1城市擴(kuò)展的遙感監(jiān)測(cè)簡(jiǎn)介

報(bào)告人：李波2011年11月13日

城市擴(kuò)展的遙感監(jiān)測(cè)簡(jiǎn)介（1）土地利用變化研究已成為了全球變化研究的核心主題之一。其中變化最為快速、環(huán)境影響最為劇烈的城市化日益成為該領(lǐng)域研究所關(guān)注的焦點(diǎn)。（2）城市擴(kuò)展是城市化在空間上的具體表現(xiàn)。其反映在空間上就是城市建設(shè)用地規(guī)模的不斷擴(kuò)大，引發(fā)了許多嚴(yán)重問(wèn)題，資源浪費(fèi)、生態(tài)環(huán)境惡化等。面對(duì)這樣一個(gè)復(fù)雜的城市系統(tǒng)，如何及時(shí)、準(zhǔn)確的掌握其擴(kuò)展變化情況成為了一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。RS和GIS技術(shù)的發(fā)展為城市擴(kuò)展變化研究提供了有利的支持。1.研究意義（李秀彬，1996;劉紀(jì)遠(yuǎn)等，2002;王春峰，2001;陸大道等，2007）

（1）在土地利用變化研究中最常用的遙感數(shù)據(jù)主要是MSS、TM、ETM+、SPOT、MODIS、AVHRR，雷達(dá)數(shù)據(jù)和航片影像。遙感數(shù)據(jù)的選擇主要依賴(lài)于研究區(qū)和研究對(duì)象的具體要求和研究目的。2.研究簡(jiǎn)介2.1遙感數(shù)據(jù)在城市空間擴(kuò)展研究中的應(yīng)用（宮鵬等，1996；史培軍，1997，2000；陳述彭，1998）（2）對(duì)于較大范圍尺度下的土地利用變化研究，特別是在全球范圍和洲際尺度，MODIS和AVHRR等低空間高時(shí)間分辨率的影像是最佳選擇。

Townshend和Skole運(yùn)用AVHRR數(shù)據(jù)進(jìn)行洲際尺度的土地利用覆蓋研究分析；Cihar利用AVHRR的各多波段的不同組合并將其應(yīng)用于在加拿大北部土地利用覆蓋分類(lèi)中，結(jié)果表明重要的土地利用覆蓋類(lèi)型的分類(lèi)精度可高達(dá)到80％。2.研究動(dòng)態(tài)2.1遙感數(shù)據(jù)在城市空間擴(kuò)展研究中的應(yīng)用（TOWNSHEND,J.etal，1987；SKOLE,D.etal，1993；Cihar,J.etal，1994）

（3）對(duì)于較小范圍尺度，經(jīng)常采用TM、ETM+、SPOT、QUICKBIRD、IKONOS、CBERS-01/02、HJ-1A/B等中高空間分辨率影像進(jìn)行土地利用變化研究。Fung等應(yīng)用TM影像在加拿大北部滑鐵盧地區(qū)進(jìn)行了土地利用變化分類(lèi)，對(duì)影像的分類(lèi)精度進(jìn)行了評(píng)價(jià)，不同類(lèi)型土地的變化產(chǎn)生不同的分類(lèi)精度；2.研究動(dòng)態(tài)2.1遙感數(shù)據(jù)在城市空間擴(kuò)展研究中的應(yīng)用（FUNG,T.etal，1987；吳宏安等，2006；鄧勁松，2007；嚴(yán)海英，2008）

吳宏安等針對(duì)西安地區(qū)的TM影像，運(yùn)用監(jiān)督分類(lèi)法來(lái)進(jìn)行城市土地利用分類(lèi)，分類(lèi)精度理想；

鄧勁松提出多時(shí)相直接主成分分析(PCA)和合成分類(lèi)器對(duì)杭杭州市的SPOT影像進(jìn)行土地利用變化信息提取，運(yùn)用分層隨機(jī)和人工自定義結(jié)合的采樣方案進(jìn)行精度評(píng)價(jià)，精度滿足分類(lèi)要求；

嚴(yán)海英采用基于對(duì)象的分類(lèi)技術(shù)對(duì)烏魯木齊市的QUICKBIRD影像進(jìn)行信息分類(lèi)提取，總體精度達(dá)到96.05％。2.研究動(dòng)態(tài)2.1遙感數(shù)據(jù)在城市空間擴(kuò)展研究中的應(yīng)用（FUNG,T.etal，1987；吳宏安等，2006；鄧勁松，2007；嚴(yán)海英，2008）（4）城市屬于較小的區(qū)域范圍，在此范圍內(nèi)進(jìn)行研究主要采用空間分辨率相對(duì)較高的遙感影像，主要是以TM、ETM+、SPOT、QUICKBIRD、IKONOS、CBERS-01/02和HJ-1A/B為主。但是由于SPOT影像發(fā)射于1986年，QUICKBIRD、IKONOS、CBERS-01/02和HJ-1A/B均于20世紀(jì)90年代以后才發(fā)射升空（見(jiàn)表1），對(duì)于城市這種由于人類(lèi)長(zhǎng)期活動(dòng)形成的社會(huì)產(chǎn)物，需要通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間序列分析來(lái)能獲知其內(nèi)在的機(jī)理和驅(qū)動(dòng)因子。因此，到目前為止，LandsatMSS/TM/ETM+是用于研究長(zhǎng)時(shí)間序列下城市土地利用變化研究的最佳遙感數(shù)據(jù)。2.研究動(dòng)態(tài)2.1遙感數(shù)據(jù)在城市空間擴(kuò)展研究中的應(yīng)用（Lozano-Garcia,D.F.etal，1993；S,W.D.etal，1996；黎夏等，1997；Reese,H.M.etal，2002；李曉文等，2003；盛輝等，2005；陳素蜜，2005）。表1目前常用的對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星與其傳感器參數(shù)衛(wèi)星平臺(tái)傳感器周期(天)刈幅(km)空間分辨率(m)發(fā)射日期所有者HJ-1/ACCD4700302008-9-6中國(guó)HJ-1/BCCD4700302008-9-6中國(guó)CBERS-1CCD2611319.51999-10-14中國(guó)、巴西CBERS-2CCD2611319.52003-10-21中國(guó)、巴西Terra(EOS-AM)MODIS1-22330250-10001999-12-18NASA(美)Aqua(EOS-PM)MODIS1-22330250-10002002-5-4NASA(美)NOAA-11AVHRR1239911001988-9-24NOAA(美)Landsat-1MS7-23USGS(美)Landsat-2MS1-12USGS(美)Landsat-3MS3-5USGS(美)Landsat-4MSS16185801982-7-16USGS(美)TM16185301982-7-16USGS(美)Landsat-5MSS16185801984-3-1USGS(美)TM16185301984-3-1USGS(美)Landsat-7ETM+1618530,15(pan)1999-4-15USGS(美)OrbView-3OrbView-3384,1(Pan)2003-6-26ORB-IMAGE(美)IKONOS-2IKONOS3-4114,1(Pan)1999-9-24SpaceImaging(美)QuickBird-2QuickBird1-3.516.52.44,0.61(Pan)2001-10-18Digitalglobe(美)SPOT-1HRV266020,10(pan)1986-2-22SPOTImage(法)SPOT-2HRV266020,10(pan)1990-1-22SPOTImage(法)SPOT-4HRVIR266020,10(pan)1998-3-24SPOTImage(法)SPOT-5HRG266010,5,2.5(pan)2002-5-4SPOTImage(法)（5）在實(shí)際操作中，由于云層、水汽等的影響，用同一種傳感器數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間序列多時(shí)相準(zhǔn)確的遙感監(jiān)測(cè)是比較困難的，特別是在潮濕的熱帶地區(qū)。因此，多傳感器的應(yīng)用在城市土地利用變化監(jiān)測(cè)研究將是未來(lái)的一個(gè)重要的發(fā)展趨勢(shì)。2.研究動(dòng)態(tài)2.1遙感數(shù)據(jù)在城市空間擴(kuò)展研究中的應(yīng)用（Lu,D.S.etal，2003，2004）（1）傳統(tǒng)的城市土地調(diào)查主要通過(guò)野外實(shí)地勘察和航片目視解譯分析，該方法較成熟，操作簡(jiǎn)單，而且具有較高的信息提取精度，但是其耗時(shí)較長(zhǎng)，工作量偏大，對(duì)解譯人員的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)依賴(lài)性較強(qiáng)，當(dāng)判讀人員的專(zhuān)業(yè)知識(shí)背景、解譯經(jīng)驗(yàn)不同時(shí)，可能得到不同的判讀結(jié)果。2.研究動(dòng)態(tài)2.2遙感監(jiān)測(cè)方法在城市空間擴(kuò)展研究中的應(yīng)用（2）除了目視解譯方法外使用得較多的城市土地利用變化遙感信息分類(lèi)提取方法主要包括基于統(tǒng)計(jì)分析的分類(lèi)方法（即監(jiān)督分類(lèi)和非監(jiān)督分類(lèi)法）、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類(lèi)法、決策樹(shù)分類(lèi)法、模糊數(shù)學(xué)分類(lèi)法、專(zhuān)家系統(tǒng)分類(lèi)法、面向?qū)ο蠓诸?lèi)法。吳宏安等針對(duì)西安地區(qū)的TM影像，運(yùn)用監(jiān)督分類(lèi)法來(lái)進(jìn)行城市土地利用分類(lèi)，分類(lèi)精度理想。Huang等運(yùn)用監(jiān)督分類(lèi)中的最大似然算法對(duì)臺(tái)灣臺(tái)北-桃園地區(qū)兩期SPOT影像進(jìn)行分類(lèi)，兩期影像的總體分類(lèi)精度均高于85％2.研究動(dòng)態(tài)2.2遙感監(jiān)測(cè)方法在城市空間擴(kuò)展研究中的應(yīng)用（常慶瑞等，2004；吳宏安等，2006；Huang,S.L.etal，2009）張友水等結(jié)合地理輔助數(shù)據(jù)，運(yùn)用Kohonen神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)遙感影像進(jìn)行土地利用分類(lèi)，提高了分類(lèi)的精度；袁林山等針對(duì)徐州市的CBERS-02影像，改進(jìn)基于先驗(yàn)知識(shí)和統(tǒng)計(jì)分析構(gòu)建層次分類(lèi)決策樹(shù)算法，實(shí)現(xiàn)了城市土地利用遙感分類(lèi)，總體分類(lèi)精度高達(dá)84.67％，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)模糊數(shù)學(xué)分類(lèi)法的精度；Skidmore通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明，運(yùn)用專(zhuān)家系統(tǒng)分類(lèi)器得到的分類(lèi)結(jié)果要比常規(guī)分類(lèi)法的精度高。陳陽(yáng)等人將面向?qū)ο蟮母拍钜氲竭b感影像的分類(lèi)提取中，以陳家鎮(zhèn)為例，對(duì)Quickbird遙感影像圖進(jìn)行面向?qū)ο蠓诸?lèi)，獲得了較為理想的結(jié)果（陳陽(yáng)等，2008）。2.研究動(dòng)態(tài)2.2遙感監(jiān)測(cè)方法在城市空間擴(kuò)展研究中的應(yīng)用（Skidmore,A.，1989；張友水等，2004；袁林山等，2008；曾建航等，2008;陳陽(yáng)等，2008）而且以上這些分類(lèi)提取方法主要實(shí)現(xiàn)影像像元級(jí)的信息分類(lèi)提取。對(duì)于城市土地利用變化方面，用這些方法能清晰的看出發(fā)生在不同土地利用類(lèi)型之間的質(zhì)變，但是卻難以探測(cè)到發(fā)生在同一土地利用類(lèi)型內(nèi)部的量變即亞像元尺度下的量變。因此，選擇合適的方法進(jìn)行亞像元級(jí)的信息分類(lèi)提取變得尤為重要。2.研究動(dòng)態(tài)2.2遙感監(jiān)測(cè)方法在城市空間擴(kuò)展研究中的應(yīng)用（Fisher,P.，1997；Cracknell,A.P.，1998）（2）Ridd首次提出了“植被-不透水地面-土壤”組成的概念模型（V-I-S模型），這個(gè)模型能有效的處理和分解混合象元，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在亞像元尺度下土地利用信息分類(lèi)提取，將該模型與具有明確物理意義的線性光譜混合分析法(LSMA)相結(jié)合，估算城市各類(lèi)土地覆蓋度，成為近年城市遙感的研究熱點(diǎn)之一。2.研究動(dòng)態(tài)2.2遙感監(jiān)測(cè)方法在城市空間擴(kuò)展研究中的應(yīng)用（RIDD,M.K.，1995）在國(guó)外，許多學(xué)者以V-I-S模型為基礎(chǔ)開(kāi)展城市用地的定量遙感研究。Ward等將V-I-S模型成功應(yīng)用于東南昆士蘭地區(qū)城市環(huán)境的研究中，運(yùn)用改進(jìn)的分類(lèi)法對(duì)其進(jìn)行分類(lèi)制圖，獲得了較好的精度。Phinn等]以V-I-S模型為基礎(chǔ)，利用約束型光譜混合分解法對(duì)東南昆士蘭地區(qū)不透水面進(jìn)行了較為精確的估算。Wu等結(jié)合V-I-S模型和光譜混合分解法成功地估算了美國(guó)哥倫布市城區(qū)不透水面的分布情況。Lu等運(yùn)用光譜混合分解技術(shù)對(duì)馬里昂城區(qū)土地利用進(jìn)行分類(lèi)，結(jié)果表明相對(duì)于傳統(tǒng)分類(lèi)法精度明顯提高。2.研究動(dòng)態(tài)2.2遙感監(jiān)測(cè)方法在城市空間擴(kuò)展研究中的應(yīng)用（Lu,D.S.etal，2004；Ward,D.etal，2000；Phinn,S.etal，20