基于MAPGIS的土地利用分類以贛州市為例

1、36 遙感處理組 _J20137180 遙感組 處理報(bào)告 指導(dǎo)老師：周炳喜、吳波 團(tuán)隊(duì)成員：李曉翠、趙國鑫 贛南師范學(xué)院地理與規(guī)劃學(xué)院 二零一三年九月 1、處理流程 根據(jù)大賽提供的數(shù)據(jù)源下載網(wǎng)址和遙感數(shù)據(jù)處理方向等條件和要求，本小組通過指定地址獲取所選地區(qū)的遙感影像的全色影像和多光譜影像數(shù)據(jù)，并初步進(jìn)行目視解譯以及根據(jù)收集到的所選區(qū)域的具體信息進(jìn)行了如下的流程制定：全色和波段合成南康市和贛州市市市多光譜1-4波段AOI 編輯影像分類影像融合影像截圖波段合成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)準(zhǔn)備TIFMSI制定計(jì)劃，分配任務(wù) 處 理 流 程 影像增強(qiáng)劃分土地利用類型，制定分類方案噪聲去除薄云去除(效果不明顯)顯)監(jiān)督

2、分類，非監(jiān)督分類精度評價(jià)、小區(qū)處理，聚類分析，面積統(tǒng)計(jì)變化檢測分類后處理 2、過程解析 結(jié)合流程圖以及大賽遙感平臺提供的培訓(xùn)視頻，我們對所有的操作步驟進(jìn)行了整塊的分類綜合。首先是：影像預(yù)處理模塊，主要包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、影像融合、影像增強(qiáng)等操作。其次是：影像分類模塊，主要包括AOI區(qū)編輯、土地利用類型分類、分類后處理、 矢量化編輯等相關(guān)操作；最后是：結(jié)果輸出模塊。以下是對各模塊的詳細(xì)介紹。2.1、影像預(yù)處理模塊2.1.1、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 因從網(wǎng)站下載獲取的原數(shù)據(jù)均為tif格式，又因大賽指定軟件為Mapgis，為方便使用和操作，將tif格式全部轉(zhuǎn)換為軟件自帶msi格式。具體操作如下：打開MapGIS K9軟

3、件遙感處理系統(tǒng)，在菜單欄中單擊“數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換”，選擇“影像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換”。在彈出的對話框中單擊“添加文件”選擇需要轉(zhuǎn)換的原始數(shù)據(jù)，在“轉(zhuǎn)換設(shè)置”中選擇結(jié)果類型，單擊“轉(zhuǎn)換”，即可實(shí)現(xiàn)影像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換設(shè)置如下圖所示： 2.1.2、波段合成 打開MapGIS K9軟件遙感處理系統(tǒng)，在菜單欄中單擊“影響變換”，選擇“波段合成”。在彈出的對話框中單擊“輸入影像”，選擇需要合成的原始數(shù)據(jù)，“波段選擇”中選擇“所有波段”單擊“添加”，選擇“輸出影像”地址，單擊確定。2.1.3、創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫 打開Map GIS K9 GBD企業(yè)管理器，在MapGISLocal上右擊，創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫： 點(diǎn)開數(shù)據(jù)庫，找到“簡單要素類”右擊

4、“導(dǎo)入其他數(shù)據(jù)”，導(dǎo)入已經(jīng)下載好的“地區(qū)界”和“縣界”。 找到“柵格數(shù)據(jù)集”，右擊“導(dǎo)入影像”，導(dǎo)入之前“波段合成”的影像，點(diǎn)擊轉(zhuǎn)換：打開MapGIS K9 地圖編輯器。從MapGIS數(shù)據(jù)目錄中找到剛才導(dǎo)入的“地區(qū)界”和“縣界”上拉，并調(diào)整使得“縣界”位于“地區(qū)界”下方：2.1.2、影像截圖 鑒于影像數(shù)據(jù)覆蓋面積較大，并且本組所選地區(qū)為贛州市和南康市兩個(gè)面積超過2000千米的市級行政單位。因此本組將在大賽已提供的數(shù)據(jù)庫中提取并下載全國縣級城市行政圖，具體見數(shù)據(jù)顯示： 打開MapGIS K9 地圖編輯器。從MapGIS數(shù)據(jù)目錄中找到剛才導(dǎo)入的“地區(qū)界”和“縣界”上拉，并調(diào)整使得“縣界”位于“地區(qū)

5、界”下方： 在圖上找到南康市和贛州市的界限： BOUNT_poly_poly BOUNT_line_line 贛州市南康市及其周邊地區(qū)選中“地區(qū)界”和“縣界”，右擊選中“編輯”，點(diǎn)擊菜單欄中的“線編輯 選擇線”，選出南康市和贛州市的線邊界：在“新地圖”上右擊“新建圖層”選擇簡單要素類，“確定”選擇“線類型”：選擇菜單欄上的“通用編輯”選擇“拷貝圖元”： 右擊“南康市和贛州市邊界”圖層選擇“當(dāng)前編輯”，菜單欄上的“通用編輯”選擇“粘貼圖元”。保持“當(dāng)前編輯狀態(tài)”選中所有線，點(diǎn)擊菜單欄的“線編輯”“線拓?fù)涮幚?線拓?fù)洳铄e(cuò)”，沒有報(bào)錯(cuò)，單擊“線編輯”“線轉(zhuǎn)弧造區(qū)”： 當(dāng)前編輯“南康市和贛州市邊界 造

6、區(qū)”影像，點(diǎn)擊菜單欄“區(qū)編輯 合并區(qū)”：投影轉(zhuǎn)換：菜單欄“工具”“投影變換 類投影”： 源簡單要素類，選擇“南康市和贛州市邊界 造區(qū)”，“目的簡單要素類”中“目的空間參照系”選擇波段合成.msi自定義，點(diǎn)擊確定：將波段合成影像和投影轉(zhuǎn)換的影像上拉至圖層，調(diào)整位置：使波段合成影像位于上方：影像裁剪：打開MapGIS K9遙感處理系統(tǒng)，菜單欄影像預(yù)處理 分塊裁剪。輸入文件為波段合成的影像，設(shè)定裁剪區(qū)域中的裁剪模式設(shè)置為“矢量區(qū)裁剪”，單擊下方的“簡單要素區(qū)”選擇之前“投影轉(zhuǎn)換的區(qū)域”：裁剪完后的效果圖：贛州市+南康市4，3，2假彩色影像截圖以相同方法裁剪該區(qū)域第八波段的圖像。 第 8波段截圖2.1

7、.3、影像融合影像融合是將同一目標(biāo)或場景的用不同傳感器獲得的，或用同種傳感器以不同成像方式，或在不同成像時(shí)間獲得的不同影像，融合成一幅影像，在保持多光譜影像輻射信息的同時(shí)提高了影像的空間分辨率的遙感影像處理方法。 根據(jù)遙感平臺提供的幾種融合方法，我們將上一節(jié)的多光譜加彩色截圖與第8波段的全色影像截圖進(jìn)行融合并一一做了操作并最終發(fā)現(xiàn)“加權(quán)法”得到的結(jié)果影像在采用4,3,2波段假彩色顯示后與實(shí)際地物最相似并且最容易辨認(rèn)。本小組將進(jìn)行2001年與2009年的影像的分別融合并提取細(xì)節(jié)以供分析參考。 2001年贛州市和南康市影像融合結(jié)果圖 2009年贛州市和南康市影像融合結(jié)果圖細(xì)節(jié)展示： 細(xì)節(jié)1（主要地

8、物為林地植被） 細(xì)節(jié)2 （主要地物為城市地區(qū)，水體） （ 以上兩幅是2001年數(shù)據(jù)融合后的細(xì)節(jié)影像） 細(xì)節(jié)展示1 （主要地物為城市地區(qū)，水體） 細(xì)節(jié)展示2 （主要地物為耕地，農(nóng)村居民點(diǎn)，水體） 細(xì)節(jié)展示3 （主要地物為森林，農(nóng)村居民點(diǎn)，耕地） （以上兩幅是2009年數(shù)據(jù)融合后的細(xì)節(jié)影像） 2.2、影像分類模塊 2.2.1、AOI區(qū)編輯 在做AOI區(qū)編輯之前需要對已經(jīng)預(yù)處理好的影像進(jìn)行目視解譯，對所選地區(qū)的土地利用做一個(gè)初步的判讀，再根據(jù)影像數(shù)據(jù)的4,3,2加彩色顯示，并根據(jù)4,3,2波段的紅，綠，藍(lán)三色的分布與實(shí)際地物的對比，對贛州市和南康市作AOI編輯制作方案，最后在實(shí)際情況的基礎(chǔ)上作出AO

9、I區(qū)域調(diào)整分類，準(zhǔn)確選擇訓(xùn)練區(qū)。綜合以上所有基礎(chǔ)準(zhǔn)備工作，本組制作出如下2001年和2009年的兩個(gè)年份的分類對照方案：方案土地類型組 成AOI區(qū)編輯植被耕地、林地 、草地水體河流、湖泊、池塘、水庫城鎮(zhèn)用地住宅用地、廠房用地、城市建筑交通運(yùn)輸用地公路、鐵路、鄉(xiāng)間道路、飛機(jī)場農(nóng)村居民點(diǎn)用地設(shè)施農(nóng)用地其他裸地、空閑用地 AOI區(qū)編輯方案土地類型組成AOI區(qū)編輯林地 耕地 草地 水體 城鎮(zhèn)居民地 農(nóng)村居民地 其它 (2001年分類對照表)方案土地類型組 成AOI區(qū) 編 輯水域 城鎮(zhèn)用地 農(nóng)村居民點(diǎn)用地 植被 耕地 林地 草地 其他 (2009年分類對照表) 注:因做AOI編輯的數(shù)據(jù)源是4,3,2,假

10、彩色顯示，且元數(shù)據(jù)的光譜分辨率和空間分辨率不高導(dǎo)致多種地物的像元值相近或相同，造成分類出現(xiàn)很大誤差，精度評價(jià)不高，因此本小組將結(jié)合Googlearth軟件，利用其高空間分辨率類觀察所選區(qū)域的實(shí)際地物，便于較精確的選取訓(xùn)練區(qū)。打開MapGIS K9 遙感處理系統(tǒng)，菜單欄 影像分類 AOI編輯，進(jìn)行分類編輯：2.2.2、土地利用類型分類 鑒于遙感的影像分類方法非常多，且各有特點(diǎn)，但總體上來說還是分為監(jiān)督分類和非監(jiān)督分來兩大類，本小組將對影像作非監(jiān)督的ISODATA分類和監(jiān)督分類的最大似然法分類和LVQ2神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類，并對其他分類方法進(jìn)行嘗試。 ISADATA分類（分類效果不好，幾乎看不到地物特征）

11、 廣義距離分類 (2001年最大似然法分類結(jié)果) 2009年最大似然法分類(效果最好)保存退出AOI編輯。點(diǎn)擊菜單欄 影像分類 進(jìn)行監(jiān)督分類，我們經(jīng)過比較發(fā)現(xiàn)最大似然法 效果較好。 監(jiān)督分類方法，首先需要從研究區(qū)域選取有代表性的訓(xùn)練場地作為樣本。根據(jù)樣本進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，對樣本進(jìn)行分類和歸類。監(jiān)督分類最為關(guān)鍵的操作過程是選取訓(xùn)練區(qū)，其選取的訓(xùn)練區(qū)的準(zhǔn)確與否將深刻影響精度評價(jià)結(jié)果和最終的分類結(jié)果。2.2.3分類后處理分類后處理主要包括分類結(jié)果編輯、小區(qū)處理、精度評價(jià)、面積統(tǒng)計(jì)、自動生成圖例等。分類結(jié)果編輯主要是類型區(qū)域合并。在操作中本小組最終將土地利用類型定為五類，分別是：耕地、林地、草地、水域、城

12、鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民點(diǎn)用地、其他用地。采用小區(qū)合并進(jìn)行碎斑的處理，選擇像元為30,不宜過大要基本保持原基礎(chǔ)上的分類結(jié)果，處理后的效果還是比較好的。分類后結(jié)果打開MapGIS K9軟件，菜單欄專題產(chǎn)品分類后比較法：分類后處理結(jié)果圖贛州市和南康市2001年-2009年土地利用變化3、 結(jié)果分析 1 變化轉(zhuǎn)移矩陣(單位: 像素)表12 變化統(tǒng)計(jì)報(bào)表 (單位: 像素) 類別代碼類別面積變化數(shù)變化率(%)(A-B)/B*100變化前(B)變化后(A)水體1131836.84654.-47182.-35.788林地25720045.4221055.-1498990.-26.206耕地31520940.3591

13、337.2070397.136.13草地41420236.446440.-973796.-68.566交通用地535333.626028.590695.1671.8城鎮(zhèn)居民地6169828.963049.793221.467.07農(nóng)村居民地7722570.183454.-539116.-74.611其它81617123.104545.-1512578.-93.535表2贛州市和南康市1999年-2009年的土地利用類型在數(shù)量上的變化有以下規(guī)律：（1） 從2001年到2009年，贛州市和南康市土地利用類型中，建筑用地和林地面積是增加的，而水域、草地，未利用地在減少。這一規(guī)律我們可以從表1的變化量

14、一欄中得出。贛州市和南康市個(gè)土地利用類型的變化量中建筑用地和林地是正值，而水域、草地，未利用地均為負(fù)值。（2） 從2011年到2009年，贛州市和南康市土地利用類型中的建筑用地增幅最大。表2中，建筑用地的變化率在這六種土地利用類型中達(dá)到最大。而其他五種土地利用類型變化率均在50%以下。（3） 從2001年到2009年，贛州和南康市土地利用類型中的林地增加量最大。表2中，建筑用地變化量為79,32²。（4） 從2001年到2009年，贛州和南康市土地利用類型中的用地降幅最大。面積減少的四類土地利用類型，其降幅按從小到大排序?yàn)椋毫值匚蠢玫厮虿莸?。水域的面積變化只有2.10²

15、，為什么水域的降幅會大于耕地？這與水域的基量（即該土地利用類型2000年的土地面積）密切相關(guān)。（5） 從2001年到2009年，贛州和南康市土地利用類型哪個(gè)中的用地減少量最大？根據(jù)表2，用地減少的四類土地利用類型按其變化量由小到大排序：耕地未利用地林地水域。以上是贛州市南康市土地利用類型在數(shù)量上的變化狀況。4、結(jié)論遙感圖像具有覆蓋面廣，宏觀性強(qiáng)，快速，多時(shí)相等特點(diǎn)，而且為土地利用類型的時(shí)間和空間變化提供了多種監(jiān)測手段。因而在此土地利用變化研究中采用的GIS和RS技術(shù)的支持下，得到以下結(jié)論：2001年2009年，贛州市和南康市各類土地利用類型發(fā)生了很大的變化，其中建筑用地大幅度增加，究其原因，主要還是人口的增長及城市化得發(fā)展使得對土地的需求增加，而耕地一般地勢平坦且靠近居民點(diǎn)，自然成為建筑用地的首選。耕地?zé)o論實(shí)在轉(zhuǎn)出還是轉(zhuǎn)入方面的變化都比較大。耕地的增加也是人口增長的產(chǎn)物，而耕地的減少，主要是在2001年響應(yīng)國家退耕還林，還草的號召。草地的減少幅度最大。林地增加量最大，除了退耕還林政策影響外，人工造林也是其增加的主要原因。