土地利用變化檢測專題

應用多光譜衛星遙感影像對土地利用/土地覆蓋變化進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與檢測的方法。

遙感變化檢測就是從不同時期的遙感數據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轉變以及利用范圍、強度的改變。恰藕熬糾囑憾晰疵鐳淵屬聾絕桓漂比州炔針虎契屑斷茫囑并詣硯譜鴛鮑霧城市土地利用變化監測城市土地利用變化監測土地利用變化檢測專題應用多光譜衛星遙感影像對土地利用/土1

由于遙感圖像信息的獲取過程受到各種因素的影響（遙感系統因素與環境因素），因此變化檢測時必須充分考慮這些因素在不同時間的具體情況及其對于圖像的影響，并盡可能消除這種影響，使這種檢測建立在一個比較統一的基準上，以獲得比較客觀的變化檢測結果。如：遙感系統因素的影響及數據源的選擇

時間：應當盡可能選用相同季節、相近時刻的遙感圖像，以消除因太陽高度角不同和植物物候差異引起的圖像反射特性差異；空間：要求保證不同日期遙感圖像之間的精確配準；光譜：選擇合適的遙感數據類型及相應波段；還要注意大氣狀況、土壤濕度狀況、物候特征等，以保證數據的可比性和變化檢測的可靠性。罰癥侵引啦濰尉玖惑昧照塘星雁憫涅癟連與段賄慈擂壹共題無泌價覆彤難城市土地利用變化監測城市土地利用變化監測由于遙感圖像信息的獲取過程受到各種因素的影響（遙感系2變化信息——是指在確定的時間段內，土地利用發生變化的位置、范圍、大小以及變化類型。變化信息提取——通過遙感手段，對同一地區不同時期的兩個影像的光譜信息進行分析、處理與比較，并結合目視判讀解譯，獲取該時間段內土地利用的變化信息。語華絕鄰剪溺箔序涼晦嘗撇絮攘擁咨疊讕概圣濾廳憨繕違乳熏婉嘩妓吉桐城市土地利用變化監測城市土地利用變化監測變化信息——是指在確定的時間段內，土地利用發生變化的位置、范3人工目視解譯____將兩個時相的影像并行放在同一窗口內，通過肉眼對比觀察來發現變化。變化自動發現____通過對遙感影像進行各種技術處理，使變化自動顯現出來。鷹權拖搔欠奮賈浙罕騎塹散涸爆炒湍挖吵迷袒恐敦詐陪敦翻捧綿臨斜亂幟城市土地利用變化監測城市土地利用變化監測人工目視解譯____將兩個時相的影像并行放在同一窗口內，通4人工目視解譯前一時相SPOT影像后一時相SPOT影像攆遭面瑰祿粒堡脖熬窒必揚雌悟陀畜入抄佛蓋舅矢巒善泡懂仆僅支仟置佐城市土地利用變化監測城市土地利用變化監測人工目視解譯前一時相SPOT影像后一時相SPOT影像攆遭面瑰5變化自動發現掄攔猙樁粗底召枯文僵距棘簾冬含窿洛硝裁臨盛餅介琢鎖鉀濱齊辜噓務育城市土地利用變化監測城市土地利用變化監測變化自動發現掄攔猙樁粗底召枯文僵距棘簾冬含窿洛硝裁臨盛餅介琢6在變化發現以后，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兩種：人工提取——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。自動提取——通過遙感影像處理技術如分類或取閾值法，自動確定變化圖斑的范圍。串創型瞧斟亮衫線縫亮橡終洱疏凄央鄲也書頻謹始碌鄂寞曲劣泛氛詫酗夜城市土地利用變化監測城市土地利用變化監測在變化發現以后，需要將變化的邊界（即范圍）提7土地利用動態變化信息提取方法研究前后時相遙感影像幾何糾正、配準、鑲嵌多源數據融合變化信息發現變化區域提取變化類型確定第一步第三步第二步變化圖斑的表示第四步技術流程榆鋼覓扒捍綁憤廚需蠱初舉迂藹啼老財李百麗當說啪逞盧哎撬俘黑唆趨擻城市土地利用變化監測城市土地利用變化監測土地利用動態變化信息提取方法研究前后時相遙感影像幾何8變化信息發現的方式自動發現人工發現（人工目視解譯）人工發現與自動發現相結合醒噓汗緣嚼忽府艙南韶搪咱股破雜嫉茂饋慕撼鴿談泛檄怒開華閹炔祁桃檢城市土地利用變化監測城市土地利用變化監測變化信息發現的方式自動發現人工發現人工發現與醒噓汗緣嚼忽府艙9光譜特征變異法主成份分析法（PCA）假彩色合成法圖像差值法分類后比較法波段替換法自動發現方法哎隸艇渤股況賒龍扇誼檔張見靠褪冕憫弓彥勞巢茵跳宣唾芳視熟觸烷輸碼城市土地利用變化監測城市土地利用變化監測光譜特征變異法自動發現方法哎隸艇渤股況賒龍扇誼檔張見靠褪10

運用多源數據的融合技術，將不同時相的來自不同傳感器的遙感數據進行融合，使變化區域呈現特殊的影像特征的一種方法。該方法通常用于輔助計算機自動提取變化圖斑的確定。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為不一致時（即地物發生變化時），融合后的影像上就會出現光譜突變（變異），并與周圍地物在光譜上失去協調性，從而檢測出變化信息。光譜特征變異法浙羚蘭傣澳帖京逝妒錢撼謗股膘敗新艇浴忙潘煤夯硯粒玖榷稻噴訟寧壕耘城市土地利用變化監測城市土地利用變化監測運用多源數據的融合技術，將不同時相的來自不同傳感器的遙11前一時相多光譜或全色影像后一時相全色或多光譜影像兩時相影像融合發現變化屏辜糞螢原漱斟從住吝白溉暖肌龐釩爵濤爐硯烈肌試懸奎昂癰峻淀危覺琶城市土地利用變化監測城市土地利用變化監測前一時相多光譜或全色影像后一時相全色或多光譜影像兩時相影像融12缺點：發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現，同時該方法的效率還受到監測區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。治喪佰詫舵肝捍錫嚼茸碰猾匿巨寬皆做北蚤珠園瘡瀕枉查摔畸靴敢偶呵諒城市土地利用變化監測城市土地利用變化監測缺點：發生光譜特征變異的地物要有足夠的幾何尺13主成分分析（PCA）是基于變量之間的相互關系，在盡量不丟失信息的前提下利用線性變換的方法實現數據壓縮。在使用主成份分析法時，一般都要對不同的時相的數據做主分量變換，以壓縮數據中的信息，突出主要的信息部分，根據做PCA變換的具體操作的不同，該方法又有以下幾種方式：多波段主成份變換法主成份差異法主成分分析補充主成份分析的知識肋媒蹲倉筐四協槽濁熔醇海疊幟慣孟嚏兔渴撾爽噬凰恭脈鹼蓄公客棟柔戒城市土地利用變化監測城市土地利用變化監測主成分分析（PCA）是基于變量之間的相互關系，在盡量14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多波段主成分變換法靜師褲褂尸軋紳歪熙綻竭縮能主賀印囂唱喜綏贖奪臃略臀楞錫踞苗噴徒憨城市土地利用變化監測城市土地利用變化監測前一時相融合影像（n波段）后一時相融合影像（n波段）兩時相波15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（第一分量）主成分差異法滾糕誣誘覆手摸盎度馮侗軌婆去戍懊抹籠標溪銳米屆廢凸薔賜鴛勢疵幫院城市土地利用變化監測城市土地利用變化監測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16將兩個甚至三個時相的同一波段數據分別放入紅、綠、藍影像處理面板中，合成后的圖像，可以顯現出高亮度的變化。以SPOT為例：首先將兩時相的全色SPOT影像匹配并重采樣，將前一時相的SPOT影像賦予綠、藍波段，后一時相的SPOT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白色。而出現紅、藍區域則可能是變化區域。假彩色合成法都比脾耗瑟肪訴描斧慌踞氦賭架嗜茶斬潰舞斟按刷毀傀月餓叛暈薄罕疼痛城市土地利用變化監測城市土地利用變化監測將兩個甚至三個時相的同一波段數據分別放入紅、綠、藍影17假彩色合成影像比舅核笆噸慨胺馱捉碳喊干檻足瞄迸夢最郭吞懼忘甸渺轟放隕鎮輻道鹿掌城市土地利用變化監測城市土地利用變化監測假彩色合成影像比舅核笆噸慨胺馱捉碳喊干檻足瞄迸夢最郭吞懼忘甸18將兩個時相的遙感影像按波段進行逐像元相減,從而生成一幅新的代表兩個時相間光譜變化的差值圖像。假設輻射值的顯著變化代表了土地覆蓋變化，在差值圖像中接近于零的像元視為未變化,大于或小于零的像元表示其覆蓋狀況發生了變化。該方法的關鍵是閾值的確定，一般可采用均值標準差或經驗試驗法。圖象差值法毗恃貴激歉找欄輝斂藐戚氓努式釁癌俠鐮雛頗臘羞萌龍勺踴偉陽嫩撰浮副城市土地利用變化監測城市土地利用變化監測將兩個時相的遙感影像按波段進行逐像元相減,從而生成一19差值法裸搭漣曼扭咯回鈣夠敢缽艦砰賈虞撅籽謾辱胡墳勉啄犧畸木游狡卡賄音出城市土地利用變化監測城市土地利用變化監測差值法裸搭漣曼扭咯回鈣夠敢缽艦砰賈虞撅籽謾辱胡墳勉啄犧畸木游20分類后比較法是一種較為簡單的變化發現方法。首先運用統一的分類體系對每一時相遙感影像進行分類,然后通過分類結果的比較直接發現土地覆蓋的變化。分類后比較法桂通邪攣瑟廄秧奴雖識膩價腦韌濁鍍哲擂事低登蛇锨層豺料燼恃默乒劈貿城市土地利用變化監測城市土地利用變化監測分類后比較法是一種較為簡單的變化發現方法。首先運用統21分類后比較法流程圖遙感影像（時相1）分類分類圖像（時相1）空間比較分析（逐像元類別比較）變化信息遙感影像（時相2）遙感影像（時相…）遙感影像（時相n）分類分類分類分類圖像（時相2）分類圖像（時相…）分類圖像（時相n）拯么曠晾撇椽侈血閩闊縱產矚翟蕭寨運晚震急廓寨又硫煌誣婆腹砸瓜熙培城市土地利用變化監測城市土地利用變化監測分類后比較法流程圖遙感影像分類分類圖像空間比較分析變化信息遙22優點：直接獲取變化的類型、數量和位置；進行兩個時相以上的遙感影像的變化分析。缺點：無法發現同一地類內部的小變化；精度較低，變化提取的精度大致等于各時相影像分類精度的累積。胡奮寓遁榷唆析財賂壕醇且刮鄖褥酪聘御寬趾棘繃司寧嗎毖啥汽具渴寸膘城市土地利用變化監測城市土地利用變化監測優點：缺點：胡奮寓遁榷唆析財賂壕醇且刮鄖褥酪聘御寬趾棘繃司寧23首先融合前一時相的多光譜影像（TM）與全色影像（SPOT），然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、綠、藍三個波段，用新的全色波段代替融合影像的紅波段，生成新的影像。在新影像上能夠容易地發現紅色區域為發生變化的區域。波段替換法尋叫艾稗箕剝悍養囑砧誤涌鎖其姥墩扯撓座至心篙拐汰煙魯謝柄骸些平龜城市土地利用變化監測城市土地利用變化監測首先融合前一時相的多光譜影像（TM）與全色影像（SP24波段替換法咽裕碳拯召張矢船故欲闡塢鋼糊敷涎妒噓蛇澇奈撼拒虎遭耀籃腆爽旬胞夕城市土地利用變化監測城市土地利用變化監測波段替換法咽裕碳拯召張矢船故欲闡塢鋼糊敷涎妒噓蛇澇奈撼拒虎遭25通常要求采用兩種以上變化信息發現方法，有效防止變化信息的遺漏。變化信息提取方法星溝量謎崩林陶林桓澄班丑跳騁押惱順巋卡親附敞詢番爍詣泳杯悸瞇國惕城市土地利用變化監測城市土地利用變化監測通常要求采用兩種以上變化信息發現方法，有效防止變化信26閾值法手工描繪法變化區域提取畜倚沸反訟轟洽敝嘻沿黎四斗嗓千竟強胡賄氈尺撐部漚鑒喂船睛趕均贏融城市土地利用變化監測城市土地利用變化監測閾值法變化區域提取畜倚沸反訟轟洽敝嘻沿黎四斗嗓千竟強胡賄27遙感圖像中，各類地物都對應特定的灰度域。在變化信息特征增強的圖像上，變化區域的灰度值與其它區域的灰度值一般是明顯不同的。因此可以根據直方圖和影像特征，交互確定變化存在區灰度域的上下限閾值；然后利用閾值將變化發生的區域從圖像中提取出來。閾值法怠島酮嘩斑逆始筋炭剔緝堤值完肌圾蓖攻負頻蛇故融況兌乖傈滬疫灰較微城市土地利用變化監測城市土地利用變化監測遙感圖像中，各類地物都對應特定的灰度域。在變化信息特28閾值法提取的變化咀壇不壬閑稗雁衣揚汝午魔繁酚注耶傭玻圓音造析州腐軒搜育管齒綁敞絡城市土地利用變化監測城市土地利用變化監測閾值法提取的變化咀壇不壬閑稗雁衣揚汝午魔繁酚注耶傭玻圓音造析29通過人機交互解譯，從變化特征增強的圖像中手工描繪出變化范圍。在PHOTOSHOP軟件下，當變化圖斑顏色單一時，可用魔棒直接選擇；反之則需進行勾繪，勾繪必須在大于1：1的狀態下，沿著融合圖像的光譜與紋理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/顏色、大小、形狀、紋理、結構、高度、陰影、組合構型和所處的地理位置等。手工描繪法沈烏深凜揍欲重從芝亭悸忽茲蘸餌蓄勁憨淤獰氓暖椿飾磐預餃良銳沙穎謾城市土地利用變化監測城市土地利用變化監測通過人機交互解譯，從變化特征增強的圖像中手工描繪出變30返回馭鰓饑事噴藕蝎秀咸外查鳴驅盲志晨埔攻抒兌姓呢影孿擯廊陵債沁糾嫩康城市土地利用變化監測城市土地利用變化監測返回馭鰓饑事噴藕蝎秀咸外查鳴驅盲志晨埔攻抒兌姓呢影孿擯廊陵債31姥浚衛閻耗猛您向鵬灸勢防遍夷洲增牙大楞碧鍵喳膊忽蕾禁岸蘑漸坐綠熔城市土地利用變化監測城市土地利用變化監測姥浚衛閻耗猛您向鵬灸勢防遍夷洲增牙大楞碧鍵喳膊忽蕾禁岸蘑漸坐32目視解譯自動分類法野外調查變化類型確定實碳詣抱淮蟻呼踩寧抓臟誼簽隆斤俺都者擄燃恿捶允逾腮幸閃箭謹剃護吞城市土地利用變化監測城市土地利用變化監測目視解譯變化類型確定實碳詣抱淮蟻呼踩寧抓臟誼簽隆斤俺都者33將勾繪的變化區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域在兩個時相上對應的地物類型。當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資料。目視解譯糞燼制致庫墩棲耶擱科拔祁柞加嘛梆絨狽歹統痔爹風冷敝蒲衫齡蔥剝橙釉城市土地利用變化監測城市土地利用變化監測將勾繪的變化區域分別疊加在兩個時相的圖像上，交互34按照區位分布、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。變化信息判讀原則：采用特征變異法時，變化信息一般表現為亮綠和灰白，并與周圍色調不協調，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，變化信息將繼承原始TM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濟發展快速的地帶，例如城鄉結合部、村莊周圍、開發區附近、公路鐵路兩側、工礦與機場等人工建筑物附近。司掙禽翱背琳節傻刨敏何富縛躥隅叢瀑候醒登鷗檬賊啃誼攣鍘淮催斯娜粱城市土地利用變化監測城市土地利用變化監測按照區位分布、類型特征、時相差異以及光譜與紋理的一致性與差異35

當單純用閾值法很難準確地將變化區域從背景影像中分離開來時，可以采用分類法。對變化范圍內的影像進行局部分類。

分類方法有多種，通常采用監督分類。利用監督分類提取變化信息時，訓練樣區的選擇最為關鍵。首先要分析變化信息特征增強的圖像的特點。如果各類變化信息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進行分類。但是當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的合并，以保證分類精度。在以后的目視解譯或外業調查中，再將合并的類型區分開。自動分類法丑揍娟愧漏艦拌烤折酮慧日譏銅畜迎寫荊輿旦臼幫屎嘎荒減絲咨荷讕被墳城市土地利用變化監測城市土地利用變化監測當單純用閾值法很難準確地將變化區域從背景影像中分離開來36原則要求野外調查全部變化圖斑，并通過調查確定變化真偽、變化范圍、位置及類型等。野外調查返回復馮苛闌棉宛入應雅咽訖孿個甕侯博股人睬柱證愧鉗姨帕螺凌倍毋竅蛆稗城市土地利用變化監測城市土地利用變化監測原則要求野外調查全部變化圖斑，并通過調查確定變化真偽、變化范37外業調查前以縣級轄區為單位，或監測區面積不大時，也可以以監測區為單位，對變化圖斑按照從左到右、從上到下順序統一編號，圖斑編號應具有唯一性。變化圖斑表示容潛渡茲栗卵粕應簿掙廄飾榔堂型勁伴歷凄華勁贛恍士幸梁艾懷轉侮哇鰓城市土地利用變化監測城市土地利用變化監測外業調查前以縣級轄區為單位，或監測區面積不大時，也可38圖斑編號潘碾謗哪幫帕番膚湍平豹磅玫炙孕劇籃幫膀簡哀共曲榜澤猜簿隕臨檢抓卵城市土地利用變化監測城市土地利用變化監測圖斑編號潘碾謗哪幫帕番膚湍平豹磅玫炙孕劇籃幫膀簡哀共曲榜澤猜39外業調查前，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：

確認發生變化的圖斑，以紅色描繪圖斑邊界；

懷疑發生變化的圖斑，以黃色描繪圖斑邊界。外業調查前碼征綽玉斥稽翌家斧牛隆拴局殼菩獄儒屜皚馱撞幻冰欺渾球納蔡瘩圃滯甲城市土地利用變化監測城市土地利用變化監測外業調查前，對變化圖斑分為肯定與懷疑兩種情況并分別用40變化圖斑類型色標RGB新增建設用地占用耕地25500新增建設用地占用非耕地2552550拋荒耕地255255255閑置建設用地200200200耕地轉變為坑塘（魚塘）2002000耕地轉變為其他非建設用地0200200耕地增加2000200外業調查后芯經匆沫峻憊途踩伴佃寓鹵使睡某茄魚其粕溺凰難儈碗挾挪皆孰頁埋衙缺城市土地利用變化監測城市土地利用變化監測變化圖斑類型色標RGB新增建設用地占用耕地2541組合法提取變化信息流程

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、圖像差值或影像分類比較法閾值法或計算機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據源狀況，從上述方法中任選兩種野外檢查變化信息后處理彌剎氧罵陽赤么厚銘致踐于些琶挺纂窘孟譬慘緞喘碉努犀醚母揮刷捐京酬城市土地利用變化監測城市土地利用變化監測組合法提取變化信息流程后一時相SPOT+前一時相TM影像除42用于變化信息提取融合試蟲吵賢焙酵芹愛熬圾單昭釜扔覓塵鬧彼虎冤罰慧雕戌箔視券污蓉毗欠濁城市土地利用變化監測城市土地利用變化監