遥感技术在土地利用动态变化中的应用＊

三亚学院 崔金炀

在人类生存过程中土地利用属于最基本的经济活动，在各种因素的影响下，土地利用也在不断发生改变。主要表现为大幅度增加非农业用地以及降低耕地资源数量，在以往开展变化信息空间测量工作时大多依靠人工操作测量工具的方式，无法使土地资源动态监测的需求得到满足。在研究区域土地利用动态变化的过程中，最主要的工作就是对土地资源的质量、数量、分布情况以及变化趋势进行准确、及时的了解，能够在土地集约化程度和土地利用率提升方面发挥重要作用，从而为土地可持续发展利用提供保障[1]。在相关人员不断完善空间采集信息技术的过程中，相关人员必须学会在土地利用动态变化监测中合理运用遥感技术。

在提取土地利用变化信息的过程中大多利用一期或者两期遥感影像完成精确配准，现阶段已经实现信息检测方法的多样化。其中应用较为广泛的方法主要为主成分分析法、图像差值法等。经过相关的研究表明，由于变化信息检测方法不同其特色也不同，但是每种方法的有效性都没有得到公认，大多缺乏可靠性和经济、无法满足定量化自动化要求、处理效率和处理速度低等问题，在实际应用中还需要与人机交互式的木石判定相结合，所以，想要保证结果足够理想需要有效结合多种方法[2]。在充分考虑变化信息内容特点和构成的基础上，结合遥感技术的水平和现状，合理利用相关技术提取土地利用变化信息，其主要分为4个步骤，分别为自动发现变化位置、提取变化区域、确定变化类型以及表示变化信息。

1.1 图斑单元法

在自动检测土地利用变化的方法方面正常可以分为两类，分别为直接比较多时相光谱数据法和比较分类后结果法。比较分类后结果法是通过LUCC划分各时相数据类别，通过比较各分类结果来完成变化信息检测，在明确变化的过程中能够直接确定变化类型的转化信息和定量信息，在使用这种方法时不会受到传感器差异、物候状况以及大气变化的影响，不但能够在新旧时期的影像中适用，还能够在一期拥有LUCC数据而另一期拥有遥感影像的情况下适用，但是这种存在拥有较多遗漏图斑、较大判读难度、较差可靠性、较低自动化程度、大工作量等不足，而且各时相的分类情况还会影响其精度。实际上，在检测变化的过程中，其主流为不发生变化的信息。所以，在两个时期的信息中有大量的LUCC数据是一致的，若是借助计算机深入挖掘拥有利用价值的信息，完成各类型遥感信息知识库的建立，能够借助知识引导来实现变化信息检测的定量化和自动化，在定量识地物光谱指纹的基础上，能够对同一图斑单元中单一地类的变化范围和变化程度进行明确。

1.2 影像提取技术

直接比较多时相光谱数据的方法其本质就是运算不同时相的遥感数据，从而对变化区域进行明确，其主要分为以下方法：（1）影像差值法，这种方法就是使用一个时相的影像减去另一个时相的影像，两个时相影像中的变化信息能够通过差值影像得到准确反映，影像中的相同背景部分已经被滤除。其主要原理为在两个时相的遥感影像中未发生变化的地物类型的灰度值大多相近或相等，当在改变地物类型后，会在一定程度上改变对应位置的灰度值。所以，若是有地类变化情况发生在差值图像上，将会增大其背景值和灰度值的差异，从而在背景影像中展示出变化信息，这种方法拥有快速简单的优势，但是同样有存在明显的不足，首先对图像拥有较高的时相要求，所以最好使用同一季节的遥感影像；
其次因为运算是通过点对点的方式完成，所以在差值图中的噪声较多；
最后因为有异物同谱和同谱异物的现象存在，所以会有大量假变化信息存在。虽然这种方法存在一定的不足，但是在拥有明显变化特征、均匀色调纹理以及单一地物类型的地段非常适用，能够取得较为理想的效果[3]。而当存在较为复杂的影像特征时，可以有效结合这种方法与其他方法。（2）主成分差异法，首先需要使用PC变换分别处理两影像，然后运算变换结果差值，最终处理结果为差值的绝对值。因为在PC变换过程中，影像中的主要信息都集中在前面的分量中，所以，在作影像差值的过程中，原始影像中的变化信息能够通过前面分量之差得到反映，在波段组合中利用差值分量的方法能够使不同时相影像的变化得到准确反映。

1.3 提取变化区域

自动发现变化信息能够完成两个时相LUCC变化分布和具体位置的检测，但是并不能够准确检测LUCC变化的边界位置和具体范围，若是缺乏完整的面状检测目标或者现状目标不连续，需要在遥感影像中完成变化区域各目标边界、形状以及范围的准确提取。在实际开展工作时，相关人员可以利用以下方法提取变化区域：（1）阈值法，在经过处理后很多时候都是通过彩色遥感图像反映变化信息结果，与主成分分析的原理相结合，主要的变化信息都集中在结果中的第一分量，所以在确定变化结果时可以选择该分量的灰度值。在遥感影像中如果部分区域存在光谱信息变化情况，那么与周边地物影像灰度值相比该区域将拥有更大的影像灰度值，可以根据相关影像完成阀值的确定来突出显示这些变化部分。相关人员应该结合自身的经验选取阈值，从而防止模板中存在过多的伪变化信息。但是需要注意是可以存在少量的伪信息的，它能够使丢失变化图斑的情况得到有效避免。（2）人机交互描绘法，这种方法主要利用人机交互解译的方式，在增强图像中的变化信息特征后利用人工勾勒出变化区域。在解译的过程中包含颜色、色调、形状、大小、结构、纹理、地理位置、阴影、高度、组合结构等基本要素。灵活是这种方法最显著的优点，并且在使用这种方法的过程中需要借助相关人员的判断和思维，所以能够获得非常准确的信息提取结果。不过，人机交互解译需要相关人员拥有丰富的知识和经验，如地理地貌知识、遥感技术及遥感图像处理知识、专业知识以及计算机知识等。在现阶段计算机自动分类精度无法使工作需要得到充分满足的环境下，这种方法是一种非常重要的方法[4]。

1.4 确定变化类型

在确定变化类型的过程中只以发生变化的区域为对象，在这个过程中可以使用自动分类识别、人机交互解译等方法。在这个过程中，需要对已有的多源信息进行充分利用，能够发挥非常重要的作用，在自动分类识别特征空间的过程中不同时相的LUCC数据、变化影像、遥感影像属于重要基础，可完成各种类型判别知识库的构建，并在知识库的引导下准确识别类别。

1.5 表示变化信息

表示变化信息就是统计和表达各类图斑以及量算单图斑，在正常情况下可以利用以影像为背景的专题图和统计报表完成表达[5]。

2.1 研究区基本情况

该研究区处于吉林省西部，地处荒漠草原和森林草原的中间地带，为我国北方典型的农牧交错带，在该研究区存在非常明显的草场退化和水土流失等环境问题，所以针对该研究区开展土地利用动态变化分析具有非常重要的意义。

2.2 数据来源

在本次研究中以研究区2000—2020年的社会经济数据和土地利用现状数据作为基础数据，具体情况如表1所示。其中主要包括自然环境数据、社会经济数据等统计数据，行政区划、土壤图、水文地质图、地形图等辅助地图数据，2015年7月和2020年7月的遥感数据。

表1 研究区历年土地利用结构Tab.1 Land use structure of the study area over the years

2.3 数据处理

在处理遥感影像数据前，需要利用几何精校正和配准的方式处理两个时相的图像，在影像中应该选择典型地物作为控制点，在选择过程中应该保证满足拥有一定数量和均匀的要求。同时应该完成影像的假色彩合成、增强以及几何校正工作。最后应该完成地形图与RS影像配准，在配准的过程中需要满足0.5个像元以内的精度要求，从而保证影像叠加分析的精确度。

2.4 结果分析

在本次研究中使用人机交互解译方法，所用软件为ARC/INFO，通过对ARC/INFO软件的空间分析功能进行利用，借助“Intersect”两两叠加多时相土地利用矢量数据，对于叠加过程中产生的碎屑多边形使用“Eliminate”剔除，最终得到如表2所示的土地利用动态变化数据，明确土地利用产生变化的区域，进而完成土地利用变化信息的提取，在检查过程中使用逐个对照重点地区图斑的方法，然后合理调整提取变化信息的技术和监测结果，直至相关的精度要求得到满足。

表2 研究区历年土地利用变化情况（km2）Tab.2 Land use change over the years in the study area (km2)

土地利用类型数量变化能够直接反映研究区土地利用类型变化，通过准确的分析数量变化能够明确土地利用结构变化以及变化的整体趋势，通过分析研究区历年土地利用数据可知，该研究区在土地利用变化方面拥有以下整体趋势：（1）通过分析耕地面积变化可知，该研究区近年来正在逐步增加耕地面积；
（2）通过分析研究区草地面积可知，在近年来研究区的草地面积正在快速减少，这一结果与研究区草场退化问题相符；
（3）通过分析研究区林地面积可知，虽然2010—2015年研究区在一定程度上提升了林地面积，但是在2000—2010年和2015—2020年林地面积都出现了大幅度减少；
（4）通过分析研究区水域、居民地面积可知，这两者在2000—2020年变化不大；
（5）通过分析研究区未利用地面积可知，研究区正在逐年增加未利用地面积。

综上所述，在土地利用动态变化监测中遥感技术能够发挥非常重要的作用，拥有非常高的应用和推广价值。随着深入应用遥感技术和不断发展计算机技术，使遥感技术的性能变得越来越强，但是在同物异谱和同谱异物以及遥感自身模糊性的影响下，在一定程度上提升了自动识别专题信息的难度，需要相关人员合理利用相关的方法和技术。近年来，随着不断融入各种科学的方法，在很大程度上提升了提取专业信息的质量。在这种情况下，在土地利用动态变化中合理应用遥感技术，能够使研究区土地利用变化情况得到准确反映。另外，相关人员应该尝试在土地利用动态变化监测中合理应用GIS技术和遥感技术，同样能够满足监测土地利用动态变化的需求，从而为相关人员开展土地规划和土地治理工作提供科学依据。

引用

[1]赵继成.遥感技术在土地利用动态监测中的应用[C]// 中国感光学会第六次全国感光(影像)科学大会暨第五届青年学术交流会.北京:北京大学出版社,2008:9-15.

[2]诸云强,孙九林.土地利用遥感动态监测应用研究——以兰州安宁区为例[J].资源科学,2006,28(2):82-87.

[3]黄丽芳.基于遥感和GIS的海南岛土地利用动态变化特征试验研究[J].中国科学院遥感应用研究所,2001,23(3):23-24.

[4]胡黎明,苏达,王树文.遥感与GIS技术在土地利用动态监测及执法监察中的应用[J].影像技术,2012,24(3):36-38.

[5]冯颜博,赵扣.浅析无人机遥感技术在土地工程中的应用[J].西部大开发(土地开发工程研究),2017,2(12):6-9.