集成遥感与GIS技术的土地利用动态变化监测方法研究

摘要：尽管国内外已发表了许多利用两个或两个以上时相遥感影像进行土地利用动态变化监测的研究成果，但鲜有基于单时相遥感影像与土地利用现状图进行土地利用动态变化监测的研究成果出现。本文将以土地利用现状GIS数据和高分辨率遥感影像为数据源，探讨利用GIS数据和相应分辨率的单时相遥感影像进行土地利用动态变化监测的有关技术方法和技术流程，并通过实验验证方法和技术流程的有效性和可行性。

关键词：土地利用，遥感影像，变化监测，地理信息

中图分类号： F293 文献标识码：A

文章编号：1001-9138-(2012)06-0077-80 收稿日期：2012-05-06

1 引言

为保证土地管理的科学性，及时准确掌握耕地和各种土地利用现状的最新数据尤为重要。3S技术特别是新型遥感和地理信息技术的应用将为我们提供重要的技术保证。基于多时相遥感影像间进行土地利用变化监测研究的上述问题结合相关研究提出的方法，本文提出基于土地利用现状GIS数据（矢量数据）和单时相遥感影像间进行土地利用动态变化监测研究的简单方法和技术流程。

2 原理与技术流程

2.1 基本原理

基于T1时期的土地利用图与T2时期相应尺度的遥感影像间进行土地利用动态变化监测时，虽然T1时期的土地利用GIS数据（矢量数据）中已有一些图斑在T2时期已经发生了改变，但仍有大量的未变化的图斑信息包含其中。因此，我们可以利用这一信息做辅助，利用T2时期对应尺度的遥感影像数据基于遥感影像的分类识别技术实现变化图斑的动态监测。具体技术原理为：假设用T1_GIS_D表示T1时期的土地利用现状GIS数据（矢量数据），用T2_RS_D表示T2时期的相应尺度的遥感影像数据，那么，首先利用T1_GIS_D和对应区域的DEM数据对T2_RS_D进行几何变换运算，目的是产生T2时期的正射影像数据（T2_DOM_D）。然后实现T1_GIS_D和T2_DOM_D间的配准并叠置。这样，我们依据T1_GIS_D中的图斑多边形作为T2_DOM_D兴趣图斑区，借助影像判读库，利用遥感影像的分类和识别技术对每个兴趣区的图斑进行识别。如果兴趣区识别的结果与T2_RS_D中的对应图斑的土地利用覆盖类型一致，则该图斑视为未变化图斑，否则，判定该图斑的土地利用覆盖类型发生了变化，并进一步分析其新土地利用覆盖类型和变化面积统计分析。

2.2 技术流程

为了实现上述的技术原理，本文设计了图1所示的土地利用变化自动监测技术流程。其中，T1 期数据为土地利用现状图，T2 期为与T1期现状图尺度相应分辨率的遥感影像。在图1中，DEM数据主要是用于非平坦区域的高差修正；影像判读知识库是指根据先验知识及土地利用现状图中与影像中一致图斑的信息而建立的各类地物的均值、方差和纹理等知识；分类识别是以相异图斑的矢量图作为兴趣区，仅对T2时期影像的兴趣区内影像进行分类并对地物进行识别，这样的好处在于可以大大减少计算的数据量，提高计算的速度，同时由于涉及的类别较少，从而提高分类和识别的准确性。

3 试验及结果

为了验证本文提出方法和技术流程的可行性和有效性，本文利用当前主流遥感影像处理软件Erdas对主要技术进行了试验。

3.1 数据准备

试验中，本文选择了天津市一个较小的区域作为兴趣区（如图2），土地利用现状矢量数据和遥感影像数据均来自于天津市国土资源和房屋管理研究中心。由于所选实验区域的土地利用现状图斑和影像数据中图斑的一致性较好。因此，为了配合本文的试验，试验中首先将现状图中的几个不同的地类图斑合并为一个图斑（如图3）。

3.2 试验

在试验中首先将监测区的土地利用现状图和影像图进行叠加（几何纠正和配准事先已做好），叠加结果如图4所示。为了观察的方便，叠加后我们调整了矢量的透明度。从叠加的结果我们可以看出，图中所选的兴趣区就是发生了变化的图斑。因此，接下来的试验是对兴趣区的影像进行分类和识别，结果表明在土地利用现状图中为同一土地利用覆盖，而在影像中为两种土地利用覆盖类型。这就表明这个图斑发生了变化。

4 结论与展望

本文提出了一种基于土地利用现状图和相应尺度的卫星遥感影像间进行土地利用变化监测的方法。初步试验表明，本文提出的技术思路和技术流程是有效和可行的。变化监测运算仅局限于T1期土地利用现状图斑与T2期影像中图斑不一致的图斑进行，这样可以大大提高变化监测的运算速度。此外，变化监测算法主要以分类和识别为主，数据挖掘的规则仅作为辅助。相对于基于数据挖掘的方法挖掘有益规则而言，这一方法可以有效降低算法的复杂性。

参考文献：

1.李天峻 阎君 李伯衡.遥感综合时空信息在土地利用动态监测中的应用概述.国土资源与遥感.1997.2

2.李发明 程秀英 魏怀东等.武威市黄花滩生态移民区近十几年来土地利用变化监测.甘肃林业科技.2006.4

3.胡召玲.徐州市土地利用变化的遥感监测.徐州师范大学学报(自然科学版).2007.2

作者简介：

阮柏林，供职于天津市国土资源和房屋管理研究中心。

An Object-based Land Cover Change Detection Approach of

Using Single-temporal Satellite Image and GIS Data

Ruan Bailin

Abstract： While a variety of change detection approaches using multi-temporal satellite images have been reported, few approaches using GIS data of land use and single-temporal high spatial resolution satellite image have been reported. This paper proposes an object-based land cover change detection approach using single-temporal high spatial resolution satellite image and GIS data of land use. Compare with the pixel-based change detection approach, the object-based approach must be more suitable for in high spatial resolution images. To test the validity of the proposed approach, we applied it to the actual data, and primary result reveal that the proposed approach is valid.

Keywords： Land cover, Satellite image,Object-based change detection, GIS