湖北省武汉市及周边土地利用变化检测方法研究

摘要：本文介绍了利用TM和ETM影像，使用Envi软件，进行主成分分析法和假彩色合成法进行土地利用变化检测，并对检测结果进行提取和叠加分析，确定变化的类型，结果与实际土地利用情况基本相符。

关键词：变化检测 主成分 假彩色合成

1、研究区概况

武汉市是湖北省省会，中国重要的中心城市，华中地区政治、经济、文化、金融中心。世界第三大河长江及其最大支流汉水在市区内交汇，将市区一分为三，形成汉口、汉阳和武昌三镇。全市现辖13个城区，3个部级开发区，面积8467平方公里。

武汉地理坐标介于东经113°41′～115°05′，北纬29°58′～31°22′之间。南北最大纵距155公里，东西最大横距134公里。武汉有丰富的自然资源，农业生产条件优越，水利资源丰富，被称为“百湖之市”。江（河）湖水面占总面积的25%，主要河流有长江、汉水、滠水、府河、倒水、举水、金水、东荆河等，较大的湖泊有梁子湖、涨渡湖、汤逊湖、东湖等。

武汉属典型的亚热带湿润季风气候，四季分明。年平均降水量1284毫米，降水相对集中于6～8月。平均无霜期约250天以上，年平均气温16.4℃。夏季高温持续时间长，极端最高气温为41.3℃，最低气温为-18.1℃。地形属残丘性河湖冲积平原，山丘、湖泊与平陆相间，其中北部小片山地为大别山余脉。

2、数据准备及预处理

本文用到的数据有：影像数据：（1）1991年7月TM影像；（2）2002年7月ETM影像；轨道号为123-39。参考数据：（1）2000年武汉土地利用情况说明；（2）googlearth查询的当前土地利用情况。

使用的软件：Envi。

数据预处理，包括：（1）影像校正处理，投影变换；（2）研究区域裁剪。下图为纠正好裁剪后的武汉及周边的影像，RGB分别赋予543波段。（图1，2）

3、检测方法

3.1 人工发现

通过对比1991和2002年的遥感影像，结合一些先验知识，可以发现武汉的湖泊边有较大的变化，1991年的湖泊变成了其他的土地利用类型。

3.2 自动发现

3.2.1 主成分分析法（PCA）

主成分分析（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。在使用主成分分析法时，一般都要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。

把TM的6个波段进行融合（第6波段较模糊，不参与融合），再把ETM的8个波段进行融合（先对6波段和8波段进行重采样），接着把这两个时相波段进行融合，然后进行主成分分析，通过多次试验，发现选取第6、5、3主成分赋予R、G、B效果最好。发现亮蓝，粉红的图斑等表示变化信息。如下图明显处。

3.2.2 假彩色合成法

将两个个时相的同一波段数据分别放入红、绿、蓝影像处理面板中，合成后的图像，可以显现出高亮度的变化。

本实验中将ETM8，TM4，TM3分别赋予RGB，合成图像上深红色，亮红及粉红色的图斑表示变化信息。（图3，4）

4、检测结果提取

本试验采用手工描绘法提取变化区域，使用photoshop软件将变化区域选出。并且对上面两种方法加以比较和综合，最后得出的变化区域。（图5）

5、变化类型确定及变化图斑表示

将提取出来的变化区域分别叠加在前后两个时相的影像上，通过对比从而识别其变化类型。

湖泊转变为居民地 河滩转变为水体

湖泊转变为草地 裸地转变为农田

水体转变为森林

将变化信息叠加到影像上，结果如下图：（图6，7）

6、结果分析

最终的土地利用变化结果表明，武汉及周边地区的湖泊面积减少很多，都转化为其他的土地利用类型，以草地和居民地居多。结果如了解到的武汉实际情况基本符合。

关于试验中的几种方法比较，感觉假彩色合成法效果很好，很利于提取和分析，对于阀值法一直没有找到合适的阀值，结果不是很理想，所以主要用手工描绘法提取变化的区域，这样。