第六章 地表覆盖与土地利用变化监测

地理国情监测专业课
地表覆盖 + 与土地利用
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第六章：地表覆盖与土地利用变化监测
+第六章 地表覆盖与土地利用变化检测
教学目的 • 1. 较系统地掌握和理解地表覆盖与土地利用 遥感变化检测的方法； • 2. 全面理解地表覆盖与土地利用时空变化驱 动力分析方法。
+ 第六章 地表覆盖与土地利用变化检测
6+.1地表覆盖与土地利用变化检测基本概念
6+.1地表覆盖与土地利用变化基本概念
6+.1地表覆盖与土地利用变化基本概念
6+.1地表覆盖与土地利用变化基本概念
两种变化的关系：
单一的土地利用形式往往与某一种土地覆盖类型相 对应（放牧-草地）。一种土地覆盖类型支持多种 利用方式，如森林可用于木材的开采、采伐或火烧 后用于耕种、狩猎和采集、燃料木收集、娱乐活动、 野生生物保护，水土保持等。
用于变化检测的遥感数据的选择需要遵循以原 则： 光谱：选择合适的遥感数据类型以及相应的波 段；
维度：选择相同维度（二维、三维）的遥感数 据。
6+.2地表覆盖与土地利用的遥感变化检测
用于变化检测的遥感数据的选择需要遵循以原 则：
另还要注意大气状况、土壤湿度状况、物候特 性等，以保证数据的可比性和变化检测的可靠 性。
6+.2地表覆盖与土地利用的遥感变化检测
6+.2地表覆盖与土地利用的遥感变化检测
图像差值法：
将两个时相的遥感影像按照波段进行逐像素的相 减，从而生成一幅新的代表两个时相间光谱变化 的差值图像。
假设辐射值的显著变化代表了土地覆盖变化，在 差值图像中接近于零的像元视为无变化，大于或 者小于零的象元表示覆盖状况发生了变化。
6+.2地表覆盖与土地利用的遥感变化检测
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变化信息提取方法： 通常要求采用两种以上变化信息发现方法， 有效防止变化信息的遗漏。 阈值法 手工描绘法
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阈值法:
遥感图像中，各类地物都对应特定的灰度域。 在变化信息特征增强的图像上，变化区域的灰 度值与其它区域的灰度值一般是明显不同的。 因此可以根据直方图和影像特征，交互确定变 化存在区灰度域的上下限阈值；然后利用阈值 将变化发生的区域从图像中提取出来。
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研究意义： 1.地球系统科学、全球环境变化以及可持 续发展涉及到自然和人文多方面的问题。 在这方面加强自然和社会科学的综合研究， 已成为两大学科领域诸多学者的共识。
在全球环境变化问题中，地表覆盖与土地 利用变化可以说是自然和人文过程交叉最 为密切的问题。
6+.1地表覆盖与土地利用变化检测基本概念
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两种变化的关系：
单一的土地利用系统可能包含不同的土地覆盖类 型共同存在，如一个农业系统兼有耕地、林地、 已开发的牧场、村落（居民地）。
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两种变化的关系：
土地利用的变化很可能引起土地覆盖变化，但是 在土地利用不变的情况下，土地覆盖也可能发生 变化。如当木材生产或耕作的常速超过了森林的 更新能力时，森林讲不断缩小。
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两种变化的关系：
现在大多数的土地覆盖变化是为人类的土地利用 所驱动，土地覆盖的变化时土地利用变化的直接 响应。
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全球变化-遥感技术 应用多光谱卫星遥感数据对土地覆盖与土 地利用进行识别和提取成为遥感研究的重 要方面，并形成了一些变化识别和检测的 方法。
多波段主成份变换法；
主成份差异法
6+.2地表覆盖与土地利用的遥感变化检测
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假彩色合成法：
将两个甚至三个时相的同一波段分别放入红、绿、 蓝影像处理面板中，合成后的图像，可以显示出 高亮度的变化。
以SPOT为例：首先将两个时相的SPOT全色影像进 行匹配并重采样，将前一时相的影像赋予绿、蓝 波段，后一个时相的数据赋予红色波段，若地表 未被破坏，即影像灰度接近，合成后将是黑色或 者白色，而出现红蓝区域，则可能是变化的区域。
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土地利用变化概念： 土地利用是人类根据土地的特点，按一定的 经济与社会目的，采取一些列生物和技术手 段，对土地进行长期或周期性的经营活动。 它是有一个把土地的自然生态系统变为人工 生态系统的过程。
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土地利用变化监测概念： 土地利用变化包括一种利用方式向另一种利 用方式的转变以及利用范围、强度的改变。
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自动提取： 通过遥感数据处理技术如分类或取阈值法， 自动确定变化图斑的范围。
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自动发现方法： 光谱特征变异法； 主成分分析法（PCA）； 假彩色合成法； 图像差值法； 分类后比较法； 波段替换法；
遥感影像 （时相1）
分类
分类图像 （时相1）
遥感影像 （时相2）
分类
分类图像 （时相2）
遥感影像 （时相…）
遥感影像 （时相n）
分类
分类
分类图像 （时相…）
分类图像 （时相n）
空间比较分析 （逐像元类别比较）
变化信息
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优点： 直接获取变化的类型、数量和位置； 进行两个时相以上的遥感影像的变化分析。 缺点： 无法发现同一地类内部的小变化； 精度较低，变化提取的精度大致等于各时相
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光谱特征变异法：
同一地物反应在SPOT影像上的信息与其在TM那个 的光谱信息一一对应。因此，将二者融合时，将 如实的显示出地物的正确光谱属性。但是如果两 者信息表现不一致时（地物发生变化），融合后 的影像上就会出现光谱突变（变异），并与周围 地物在光谱上失去协调性，从而检测出变化信息。
地表覆盖变化概念：
包含两方面的含义，一是转化（Conversion）， 另一方面是改变（Modification），前者是土地 从一种覆盖类型向另一种覆盖类型转化，后者是 一种土地覆盖类型内部条件（结构和功能）的变 化。当然，转化和改变之间的界限并不总是很明 确的，长期的、经常性的改变最终会导致完全的 转变。
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手工描绘法:
通过人机交互解译，从变化特征增强的图像中手工 描绘出变化范围。
解译的基本要素包括色调/颜色、大小、形状、纹理、 结构、高度、阴影、组合构型和所Байду номын сангаас的地理位置等。
在PHOTOSHOP软件下，当变化图斑颜色单一时，可用 魔棒直接选择；反之则需进行勾绘，勾绘必须在大于1： 1的状态下，沿着融合图像的光谱与纹理变异分界处以 两个象素宽度向外勾绘图斑边界线。
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变化信息判读原则： 按照区位分布、类型特征、时相差异以及光
谱与纹理的一致性与差异性特征，判读变化 类型。
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变化信息判读原则： 变化图斑一般分布于人类活动频繁与经济发
展快速 的地带，例如城乡结合部、村庄周围、 开发区附近、公路铁路两侧、工矿与机场等 人工建筑物附近。
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地表覆盖变化概念：
地表覆盖：是指自然营造物和人工建筑物所 覆盖的地表诸多要素的综合体，包括地表植 被、土壤 、冰川 、河流 、湖泊 、沼泽湿地 及各种建筑物，主要侧重描述地球表面的自 然属性，具有特定的时间和空间特性。
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6+.2地表覆盖与土地利用的遥感变化检测
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缺点： 发生光谱特征变异的地物要有足够的几何尺 寸才能被人工目视发现，同时该方法的效率 还受到监测区地物光谱特征的限制。故丢失 图斑尤其是小图斑较多，而且效率低。
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主成份分析（PCA）是基于变量之间的相互关 系，在尽量不丢失信息的前提下利用线性变换 的方法实现数据压缩。在使用主成份分析法时， 一般要求对不同的时相的数据做主分量变换， 以压缩数据中的信息，突出主要的信息部分， 根据做PCA变换的具体操作的不同，该方法有 以下两种方式：
影像分类精度的累积。
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波段替换法：
首先融合前一时相的多光谱影像（TM） 与全色影像（SPOT），然后将融合影像 与后一时相的全色影像作匹配，将融合影 像分解为红、绿、蓝三个波段，用新的全 色波段代替融合影像的红波段，生成新的 影像。在新影像上能够容易地发现红色区 域为发生变化的区域。
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变化信息： 指在确定的时间段内，土地利用发生变化的位置、 范围、大小以及变化类型。 变化信息提取： 通过遥感手段，对统一地区不同时间的两个数据 信息进行分析、处理与比较，并结合目视判读解 译，以获取该时间段内土地利用的变化信息。
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如：遥感系统因素的影响以及数据源的选 择。
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