制效果优于相关系数方法,而相关系数方法对山体阴影的抑制效果则优于变化向量分析法,向量相似度法对山体阴影非常敏感,对水田变化则敏感度较低;3种阈值确定方法中最小错误率方法比最大类间方差法更为精确,比双窗口变步长阈值搜寻法更为稳定。综合利用3种变化提取方法对平乐县晚稻种植面积变化进行检测,得到变化检测混淆矩阵总正确率为96.8%,稻田面积变化误差为2.85%。该方法可为作物种植面积的变化检测提供参考。     

基于监测信息可视化方法的土地覆被变化分析

在土地覆被变化动态监测中,经典的土地利用转移矩阵可以反映出一段时期内各地类面积之间的相互转化关系,但无法实现变化信息的定位分析与可视化表达,该文运用地学信息图谱的分析理念,提出了土地覆被变化监测信息的可视化分析方法。首先,通过遥感制图获取了土地覆被变化监测时段内的2期土地覆被分类图,利用GIS空间叠加分析功能,提取了土地覆被类型转移矩阵和土地覆被类型转移信息图谱;然后,在土地覆被类型转移信息图谱的基础上,依据地统计学模型原理,对图谱中的空间数据进行网格处理和Kriging插值分析,获取了研究区土地覆被变化强度信息图谱,用直观的图谱形式展示了土地覆被变化监测信息的空间变化强度规律。该文以黑龙江省哈尔滨市双城区为研究区,利用2002年Landsat7 ETM+和2013年Landsat8 OLI遥感影像,在土地覆被类型遥感制图的基础上,通过GIS叠加分析方法和地统计学模型,获取了2002－2013年时段的土地覆被类型转移图谱和变化强度信息图谱,实现了土地覆被变化监测信息的可视化定位分析,为土地覆被类型变化信息的定位表达及其变化规律的图谱分析提供了一种途径。     

基于光谱混合分析的荒漠化评价方法

基于光谱混合分析技术,针对内蒙古科尔沁沙地提出了一种荒漠化信息提取的新方法。首先,应用光谱混合分析技术对研究区域的土地覆盖类型信息进行提取,以像元为单位计算出裸沙占地百分比,并通过与穗帽变换和NDVI（归一化植被指数）对比,验证了此技术应用的可行性;然后利用光谱混合分析结果建立荒漠化评价模型,对研究区域的荒漠化信息进行提取;最后利用实地调查数据进行精度验证。     

艾比湖绿洲农业区土地利用动态与盐碱化影响的遥感应用研究

采用1972～2001年的4期MSS和TM图像为数据源，通过人工解译方法获得新疆艾比湖地区土地利用数据，并使用土地利用转移矩阵和土地利用变化指数等方法分析近30a该地区土地利用动态情况。在此基础上，应用基于光谱分析的光谱角度填图(SAM)分类方法从2004年ASTER和SPOT图像上提取土地盐碱化现状信息，与人工解译的土地利用数据进行空间分析，对农业区土地利用受盐碱化影响的程度进行评估，并对盐碱化因素限制下的农业发展提出建议。研究结果表明，近30a来该地区耕地面积持续增加，新开垦耕地主要来源于未利用地的开发。新开垦耕地明显地受到盐碱化的影响，农业生产将受到一定威胁。     

面向对象的无人机影像水体变化监测方法

[目的]针对大多无人机影像仅有红、绿、蓝3个波段的特点,提出一种利用纹理特征提取水体并进行变化监测的方法,为水利部门了解水体面积变化情况提供技术支持。[方法]首先利用易康软件对无人机影像进行多尺度分割,形成影像像斑,再计算影像像斑的角二阶矩、均值、熵等纹理特征,将这些纹理特征作为影像波段进行组合,从而突出水体,最后通过ISO分类的方法提取出水体,将不同时期提取的水体进行叠置分析,得到水体的变化区域。[结果]通过选择不同的区域进行试验,水体的提取精度和变化检测精度均达90%以上。[结论]面向对象的无人机影像水体变化监测方法可有效提高水体变化监测的效率,节约人工作业量。     

多源卫星遥感秸秆焚烧过火面积动态监测

该文针对秸秆焚烧过火面积动态监测中高时间、高空间分辨率难以同时实现的问题,提出利用多源数据(Landsat8、GF-1、HJ-1A/B)来提升中分辨率卫星遥感的观测频次,并通过叠置分析和面向对象影像分析技术提高面积提取精度。使用该方法对河南省太康县进行了8次单日内全覆盖的秸秆焚烧过火面积提取,并通过变化检测获取各乡镇农田秸秆焚烧的累计过火面积、新增过火面积和新增过火农田翻耕面积的时空变化趋势。经验证,面积提取精度达93.89%以上,秸秆焚烧新增过火面积变化趋势与环保部监测结果基本相符。经分析,秸秆焚烧通常会在农作物大面积收割后的某个时间点开始,由若干个起火点随时序朝某个主方向进行传播蔓延,过火区域会随之出现间歇性的大范围翻耕,二者同时进行,即秸秆焚烧新增过火面积与新增过火农田翻耕面积随时序呈反向波浪状变化。说明相比利用低空间分辨率遥感数据进行广域监测,该方法可得到时效性强且精度更高的过火面积空间分布信息,能揭示出秸秆焚烧现象在县、乡尺度上的变化规律与细节。     

基于多时相遥感数据的吉林西部土地覆被分类提取

为深化计算机自动提取土地覆被类型在遥感分类研究中的应用,以吉林西部的镇赉县为试验区,利用Landsat8多时相遥感数据的季节变化信息、地表植被、水体与土壤等特征参量,构建多维分类特征数据集对试验区进行土地覆被分类研究,提取了11种地表覆被类型。结果表明:1)多维变量组合方案的总体分类精度为95.50%,Kappa系数为0.9504。该方案自动提取地类达到了一个比较理想的分类结果,方案有效可行;2)方案中,3个主要特征分类变量的引入能很好改善易混淆地类的可分性,尤其,地表植被季节变化信息和土地信息的引入能明显提高土地覆被的分类精度;3)实际情况表明,引入的分类特征量不是越多越好,只有将多种分类特征有效结合才能够提高土地覆被分类精度。该文为农牧交错带上的土地覆被遥感监测提供了一个可行的方案,该方案有效可行。     

基于矢量属性的宁夏中部干旱带土地利用变化信息挖掘

[目的]增加对土地利用变化矢量属性的认知,进一步挖掘潜藏于土地利用变化中的特征和规律,丰富土地利用变化研究方法,为区域土地资源调控提供参考依据。[方法]基于土地转移流视角,提出土地转移率和土地转移链概念,采用Landsat MSS/TM/ETM遥感影像数据,对宁夏中部干旱带同心县的土地变化过程进行研究。[结果]1978—2015年同心县耕地和草地比例增大,未利用地减少。区县尺度上土地转移率渐次降低;类型尺度上,耕地转移率先升后降,草地转移率先降后升,未利用地转移率呈"降—升—降"特征。1978—1987年的土地转移流以草地转未利用地为主,1987—1996年则呈现多元特征,1996年表现为退耕还林还草和对未利用地的改造利用。1978—2015年土地利用转移围绕着耕地的流失与保护进行,土地转移单向链以31型(草地转耕地)和61型(未利用地转耕地)为主,往复链以Ⅱa型为主,主要是161型(耕地—未利用地—耕地)和131型(耕地—草地—耕地)。[结论]同心县土地利用变化存在较大份额的"往复链"。在土地资源开发与管理中要重视往复链所揭示的内涵并采取针对性措施。     

三峡库区土地利用变化特征研究

土地利用是人类最基本的经济活动,在可持续发展的思想下对土地利用变化特征进行研究是我国近年来土地利用的重要发展趋势。以三峡库区2000年、2004年、2007年、2010年、2013年五期的TM影像数据为数据源,利用GIS技术,提取各期土地利用现状图,分析三峡库区各期土地利用类型的数量、空间分布及变化趋势,对土地利用动态度、土地利用程度的变化特征进行分析研究。分析表明:2010—2013年三峡库区总体上呈现耕地、草地、林地和未利用地面积减少,建设用地、水域面积增加的趋势;各土地利用动态度变化表现出差异性,建设用地和水域土地利用动态度较大,草地、耕地和林地动态度较小;研究期内三峡库区土地利用程度呈现增大的趋势。研究方法和结果有助于了解三峡库区近13 a来土地利用的变化特征,从而为三峡库区土地利用和土地规划的可持续发展提供参考价值。     

基于HJ卫星数据与面向对象分类的土地利用/覆盖信息提取

土地利用/覆盖信息是区域气候与环境研究的基础,是土地资源规划与管理、合理开发与保护的信息保障。为此,该文选取长株潭城市群核心区为试验区,以时间序列HJ卫星影像为数据源,首先构建了时间序列归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)、时间序列光谱第一主成分(first principal component,PC1)数据集,通过J-M(Jeffries-Matusita)距离变量可分离性分析结合地表覆盖的物候特征,确定最佳时序HJ组合数据;其次,采用面向对象的随机森林算法对研究区土地利用/覆盖信息进行分类,并对分类结果进行精度评价与比较分析。研究结果表明:采用时间序列HJ组合数据与面向对象的分类方法,提取城市土地利用/覆盖信息的总体精度和Kappa系数分别达到91.55%和0.90,其中水田、水浇地、旱地、林地、建设用地的生产者精度均达到90%及以上;相对于时间序列基于像元分类、单时相面向对象的分类方法,该文提出的土地利用/覆盖信息提取方法的总体分类精度和Kappa系数分别提高了2.26%、0.02和6.82%、0.08,有效提高了区域土地利用/覆盖信息提取的精度,为大范围土地利用/覆盖精细化分类提供了有效的途径。     

转移流视角下甘州区土地利用动态变化及空间集聚特征

以甘州区为案例探讨了转移流视角下的土地利用动态变化及空间集聚特征,以为甘州区土地利用空间布局,湿地保护与建设提供参考。研究结果表明:1甘州区自然保留地占绝对优势,耕地、林地、牧草地和水域比例较低,说明后备土地资源较为充足,具有一定发展潜力;2耕地与建设用地、牧草地之间的地类变化是该地区的主要土地利用转移地类,耕地、牧草地和自然保留地是各地类中主要的转移流;3建设用地的活跃度不断增大,2006—2011年达到3.16%,主要原因是城市用地面积扩张,来满足中心城区扩张的增长需求;4地类转移波动度变化主要表现为林地和水域之间的相互转换,波动度均达到最大值2.000 0;5各类土地利用变化的空间分布构成了以中心城区为中心,以不断增长的建设用地为内圈,以牧草地转为耕地这种转移地类为外圈的环形结构;6空间集聚表现出热点区域逐年增加,有向南扩张,沿水系展布的特征。     

城乡一体化进程中耕地利用变化的驱动因素及区域比较

耕地利用变化与经济发展密切相关,阐明不同经济发展阶段耕地资源变化的驱动特征,有利于缓和耕地保护与经济发展的矛盾。基于苏皖各城市社会经济发展统计数据,运用因子分析和系统聚类方法,提取影响耕地利用变化的主要驱动因子,考察其对耕地资源变化的作用机理及苏皖耕地变化驱动特征的区域差异。研究结果表明,耕地利用变化驱动力可归结为经济发展、人口与农业和制度与政策因素,经济发展带来耕地面积“N 型”变化,人口与农业因子和耕地数量之间存在高度正线性关系。城市耕地资源变化驱动类型受经济发展阶段及自身条件双重影响,工业化高级阶段城市主要受经济发展与结构调整驱动;工业化初级阶段城市人口与农业因素缓解了耕地流失;较为复杂的是工业化中级阶段城市,因经济结构、资源禀赋条件及城市功能定位等因素差异,耕地利用变化驱动力出现分异。因此各市应根据本地实际做出理性的决策,转变经济增长方式,坚持最严格的耕地保护制度,节约集约使用土地,提高土地产出效率。     

晋中市土地利用变化特征研究

根据晋中市1996－2004年土地利用数据资料,分析了该市土地利用的变化特征。结果表明:（1）耕地、牧草地、其它农用地和水利设施用地数量减少,林地、园地、居民点及工矿用地、交通运输用地和未利用地数量增加,其它土地数量没有变化,牧草地数量变化最大。（2）各类用地单一动态度由大到小的顺序是牧草地、交通运输用地、未利用土地、其它农用地、林地、居民点工矿用地、耕地、园地、水利设施用地、其它土地。（3）各类用地相对动态度区域差异性程度存在显著差别,牧草地的相对动态度区域差异性最大,耕地的相对动态度区域差异性最小。     

基于多时相遥感影像分析的城市土地利用/覆盖变化与热环境演变--以徐州市为例

以1987,1994,2000和2005年共4期的Landsat TM遥感影像为数据源,利用先进的决策树分类法获取徐州市土地利用/覆盖信息,通过单通道算法反演地表亮温获取城市热场分布与热环境变化信息,采用土壤调节植被指数SAVI定量描述研究区植被覆盖变化,并综合采用这些信息对城市热环境演变与城市扩展、植被覆盖变化的关系进行了综合分析.结果表明,利用Landsat TM数据结合决策树分类方法,是获取土地覆盖/利用的有效方法.通过计算地表辐射亮温来研究城市热环境变化是合适的,SAVI等因子与城市热环境显著相关,能够有效地定量描述城市扩展及其生态环境响应.研究结果可服务于城市环境保护与人居环境改善.     

台儿庄区25年土地利用/覆盖变化研究

研究土地利用/覆盖变化的规律和机制对认识人类活动在全球变化中的作用机制具有重要意义。利用1979年的MSS影像和2004年的TM影像资料,运用目视解译方法,获取土地利用信息,使用GIS软件的空间叠加分析功能,获取土地利用/覆盖变化数据。分析表明:在1979-2004年25 a间台儿庄区的土地利用/覆盖状况发生了显著变化,主要表现在农田、林地转变为居民地及其他用地,交通运输用地的增加;并且农田、林地用地的减少是区域内变化速度最显著的土地利用类型;土地利用的集约化程度一直在不断提高。加强耕地保护力度,合理控制建设用地规模,科学开展城市用地规划是确保今后台儿庄区土地可持续利用的合理途径。     

华北农牧交错带土地沙漠化成因与土地利用调整对策

从气候变化、土地利用等角度对华北农牧交错带典型区——内蒙古多伦县的土地沙漠化形成机制进行分析。对干湿指数、最大可能蒸散量等指标的分析表明该区域近30a来气候变化在一定程度上有利于沙化土地的恢复。1985年和2000年两期土地沙漠化、土地利用监测数据空间叠加和地统计分析表明，该区域15a来不存在明显的开荒和毁林等土地利用方式转型现象，利用方式未变化的土地占总土地的95.98%。严重沙化土地的91.39%发生在利用方式未变化的草地、耕地和未利用土地，三者沙化程度加重分别占该区所有沙化程度加重土地的55.16%、25.92%和10.31%。实地调查和遥感、统计等相关数据分析表明，耕地沙化主要是秋耕和农业大机械的应用为风蚀创造了条件，连年耕作和经济作物的种植促进了耕地退化；草地和未利用土地沙漠化主要因为载畜量过重和草原交通对草场的破坏。针对以上土地利用强度过大等造成土地沙漠化的原因提出华北农牧交错带土地利用调整策略。