江國(guó)兵

(增城市國(guó)土資源測(cè)繪院，廣東 增城 511300)

1 引 言

隨著全球的經(jīng)濟(jì)建設(shè)與發(fā)展，土地利用格局不斷變化。為了及時(shí)、有效地掌握土地資源，各國(guó)政府一直進(jìn)行著不同層次的土地資源及其利用狀況調(diào)查工作［1］。遙感技術(shù)具有覆蓋面廣、空間信息豐富、快捷方便準(zhǔn)確等先天優(yōu)勢(shì)，已成為土地利用監(jiān)測(cè)的重要手段。目前，世界各國(guó)都在研究遙感技術(shù)在土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用。自從國(guó)土資源部1999年9月29日頒布，10月30日實(shí)施《土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)規(guī)程》以來(lái)，我國(guó)全面開展土地利用動(dòng)態(tài)遙感監(jiān)測(cè)。土地遙感監(jiān)測(cè)體系在全國(guó)范圍內(nèi)被逐步建立起來(lái)，遙感技術(shù)在土地調(diào)查監(jiān)測(cè)領(lǐng)域內(nèi)逐漸成熟，并朝著標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；姆较虬l(fā)展［2］。本文主要對(duì)國(guó)內(nèi)遙感在土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行總結(jié)，介紹了國(guó)內(nèi)遙感在土地利用/土地覆蓋監(jiān)測(cè)、建設(shè)用地監(jiān)測(cè)、耕地變化監(jiān)測(cè)與土地質(zhì)量監(jiān)測(cè)四個(gè)方面的應(yīng)用情況。

2 土地利用遙感監(jiān)測(cè)流程

遙感數(shù)據(jù)主要包括光學(xué)遙感數(shù)據(jù)、SAR 數(shù)據(jù)和Li-DAR 數(shù)據(jù)，不同的數(shù)據(jù)各有優(yōu)缺，應(yīng)用在不同的方面?？傮w上，光學(xué)遙感數(shù)據(jù)的在土地利用監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用最廣泛，也是研究最為深入的。應(yīng)用光學(xué)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行土地利用監(jiān)測(cè)的一般技術(shù)流程如圖1 所示，主要包括準(zhǔn)備工作、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、圖像預(yù)處理、變化信息提取、成果輸出等步驟。

(1)準(zhǔn)備工作。明確主題，即確定遙感監(jiān)測(cè)的范圍與內(nèi)容，為順利開展工作收集和分析相關(guān)資料，制定相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和工作機(jī)制。

(2)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。按照步驟(1)制定的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，將收集到的資料進(jìn)行統(tǒng)一轉(zhuǎn)換，并導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)中。

圖1 土地利用遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)流程圖

(3)數(shù)據(jù)預(yù)處理。根據(jù)不同來(lái)源的遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，一般包括輻射糾正、幾何糾正、鑲嵌配準(zhǔn)、數(shù)據(jù)融合等工作，目的是保證遙感監(jiān)測(cè)區(qū)域的所有影像具有統(tǒng)一的地理坐標(biāo)及較高的影像分辨率。為進(jìn)一步優(yōu)化不同來(lái)源的數(shù)據(jù)信息，提高遙感影像信息提取的準(zhǔn)確率，文獻(xiàn)［3］～［5］對(duì)多源遙感影像融合方法進(jìn)行研究與驗(yàn)證。

(4)變化信息提取。根據(jù)監(jiān)測(cè)內(nèi)容要求，在模型庫(kù)中選擇適當(dāng)?shù)姆椒▽?duì)多時(shí)相、多源遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，凸顯土地利用變化特征，通過(guò)變化模板的生成有效提取出可能發(fā)生變化的位置大小和范圍。變化信息提取是土地利用動(dòng)態(tài)遙感監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵步驟，經(jīng)常會(huì)采用不同的方法，文獻(xiàn)［6］～［7］總結(jié)了常用的信息提取方法的適用范圍與優(yōu)缺點(diǎn)。

(5)成果輸出。把提取的變化信息按監(jiān)測(cè)主題制作成表格、文檔、專題圖、統(tǒng)計(jì)圖表等數(shù)據(jù)，進(jìn)行成果輸出。

3 土地利用遙感監(jiān)測(cè)應(yīng)用

3.1 土地利用/土地覆蓋監(jiān)測(cè)

遙感技術(shù)的應(yīng)用可以揭示全球、區(qū)域和局地不同空間尺度土地利用和土地覆蓋變化以及不同驅(qū)動(dòng)力之間的聯(lián)系。因此，常用同一地區(qū)不同年份的同一時(shí)相的遙感影像間存在著光譜特征差異的原理來(lái)識(shí)別土地利用狀態(tài)或現(xiàn)象的變化。早在1983年，王長(zhǎng)耀等［8］就利用航空遙感進(jìn)行平原地區(qū)土地利用現(xiàn)狀調(diào)查，完成天津市北郊區(qū)1∶1 萬(wàn)、1∶3 萬(wàn)土地利用現(xiàn)狀圖的編

制工作。而當(dāng)前土地利用/覆蓋變化動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中常用分類后比較法和人機(jī)交互解譯法。周翔等［9］對(duì)株洲市1999年、2003年和2007年3 個(gè)時(shí)相CBERS 星CCD 數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)督分類后提取土地覆蓋信息，發(fā)現(xiàn)株洲市林地、水體和城鎮(zhèn)居民點(diǎn)面積所占比重在1999年～2007年間逐漸提高。為提高分類精度，田傳召等［10］先利用NDVI 對(duì)1992年、2000年和2013年3 期LANDSAT 衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行植被區(qū)和非植被區(qū)的劃分，然后利用最大似然法分類，發(fā)現(xiàn)云南省昆明市區(qū)在1992年～2013 期間土地利用變化最大的是人工用地和未利用土地。田霞飛等［11］選取1990年、2000年、2005年和2010年的TM 和ETM+中的假彩色影像，通過(guò)人機(jī)交互解譯法監(jiān)測(cè)到黃河寧蒙段所處流域1990年～2010年的土地利用變化，如圖2 所示。

圖2 1990年～2010年黃河寧蒙段所處流域土地利用類型分布［11］

3.2 建設(shè)用地監(jiān)測(cè)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，建設(shè)用地?cái)U(kuò)展變化迅猛。因此，建設(shè)用地的變化是土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)監(jiān)測(cè)對(duì)象。通?？衫貌煌瑫r(shí)期的高分辨率遙感影像，依據(jù)建設(shè)用地的光譜特征及空間特征，通過(guò)影像變化信息自動(dòng)發(fā)現(xiàn)與提取或人機(jī)交互解譯方法，獲得區(qū)域內(nèi)的建設(shè)用地信息。在提取的建設(shè)用地信息上，疊加建設(shè)用地項(xiàng)目信息、城市規(guī)劃數(shù)據(jù)等資料，可進(jìn)行違法違規(guī)建設(shè)用地信息提取。張少佳等［12］就采用2009年的Geoeye 影像、2010年的Worldview－2 影像和IKONOS－2 影像，輔助地形圖、DEM、建設(shè)用地規(guī)劃許可等資料，獲取了重慶兩江新區(qū)內(nèi)的城市建設(shè)用地規(guī)模、結(jié)構(gòu)和布局現(xiàn)狀及其變化信息(如表1 所示)，準(zhǔn)確掌握區(qū)內(nèi)城市建設(shè)情況。宋剛賢［13］采用監(jiān)督分類和非監(jiān)督分類相結(jié)合的方法，對(duì)2004年和2005年的IKONOS 遙感影像進(jìn)行分類后提取了南京市建設(shè)用地信息，并結(jié)合南京的地形圖、城市總體和專項(xiàng)規(guī)劃圖、建設(shè)用地審批圖等數(shù)據(jù)，提取了城市違規(guī)建設(shè)用地信息。孫華蕓［14］采用像素級(jí)的影像融合方法，對(duì)SPOT和Landsat7 的影像進(jìn)行融合后通過(guò)構(gòu)建建設(shè)用地的特征波段，采用最大似然法，對(duì)融合影像進(jìn)行分類及建設(shè)用地的識(shí)別，進(jìn)而評(píng)價(jià)各種融合算法的有效性，發(fā)現(xiàn)PCA 變換法和GS 變換法融合后影像最有利于提高建設(shè)用地識(shí)別的準(zhǔn)確性，其建設(shè)用地識(shí)別的正確率分別提高到85.03%和83.50%。

2009年～2010年兩江新區(qū)各組團(tuán)城市建設(shè)用地變化統(tǒng)計(jì)表［12］ 表1

續(xù)表1

3.3 耕地變化監(jiān)測(cè)

18 億畝耕地是條紅線，耕地?cái)?shù)量再也不能低于18億畝。為實(shí)現(xiàn)耕地總量動(dòng)態(tài)平衡的宏偉目標(biāo)，必須全面、及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握全國(guó)耕地變化的情況，因此，耕地變化監(jiān)測(cè)是土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的重要任務(wù)，也是土地利用/土地覆蓋監(jiān)測(cè)的一個(gè)專題信息。馬志勇［15］采用SPOT5、TM/ETM+和MODIS 數(shù)據(jù)，經(jīng)判讀解譯、監(jiān)督分類處理提取了整個(gè)長(zhǎng)三角地區(qū)的耕地專題信息，通過(guò)空間疊加分析，得出長(zhǎng)三角區(qū)域1995年～2001年與2001年～2004年的耕地變化圖(如圖3 所示)與統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(如表2 所示)。初征等［16］利用TM 影像影像，提取了松嫩平原1980年～2000年的耕地信息，在此基礎(chǔ)上疊加降水資料，分析了耕地面積變化對(duì)干旱幾率的影響。劉海啟［17］闡述了我國(guó)耕地變化監(jiān)測(cè)的研究過(guò)程，并通過(guò)遙感技術(shù)和統(tǒng)計(jì)抽樣理論的有機(jī)結(jié)合，提出了一種監(jiān)測(cè)大尺度耕地變化的有效方法。

圖3 長(zhǎng)三角耕地變化監(jiān)測(cè)［15］

長(zhǎng)三角地區(qū)耕地變化統(tǒng)計(jì)表［15］ 表2

3.4 土地質(zhì)量監(jiān)測(cè)

土地利用與其環(huán)境條件密切相關(guān)，及時(shí)地掌握土地質(zhì)量的變化，可有效防止土地質(zhì)量變化帶來(lái)的災(zāi)難。因此，需要對(duì)土地動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)提出更高的要求，將從以往單一的土地?cái)?shù)量監(jiān)測(cè)向土地質(zhì)量監(jiān)測(cè)發(fā)展。土地質(zhì)量指標(biāo)可包括土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、土壤水分、鐵氧化物、土壤重金屬、土壤質(zhì)地、土壤鹽分、植被覆蓋度、生物量等，姚闊等［18］歸納了多個(gè)土地質(zhì)量指標(biāo)的高光譜遙感信息提取、敏感波段選擇與反演方法。劉芳等［19］結(jié)合實(shí)際工作要求，參照國(guó)家林業(yè)局《全國(guó)荒漠化和沙化監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)定》，采用天繪影像對(duì)鄂爾多斯杭錦旗荒漠化土地進(jìn)行了監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)，形成了杭錦旗全旗的正射影像圖、荒漠化土地類型程度分布圖。張宏斌［20］基于多源遙感數(shù)據(jù)研究了內(nèi)蒙古草原植被狀況變化。在1983年～2006年 的 24年 間，NDVI 值年 均 遞 增10 268.11 km2。周祖煜等［21］采用多源遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行浙江省水土流失遙感監(jiān)測(cè)，提取了浙江省土壤侵蝕信息，發(fā)現(xiàn)全省水土流失面積呈逐步下降的趨勢(shì)。

4 結(jié) 論

遙感作為一門先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，可為土地利用動(dòng)態(tài)變化研究提供多時(shí)相、大范圍的實(shí)時(shí)信息，成為土地利用/土地覆蓋監(jiān)測(cè)、建設(shè)用地監(jiān)測(cè)、耕地變化監(jiān)測(cè)和土地質(zhì)量監(jiān)測(cè)的重要手段。但對(duì)土地利用動(dòng)態(tài)遙感監(jiān)測(cè)現(xiàn)今的研究來(lái)講，還存在不少難點(diǎn)。首先，數(shù)據(jù)預(yù)處理的算法和技術(shù)在實(shí)際工作中可能達(dá)不到定量反演要求，影響監(jiān)測(cè)結(jié)果精度。其次，目前的變化監(jiān)測(cè)算法受空間、光譜、時(shí)域和專業(yè)內(nèi)容等的限制，選用的算法在一定程度上會(huì)影響提取結(jié)果的精度。在同一環(huán)境下，由于采用的方法不同可能獲得的結(jié)果會(huì)有很大的不同。因此，今后還需對(duì)土地利用動(dòng)態(tài)變化遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)和方法進(jìn)行深入研究，以建立起我國(guó)宏觀土地利用動(dòng)態(tài)遙感監(jiān)測(cè)體系，為我國(guó)國(guó)土資源管理提供技術(shù)支持。

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