遥感城市扩张研究论文

洋河流域遥感图像土地利用分类方法研究 【摘要】遥感影像分类方法的确定是LUCC研究中的关键步骤。文章以洋河流域为研究区，分别进行了非监督分类和监督分类。针对监督分类结果中存在的误差，对水域、植被、城镇与工矿用地三种类型地物的提取分别选择了综合阈值法、植被指数法、DEM数据辅助分析法进行了改进，结果表明改进后的提取结果较监督分类直接得到的结果有了很大的改善。【关键词】遥感图像；监督分类；综合阈值法；植被指数法【中图分类号】TP79 【文献标识码】A【文章编号】1671-5969（2007）16-0164-03一、研究区域概况及图像资料（一）研究区域概况洋河流域是张家口经济发展的中心地带，水资源相对丰富。洋河发源于山西省阳高县和内蒙古兴和县，是永定河上游的一大支流，流域面积约14600km2 。在张家口市流域面积为9762km2，流经万全县、怀安县、张家口市区、宣化县、宣化区、下花园区、怀来县等，干流全长106 km，在朱官屯于桑干河汇合后流至官厅水库，是官厅水库的重要水源。洋河流域形状东西向较长，南北向较短，地形总趋势西北高、东南低。流域的东北、北部和西北沿坝头一带海拔高程1200～1500m之间，西部和南部边界海拔高程一般在500～1000m之间。流域内80％以上为丘陵山区，绝大部分为荒山秃岭。流域内大部分为黄色沙壤土，并有部分砂砾土及黄粘土，沿河川地层厚且较肥沃[1]。（二）信息源遥感信息源的选择要综合考虑其光谱分辨率、空间分辨率、时间分辨率等因素， 这是利用遥感图像进行土地利用分类的关键问题。美国的Landsat TM 图像是当前应用最为广泛的卫星遥感信息源之一，它可提供7个波段的信息， 空间分辨率为30～120m。TM数据源各波段各有特点，可进行不同地物类型的信息提取。相关资料表明TM遥感数据各波段间的信息相关关系为：TM1与TM2，TM5与TM7高度相关，相关系数达0.95以上，信息冗余大，可以考虑不选取TM1波段。另外由于第6个波段的分辨率为120m，不利于地物信息的提取，所以亦不选取TM6波段。一般来说， 选择图像类型时，应考虑研究区域的大小、研究的目的，以及要达到的精度要求，另外不同时相遥感图像的选择对分类精度也具有很大的影响。为了能把水域、城市与工矿用地、林地、耕地、裸地区分开，以洋河流域1987年9月17日的TM图像为信息源进行研究。本文中所使用的遥感图像处理工具为美国ERDAS公司的ERDAS IMAGINE8.4软件，它是一个功能完整的、集遥感与地理信息系统于一体的专业软件，具有数据预处理、图像解译、图像分类、矢量功能、虚拟gis等多个功能。二、现有遥感图像土地利用分类的主要方法及其分析遥感图像土地利用分类就是利用计算机通过对遥感图像中各类地物的光谱信息和空间信息进行分析，选择特征，并用一定的手段将特征空间划分为互不重叠的子空间，然后将图像中的各个像元划归到各个子空间中以实现分类[2]。按照是否有已知训练样本的分类数据，将其分为非监督分类和监督分类。它们最大的区别在于监督分类首先给定类别，而非监督分类则由图像数据本身的统计特征来确定。（一）非监督分类非监督分类是在多光谱特征空间中通过数字操作搜索像元光谱属性的自然群组的过程，这种聚类过程生成一副有m个光谱类组成的分类图。然后分析人员根据后验知识将光谱类划分或转换成感兴趣的专题信息类[3]。洋河流域内有很多山地，在图像上会产生大量的阴影，导致了像元灰度值的空间变化，这对分类结果有很大的影响。为此可以通过比值运算来去除阴影的影响，使向阳处和背阴处都毫不例外地只与地物的反射率的比值有关。常用算法：近红外波段（TM4）/红外波段（TM3），这样所得到的效果比较好，从原始图像和比值运算后的图像（图像略）中，可以清楚地看到山体阴面的阴影得到了有效的去除。经过比值运算后， 就可以对图像进行非监督分类。得到的分类结果如图1所示。非监督分类只根据地物的光谱特征进行分类，受人为因素的影响较少，不需要对地面信息有详细的了解，但由于“同物异谱、异物同谱”等现像的存在，其结果一般不如监督分类令人满意。比如官厅水库旁边的大量建筑物被分到水体一类。是因为在TM3波段上，水体和建筑物的灰度值相近， 同样在TM7波段上，裸山和建筑物的灰度值也相近。总之，在TM的6个波段上，无论采用哪个波段进行非监督分类，总有几种地物的光谱值接近，因此单纯依靠计算机自动分类取得很好的效果是非常困难的。

徐涵秋. 新型Landsat8卫星影像的反射率和地表温度反演. 地球物理学报, 2015, 58(3): 741-747, SCI, EI.徐涵秋, 林中立, 潘卫华. 单通道算法地表温度反演的若干问题讨论——以Landsat系列数据为例. 武汉大学学报(信息科学版), 2015, 40(4): 487-492, EI.徐涵秋, 唐菲. 新一代Landsat系列卫星：Landsat 8遥感影像新增特征及其生态环境意义. 生态学报, 2013, 33(11), 3249-3257, 中科院生态环境研究中心主办刊物.Xu Hanqiu. Dynamic of soil exposureintensity and its effect on thermal environment change.International Journalof Climatology, 2014SCI.XU Hanqiu. Rule-based impervious surface mapping using high spatial resolution imagery.International Journal of Remote Sensing, 2013SCI.XU Hanqiu. Assessment of consistency in forest-dominated vegetation observations between ASTER and Landsat ETM+ images in subtropical coastal areas of southeastern China,Agricultural and Forest Meteorology, 2013SCI.XU Hanqiu. Analysis of impervious surface and its impact on urban heat environment using the Normalized Difference Impervious Surface Index (NDISI).Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, 2010, 76(5), 557-565,SCI、EI.XU Hanqiu, DING Feng and WEN Xiaole. Urban expansion and heat island dynamics in the Quanzhou region, China.IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing, 2009, 2(2), 74-79,SCI、EI.XU Hanqiu, LIN Dongfeng, Tang Fei. The impact of impervious surface development on land surface temperature in a subtropical city: Xiamen, China.International Journal of Climatology, 2013SCI.XU Hanqiu. A new index for delineating built-up land features in satellite imagery.International Journal of Remote Sensing, 2008, 29(14), 4269-4276,SCI、EI.XU Hanqiu. Extraction of urban built-up land features from Landsat imagery using a thematic-oriented index combination technique.Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, 2007, 73(12), 1381-1392,SCI、EI.XU Hanqiu. Modification of Normalised Difference Water Index (NDWI) to enhance open water features in remotely sensed imagery.International Journal of Remote Sensing. 2006, 27(14), 3025–3033,SCI、EI (ESI 前1%高引论文，列大陆学者3S领域引用最高的100篇论文之一).XU Hanqiu. Evaluation of two absolute radiometric normalization algorithms for pre-processing of Landsat imagery.Journal of China University of Geosciences, 2006, 17(2), 146-150,SCI.XU Hanqiu and CHEN Benqing. Remote sensing of the urban heat island and its changes in Xiamen City of SE China.Journal of Environmental Sciences, 2004, 16(2), 276-281,SCI, EI.XU Hanqiu. Assessment of the SFIM Algorithm.Chinese Geographical Science, 2004, 14(1), 48-56,SCI.XU Hanqiu. An assessment of land use changes in Fuqing County of China using remote sensing technology.Chinese Geographical Science, 2002, 12(2), 126-135,SCI.XU Hanqiu, WANG Xiaoqin and XIAO Guirong. A remote sensing and GIS integrated study on urbanization with its impact on arable lands: Fuqing City, Fujian Province, China.Land Degradation & Development, 2000, 11(4), 301-315,SCI、EI, 并被CSA (剑桥科学文摘) 推荐为遥感应用热点研究的25篇文献之一.XU Hanqiu, MacCarthy I. Markov chain analysis of vertical facies sequences using a computer software package (SAVFS): Courtmacsherry Formation (Tournaisian), southern Ireland.Computers & Geosciences, 1998, 24(2), 131-139, 国际IAMG主办刊物,SCI、EI(SAVFS软件被IAMG收入其官方网站).徐涵秋, 张铁军. ASTER与Landsat ETM+植被指数的交互比较. 光谱学与光谱分析, 2011, 31(7), 1902-1907, 中国光学学会主办刊物,SCI.(2014年“领跑者5000——中国精品期刊顶尖论文”) 徐涵秋. 区域生态环境变化的遥感评价指数. 中国环境科学, 2013, 33(5), 655-662, 中国环境科学学会主办刊物，EI.徐涵秋. 遥感监测地表裸露度动态变化及其热环境效应. 农业工程学报,2012, 28(23): 98-106. 中国农业工程学会主办刊物，EI.徐涵秋. 基于城市地表参数变化的城市热岛效应分析. 生态学报，2011, 30(14), 3890-3901, 中科院生态环境研究中心主办刊物.徐涵秋. 福建省长汀县河田盆地区近35年来地表裸土变化的遥感时空分析. 生态学报, 2013, 33(10), 2946-2953. 中国生态学会主办刊物徐涵秋, 何慧, 黄绍霖. 福建省长汀县河田水土流失区植被覆盖度变化及其热环境效应. 生态学报, 2013,33(10), 2954-2963. 中国生态学会主办刊物徐涵秋. 近30年来福州盆地中心的城市扩展进程. 地理科学, 2011, 31(3), 351-357, 中国科学院东北地理与农业生态研究所主办.徐涵秋, 张铁军, 李春华. ASTER与Landsat ETM+热红外传感器数据的比较研究. 武汉大学学报(信息科学版), 2011, 36(8), 936-940+1007, 武汉大学主办,EI.徐涵秋. 城市不透水面与相关城市生态要素关系的定量分析. 生态学报, 2009, 29(5), 2456-2462, 中科院生态环境研究中心主办刊物.徐涵秋.一种快速提取不透水面的新型遥感指数. 武汉大学学报(信息科学版), 2008, 33(11), 1150-1153, 武汉大学主办,EI.徐涵秋. 基于影像的Landsat TM/ETM+数据正规化技术. 武汉大学学报(信息科学版), 2007, 32(1), 62-66, 武汉大学主办刊物,EI.徐涵秋. 福州市城市热岛三维分布图, 载: 遥感见证——中国遥感卫星地面站建立20年卫星遥感图集, p. 298, 北京：科学出版社, 2006.徐涵秋. 环厦门海域水色变化的多光谱多时相遥感分析. 环境科学学报, 2006, 26(7), 1209-1218, 中科院生态环境研究中心主办刊物.徐涵秋. 利用改进的归一化差异水体指数(MNDWI) 提取水体信息的研究. 遥感学报, 2005, 9(5), 589-595, 中科院遥感应用研究所主办刊物 (中国百篇最具影响国内学术论文、《遥感学报》年均引用次数第1名).徐涵秋. 基于压缩数据维的城市建筑用地遥感信息提取. 中国图象图形学报, 2005, 10(2), 223-229, 中国图象图形学会、中科院遥感应用研究所主办刊物.徐涵秋. Landsat 7 ETM+影像的融合和自动分类研究. 遥感学报, 2005, 9(2), 186-194, 中国科学院遥感应用研究所主办刊物.徐涵秋. 基于谱间特征和归一化指数分析的城市建筑用地信息提取. 地理研究, 2005, 24(2), 311-320, 中科院地理科学与资源研究所主办刊物.徐涵秋. 基于SFIM算法的融合影像分类研究. 武汉大学学报 (信息科学版), 2004, 29(10), 920-923, 武汉大学主办刊物.徐涵秋, 陈本清. 不同时相的遥感热红外图象在研究城市热岛变化中的处理方法. 遥感技术与应用, 2003, 18(3), 129-133, 中科院遥感联合中心等主办刊物.(年均引用次数列该刊第3位)徐涵秋. 爱尔兰的高等教育, 载: 理论与实践, 北京：光明日报出版社, 1999.唐菲, 徐涵秋. 旧城改造与城市热岛效应关系的遥感研究. 地理科学, 2011, 31(10), 1228-1234, 中国科学院东北地理与农业生态研究所主办.吴学文, 徐涵秋. 一种基于水平集方法提取高分辨率遥感影像中主要道路信息的算法. 宇航学报, 2010, 31(5), 1495-1502, 中国宇航学会主办刊物,EI.张铁军, 徐涵秋. 基于MNDWI水体指数的ASTER与ETM+影像交互比较研究. 宇航学报, 2010, 31(4), 中国宇航学会主办刊物,EI.李春华, 徐涵秋, 陈荔聪. ASTER和Landsat-7ETM+两种多光谱传感器影像的交互对比. 光谱学与光谱分析, 2010, 30(9), 中国光学学会主办刊物,SCI、EI.李婉晖, 徐涵秋. 基于生物光学模型的二类水体光学活性物质估算: 以晋江下游河段为例. 环境科学, 2009, 30(4), 中科院生态环境研究中心主办刊物.孙小丹, 徐涵秋. 一种利用多光谱双向检测和多尺度角特征验证的角提取方法. 武汉大学学报(信息科学版), 2009, 34(10), 1231-1235, 武汉大学主办,EI.孙小丹, 徐涵秋. 农用地遥感影像信息的角提取方法. 农业工程学报, 2009, 25(10), 135-141, 中国农业工程学会主办,EI.温小乐, 徐涵秋. 基于多源同步数据的闽江下游悬浮物定量遥感. 环境科学, 2008, 29(9), 2441-2447, 中科院生态环境研究中心主办刊物,EI.