HJ-1遥感数据下的土地资源监测结果的分析

第1章 绪 论

1.1 课题背景
土地资源是经济建设的基石、社会稳定的保障，是一种不可再生的有限的宝贵资源，科学规划、有效保护与合理利用土地资源是国土资源管理责无旁贷的历史使命。土地利用状况及其变化，不仅影响社会经济的持续发展，而且还间接影响全球环境的变化。及时掌握土地利用基础数据，是编制国民经济和社会发展规划，加强国民经济宏观调控，实施科学决策的重要依据。因此，强化合理利用和科学管理土地、综合规划整治、保护土地、充分挖掘土地利用潜力对国民经济建设具有重要意义。我国人口众多，土地资源的人均占有量十分匮乏，随着社会的剧烈变革、经济的高速发展，耕地资源日趋减少，非农业用地大量增加。正是在这一十分严峻的形势下，国家制定了“坚持实行世界上最严格的土地管理，特别是耕地保护制度”的基本战略，国土资源管理积极运用高新技术为国民经济建设和社会发展服务。
合理开发土地资源，促进土地资源持续利用是社会经济可持续发展的物质基础。要实现土地资源的可持续利用，就必须及时了解土地资源状况及其变化情况。依靠现代高科技手段和条件，改进和提高土地资源监测水平和质量，已成为各级政府实施有效的土地资源宏观政策管理的迫切需要[1]。遥感是 20 世纪 60 年代兴起并迅速发展起来的一门综合性探测技术,是集空间、电子、光学、计算机、导航定位与地理信息系统等科学技术于一体的边缘性学科，具有宏观、准确、综合地进行动态观测与监测能力。遥感信息是地表各种地物要素的真实反映，能清晰显示各种土地利用类型的特征与分布；同时，遥感图像的多时相特性为土地利用动态监测的定性、定量分析提供了丰富的信息。遥感与地理信息系统相结合能够快速有效地对土地资源进行动态监测，可以作为土地资源动态监测主要技术手段。不同时相的卫星影像之间的相互叠加或卫星影像与土地利用详查数据库的叠加可在大面积内快速发现土地利用变化区域。随着遥感技术的发展，卫星遥感技术已成为获取国土资源管理基础信息的有力工具[2]。
土地利用遥感监测是在土地利用现状调查、变更调查和数据库建设的基础上，充分运用最新遥感数据（RS）、全球卫星定位系统（GPS）和地理信息系统（GIS）以及地面调查和计算机网络等现代科学技术手段，对特定时间段内的土地资源和土地利用变化进行连续、目标、多种分辨率的遥感监测和调查，快速、准确地发现土地利用变化信息，其重点是对新增建设用地占地耕地的数量与趋势进行动态监测和系统分析，为国土资源管理提供现实性数据，为及时掌握土地利用现状与变化及土地执法和督察提供技术支持。通过运用程序、完善的技术方法，制定完整、系统的技术规范，形成我国的土地利用监测制度[3]。土地利用遥感监测包括宏观监测和微观监测两个层次。
微观监测主要是采用高分辨率的的遥感数据，主要目的是为土地执法监管业务服务，即从微观上把握用地合法性。宏观监测主要是采用中低分辨率的遥感数据，在全国或区域尺度上，快速获取土地利用及其变化的空间分布与总发展趋势，主要目的为宏观形势分析和土地调控提供基础数据，同时为微观监测提供“靶区”。因此可以充分发挥国产卫星数据的潜力，满足不同层次土地利用动态遥感监测的需要，以便更好地服务于国土资源管理[4]。目前遥感技术在国土资源调查中已经得到了广泛的应用，成为当前土地利用调查与监测的重要手段之一。遥感技术在我国土地利用遥感监测中已有很多的研究，自 1996 年开始，国土资源部已经开始利用高空间分辨率的遥感卫星数据如SPOT5、IKONOS 和 QuickBird 等进行大比例尺土地利用遥感监测，但部分地区由于天气影响，很难及时获取满足土地利用监测要求的遥感影像。随着“国土资源大调查”项目日益发挥重要的作用，应用的领域不断扩展，对快速、应急的需求与日剧增，应充分发挥多源、多分辨率、多时相卫星数据的作用，以满足土地监测的需求。
我国于 2008 年 9 月成功发射的环境与减灾监测预报小卫星星座 HJ-1A和 HJ-1B，是国内民用卫星中技术最复杂、指标最先进的对地观测系统之一，相对国外高分辨率卫星影像，环境减灾卫星在时间分辨率、幅宽、减灾应急服务和成本等方面占据优势，更为特别的是，卫星影像可通过向国家减灾中心提出申请，修改卫星有关参数而获得监测地区每天的过境资料，时效性远大于国外高分辨率遥感卫星资料。
综上所述，如何充分利用环境减灾卫星所获取的地球数据资源，使其为国土资源管理提供信息服务，推进国土资源遥感数据的国产化，是遥感工作者责无旁贷的神圣职责。开展基于环境减灾卫星的土地利用遥感宏观监测研究，全面系统地对遥感影像处理流程及变化信息提取等关键技术进行研究。全面、客观、公正地对环境减灾卫星数据在国土资源行业的应用有清晰的认识和了解，为在全国范围内广泛应用环境减灾卫星数据积累经验和技术方法，并为国土资源战略决策提供科学依据。

    1.2 国内外研究现状 ....................13-14
        1.2.1 国外研究现状 ....................13
        1.2.2 国内研究现状 ....................13-14
    1.3 研究的目的和意义 ....................14-15
    1.4 研究的内容和方法 ....................15-16
        1.4.1 研究内容 ....................15
        1.4.2 研究方法 ....................15
        1.4.3 技术路线及技术流程 ....................15-16
    1.5 论文内容与组织结构 ....................16-18
第2章 基础数据与监测区概况 ....................18-24
    2.1 基础数据 ....................18-21
        2.1.1 环境减灾卫星 ....................18-20
        2.1.2 遥感卫星数据 ....................20-21
        2.1.3 辅助资料数据 ....................21
    2.2 监测区概况 ....................21-24
        2.2.1 监测范围 ....................21-22
        2.2.2 监测区自然地理概况 ....................22
        2.2.3 社会经济概况 ....................22-23
        2.2.4 土地利用现状 ....................23-24
第3章 遥感数据处理理论 ....................24-33
    3.1 基础数据预处理 ....................24-26
        3.1.1 原始数据质量检查 ....................24-25
        3.1.2 控制资料预处理 ....................25-26
    3.2 遥感影像图制作 ....................26-33
        3.2.1 波段组合 ....................27-28
        3.2.2 纠正 ....................28-29
        3.2.3 镶嵌 ....................29-30
        3.2.4 裁切 ....................30-31
        3.2.5 镶嵌块信息文件制作 ....................31-33
第4章 土地利用变化信息提取 ....................33-55
    4.1 图斑提取指标 ....................33-34
    4.2 变化信息发现 ....................34-42
    4.3 变化信息提取 ....................42-47
    4.4 变化信息界定 ....................47-48
    4.5 变化类型确定 ....................48-52
    4.6 变化信息表达 ....................52-53
    4.7 监测信息管理文件夹 ....................53-55
第5章 监测成果的分析与应用 ....................55-82
    5.1 成果精度评价 ....................55-69
        5.1.1 精度检验数据 ....................55-56
        5.1.2 DOM 纠正精度评价 ....................56-61
        5.1.3 变化检测能力评价 ....................61-69
    5.2 监测结果分析 ....................69-78
    5.3 监测成果应用.................... 78-82

结论

本文以黑龙江省为研究区域，在总结以往国产卫星遥感数据研究工作基础上，以我国环境减灾卫星高光谱 HJ-1 数据为主要数据源，进行土地利用遥感监测技术方法及其质量评价研究。重点对环境减灾卫星 HJ-1 数据的生产流程及生产方法进行了研究，分析不同处理方法的优缺点，提出了最适合遥感监测任务的技术方案，探索土地利用遥感监测方法与思路，建立基于 HJ-1 数据土地资源调查与监测技术方法与流程，包括土地利用变化信息及新增建设用地信息提取方法，全流程质量控制方法，最后，对监测成果进行系统、全面的分析，为政府决策及土地管理部门制定管理政策和落实各项管理措施提供科学依据。通过以上研究，主要取得以下成果：
1、系统总结了环境减灾卫星的土地利用遥感监测技术流程，形成了一套HJ-1数据的遥感正射影像图制作方法，包括纠正、配准、镶嵌及融合处理方法，为今后的土地利用遥感监测提供技术参考。
2、多种土地利用变化信息自动发现与提取方法分析比较，总结出环境减灾卫星遥感数据变化信息发现的最佳方法，大大提高了工作效率。
3、通过抽样调查等方法，利用 ALOS2.0 米高分辨率数据对宏观监测成果进行精度评价与验证，获得了环境减灾卫星数据卫星影像质量评价结果，提取变化图斑面积、边界等精度能够满足宏观遥感监测的要求。
4、通过研究获取了黑龙江省 2010 年度以新增建设用地为主的土地利用变化结果，总结了黑龙江省土地利用变化图斑的特点。监测结果为黑龙江省国土资源管理提供了重要的基础依据，并在黑龙江省土地利用变更调查、违法用地执法检查、高尔夫球场用地监测中发挥了较大的作用。