土地利用动态监测解决方案

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土地利用动态监测解决方案

一、 应用背景

土地动态监测是运用遥感和其他现代科学技术对土地变化情况，特别是城镇建设用地和耕地的变化情况进行连续的监测，为各级政府决策提供准确及时的土地数据。

1999年初，国土资源部决定将土地利用动态遥感监测项目列入新一轮国土资源大调查“一项计划、五项工程”中。该项目为期12年（1999年～2010年），总体目标是：充分利用“3S”技术以及地面调查和计算机网络通讯等技术手段，开展对全国50万人口以上城市及其他重点地区建设用地、耕地等各类年度土地利用变化情况进行监测，建立全国土地利用动态遥感监测体系，实现对重点地区、特定目标土地利用状况的快速监测；同时，应用监测成果辅助开展土地变更调查和执法检查，复核土地变更调查，检查土地利用总体规划执行情况，基本农田保护情况，并更新土地利用基础图件等。

二、 方案概述

在土地动态监测中，主要的工作是通过遥感软件对监测区的遥感影像及土地利用专业资料进行处理，然后从中找出监测区的土地变化并对此进行统计。工作步骤是：首先是对遥感影像数据与土地利用专业资料进行纠正与配准，使同一区域、不同时相和不同类型卫星数据地理坐标以及象元空间分辨率统一 ，第二步由于监测区域范围比较大，需要多景影像才能完整覆盖，为了获得丰富色调均一的影像，需要对影像进行融合及色调归一调整，处理后将多幅影像镶嵌，第三步在镶嵌影像的基本上通过计算机自动提取技术发现变化特征，经人机交互半自动判读提取变化信息，第四步通过实际外业核查对变化信息进行确认与后处理，第五步根据后处理结果统计变化图斑的类型、位置、范围和面积等信息，即统计汇总及制图整饰，提交成果。操作流程见下图。

三、适用条件

硬件配置：CPU：Intel Pentium Ⅲ 600M以上，

内存：256M以上

硬盘：最小安装（只包含程序）：200M

完全安装（包括程序、DEMO数据、电子文档）：1G

操作系统平台：WIN98/NT4.0/2000 Professional/2000 Server/2000Advance Server/XP

应用软件：ImageInfo V2.0

四、方案介绍（文章中所选数据仅供参考）

1、数据预处理

（1）遥感影像数据预处理

遥感影像数据的预处理是为了改正原始数据的几何变形，产生一幅符合某种地图投影或图形表达要求的新图像。

【SPOT5正射纠正处理】

以1：1万地形图或者土地利用现状图为参考，对SPOT5 2.5米全色数据选取控制点，并采用DEM进行正射纠正处理。对于平坦地区可以不采用DEM。ImageInfo发展了两种严密成像时空物理模型，通用模型和SPOT5物理模型，仅需6个左右控制点就能完成影像的纠正。

【影像配准】

为融合得到更高分辨率正射影像，需要将TM或者SPOT5多光谱数据与SPOT2.5米数据进行配准，采用二次多项式方法配准。

【检查配准精度】

通过ImageInfo的卷帘、闪烁、透明叠加及多窗口地理关联工具可以有效检查配准精度。

【影像融合】

ImageInfo提供的融合方法有Brovey变换、HIS变换、主分量变换、加权相乘等、色彩保真融合、小波融合等多种方法。融合前的增强处理，包括全色的边缘增强和锐化，多光谱的色彩增强。

【影像镶嵌】

当监测区涉及多景数据时，需要对其进行拼接处理，对重叠带进行严格配准，镶嵌误差不低于配准误差。

【色彩调整】

融合前影像色调调整：融合前须对影像进行色调调整，一方面，提高全色数据的亮度，增强局部反差突出纹理细节，尽可能降低噪声；另一方面，对多光谱数据进行色彩增强，拉大不同地类之间的色彩反差，突出其多光谱彩色信息。

融合后影像处理：融合后影像亮度偏低、灰阶较窄，可采用线性拉伸、亮度对比度、色彩平衡、色度、饱和度和明度调整等方法进行色调调整。

色调调整时应针对不同应用目的，侧重点不同，用于变化信息提取时影像色调调整侧重于保留多光谱影像的光谱信息和全色影像的纹理细节，以便进行变化分析；用于作制图背景时融合影像的色调调整则侧重于图面视觉效果，为去除杂色保证整体反差，必要时牺牲部分光谱信息和纹理，达到自然真彩色的效果。

Ø 亮度对比度调整

Ø 色彩平衡调整

Ø 色度/饱和度调整

Ø 色阶调整

（2）土地利用专业资料预处理

土地利用专业资料一般包括：DEM、地形图和土地利用现状图等，只有土地利用专业资料与遥感资料进行综合分析，才能保证土地利用变化信息的准确性。

【扫描地形图和土地利用现状图的DRG纠正】

对地形图或者土地利用图进行DRG纠正，这是一项非常基础的工作，是遥感影像进行几何纠正的参考坐标影像，ImageInfo系统建立了专门的模型，只需输入图幅编号就可自动解算图幅角点坐标以及公里网格线之间的交点（控制点）坐标，从而实现控制点坐标的自动获取。

【DEM数据投影换带和拼接】

选用由国家测绘局提供的NSDTF标准格式的1：5万DEM，数学基础为1980年西安坐标系。若地形图或者土地利用现状图为1954年北京坐标系，则将1980西安坐标系的DEM数据转换到1954年北京坐标系中；若监测区跨多个投影带，则将DEM统一到相同投影带中；最后，以监测区为单元进行DEM拼接，并转换为遥感处理软件所需的数据格式。

（3）分幅裁切与图廓整饰

对SPOT5正射影像进行1：1万标准分幅，DOM范围为标准图幅的内图廓范围，按监测区范围图幅裁切。图廓整饰样式遵循《SPOT 2.5m数字正射影像图制作技术规定》。其中图名、图幅号、北图廓外中央的行政区划注记、公里格网、图幅接合表、比例尺等内容与土地利用现状图上一致。

在分幅自动裁切影像的同时，系统自动生成DXF格式的标准分幅图廓整饰文件和图象分幅格。

2、变化信息提取

土地利用变化信息即土地使用过程中地表自然属性发生变化所表现出来的信息，它包括农业用地转变为建设用地、城市扩展占用耕地与非耕地等。变化信息提取是通过遥感手段对同一地区不同时相的两个影像的光谱信息进行分析、处理与比较，获取该时间段内的变化信息，它可以为人工提供辅助指导。

【变化信息的发现】

主要是利用差值、变换和融合等图像处理技术使发生变化的部分从背景影像中显现出来。

【变化图斑提取】

通过阈值或计算机监督分类法等方法初步提取变化图斑，采用人机交互方式对变化信息综合分析并进行修改。图中红色框为人机交互方式提出的变化信息。

五、结论

在土地利用动态监测中， 图像处理的软件是必不可少的，ImageInfo提供了数据生产、制作数字栅格图、数字正射影像图和专题图等一系列的图像处理功能，除此之外，在数据的获取上也要跟当年动态监测的要求进行，最后的统计汇总可以在EXCEL中进行。