城市土地利用變化監(jiān)測ppt課件

1、應(yīng)用多光譜衛(wèi)星遙感影像對土地利用應(yīng)用多光譜衛(wèi)星遙感影像對土地利用/ /土地覆蓋變化進(jìn)行識土地覆蓋變化進(jìn)行識別和提取已成為遙感研究的重要方面，并形成了一些變化識別和提取已成為遙感研究的重要方面，并形成了一些變化識別與檢測的方法。別與檢測的方法。 遙感變化檢測就是從不同時期的遙感數(shù)據(jù)定量地分析和遙感變化檢測就是從不同時期的遙感數(shù)據(jù)定量地分析和確定地表變化的特征與過程，涉及到變化的類型與范圍，即確定地表變化的特征與過程，涉及到變化的類型與范圍，即需要確定變化前后的地面類型、界線及趨勢。需要確定變化前后的地面類型、界線及趨勢。土地利用變化包括一種利用方式向另一種利用方式的土地利用變化包括一種利用方式向

2、另一種利用方式的轉(zhuǎn)變以及利用范圍、強(qiáng)度的改變。轉(zhuǎn)變以及利用范圍、強(qiáng)度的改變。 人工目視解譯前一時相SPOT影像后一時相SPOT影像變化自動發(fā)現(xiàn) 在變化發(fā)現(xiàn)以后，需要將變化的邊界即范圍提在變化發(fā)現(xiàn)以后，需要將變化的邊界即范圍提取出來，按提取的方式不同，可分為人工提取與自動提取出來，按提取的方式不同，可分為人工提取與自動提取兩種：取兩種：人工提取人工提取通過手工描繪或借助于圖象處理工具如魔通過手工描繪或借助于圖象處理工具如魔棒吸取的方法，確定變化圖斑的范圍。棒吸取的方法，確定變化圖斑的范圍。自動提取自動提取通過遙感影像處理技術(shù)如分類或取閾值法，通過遙感影像處理技術(shù)如分類或取閾值法，自動確定變化圖斑

3、的范圍。自動確定變化圖斑的范圍。前后時相遙感影像前后時相遙感影像幾何糾正、配準(zhǔn)、鑲嵌幾何糾正、配準(zhǔn)、鑲嵌多源數(shù)據(jù)融合多源數(shù)據(jù)融合變化信息發(fā)現(xiàn)變化信息發(fā)現(xiàn)變化區(qū)域提取變化區(qū)域提取變化類型確定變化類型確定第一步第一步第三步第三步第二步第二步變化圖斑的表示變化圖斑的表示第四步第四步v 光譜特征變異法光譜特征變異法v 主成份分析法主成份分析法PCAPCA）v 假彩色合成法假彩色合成法v 圖像差值法圖像差值法v 分類后比較法分類后比較法v 波段替換法波段替換法 運(yùn)用多源數(shù)據(jù)的融合技術(shù)，將不同時相的來自不同傳感器的遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，使變化區(qū)域呈現(xiàn)特殊的影像特征的一種方法。該方法通常用于輔助計算機(jī)自動提取變

4、化圖斑的確定。原理：同一地物反映在SPOT影像上的信息與其在TM影像上的光譜信息是一一對應(yīng)的。因此，將二者融合時，將如實地顯示出地物的正確光譜屬性。但如果兩者信息表現(xiàn)為不一致時即地物發(fā)生變化時），融合后的影像上就會出現(xiàn)光譜突變變異），并與周圍地物在光譜上失去協(xié)調(diào)性，從而檢測出變化信息。 發(fā)生光譜特征變異的地物要有足夠的幾何尺寸才能被人工目視發(fā)現(xiàn)，同時該方法的效率還受到監(jiān)測區(qū)地物光譜特性的限制。故丟失圖斑尤其是小圖斑較多，而且效率低。 主成分分析主成分分析PCAPCA是基于變量之間的相是基于變量之間的相互關(guān)系，在盡量不丟失信息的前提下利用線互關(guān)系，在盡量不丟失信息的前提下利用線性變換的方法實現(xiàn)數(shù)

5、據(jù)壓縮。在使用主成份性變換的方法實現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮。在使用主成份分析法時，一般都要對不同的時相的數(shù)據(jù)做分析法時，一般都要對不同的時相的數(shù)據(jù)做主分量變換，以壓縮數(shù)據(jù)中的信息，突出主主分量變換，以壓縮數(shù)據(jù)中的信息，突出主要的信息部分，根據(jù)做要的信息部分，根據(jù)做PCAPCA變換的具體操作的變換的具體操作的不同，該方法又有以下幾種方式：不同，該方法又有以下幾種方式： 多波段主成份變換法多波段主成份變換法 主成份差異法主成份差異法前一時相融合影像n波段）后一時相融合影像n波段）兩時相波段合成（2n波段）主分量變換后幾個分量波段組合變化信息前一時相融合影像后一時相融合影像主分量變換主分量變換相減取絕對值變化信息

6、（第一分量） 將兩個甚至三個時相的同一波段數(shù)據(jù)分別放將兩個甚至三個時相的同一波段數(shù)據(jù)分別放入紅、綠、藍(lán)影像處理面板中，合成后的圖像，入紅、綠、藍(lán)影像處理面板中，合成后的圖像，可以顯現(xiàn)出高亮度的變化。可以顯現(xiàn)出高亮度的變化。以以SPOTSPOT為例：首先將兩時相的全色為例：首先將兩時相的全色SPOTSPOT影像匹配影像匹配并重采樣，將前一時相的并重采樣，將前一時相的SPOTSPOT影像賦予綠、藍(lán)波影像賦予綠、藍(lán)波段，后一時相的段，后一時相的SPOTSPOT影像賦予紅波段，若地表未影像賦予紅波段，若地表未被破壞，即影像灰度接近，合成以后將是黑色或被破壞，即影像灰度接近，合成以后將是黑色或白色。而出

7、現(xiàn)紅、藍(lán)區(qū)域則可能是變化區(qū)域。白色。而出現(xiàn)紅、藍(lán)區(qū)域則可能是變化區(qū)域。假彩色合成影像 將兩個時相的遙感影像按波段進(jìn)行逐將兩個時相的遙感影像按波段進(jìn)行逐像元相減像元相減, ,從而生成一幅新的代表兩個時相從而生成一幅新的代表兩個時相間光譜變化的差值圖像。間光譜變化的差值圖像。 假設(shè)輻射值的顯著變化代表了土地覆假設(shè)輻射值的顯著變化代表了土地覆蓋變化，蓋變化， 在差值圖像中接近于零的像元視在差值圖像中接近于零的像元視為未變化為未變化, , 大于或小于零的像元表示其覆大于或小于零的像元表示其覆蓋狀況發(fā)生了變化。蓋狀況發(fā)生了變化。 該方法的關(guān)鍵是閾值的確定，一般可該方法的關(guān)鍵是閾值的確定，一般可采用均值標(biāo)

8、準(zhǔn)差或經(jīng)驗試驗法。采用均值標(biāo)準(zhǔn)差或經(jīng)驗試驗法。 分類后比較法是一種較為簡單的變化發(fā)分類后比較法是一種較為簡單的變化發(fā)現(xiàn)方法。首先運(yùn)用統(tǒng)一的分類體系對每一時現(xiàn)方法。首先運(yùn)用統(tǒng)一的分類體系對每一時相遙感影像進(jìn)行分類相遙感影像進(jìn)行分類, ,然后通過分類結(jié)果的比然后通過分類結(jié)果的比較直接發(fā)現(xiàn)土地覆蓋的變化。較直接發(fā)現(xiàn)土地覆蓋的變化。分類后比較法流程圖 首先融合前一時相的多光譜影首先融合前一時相的多光譜影像像TMTM與全色影像與全色影像SPOTSPOT），然），然后將融合影像與后一時相的全色影后將融合影像與后一時相的全色影像作匹配，將融合影像分解為紅、像作匹配，將融合影像分解為紅、綠、藍(lán)三個波段，用新的

9、全色波段綠、藍(lán)三個波段，用新的全色波段代替融合影像的紅波段，生成新的代替融合影像的紅波段，生成新的影像。在新影像上能夠容易地發(fā)現(xiàn)影像。在新影像上能夠容易地發(fā)現(xiàn)紅色區(qū)域為發(fā)生變化的區(qū)域。紅色區(qū)域為發(fā)生變化的區(qū)域。波段替換法 通常要求采用兩種以上變化信息發(fā)現(xiàn)方法，有效防止變化信息的遺漏。 遙感圖像中，各類地物都對應(yīng)特定的灰度域。遙感圖像中，各類地物都對應(yīng)特定的灰度域。在變化信息特征增強(qiáng)的圖像上，變化區(qū)域的灰度值在變化信息特征增強(qiáng)的圖像上，變化區(qū)域的灰度值與其它區(qū)域的灰度值一般是明顯不同的。因此可以與其它區(qū)域的灰度值一般是明顯不同的。因此可以根據(jù)直方圖和影像特征，交互確定變化存在區(qū)灰度根據(jù)直方圖和影

10、像特征，交互確定變化存在區(qū)灰度域的上下限閾值；然后利用閾值將變化發(fā)生的區(qū)域域的上下限閾值；然后利用閾值將變化發(fā)生的區(qū)域從圖像中提取出來。從圖像中提取出來。 閾值法提取的變化 通過人機(jī)交互解譯，從變化特征增強(qiáng)的圖像中通過人機(jī)交互解譯，從變化特征增強(qiáng)的圖像中手工描繪出變化范圍。手工描繪出變化范圍。 在在PHOTOSHOPPHOTOSHOP軟件下，當(dāng)變化圖斑顏色單一時，軟件下，當(dāng)變化圖斑顏色單一時，可用魔棒直接選擇；反之則需進(jìn)行勾繪，勾繪必須可用魔棒直接選擇；反之則需進(jìn)行勾繪，勾繪必須在大于在大于1 1：1 1的狀態(tài)下，沿著融合圖像的光譜與紋理的狀態(tài)下，沿著融合圖像的光譜與紋理變異分界處以兩個象素寬

11、度向外勾繪圖斑邊界線。變異分界處以兩個象素寬度向外勾繪圖斑邊界線。 解譯的基本要素包括色調(diào)解譯的基本要素包括色調(diào)/ /顏色、大小、外形、顏色、大小、外形、紋理、構(gòu)造、高度、陰影、組合構(gòu)型和所處的地理紋理、構(gòu)造、高度、陰影、組合構(gòu)型和所處的地理位置等。位置等。前往v 目視解譯v 自動分類法v 野外調(diào)查 將勾繪的變化區(qū)域分別疊加在兩個時相的圖像上，交互顯示比較目視解譯判斷變化區(qū)域在兩個時相上對應(yīng)的地物類型。 當(dāng)從影像特征難以確定地物類型時，可以參考土地利用圖等相關(guān)資料。按照區(qū)位分布、類型特征、時相差異以及光譜與紋按照區(qū)位分布、類型特征、時相差異以及光譜與紋理的一致性與差異性特征，判讀變化類型。理的

12、一致性與差異性特征，判讀變化類型。變化信息判讀原則：變化信息判讀原則：采用特征變異法時，變化信息一般表現(xiàn)為亮綠和灰采用特征變異法時，變化信息一般表現(xiàn)為亮綠和灰白，并與周圍色調(diào)不協(xié)調(diào)，對于占用有植被的耕地，白，并與周圍色調(diào)不協(xié)調(diào)，對于占用有植被的耕地，變化信息一般為亮綠，對于占用無植被的耕地，變變化信息一般為亮綠，對于占用無植被的耕地，變化信息將繼承原始化信息將繼承原始TMTM顏色，但亮度會增加。顏色，但亮度會增加。變化圖斑一般分布于人類活動頻繁與經(jīng)濟(jì)發(fā)展快速變化圖斑一般分布于人類活動頻繁與經(jīng)濟(jì)發(fā)展快速 的地帶，例如城鄉(xiāng)結(jié)合部、村莊周圍、開發(fā)區(qū)附近、的地帶，例如城鄉(xiāng)結(jié)合部、村莊周圍、開發(fā)區(qū)附近、

13、公路鐵路兩側(cè)、工礦與機(jī)場等人工建筑物附近。公路鐵路兩側(cè)、工礦與機(jī)場等人工建筑物附近。 當(dāng)單純用閾值法很難準(zhǔn)確地將變化區(qū)域從背景影像中分離開當(dāng)單純用閾值法很難準(zhǔn)確地將變化區(qū)域從背景影像中分離開來時，可以采用分類法。對變化范圍內(nèi)的影像進(jìn)行局部分類。來時，可以采用分類法。對變化范圍內(nèi)的影像進(jìn)行局部分類。 分類方法有多種，通常采用監(jiān)督分類。分類方法有多種，通常采用監(jiān)督分類。利用監(jiān)督分類提取變化信息時，訓(xùn)練樣區(qū)的選擇最為關(guān)鍵。利用監(jiān)督分類提取變化信息時，訓(xùn)練樣區(qū)的選擇最為關(guān)鍵。首先要分析變化信息特征增強(qiáng)的圖像的特點(diǎn)。如果各類變化信息首先要分析變化信息特征增強(qiáng)的圖像的特點(diǎn)。如果各類變化信息的影像特征差別明

14、顯，則將各類的變化信息都選出一個樣區(qū)進(jìn)行的影像特征差別明顯，則將各類的變化信息都選出一個樣區(qū)進(jìn)行分類。但是當(dāng)圖像中不同類型變化信息影像特征差別不明顯時，分類。但是當(dāng)圖像中不同類型變化信息影像特征差別不明顯時，須將變化類型做適當(dāng)?shù)暮喜?，以保證分類精度。須將變化類型做適當(dāng)?shù)暮喜ⅲ员ＷC分類精度。在以后的目視解譯或外業(yè)調(diào)查中，再將合并的類型區(qū)分開。在以后的目視解譯或外業(yè)調(diào)查中，再將合并的類型區(qū)分開。原則要求野外調(diào)查全部變化圖斑，并通過原則要求野外調(diào)查全部變化圖斑，并通過調(diào)查確定變化真?zhèn)?、變化范圍、位置及類調(diào)查確定變化真?zhèn)?、變化范圍、位置及類型等。型等。前往外業(yè)調(diào)查前 以縣級轄區(qū)為單位，或監(jiān)測區(qū)面積不

15、大時，也可以縣級轄區(qū)為單位，或監(jiān)測區(qū)面積不大時，也可以以監(jiān)測區(qū)為單位，對變化圖斑按照從左到右、從上以以監(jiān)測區(qū)為單位，對變化圖斑按照從左到右、從上到下順序統(tǒng)一編號，圖斑編號應(yīng)具有唯一性。到下順序統(tǒng)一編號，圖斑編號應(yīng)具有唯一性。圖斑編號 外業(yè)調(diào)查前，對變化圖斑分為肯定與懷疑兩種情外業(yè)調(diào)查前，對變化圖斑分為肯定與懷疑兩種情況并分別用不同的顏色表示：況并分別用不同的顏色表示： 確認(rèn)發(fā)生變化的圖斑，以紅色描繪圖斑邊界；確認(rèn)發(fā)生變化的圖斑，以紅色描繪圖斑邊界； 懷疑發(fā)生變化的圖斑，以黃色描繪圖斑邊界。懷疑發(fā)生變化的圖斑，以黃色描繪圖斑邊界。 外業(yè)調(diào)查前變化圖斑類型變化圖斑類型色色 標(biāo)標(biāo)R RG GB B新

16、增建設(shè)用地占用耕地新增建設(shè)用地占用耕地2552550 00 0新增建設(shè)用地占用非耕地新增建設(shè)用地占用非耕地2552552552550 0拋荒耕地拋荒耕地255255255255255255閑置建設(shè)用地閑置建設(shè)用地200200200200200200耕地轉(zhuǎn)變?yōu)榭犹留~塘）耕地轉(zhuǎn)變?yōu)榭犹留~塘）2002002002000 0耕地轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌墙ㄔO(shè)用地耕地轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌墙ㄔO(shè)用地0 0200200200200耕地增加耕地增加2002000 0200200后一時相SPOT+前一時相TM影像除后一時相SPOT+前一時相TM影像以外的其它SPOT、TM影像融合處理融合處理差異主成分法、多時相主成分法、假彩色合成、圖

17、像差值或影像分類比較法閾值法或計算機(jī)分類法生成變化模板突出變異特征的線性拉伸形成光譜特征變異圖像變化信息判讀與圖斑編號按數(shù)據(jù)源狀況，從上述方法中任選兩種野外檢查變化信息后處理 分層信息管理文件是將遙感監(jiān)測成果按一分層信息管理文件是將遙感監(jiān)測成果按一定順序分門別類地放在其對應(yīng)的層位內(nèi)。常用定順序分門別類地放在其對應(yīng)的層位內(nèi)。常用的是的是PHOTOSHOPPHOTOSHOP軟件下的軟件下的.psd.psd分層管理文件。分層管理文件。 原則上以完整的主城區(qū)、縣區(qū)、市行原則上以完整的主城區(qū)、縣區(qū)、市行政轄區(qū)為基本單元制作政轄區(qū)為基本單元制作PSDPSD文件，文件名為主文件，文件名為主城區(qū)、縣區(qū)、市稱號

18、，如北京市主城城區(qū)、縣區(qū)、市稱號，如北京市主城區(qū)區(qū).PSD.PSD、昌平、昌平.PSD.PSD等。當(dāng)一個區(qū)范圍較大、變等。當(dāng)一個區(qū)范圍較大、變化較多時，可獨(dú)立建一個化較多時，可獨(dú)立建一個PSDPSD文件；也可以組文件；也可以組合幾個區(qū)，獨(dú)立建合幾個區(qū)，獨(dú)立建PSDPSD文件。文件。v 參考圖與融合圖層v 變化信息圖斑及其編號層v 行政境界v 其他界線v 公里格網(wǎng)v 注記v 土地覆蓋變化與土地利用變化的關(guān)系土地覆蓋變化與土地利用變化的關(guān)系單一的土地利用形式往往與某一種土地覆蓋類型相對應(yīng)單一的土地利用形式往往與某一種土地覆蓋類型相對應(yīng)放牧草地）。一種土地覆蓋類型可能支持多種利用放牧草地）。一種土地覆蓋類型可能支持多種利用方式，如森林可用于木材開采、采伐或火燒后用于耕作、方式，如森林可用于木材開采、采伐或火燒后用于耕作、狩獵和采集、燃料木收集、娛樂活動、野生生物保護(hù)、狩獵和采集、燃料木收集、娛樂活動、野生生物保護(hù)、水土保持等。一個單一的土地利用系統(tǒng)可能包含不同的水土保持等。一個單一的土地利用系統(tǒng)可能包含不同的土地覆蓋類型共同存在，如一個農(nóng)業(yè)系統(tǒng)兼有耕地、林土地覆蓋類型共