盧秀麗 劉秀紅 趙偉娜

（中國地質(zhì)大學(xué)〈北京〉長(zhǎng)城學(xué)院 河北 保定 071000）

隨著全球變化研究的深入，人們認(rèn)識(shí)到土地利用/覆蓋變化是造成全球氣候變化的重要原因。LUCC對(duì)地表生物、氣候、水文等過程具有直接的影響，如大氣圈、生物圈及水圈相互之間能量、水分、化學(xué)元素的交換和遷移及其對(duì)大氣邊界層的影響。同時(shí)，人類對(duì)于土地資源的利用直接改變土地覆被的狀態(tài)，從而影響氣候與環(huán)境的變化，最終制約著人們的生產(chǎn)活動(dòng)，人們不再把自己凌駕于自然之上而是尋求人與自然的和諧發(fā)展，從而得以持繼發(fā)展。鑒于以上認(rèn)識(shí)，自20世紀(jì)90年代以來，國際地圈-生物圈計(jì)劃（IGBP）和全球環(huán)境變化的人文領(lǐng)域研究計(jì)劃（HDP）提出的土地利用/覆被變化（LUCC）科學(xué)研究計(jì)劃，引起世界各國政府及國際組織的普遍關(guān)注[1-4]，綜觀目前國際上有關(guān)LUCC的研究，其內(nèi)容可以大致地歸納為三個(gè)核心：土地利用的動(dòng)力機(jī)制、土地覆蓋的變化、土地利用與土地覆蓋變化的區(qū)域與全球模型。

雖然很多學(xué)者對(duì)LUCC已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究，但是土地利用/土地覆蓋具有很強(qiáng)的“地域性”，且LUCC的研究方法具有多樣性；可考慮因素也具有多樣性等特點(diǎn)使得我們?cè)谶@方面可做的工作還很多。由于數(shù)據(jù)的限制，本文只是進(jìn)行了土地利用/土地覆蓋的分類嘗試（以監(jiān)督分類為例），但它卻是進(jìn)行土地利用/土地覆蓋各個(gè)方面研究所必不可少的。

1 數(shù)據(jù)來源及說明

（1）2001年 6 月 30 日 LANDSAT7 ETM+影像；（2）羅峪溝流域邊界線；（3）1:10000的流域水系圖；（3）天水市羅峪溝流域1986年土地利用現(xiàn)狀詳查資料。

2 研究區(qū)概況

羅峪溝流域位于甘肅省天水市北郊，發(fā)源于天水市鳳凰山麓，從西向東經(jīng)天水市東郊流入藉河，屬黃土丘陵溝壑區(qū)第三副區(qū)，流域呈狹長(zhǎng)形，溝系分布為羽狀，面積72.79km2。地形從西北向東南傾斜，平均海拔

1537.6m。地面物質(zhì)有第四紀(jì)黃土和第三紀(jì)紅土，洪積沖積物和部分風(fēng)化變質(zhì)巖，其中黃土覆蓋面積占3/4左右。屬大陸性季風(fēng)氣候，多年平均降雨量531.1mm，且多集中在7、8、9月，蒸發(fā)量1293.3mm，干燥度指數(shù)

K=1.30，年平均氣溫10.7℃，極端最高氣溫38.2℃，最低氣溫-19.2℃，無霜期184天。

3 土地利用/土地覆蓋分類流程

3.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

3.1.1 輻射校正

遙感數(shù)據(jù)在獲取過程中，傳感器在接收地物反射或發(fā)射電磁波時(shí)由于大氣的吸收、散射和傳感器內(nèi)檢測(cè)性能差異等因素的影響，使得反映在圖像上的信息量發(fā)生變化，使進(jìn)入傳感器的目標(biāo)物的輻射值發(fā)生畸變，造成圖像模糊、對(duì)比度下降。因此在應(yīng)用影像進(jìn)行分析之前，必須盡可能地通過處理消除畸變，恢復(fù)圖像的本來面目。其校正過程如下：

1）用定標(biāo)系數(shù)將原始DN值轉(zhuǎn)換為大氣層頂太陽輻亮度L；

L是地物在大氣頂部的輻射亮度，DN是像元值，LMAX、LMIN為每個(gè)波段的輻射亮度最大值、最小值，可從頭文件中得到。

2）由大氣層頂太陽輻亮度L轉(zhuǎn)換為反射率。

ρs是大氣層頂反射率，ds是日地天文單位距離 （本文中其值為1.0167），θs是太陽天頂角（本文中其值為24°，實(shí)際計(jì)算時(shí)需要轉(zhuǎn)換成弧度單位），E0是太陽輻照度。

3）大氣校正

經(jīng)過上面兩步的處理，像元灰度值轉(zhuǎn)換為了反射率，使用5S模型對(duì)可見光波、中紅外段進(jìn)行大氣校正，得到了幾組地面反射率與大氣層頂反射率之間的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)得到波段1-5和波段7的回歸方程分別為：y=1.1361x-0.0599、y=1.1509x-0.0313、y=1.104x-0.0179、y=1.0834x-0.0081、y=1.083x-0.0013 和 y=1.0596x-0.0006（x表示大氣層頂?shù)姆瓷渎?，y表示地面反射率）。

由于缺乏地形數(shù)據(jù)，所以無法進(jìn)行地形校正，利用上面的公式，在ERDAS IMAGINE的建模工具中完成校正過程。

3.1.2 幾何校正

幾何校正就是利用一定的方法消除像元相對(duì)于地面目標(biāo)實(shí)際位置的偏差，并將像元目標(biāo)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)地面目標(biāo)的地理坐標(biāo)。其包括兩個(gè)方面：一個(gè)是像元空間位置的變換，另一個(gè)是像元灰度值的內(nèi)插。本文中，空間內(nèi)插選用了二次多項(xiàng)式方法，選取的參考圖像為1:10000的流域水系圖（一般參考地形圖、DEM或地面調(diào)查點(diǎn)進(jìn)行校正，但在本文中由于數(shù)據(jù)的限制，采用了水系圖），像元灰度值內(nèi)插方法采用了利于保持原圖像的值的最鄰近法進(jìn)行內(nèi)插。

3.1.3 圖像增強(qiáng)處理

針對(duì)圖像目視效果較差的問題，本文對(duì)圖像進(jìn)行了簡(jiǎn)單的增強(qiáng)處理，改善了圖像的質(zhì)量、提高了圖像的目視效果、突出了主要的信息，從而為下面的分類處理做好了預(yù)處理工作。

3.2 分類系統(tǒng)的確定

參考1984年9月原全國農(nóng)業(yè)區(qū)劃委員會(huì)制定的 《土地利用現(xiàn)狀調(diào)查技術(shù)規(guī)程》和中華人民共和國國土資源部2001年8月21日國土資發(fā)[2001]255號(hào)印發(fā)的全國土地分類（試行）中的分類系統(tǒng)，考慮到與上述分類系統(tǒng)的兼容性、數(shù)據(jù)的分辨率、研究區(qū)土地利用類型的數(shù)量和分布特征，結(jié)合天水市羅峪溝流域1986年土地利用現(xiàn)狀詳查資料，將土地利用類型分為耕地、林地、草地、河床地、未利用土地等五類，各類土地利用類型的含義見表1。

表1 土地利用分類系統(tǒng)及其含義、編號(hào)

3.3 執(zhí)行監(jiān)督分類

監(jiān)督分類的主要步驟：

（1）顯示需要分類的圖像；

（2）打開分類模版編輯器；

（3）調(diào)整分類屬性字段；

（5）獲取分類模版信息并保存；

（6）評(píng)價(jià)分類模版信息。

通過直方圖繪制，可以得出看出所選模板不同波段樣本的亮度值分布基本都趨于正態(tài)分布，代表性較好。

圖1 土地利用專題圖

通過計(jì)算可能性矩陣可以得出所用模板的總體精度為93.76%，其中草地、未利用地、耕地、林地和河床地的制圖精度分別為85.02%、80.05%、98.42%、95.75%、86.29%；漏分精度分別為14.98%、19.95%、1.58%、4.25%、13.71%；用戶精度分別為 91.61%、96.12%、93.65%、92.88%、96.40%； 錯(cuò)分精度分別為 8.39%、3.88%、6.35%、7.12%、3.60%。從制圖精度來看，除草地與未利用地較低外，其他類別基本達(dá)到預(yù)期目的，分類方法在現(xiàn)有條件下較理想。從用戶精度來看，各類別可信度較好。

（7）執(zhí)行監(jiān)督分類——采用最大似然法

（8）分類結(jié)果的評(píng)價(jià)——分類精度評(píng)估

通過對(duì)隨機(jī)采取的65個(gè)樣本點(diǎn)的校驗(yàn)，精度達(dá)到83.06%。

3.4 制作土地利用專題圖（見圖1）

為了有效的保護(hù)和合理開發(fā)利用土地資源，必須首先有效地把握真實(shí)、準(zhǔn)確和實(shí)施的土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，同時(shí)進(jìn)行不同時(shí)期土地利用類型轉(zhuǎn)換的監(jiān)測(cè)亦變得越來越重要。采用遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)土地資源利用狀況是一條行之有效的方法。不僅要獲得土地利用變化信息，而且要獲得變化的類型，其實(shí)質(zhì)是獲得不同檢測(cè)時(shí)間的土地利用/土地覆蓋分類信息。所以進(jìn)行土地利用/土地覆蓋分類具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。

［1］UNEP-EAPAP,Land cover assessment and monitoring,volume1-A.Overall Methodological Framework and Summary[M].Bankok:UNEP-EAPAP,1995.

［2］US-SGCR/CENR.Our Changing Planet,the FY 1995 US.Global Change Research Program[M].Washington D C:USGCRIO,1995.

［3］Otsubo k,Towards land use for global environmental conservation(LU/GEC)project.In:Proceedings of the Workshop on Land Use for Global Environmental Conservation[M].Tsukuba,Japan,1994.

［4］NASA.Modeling Land-Use and Land-Cover Changes Environment and Natural Resources/LUC[M].2004 Research Plant.