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© 2013由Elsevier B.V.发布信息工程研究院负责评选和同行评议可在www.sciencedirect.comwww.sciencedirect.com上在线获取ScienceDirectIERI Procedia 5(2013)75 - 802013年农业与自然资源工程基于20m中分辨率遥感数据的银川平原新增建设用地宏观动态监测研究刘志宏a,b, *,杨兴科a,何虎军a,朱倩aa长安大学地球科学与资源学院bXi市国家土地督察局,中国西安摘要分析了新增建设用地宏观动态监测的意义,综合考虑各种因素的影响,选取银川平原为典型试验区,建立了遥感影像解译知识库,利用多时相遥感影像,进行了新增建设用地变化规律的交互式解译和实地验证。20 m遥感影像解译结果表明,20 m遥感数据监测的新增建设用地变化最小点平均面积约为6亩。20 m尺度遥感数据识别新增建设用地变化的能力进一步增强,表现在识别的最小点面积减小,识别精度提高。© 2013作者。由爱思唯尔公司出版 在CC BY-NC-ND许可下开放访问。信息工程研究院负责评选和同行评议关键词:银川平原;遥感数据;中分辨率;新增建设用地动态监测1. 介绍随着经济建设的进一步发展和宏观土地管理要求的转变,* 刘志宏。联系电话:电话:029 -82339073电子邮件地址:hshengjun@sohu.com2212-6678 © 2013作者由爱思唯尔公司出版 在CC BY-NC-ND许可下开放访问。信息工程研究所负责的选择和同行评审doi:10.1016/j.ieri.2013.11.07376Zhihong Liu等/ IERI Procedia 5(2013)75尽快掌握新增建设用地信息,为监管点提供目标范围。因此,在利用高分辨率遥感影像监测重点区域新增建设用地情况的基础上,有必要利用覆盖范围广、价格相对低廉的中分辨率遥感影像对全区新增建设用地的宏观情况进行监测。从而进一步完善西北五省平原区新增建设用地动态遥感监测体系,同时宏观监测与微观监测相互补充,为西北五省宏观决策和土地监督管理提供及时、全面的数据[1-6]。因此,有必要在一些平坦地带开展利用中分辨率遥感影像进行新增建设用地变化检测的试验。在此基础上,对中分辨率遥感影像监测和发现新增建设用地变化的能力进行了分析和探讨,以期为进一步开展新增建设用地,特别是耕地变更后的新增建设用地变化检测工作提供经验和借鉴。2. 实验区与数据处理2.1. 试验区本研究选择银川平原作为实验区。银川平原面积大,利用中分辨率遥感影像进行全区监测是一项繁重的工作。考虑到现有高分辨率影像的质量,本次试验只选择银川平原部分县进行动态监测。本试验选取宁夏西峡区、金凤区、兴庆区(三区总面积9491km2),贺兰县(1600km2)和永宁市(1020km2)。总面积12111平方公里。2.2. 数据准备(1)中分辨率图像利用2007年和2008年的银川平原中分辨率遥感影像资料,对银川平原进行了影像学分析。P6数据空间分辨率为23.5m,有4个通道,CBERS卫星多光谱数据空间分辨率为20m,有5个通道,本次试验将利用遥感数据进行20m尺度的遥感数据表示。(2)高分辨率图像所采集的银川平原高分辨率影像是2007年和2008年生产的。本实验利用这些影像对中分辨率影像提取的新增建设用地进行了验证和评价。2.3. 数据预处理(1)大地校正从参考图像中找出可识别的点,同时考虑这些点的均匀分布。从影像中找出相应的点进行校正,并利用遥感处理软件逐一输入这些点的坐标值。采用二次多项式拟合法对控制点进行平差计算,采用双线性插值法对像元进行重采样,删除RMSE异常的点Zhihong Liu等/ IERI Procedia 5(2013)7577值,同时确保这些删除的点不影响几何校正结果。控制点的数量控制在理论最小数量(n+1)(n+2)/2和推荐最大数量(n+1)(n+2)/2之间,以满足几何精度的要求[7-10]。(2)图像配准由于用于识别和提取新增建设用地信息的影像来自两个试验区的不同传感器和不同时间,因此要求它们在同一试验区的空间位置上具有良好的匹配性。这意味着需要图像配准技术。以2007年12月获得的中巴资源卫星遥感影像为参考影像,对银川平原实验区30 m中分辨率影像进行配准(3)图像增强遥感图像的获取是一个复杂的过程,图像质量受大气、光学系统、传感器、电子线路以及卫星飞行等因素的影响,这就需要通过以下方法来恢复图像的纹理和几何特征:首先用成像系统的点扩散函数(PSF)来表示图像质量的降低,然后对PSF进行傅里叶变换,得到成像系统的调制传递函数(MTF),最后用傅里叶变换的方法来表示图像质量的降低。然后,基于卫星成像过程的逆过程,采用维纳滤波对MTF进行恢复和补偿,最终增强图像的清晰度。同时,为了锐化有用信息,放大特征的差异性,提高图像2.4. 试验区(1)新增建设用地解释标志的设立新增建设用地解译标志的建立以多光谱影像为主。在参考高分辨率影像的基础上,选取不同数据类型的新增建设用地变化模式点,并对其特征进行描述和分类:农地转化为建设用地的解释性知识未利用地转化为建设用地的解释性知识(2)新增建设用地格局点的提取网格为了避免在提取过程中丢失或重复模式点的变化,实验区被划分为几个等间距的网格,每个网格是一个工作单元。全色高分辨率图像的网格尺寸为1 km×1 km,中分辨率图像的网格尺寸为2 km×2 km。一种新增建设用地格局点目前,计算机自动分类的准确率还不能满足工作要求,因此本实验采用人机交互判读的方式提取模式变化点。通过两期多光谱影像的交换,提取光谱变化信息,在20 m中分辨率影像上逐格解译新增建设用地的模式点,根据影像的颜色、大小、形状、纹理、结构、高度、明暗等特征,识别出变化的土地,绘制出新增建设用地,并记录改变的信息。同样,提取全色影像上新增建设用地的模式点,记录变化信息,为外业核查提供参考。78Zhihong Liu等/ IERI Procedia 5(2013)753. 试验区(1)20m中分辨率多光谱影像对新增建设用地的监测效果以银川平原试验区为例,利用中巴资源卫星(CBERS)和P6影像数据,提取了107个新增建设用地格局点。总面积约为20607英亩。新增建设用地的点分布如图1所示。在新增建设用地变化点中,最大格局点为2107亩,最小格局点为6亩。从面积分布上看,这些图案点的面积主要集中在10亩~ 50亩和100亩~ 500亩之间。图图1银川平原试验区CBERS和P6数据新增建设用地变化点分布图(2)监测结果Zhihong Liu等/ IERI Procedia 5(2013)7579由表1和表2可知,在75个重叠新增建设用地变化点中,缺失的54个点所占面积比例较小。表1新增建设用地20 m遥感影像监测结果对比分析面积(英亩)新增建设用地新增建设用地重叠的模式点的新129 11509107 22060775 9703表2 20m遥感数据正确提取的新增建设用地代表性格局点分析项的数目面积百分比图像提取精度百分之七十点一47.1%业务运营准确性百分之五十八点一百分之八十四点三4. 结论以银川平原试验区为例,利用中巴资源卫星(CBERS)和P6影像数据,提取了107个新增建设用地格局点。以中巴资源卫星和P6多光谱数据为代表的20 m遥感数据监测的新增建设用地变化最小点平均面积约为6亩。通过对比分析,CBERS和P6多光谱数据的空间分辨率均高于BJ-1多光谱数据,因此无论是影像提取精度还是业务会议精度都有很大提高,尤其是识别新增建设用地变化的能力进一步增强,表现在识别的最小格局面积减小,识别精度提高。确认本工作得到中央高校基础科研专项资金(CHD2011JC 111)的资助。引用[1] 戴文卓。新形势下国土遥感监测实施分析与浙江省国土资源厅,第5期,页。46-50,2011年。[2] 王秀兰,包玉海土地利用动态变化研究方法探讨《地理学进展》81-87,1999年。[3] 周靖,杨清源,辛桂欣,冯迎宾。差异化土地利用政策在新一轮土地利用规划中的应用。资源工业,卷。号13第1页。78-82,2011年。新增建设用地遗漏的图案斑点3210904误判的模式点54180680Zhihong Liu等/ IERI Procedia 5(2013)75[4] 易宗。我国城市土地集约利用理论分析与评价研究天津:天津大学,2005.[5] 侯光辉。基于土地竞争力评价的新增建设用地配置。《安徽农业科学》,第39卷,第2期,页。939-941,2011年。[6] 徐梅,黄世峰,黄玄。土地利用遥感动态监测中几个关键问题的探讨。遥感技术与应用,卷。号15第4页。252-255,2000。[7] 永久风,真寒。基于遥感的黄浦江沿岸土地利用格局时空演变研究土地资源遥感,第5号,页。91-96,2011年。[8] 高志强,刘继源,庄大方。中国土地利用/土地覆盖现状研究。Journal of Remote Sensing,vol. 3,no. 2,pp. 134-138,1999年。[9] 何虎军,杨兴科,李宇航,李永寿,李旺。多源数据融合技术及其在地质矿产调查中的应用地球科学与环境杂志,卷。32号,不。第1页。44-47,2010年。[10] 游树成,刘顺喜,徐宗学。高空间分辨率SAR数据用于土地利用判别和土地变化检测的评价。中国农业科学通报,卷。27岁,不。第8页。460-463,2011年。
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