论遥感技术在土地利用动态监测中的应用分析

论遥感技术在土地利用动态监测中的应用

Summary：为了提高土地利用的检测精确度及效率，让土地利用更好地为人类发展以及相关政策的提供原始数据的参考，本文以遥感技术的应用为研究对象，论述了土地利用和遥感技术的基础概念，对应用在实地监测中的基础准备做了研究，重点探究了在遥感技术中对土地利用的信息提取以及在土地利用动态监测中的具体情况，以期为相关工程人员提供参考。Keys：遥感；土地利用；动态监测引言遥感技术是我国土地资源调查技术的重要组成部分，对我国完成土地资源大调查，制定更加合理的资源发展和规划方案不重要意义，通过遥感技术进行资源调查与分析，能使我国的国土规划更好地为人所利用，改善现有的生态环境，创造绿色宜居的人类居住地.遥感技术应用在土地利用动态监测中，可以达到从宏观到局部的效果。获得更加客观的数据，并具有很强的时效性，能够与不同时期的数据产生对比。一、土地利用及遥感技术的基本概念（一）土地利用及其调查土地利用是以人的角度来对土地的功能进行划分，例如建筑、农耕、交通等等。对土地利用进行动态监控，能够监测到土地利用的动态变化过程并对其影响因素加以分析，使国家更好的根据现有土地条件进行经济规划，制定民民生方案。传统的土地利用调查常使用野外调查等方法获取土地利用图，耗费大量人力物力及时间，然而，现今城市发展较快，许多地区的土地利用情况随着经济的发展不断发生变化，传统的方式难以对土地利用情况进行更新，因此遥感技术显现出了其优点。遥感技术覆盖面积较大，有较强的宏观性，能够对多种物体信息进行识别，获取较为丰富和准确的土地利用信息，并且更新速度较快，可以在短期内达到对土地利用情况的实时更新。（二）遥感技术遥感技术通过传感器在远处对目标物体进行探测，得到物体信息，对其进行分析识别并获取其分布特征，它依赖于对光谱、时间等特征的分析，来了解物体的分布特性。随着遥感技术的发展，卫星遥感器可以做到高分辨率及高光谱的图像识别，先进的高分辨率成像光谱仪等设备技术，应用在军事、地质等各个领域。（三）土地利用遥感监测方法（1）元对比法元对比法是将测得的光谱特征信息与之前不同年份的光谱信息进行对比，首先确定发生变化的具体位置，然后再在该位置确定发生具体变化的光谱信息。（2）分类后对比法分类后对比法是将测得的土地利用类别与先检测得的类别进行分类，对于不同时间同一类别下，土地利用的具体位置和信息发生变化的部分，以此来确定土地利用的动态变化。这种方法更为精确，但有时会过度放大变化的存在。二、土地利用变化的动力因素土地利用变化的动力因素有很多，包括人为因素、社会因素、经济因素等等。选取不同时间进行地利用的对比，可以对不同方面的动力因素进行分析与判断，从而确定该地区内土地利用变化的具体因素。（一）人口因素人口可以通过多种方式来影响土地利用的变化，人通过行为来直接改变土地利用的类型和结构。人在进行生产活动时，会改变农用地与建筑用地的结构，不同的生产方式以及活动方式也以不同的方式对土地利用产生着影响。土地为人提供居住场所、生活场所和生产场所，来满足人的基本活动需求。人通过土地道路通往不同地区，达成不同区域人之间的往来。人对土地利用进行一定程度的消耗，同时会对生态带来一定的压力。因此人的增长也会使土地利用结构发生很大的变化，原有的自然生态在人类的影响下，朝着不同方向的土地结构而变化。人口增长驱动土地利用的改变，使更能满足人们对生活的需求，但也在一定程度上造成了对自然的破坏，使土地利用朝着不利于人与自然和谐共生的方向发展，过度干涉土地利用，将会降低土地资源的可持续性。（二）政治政策的影响政策的影响指引着经济的影响和人的活动。各个地区有市一期当地发展的经济政策，在农产品的规划上，各地会选择11期等地发展的农产品来鼓励生产，因此会有区域性的农业产业园。在煤炭城市，煤炭政策也在一定程度上造成工矿用增加。旅游城市会注重道路建设和生态市场的开发。同样，环保政策也在一定程度上扩大了林业用地的面积，增加森林覆盖率，并在沙漠边界等一定区域内形成林带。（三）工业化和城镇化工业化和城镇化决定了社会的发展趋势，将土地朝着更利于人生活的方向进行改变，扩大工业生产的规模。这就意味着厂房、居民楼等建设用地逐渐增多取代农业用地，而工业化，城镇化的概念也在不断影响着人们的生活和价值取向，使土地利用发生改变的速度也在发生着变化。而工业化的发展也在一定程度上促进了其他产业的发展，交通道路逐渐增多，使土地利用结构从侧面发生变化，农业用地更多设置在利于农产品生长的区域，已达到用最小的面积获得优质高产。（四）经济因素（1）农业生产对土地利用的变化不同地区农业生产结构的变化会造成土地利用变化发生，土地利用的变化从一定程度上促进了当地农业生产水平的发展，使其朝着更符合农产品生产的方向发生改变，提高了农业效益和农业现代化的发展。（2）经济结构的土地利用的变化一些煤矿城市和交通枢纽城市引起城市的发展需求，使得土地利用结构发生了一定程度的变化。部分城市朝着不同的产业方向发展，正在减少农用地而增加建筑用地，提高交通、城镇的覆盖率，但过度开发也会造成对土地一定程度的浪费。（3）经济发展水平对土地覆盖率的变化各个地区经济发展的水平和速度不同，消费结构也在发生着不同程度的变化。在发达地区，人对粮食作物用地的需求有所降低，土地利用更多地需要满足人交通居住的需求。三、遥感技术在具体监测中的研究基础（一）卫星遥感影像数据在进行实际地区的遥感影像分析时，首先需要确定该地区卫星的波段及图像数据。对图像数据进行几何校正等处理，使其有较高的清晰度和分辨率。（二）专题资料及研究区域的具体情况在进行土地动态分析前，需要对该地区具体的图像资料以及实地考证的图片进行准备。研究者需要对当地具体的经纬度位置进行确认，根据资料了解其现有的地貌基础，海拔情况，跨越的河流等等。查询当地的气候条件，确定其降水量、风速、日照、强对流天气等情况以及各月的平均气温。确认当地的资源状况，对当地主要拥有的资源分布情况、产量、当地特色进行一定程度的了解。确定当地的交通条件，包括该地区内部干道以及通往不同地区的交通干道[1]。软件准备（1）遥感图像处理软件ARCGIS软件能够对图像数据进行管理，并且具有强大的空间数据分析能力，为使用者提供查询功能。（2）地理信息系统软件ERDAS软件有良好的用户操作体验，较为灵活，拥有丰富的内容和强大的图像处理功能，用户可以根据模块化的方式对功能进行选择。四、遥感技术中的土地利用的信息提取（一）土地利用分类再对调查区进行土地利用分类的区域划分时，应该搞定当地的气候、地貌等多种条件并且考虑一定的社会因素，对调查局的土地进行划分，例如在农业区，可以将农用地划分为耕地、园林、林地等，在城市区域则可以重点对居住用地、交通用地等进行划分，在水域发达的地区也可以对河流、湖泊等进行更加具体的划分。土地利用分类主要有农用地、建设用地、未利用地等大类。（1）监督分类监督分类是指在进行分类之前，技术人员针对先前进行野外调查的资料，首先对图像上的区域类别进行划分，并根据划分的区域提取相关信息，形成样本。再根据样本信息对图像符合要求的类别进行判别，最终确定去内各个像元的类别。（2）非监督分类非监督分类要尽可能多的采集数据，是基于一定的算法对最小公布距离进行迭代，对图像中的样本整体进行统计。（二）目视解译分类目视解译主要是指利用光谱规律等方法将地面的具体景物特征进行分析，确定该地的基本情况。目视解译可以用直接法、对比法和推理法来对调查区域具体分类特征进行识别与推断。直接反而是通过光谱特征、形态等直接对该地的类型进行识别。对比法就是对不同时期图像进行对比分析，来对该地难以区别的物体与先前不同时期特征进行对比分析，从而确定该地的具体类别。推理法就是利用技术人员的相关知识，来对图像进行一定程度上的推理，从而确定土地在该特征下代表的具体类别[2]。目视解译首先需要相关技术人员掌握调查区的基本信息和相关的影像资料，并且制定一定的工作计划，使接下来的解译工作更好地开展。技术人员需要对卫星图像色调、组合形态等进行一定的分析，综合考虑野外实地考察的各种对照特征对内容进行识别与分析，最后将类型接线转绘到地理图上。不同地物呈现的光谱特征不同，即亮度有所不同。卫星图像一般会呈现光谱信息、空间分辨率等综合的遥感信息，对不同地物的类别加以区分。水体对红外光吸收较强，因此在图像上呈现深色，可以直接进行辨别。植物在近红外和中红外波段呈现不同的反差，因此需要进行缨帽变换来对其进行优化分析，确认其具体的位置。土壤的光谱特征需要考虑其植被覆盖的程度，因此需要结合植被特征来对其进行解释，例如灌溉水田和水浇地会在图像上呈现一定的纹理结构特征。城镇的房屋较为密集，因此在图像呈现出具有规则矩形青绿、白色块；公务的图像特征带有一定的曲率半径的条带，不同类型的路面呈现不同的颜色，例如沙石路呈灰白色。在不同地区可以利用不同的要素来对土地利用分布进行分析，例如在黄土高原地区，可以利用不同坡度、海拔的地貌特征的影像来确认不同的土地利用分布。（1）自动识别分类采用监督分类与非监督分类结合的办法，先对该地区的地貌特征进行调查，根据数据人工对其进行分类，并对不同类别的地貌特征数据进行统计，根据这些分类的依据，对其他图像的类别进行判别。可以选择的方法有神经网络分类模型、最小距离法、最大似然法等等。最大自然分类法是假设地物的光谱分布服从正态分布，用状态分布对调查区特征参数进行计算，求得其概率密度，对像元进行分类。（2）分类后处理与精度将已经确认好的分类结果。参考相应的土地利用现状资料，对分类信息进行确认。对图像信息的精度进行检验，确认其精度和有效性。五、遥感图像处理在遥感影像的成像过程中，会受到许多干扰因素的影响，例如，遥感器位置的变化、地球自转的因素，都会使遥感器在测定过程中发生一定的变化。因此首先需要得出项，进行一定程度上的处理，来使这些变化对真实图像的影响降到最低。（一）几何精校正结合经校正是对遥感图像的坐标和空间进行分析，运用一定的数学模型。将图像坐标转换为地面坐标，对该地的灰度值进行重新采样。最近行精度矫正时，首先要确定好地面控制点，可以选取图像上较为清晰的标志，并且该地不易随时间发生变化，例如河流岔口等。在图像上均匀选取好地面控制点，利用齐次多项计算模型对图像进行几何精校正[3]。（二）遥感图像剪裁遥感图像剪裁是根据一定的分类界限或按照研究感兴趣的区域对图像进行剪裁，可以是按照一定规则的坐标对图像进行剪裁，也可以是不规则封闭区域。（三）遥感图像波段选择再进行遥感图像波段选择时，可以按照光谱特征来确定波段，也可以按照信息量的大小为标准，进行波段的确定。波段确定应该满足一定的要求，首先是各个阶段之间的标准差要较大，相差较大的波段可以承载更大的数据信息量。其次是所选取的各个波段之间相关系数要尽可能小，这样呈现出的图像才会有较大的差别，最后是个波段的均值不能相差过大，避免出现图像偏色现象。（四）遥感图像增强处理遥感图像增强是为了增加视觉效果，是头像能更好地表达土地利用的分布信息，从而确定更加量化的数据。在不同季节，不同天气因素进行的图像采集，会在色彩饱和度、清晰度上出现一定的差别，从而影响了对信息的提取。对图像进行增强处理可以用滤波处理、线性拉伸等方法。线性拉伸时较长使用的图像增强方法，能够从一定程度上提高图像的对比度和清晰度，使图像细节能更好地被人所辨认。六、遥感技术在土地利用动态监测中的应用遥感动态监测遥感动态检测是利用多种平台、多光谱和多波段对同一地区不同时间的遥感数据进行采集分析与对比，根据该地区光谱特征的变化，对图像的效果进行量化。遥感动态监测可以用来对土地利用的情况进行分析，对耕地的变化进行实时的监测，在森林资源中测评森林的砍伐情况，对自然生态中植被的变化进行探究，也可以用作与灾害的监测与评估。遥感土地利用率动态变化监测的前提土地覆盖的变化要导致地物的灰度值发生一定程度的变化，这样才可以在遥感动态监测中得到显现。并且该灰度值的变化要在很大程度上是由于土地覆盖变化引起，不能小于因大气情况等其他因素而导致的该灰度值的变化。通过对不同时间的土地利用信息光谱特征、时间域等方面进行分析，确定土地利用具体的变化情况。土地利用的总体分析通过遥感图像对土地的整体分界情况，包括地势地貌、城镇、林区、河流等等进行总体特征的确定，确定各地所占的百分比，从而推断各区域在各行业领域的配置及利用状况，对土地利用的结构进行确定。（1）土地利用变化分析（2）土地利用的变化幅度在遥感图像上可以分析到土地利用的总体结构及分布情况，与不同时期的土地利用面积进行对比，了解具体的土地变化幅度。确定年份区间，对比该地区土地利用面积大小顺序的变化，确定在该年度区间，发生变化较大和较小的土地类别，并分析各个土地利用类别具体的变化情况和涨幅趋势。（3）土地利用变化的速度单一类别的土地动态变化的速度可以表示为：(6.1)式中，Ua表示研究期初土地利用的数量；Ub为研究期末某一种土地利用的数量；T表示为研究的时段长。当T的时段设定为年时，K为研究时段内某一土地利用类型的年变化率[4]。通过公式确定该区域内各个类别土地利用的变化情况，确认其增长的变化率。对整个区域的综合土地动态的变化度可以描述为：(6.2)式中：LUi为研究起始时间第i类土地利用类型面积；∆LU-i为研究时段内第i类土地利用类型转为非i类土地利用面积的绝对值；T为研究时段长度，当设定为年时，LC的值就是该研究区土地利用年变化率。（4）土地利用类型转化分析土地利用类型转化分析是确定在不同年份期间，土地利用类型面积的变化情况以及不同土地类型在不同时期时具体覆盖的位置