最新城市土地利用变化监测ppt课件

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1、城市土地利用变化监测 由于遥感图像信息的获取过程受到各种因素的影响（由于遥感图像信息的获取过程受到各种因素的影响（遥感遥感系统因素与环境因素），系统因素与环境因素），因此变化检测时必须充分考虑这些因素因此变化检测时必须充分考虑这些因素在不同时间的具体情况及其对于图像的影响，并尽可能消除这在不同时间的具体情况及其对于图像的影响，并尽可能消除这种影响，使这种检测建立在一个比较统一的基准上，以获得比种影响，使这种检测建立在一个比较统一的基准上，以获得比较客观的变化检测结果。较客观的变化检测结果。如：遥感系统因素的影响及数据源的选择如：遥感系统因素的影响及数据源的选择 时间时间时间时间：应当尽可能选用

2、相同季节、相近时刻的遥感图像，应当尽可能选用相同季节、相近时刻的遥感图像，以消除因太阳高度角不同和植物物候差异引起的图像以消除因太阳高度角不同和植物物候差异引起的图像 反射特性差异；反射特性差异；空间空间空间空间：要求保证不同日期遥感图像之间的精确配准要求保证不同日期遥感图像之间的精确配准 ；光谱光谱光谱光谱：选择合适的遥感数据类型及相应波段选择合适的遥感数据类型及相应波段 ；还要注意大气状况还要注意大气状况 、土壤湿度状况、土壤湿度状况 、物候特征等，以保证数、物候特征等，以保证数据的可比性和变化检测的可靠性。据的可比性和变化检测的可靠性。变化信息发现的方式变化信息发现的方式变化信息发现的方

3、式变化信息发现的方式自动发现自动发现自动发现自动发现人工发现人工发现人工发现人工发现（人工目视解译）（人工目视解译）（人工目视解译）（人工目视解译）人工发现与人工发现与人工发现与人工发现与自动发现相结合自动发现相结合自动发现相结合自动发现相结合 光谱特征变异法光谱特征变异法 主成份分析法（主成份分析法（PCAPCA）假彩色合成法假彩色合成法 图像差值法图像差值法 分类后比较法分类后比较法 波段替换法波段替换法自动发现方法自动发现方法自动发现方法自动发现方法 运用多源数据的融合技术，将不同时相的来自不运用多源数据的融合技术，将不同时相的来自不同传感器的遥感数据进行融合，使变化区域呈现特殊同传感器

4、的遥感数据进行融合，使变化区域呈现特殊的影像特征的一种方法。该方法通常用于辅助计算机的影像特征的一种方法。该方法通常用于辅助计算机自动提取变化图斑的确定。自动提取变化图斑的确定。原理：原理：原理：原理：同一地物反映在同一地物反映在SPOTSPOT影像上的信息与其在影像上的信息与其在TMTM影影像上的光谱信息是一一对应的。因此，将二者融合时，像上的光谱信息是一一对应的。因此，将二者融合时，将如实地显示出地物的正确光谱属性。但如果两者信将如实地显示出地物的正确光谱属性。但如果两者信息表现为不一致时（即地物发生变化时），融合后的息表现为不一致时（即地物发生变化时），融合后的影像上就会出现影像上就会出

5、现光谱突变光谱突变（变异），并与周围地物在（变异），并与周围地物在光谱上失去协调性，从而检测出变化信息。光谱上失去协调性，从而检测出变化信息。光谱特征变异法光谱特征变异法光谱特征变异法光谱特征变异法前一时相多光谱或全前一时相多光谱或全前一时相多光谱或全色影像色影像色影像后一时相全色或多光后一时相全色或多光后一时相全色或多光谱影像谱影像谱影像两时相影像融合两时相影像融合两时相影像融合发现变化发现变化发现变化缺点：缺点：缺点：缺点：发生光谱特征变异的地物要有足够的几何尺寸才能被人工目视发现，同时该方法的效率还受到监测区地物光谱特性的限制。故丢失图斑尤其是小图斑较多，而且效率低。主主成成分分分分析析

6、（PCAPCA）是是基基于于变变量量之之间间的的相相互互关关系系，在在尽尽量量不不丢丢失失信信息息的的前前提提下下利利用用线线性性变变换换的的方方法法实实现现数数据据压压缩缩。在在使使用用主主成成份份分分析析法法时时，一一般般都都要要对对不不同同的的时时相相的的数数据据做做主主分分量量变变换换，以以压压缩缩数数据据中中的的信信息息，突突出出主主要要的的信信息息部部分分，根根据据做做PCAPCA变变换换的的具具体体操操作作的的不同，该方法又有以下几种方式：不同，该方法又有以下几种方式：多波段主成份变换法多波段主成份变换法 主成份差异法主成份差异法主成分分析主成分分析主成分分析主成分分析补充主成份

7、分析的知识补充主成份分析的知识前一时相融合影像前一时相融合影像（nn波段）波段）后一时相融合影像后一时相融合影像（nn波段）波段）两时相波段合成两时相波段合成（2n2n波段）波段）主分量变换主分量变换后几个分量波段组合后几个分量波段组合变化信息变化信息多多波波段段主主成成分分变变换换法法前一时相融合影像前一时相融合影像后一时相融合影像后一时相融合影像主分量变换主分量变换主分量变换主分量变换相减取绝对值相减取绝对值变化信息变化信息（第一分量）（第一分量）主主成成分分差差异异法法 将两个甚至三个时相的同一波段数据分别放将两个甚至三个时相的同一波段数据分别放入红、绿、蓝影像处理面板中，合成后的图像，

8、入红、绿、蓝影像处理面板中，合成后的图像，可以显现出高亮度的变化。可以显现出高亮度的变化。以以SPOTSPOT为例：为例：首先将两时相的全色首先将两时相的全色SPOTSPOT影像匹配影像匹配并重采样，将前一时相的并重采样，将前一时相的SPOTSPOT影像赋予绿、蓝波影像赋予绿、蓝波段，后一时相的段，后一时相的SPOTSPOT影像赋予红波段，若地表未影像赋予红波段，若地表未被破坏，即影像灰度接近，合成以后将是黑色或被破坏，即影像灰度接近，合成以后将是黑色或白色。而出现红、蓝区域则可能是变化区域。白色。而出现红、蓝区域则可能是变化区域。假彩色合成法假彩色合成法假彩色合成法假彩色合成法假彩色合成影像

9、 将两个时相的遥感影像按波段进行逐将两个时相的遥感影像按波段进行逐像元相减像元相减,从而生成一幅新的代表两个时相从而生成一幅新的代表两个时相间光谱变化的差值图像。间光谱变化的差值图像。假设辐射值的显著变化代表了土地覆假设辐射值的显著变化代表了土地覆盖变化，盖变化，在差值图像中接近于零的像元视在差值图像中接近于零的像元视为未变化为未变化,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盖状况发生了变化。盖状况发生了变化。该方法的关键是阈值的确定，一般可该方法的关键是阈值的确定，一般可采用均值标准差或经验试验法。采用均值标准差或经验试验法。图象差值法图象差值法图象差值法图象差值法差值法差值法差

10、值法差值法 分类后比较法是一种较为简单的变化发现分类后比较法是一种较为简单的变化发现方法。首先运用统一的分类体系对每一时相遥方法。首先运用统一的分类体系对每一时相遥感影像进行分类感影像进行分类,然后通过分类结果的比较直然后通过分类结果的比较直接发现土地覆盖的变化。接发现土地覆盖的变化。分类后比较法分类后比较法分类后比较法分类后比较法分类后比较法流程图遥感影像遥感影像遥感影像（时相（时相（时相1 11）分类分类分类分类图像分类图像分类图像（时相（时相（时相1 11）空间比较分析空间比较分析空间比较分析（逐像元类别比较）（逐像元类别比较）（逐像元类别比较）变化信息变化信息变化信息遥感影像遥感影像遥

11、感影像（时相（时相（时相2 22）遥感影像遥感影像遥感影像（时相（时相（时相）遥感影像遥感影像遥感影像（时相（时相（时相n nn）分类分类分类分类分类分类分类分类分类分类图像分类图像分类图像（时相（时相（时相2 22）分类图像分类图像分类图像（时相（时相（时相）分类图像分类图像分类图像（时相（时相（时相n nn）优点：优点：优点：优点：v 直接获取变化的类型、数量和位置；直接获取变化的类型、数量和位置；v 进行两个时相以上的遥感影像的变化分析。进行两个时相以上的遥感影像的变化分析。缺点：缺点：缺点：缺点：v 无法发现同一地类内部的小变化；无法发现同一地类内部的小变化；v 精度较低，变化提取的精

12、度大致等于各时相影像分精度较低，变化提取的精度大致等于各时相影像分 类精度的累积。类精度的累积。首先融合前一时相的多光谱影首先融合前一时相的多光谱影像（像（TMTM）与全色影像（）与全色影像（SPOTSPOT），然），然后将融合影像与后一时相的全色影后将融合影像与后一时相的全色影像作匹配，将融合影像分解为红、像作匹配，将融合影像分解为红、绿、蓝三个波段，用新的全色波段绿、蓝三个波段，用新的全色波段代替融合影像的红波段，生成新的代替融合影像的红波段，生成新的影像。在新影像上能够容易地发现影像。在新影像上能够容易地发现红色区域为发生变化的区域。红色区域为发生变化的区域。波段替换法波段替换法波段替换

13、法波段替换法波段替换法 通常要求采用两种以上变化信息发现方法，有效防止变化信息的遗漏。变化信息提取方法变化信息提取方法变化信息提取方法变化信息提取方法 阈值法 手工描绘法变化区域提取变化区域提取变化区域提取变化区域提取 遥感图像中，各类地物都对应特定的灰度域。遥感图像中，各类地物都对应特定的灰度域。在变化信息特征增强的图像上，变化区域的灰度值在变化信息特征增强的图像上，变化区域的灰度值与其它区域的灰度值一般是明显不同的。因此可以与其它区域的灰度值一般是明显不同的。因此可以根据直方图和影像特征，交互确定变化存在区灰度根据直方图和影像特征，交互确定变化存在区灰度域的上下限阈值；然后利用阈值将变化发

14、生的区域域的上下限阈值；然后利用阈值将变化发生的区域从图像中提取出来。从图像中提取出来。阈值法阈值法阈值法阈值法阈值法提取的变化 通通过过人人机机交交互互解解译译，从从变变化化特特征征增增强强的的图图像像中中手工描绘出变化范围。手工描绘出变化范围。在在PHOTOSHOPPHOTOSHOP软件下，当变化图斑颜色单一时，软件下，当变化图斑颜色单一时，可用魔棒直接选择；反之则需进行勾绘，勾绘必须可用魔棒直接选择；反之则需进行勾绘，勾绘必须在大于在大于1 1：1 1的状态下，沿着融合图像的光谱与纹理的状态下，沿着融合图像的光谱与纹理变异分界处以两个象素宽度向外勾绘图斑边界线。变异分界处以两个象素宽度向

15、外勾绘图斑边界线。解解译译的的基基本本要要素素包包括括色色调调/颜颜色色、大大小小、形形状状、纹纹理理、结结构构、高高度度、阴阴影影、组组合合构构型型和和所所处处的的地地理理位置等。位置等。手工描绘法手工描绘法手工描绘法手工描绘法返回v 目视解译v 自动分类法v 野外调查变化类型确定变化类型确定变化类型确定变化类型确定 将勾绘的变化区域分别叠加在两个时相的图像上，交互显示比较目视解译判断变化区域在两个时相上对应的地物类型。当从影像特征难以确定地物类型时，可以参考土地利用图等相关资料。目视解译目视解译目视解译目视解译按按照照区区位位分分布布、类类型型特特征征、时时相相差差异异以以及及光光谱谱与与

16、纹纹理的一致性与差异性特征，判读变化类型。理的一致性与差异性特征，判读变化类型。变化信息判读原则：变化信息判读原则：采采用用特特征征变变异异法法时时，变变化化信信息息一一般般表表现现为为亮亮绿绿和和灰灰白白，并并与与周周围围色色调调不不协协调调，对对于于占占用用有有植植被被的的耕耕地地，变变化化信信息息一一般般为为亮亮绿绿，对对于于占占用用无无植植被被的的耕耕地地，变变化信息将继承原始化信息将继承原始TMTM颜色，但亮度会增加。颜色，但亮度会增加。变变化化图图斑斑一一般般分分布布于于人人类类活活动动频频繁繁与与经经济济发发展展快快速速 的的地地带带，例例如如城城乡乡结结合合部部、村村庄庄周周围

17、围、开开发发区区附附近近、公路铁路两侧、工矿与机场等人工建筑物附近。公路铁路两侧、工矿与机场等人工建筑物附近。当当单单纯纯用用阈阈值值法法很很难难准准确确地地将将变变化化区区域域从从背背景景影影像像中中分分离离开开来时，可以采用分类法。对变化范围内的影像进行局部分类。来时，可以采用分类法。对变化范围内的影像进行局部分类。分类方法有多种，通常采用监督分类。分类方法有多种，通常采用监督分类。利用监督分类提取变化信息时，训练样区的选择最为关键。利用监督分类提取变化信息时，训练样区的选择最为关键。首首先先要要分分析析变变化化信信息息特特征征增增强强的的图图像像的的特特点点。如如果果各各类类变变化化信信

18、息息的的影影像像特特征征差差别别明明显显，则则将将各各类类的的变变化化信信息息都都选选出出一一个个样样区区进进行行分分类类。但但是是当当图图像像中中不不同同类类型型变变化化信信息息影影像像特特征征差差别别不不明明显显时时，须将变化类型做适当的合并，以保证分类精度。须将变化类型做适当的合并，以保证分类精度。在以后的目视解译或外业调查中，再将合并的类型区分开。在以后的目视解译或外业调查中，再将合并的类型区分开。自动分类法自动分类法自动分类法自动分类法原则要求野外调查全部变化图斑，并通过调原则要求野外调查全部变化图斑，并通过调查确定变化真伪、变化范围、位置及类型等。查确定变化真伪、变化范围、位置及类

19、型等。野外调查野外调查野外调查野外调查返回外业调查前 以以县县级级辖辖区区为为单单位位，或或监监测测区区面面积积不不大大时时，也也可可以以以以监监测测区区为为单单位位，对对变变化化图图斑斑按按照照从从左左到到右右、从从上上到下顺序统一编号，图斑编号应具有唯一性。到下顺序统一编号，图斑编号应具有唯一性。变化图斑表示变化图斑表示变化图斑表示变化图斑表示图斑编号 外业调查前，对变化图斑分为肯定与怀疑两种情外业调查前，对变化图斑分为肯定与怀疑两种情况并分别用不同的颜色表示：况并分别用不同的颜色表示：确认确认发生变化的图斑，以发生变化的图斑，以红色红色描绘图斑边界；描绘图斑边界；怀疑怀疑发生变化的图斑，

20、以发生变化的图斑，以黄色黄色描绘图斑边界。描绘图斑边界。外业调查前变化图斑类型变化图斑类型色色 标标R RG GB B新增建设用地占用耕地新增建设用地占用耕地2552550 00 0新增建设用地占用非耕地新增建设用地占用非耕地2552552552550 0抛荒耕地抛荒耕地255255255255255255闲置建设用地闲置建设用地200200200200200200耕地转变为坑塘（鱼塘）耕地转变为坑塘（鱼塘）2002002002000 0耕地转变为其他非建设用地耕地转变为其他非建设用地0 0200200200200耕地增加耕地增加2002000 0200200外业调查后外业调查后组合法提取变化

21、信息流程组合法提取变化信息流程组合法提取变化信息流程组合法提取变化信息流程 后一时相SPOT+前一时相TM影像除后一时相SPOT+前一时相TM影像以外的其它SPOT、TM影像融合处理融合处理差异主成分法、多时相主成分法、假彩色合成、图像差值或影像分类比较法阈值法或计算机分类法生成变化模板突出变异特征的线性拉伸形成光谱特征变异图像变化信息判读与图斑编号按数据源状况，从上述方法中任选两种野外检查变化信息后处理用于变化信息提取融合用于变化信息提取融合用于变化信息提取融合用于变化信息提取融合变化信息管理变化信息管理 分分分分层层层层信信信信息息息息管管管管理理理理文文文文件件件件是是将将遥遥感感监监测

22、测成成果果按按一一定定顺顺序序分分门门别别类类地地放放在在其其对对应应的的层层位位内内。常常用用的是的是PHOTOSHOPPHOTOSHOP软件下的软件下的.psd.psd分层管理文件。分层管理文件。原原则则上上以以完完整整的的主主城城区区、县县（区区、市市）行行政政辖辖区区为为基基本本单单元元制制作作PSDPSD文文件件，文文件件名名为为主主城城区区、县县（区区、市市）名名称称，如如北北京京市市主主城城区区.PSD.PSD、昌昌平平.PSD.PSD等等。当当一一个个区区范范围围较较大大、变变化化较较多多时时，可可独独立立建建一一个个PSDPSD文文件件；也也可可以以组组合合几个区，独立建几个

23、区，独立建PSDPSD文件。文件。主要内容：主要内容：参考图与融合图层 变化信息图斑及其编号层 行政境界 其他界线 公里格网 注记 土地覆盖变化与土地利用变化的关系土地覆盖变化与土地利用变化的关系单一的土地利用形式往往与某一种土地覆盖类型相对应单一的土地利用形式往往与某一种土地覆盖类型相对应（放牧草地）。一种土地覆盖类型可能支持多种利用（放牧草地）。一种土地覆盖类型可能支持多种利用方式，如森林可用于木材开采、采伐或火烧后用于耕作、方式，如森林可用于木材开采、采伐或火烧后用于耕作、狩猎和采集、燃料木收集、娱乐活动、野生生物保护、狩猎和采集、燃料木收集、娱乐活动、野生生物保护、水土保持等。一个单一

24、的土地利用系统可能包含不同的水土保持等。一个单一的土地利用系统可能包含不同的土地覆盖类型共同存在，如一个农业系统兼有耕地、林土地覆盖类型共同存在，如一个农业系统兼有耕地、林地、已开发的牧场、村落（居民地）。地、已开发的牧场、村落（居民地）。土地利用的变化很可能引起土地覆盖变化，但在土地土地利用的变化很可能引起土地覆盖变化，但在土地利用不变的情况下，土地覆盖也可能发生变化。如当利用不变的情况下，土地覆盖也可能发生变化。如当木材生产或耕作的常速超过了森林的更新能力时，森木材生产或耕作的常速超过了森林的更新能力时，森林将不断地缩小。林将不断地缩小。现在大多数的土地覆盖变化是为人类的土地利用所驱现在大多数的土地覆盖变化是为人类的土地利用所驱动，土地覆盖的变化是土地利用变化的直接响应。动，土地覆盖的变化是土地利用变化的直接响应。