土地資源遙感

1、土地資源遙感第一章 概述 土地資源 土地資源遙感研究重點 土地利用/覆被分類體系研究進展1.1土地資源一.土地資源：土地資源是指已經(jīng)被人類所利用和可預(yù)見的未來能被人類利用的土地。土地資源既包括自然范疇，即土地的自然屬性，也包括經(jīng)濟范疇，即土地的社會屬性，是人類的生產(chǎn)資料和勞動對象。二.土地資源的分類： 1.按地形：土地資源可分為高原、山地、丘陵、平原、盆地。這種分類展示了土地利用的自然基礎(chǔ)。一般而言，山地宜發(fā)展林牧業(yè)，平原、盆地宜發(fā)展耕作業(yè)。 2.按土地類型利用：土地資源可分為已利用土地，如耕地、林地、草地、工礦交通居民點用地等；宜開發(fā)利用土地，如宜墾荒地、宜林荒地。宜牧荒地、沼澤灘涂水域等；

2、暫時難利用土地，如戈壁、沙漠、高寒山地等。這種分類著眼于土地的開發(fā)、利用，著重研究土地利用所帶來的社會效益、經(jīng)濟效益和生態(tài)環(huán)境效益。 3.土地資源利用類型：由于中國自然條件復(fù)雜，土地資源類型多樣，經(jīng)過幾千年的開發(fā)利用，逐步形成了現(xiàn)今的各種多樣的土地利用類型。土地資源利用類型一般分為耕地、林地、牧地、水域、城鎮(zhèn)居民用地、交通用地、其他用地（渠道、工礦、鹽場等）以及冰川和永久積雪、石山、高寒荒漠、戈壁沙漠等。按世界資源，1983一的可比資料，中國與世界其他國土規(guī)模較大的國家相比，農(nóng)業(yè)用地比重偏小。 4.從土地利用類型的組合看：中國東南部與西北部差異顯著，其界線大致北起大興安嶺，向西經(jīng)河套平原、鄂爾

3、多斯高原中部、寧夏鹽池同心地區(qū)，再延伸到景泰、永登、湟水谷地，轉(zhuǎn)向青藏高原東南緣。東南部是全國耕地、林地、淡水湖泊、外流水系等的集中分布區(qū)，耕地約占全國的90%，土地墾殖指數(shù)較高，西北部以牧業(yè)用地為主，80%的草地分布在西北半干旱、干旱地區(qū)，墾殖指數(shù)低。三.土地資源的特征： 1土地資源是自然的產(chǎn)物； 2土地資源的位置是固定的，不能移動； 3土地資源的區(qū)位存在差異性； 4土地資源的總量是有限的； 5土地資源的利用具有可持續(xù)性； 6土地資源的經(jīng)濟供給具有稀缺性； 7土地利用方向變更具有困難性。四.中國土地資源的特征：中國國土遼闊，土地資源總量豐富，而且土地利用類型齊全，這為中國因地制宜全面發(fā)展農(nóng)、

4、林、牧、副、漁業(yè)生產(chǎn)提供了有利條件，但是中國人均土地資源占有量小，而且各類土地所占的比例不盡合理，主要是耕地、林地少、難利用土地多，后備土地資源不足，因此人地矛盾十分突出。1.2土地資源遙感研究趨勢和重點1.2.1土地利用/覆被變化（LUCC）研究進展 土地利用/覆被變化的度量 驅(qū)動力分析 驅(qū)動機制模型 LUCC預(yù)測 LUCC環(huán)境效應(yīng) 數(shù)據(jù)庫建設(shè)及數(shù)據(jù)獲取1.2.2土地利用/覆被分類體系研究進展 國際研究進展 國內(nèi)研究進展 發(fā)展趨勢與問題一.國際研究進展 IGBP是國際地圈生物圈計劃(International Geosphere-Biosphere Program，IGBP)的英文名縮寫。

5、土地覆被的變化機制。主要通過遙感圖像分析，了解過去20年內(nèi)土地覆被的空間變化過程，并將其與驅(qū)動因子聯(lián)系起來，建立解釋土地覆被時空變化和推斷未來10-20年的土地覆被變化的經(jīng)驗診斷模型。 IHDP是國際全球環(huán)境變化人文因素計劃(International Human Dimensions Programme on Global Environmental Change, IHDP)的英文名縮寫。 IHDP側(cè)重研究全球環(huán)境變化背景下，土地利用/土地覆蓋變化，全球環(huán)境變化的制度因素，人類安全，可持續(xù)性生產(chǎn)、消費系統(tǒng)，以及食物和水的問題、全球碳循環(huán)等重大問題。FAO于2000年提出土地覆被分類系統(tǒng)，根

6、據(jù)植被狀況（有/無）、土壤條件（陸地/水生）、人造情況（人工維護/自然或半自然）等3個診斷標(biāo)準(zhǔn)的組合，將土地覆被分成8種類型。IGBP基于NOAA/AVHRR數(shù)據(jù)提取了全球1km空間分辨率的土地覆被信息，并分為森林、灌叢和草地、濕地、農(nóng)業(yè)區(qū)域、城市區(qū)域、巖石和積雪等7類。 當(dāng)前土地覆被分類中運用的主要遙感數(shù)據(jù)源有NOAA/AVHRR數(shù)據(jù)、Landsat/TM(ETM+)數(shù)據(jù)、SPOT數(shù)據(jù)、航空影像數(shù)據(jù)以及MODIS和IKONOS數(shù)據(jù)。 USGS/EROS中心是指The U.S. Geological Survey (USGS) Earth Resources Observation and S

7、cience (EROS) Center。二.國內(nèi)研究進展 應(yīng)用最廣泛的土地利用分類體系是1984年全國農(nóng)業(yè)區(qū)劃委員會在土地利用現(xiàn)狀調(diào)查技術(shù)規(guī)程中提出的分類系統(tǒng)，共分為八大類。2002年后，開始執(zhí)行新的土地利用分類體系，分為三大類。三.發(fā)展趨勢與問題 由于特定目的性、研究區(qū)域特征、研究者主觀因素等，目前尚未形成普遍接受的分類體系。如果按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)體系進行分類，可能對某些特殊區(qū)域研究失去實際意義，即可能會分割和掩蓋對特殊區(qū)域具有重大意義的地類變化。在不同分類體系中，相同特征的覆被類型在不同的案例中被細分的詳細程度不同。1.2.3土地退化監(jiān)測與評價指標(biāo)體系研究進展 國內(nèi)外土地退化指數(shù)研究現(xiàn)狀 國

8、內(nèi)外土地退化監(jiān)測與評價指標(biāo)體系研究現(xiàn)狀 國內(nèi)外土壤侵蝕模型研究現(xiàn)狀 存在問題與發(fā)展趨勢 國內(nèi)外土地退化指數(shù)研究現(xiàn)狀 土地退化指數(shù)概念模型、多指標(biāo)集合模型、土地退化面積模型、土壤退化距離模型、土地退化光譜模型等。 國內(nèi)外土地退化監(jiān)測與評價指標(biāo)體系研究現(xiàn)狀 土地退化現(xiàn)狀、土地退化速率、土地退化內(nèi)在危險性、人畜壓力等。 國內(nèi)外土壤侵蝕模型研究現(xiàn)狀 RUSLE模型坡面經(jīng)驗統(tǒng)計土壤侵蝕模型 SWAT模型考慮匯流匯沙過程土壤侵蝕模型 存在問題與發(fā)展趨勢 目前還沒有公認、廣泛接受的評價指標(biāo)體系。從指標(biāo)開發(fā)方法或框架進行比較，可以分為以下幾類。1.壓力狀態(tài)響應(yīng)框架2.空間組合框架3.驅(qū)動力引導(dǎo)框架4.由于對土

9、地退化概念理解評價尺度與基準(zhǔn)的差別，指標(biāo)選取各不相同，指標(biāo)間交叉性大，難以在地理分異復(fù)雜的大范圍應(yīng)用。5.土地退化監(jiān)測與評價的指標(biāo)體系缺乏層次、等級結(jié)構(gòu)，沒有充分考慮尺度差別。6.土地退化程度分級標(biāo)準(zhǔn)科學(xué)依據(jù)不足，指標(biāo)臨界值或量化值大多是人為確定，帶有相當(dāng)?shù)闹饔^性。7.從遙感影像直接獲取或反演土地退化信息目前仍未深入開展。8.土地退化不僅反映土壤退化、植被退化和自然因素的作用，還應(yīng)考慮人為因素的作用。練習(xí)題1.什么是土地資源。2.簡述土地資源遙感研究重點。3.論述土地利用/覆被分類體系研究進展。4.簡述當(dāng)前土地覆被分類中運用的主要遙感數(shù)據(jù)源。第二章 土地資源數(shù)據(jù)表達土地資源數(shù)據(jù)相關(guān)概念土地資源

10、數(shù)據(jù)空間參考系土地資源數(shù)據(jù)可視化表達2.1.1信息、數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫 數(shù)據(jù)：它是指描述某一對象的定性、定量的原始資料。是人們在觀察事物時，記錄下來可以被識別的符號。包括數(shù)字、文字、符號、圖形、圖像、聲音等。 信息：是經(jīng)過加工處理、具有特定意義、對決策者有價值的數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)庫：多個同類型數(shù)據(jù)記錄的集合。2.1.2空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù) 空間數(shù)據(jù)：是用于確定構(gòu)成土地實體各要素的絕對位置及要素之間相對位置的數(shù)據(jù)。 屬性數(shù)據(jù)：是表達具體研究的土地實體各種屬性的數(shù)據(jù)。比如，土地使用權(quán)屬、所有權(quán)的性質(zhì)；土壤特性、土壤分類的類別等；土地的高程、坡度、坡向；土地的氣候如降雨量、年日照時數(shù)、積溫等；人均耕地、居民點占地

11、面積；人均國民收入、糧食產(chǎn)量等。2.1.3土地資源數(shù)據(jù)分類一.分類原則 科學(xué)性原則：按照土地數(shù)據(jù)特征嚴密分類。 系統(tǒng)性原則：最高到最低類型應(yīng)為有機整體。 穩(wěn)定性原則：在較長時間內(nèi)不發(fā)生重大變更。 完整性和可擴展性原則：盡可能包含現(xiàn)有和將來可能的數(shù)據(jù)，并留有余地。 易用性原則：沿用原有習(xí)慣，便于記憶。 靈活性原則：系統(tǒng)分類和標(biāo)準(zhǔn)分類之間應(yīng)能靈活轉(zhuǎn)換。 不受比例尺限制原則：不同比例尺數(shù)據(jù)庫中，同一要素具有一致分類。 與有關(guān)國家規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)一致的原則：與國家、行業(yè)和地方分類標(biāo)準(zhǔn)最大限度地協(xié)調(diào)一致。 考慮數(shù)據(jù)來源原則：一級分類應(yīng)能夠從衛(wèi)星遙感影像識別，便于遙感監(jiān)測土地資源。二.土地資源數(shù)據(jù)分類方法

12、1.線分類法：又稱層級分類法。它是將初始的分類對象按選定的若干個層級目錄，并編排成一個有層次的分類體系。其中，同層級之間存在并列關(guān)系，不同層級類目之間存在隸屬關(guān)系，同層類目互不重復(fù)、互不交叉（如行業(yè)部門分類、土地利用現(xiàn)狀分類系統(tǒng)）。 2.面分類法：將給定的分類對象按選定的若干個屬性或特征分成互不依賴、互不相干的若干方面，每個方面又分成許多彼此獨立的若干個類目。使用時，可根據(jù)需要將這些面中的類目組合在一起，形成復(fù)合項目（有林地壤土）。三.土地利用現(xiàn)狀分類體系 1984年，全國自然資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃委員會提出的二級分類系統(tǒng)。一級8大類：耕地、園地、林地、牧草地、居民點及工礦用地、交通用地、水域和未利用

13、土地。二級46小類：略。四.新的土地分類 三級分類：一級3類、二級15類、三級71類。其中：一級為農(nóng)用地、建設(shè)用地和未利用地。二級為農(nóng)用地：耕地、園地、林地、牧草地和其它農(nóng)用地5類。建設(shè)用地：商服用地、工礦倉儲用地、公用設(shè)施用地、公共建筑用地、住宅用地、交通運輸用地、水利設(shè)施用地和特殊用地。未利用地：未利用土地和其它土地。五.土地數(shù)據(jù)開發(fā)應(yīng)用中的分類1.基礎(chǔ)地理信息地圖投影；空間參考系；地圖比例尺；地圖分幅與編號。2.專題圖形數(shù)據(jù)：土地構(gòu)成要素及土地利用數(shù)據(jù)。土壤、植被、地貌、水文、氣候等要素數(shù)據(jù)；土地利用現(xiàn)狀分類數(shù)據(jù)；地籍地塊數(shù)據(jù)和用地方案數(shù)據(jù)；土地利用總體規(guī)劃及專項規(guī)劃數(shù)據(jù)；城市總體規(guī)劃及

14、其專項規(guī)劃數(shù)據(jù)；城鎮(zhèn)土地定級和基準(zhǔn)地價評估數(shù)據(jù)；平面建筑物數(shù)據(jù)；行政區(qū)劃數(shù)據(jù)。3.專題屬性信息土地權(quán)利和限制；土地價值和稅收；農(nóng)村和城市土地利用；房屋和建筑物。六.土地相關(guān)屬性數(shù)據(jù)1.專題屬性數(shù)據(jù)人口和人口普查數(shù)據(jù)；行政管理數(shù)據(jù)；古跡數(shù)據(jù)；物種數(shù)據(jù)；健康與安全數(shù)據(jù)；交通運輸數(shù)據(jù)；給水排水?dāng)?shù)據(jù)；消防設(shè)施數(shù)據(jù)；地質(zhì)和地球物理資料數(shù)據(jù)。2.1.4土地資源數(shù)據(jù)編碼 一.數(shù)據(jù)編碼的定義：將經(jīng)過分類的信息用適當(dāng)?shù)臄?shù)碼來表示，即代碼化。 二.土地數(shù)據(jù)編碼的原則 唯一性； 通用性； 簡潔性； 可擴充性； 易識別性； 完整性。三.編碼符號類型 按文字種類分：數(shù)字型、字母型和數(shù)字字母混合型（地圖圖幅編碼）。 按功

15、能分：順序碼、層次碼、十進制碼和助記碼（行政區(qū)劃編碼）。四.土地資源數(shù)據(jù)中代碼的種類 分類碼：在土地分類體系的基礎(chǔ)上設(shè)計出來的代碼，用于標(biāo)識不同類別的數(shù)據(jù)，可用于查詢、統(tǒng)計和分析； 標(biāo)識碼：實體或?qū)傩缘臉?biāo)識代碼，是聯(lián)系幾何數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的關(guān)鍵字。2.2土地資源數(shù)據(jù)的空間參考系空間參考系：指大地參考系，是用數(shù)學(xué)方法來定義地面實體在通用坐標(biāo)系中的絕對位置和大小。主要包括地理坐標(biāo)系、空間大地直角坐標(biāo)系和平面直角坐標(biāo)系。 中國先后在1954年和1980年完成了地球參考橢球定位工作，有了54坐標(biāo)系和80坐標(biāo)系。由于兩次地球橢球參數(shù)、定位和定向的變化，因此實際工作中涉及到兩個坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換問題。2.2.1地理

16、空間坐標(biāo)系地理坐標(biāo)系是以地理極(北極、南極)為極點。通過A點作橢球面的垂線，稱之為過A點的法線。法線與赤道面的交角，叫做A點的緯度。 過A點的子午面與通過英國格林尼治天文臺的子午面所夾的二面角，叫做A點的經(jīng)度。2.2.2空間大地直角坐標(biāo)系以橢球中心O為笛卡爾坐標(biāo)系原點，OZ軸與橢球的旋轉(zhuǎn)軸一致，OX軸位于起始子午面和赤道面的交線上，在赤道面上與X軸正交的方向為Y軸，O-XYZ構(gòu)成空間大地直角坐標(biāo)系，在衛(wèi)星大地測量中常采用。2.2.3平面直角坐標(biāo)系直接建立在球體上的地理坐標(biāo)，用經(jīng)度和緯度表達地理對象位置通過投影建立在平面上的直角坐標(biāo)系統(tǒng)，用（x，y）表達地理對象位置2.2.4高程系1956黃海高

17、程系，原點高程值為72.289m，1985國家高程基準(zhǔn)，原點高程為72.260m。其高程由選定的驗潮站根據(jù)驗潮資料確定的多年平均海面作為基準(zhǔn)面，經(jīng)精密水準(zhǔn)測量而獲得。2.3.1地圖投影的定義將地球橢球面上的點映射到平面上的方法，稱為地圖投影。地理坐標(biāo)為球面坐標(biāo)，不方便進行距離、方位、面積等參數(shù)的量算；地球橢球體為不可展曲面；地圖為平面，符合視覺心理，并易于進行距離、方位、面積等量算和各種空間分析。2.3.2地圖投影的實質(zhì)建立地球橢球面上經(jīng)緯線網(wǎng)和平面上相應(yīng)經(jīng)緯線網(wǎng)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，也就是建立地球橢球面上的點的地理坐標(biāo)（，）與平面上對應(yīng)點的平面坐標(biāo)（x，y）之間的函數(shù)關(guān)系：當(dāng)給定不同的具體條件時，將得

18、到不同類型的投影方式。2.3.3地圖投影變形將不可展的地球橢球面展開成平面，并且不能有斷裂，則圖形必將在某些地方被拉伸，某些地方被壓縮，故投影變形是不可避免的。長度變形 面積變形 角度變形2.3.4地圖投影分類1.按變形類型劃分：等角投影：投影前后角度不變等面積投影：投影前后面積不變；任意投影：角度、面積、長度均變形2.按投影面類型劃分：橫圓柱投影：投影面為橫圓柱圓錐投影：投影面為圓錐方位投影：投影面為平面3.按變形類型劃分：等角投影：投影前后角度不變等面積投影：投影前后面積不變；任意投影：角度、面積、長度均變形4.按投影面類型劃分：橫圓柱投影：投影面為橫圓柱圓錐投影：投影面為圓錐方位投影：投

19、影面為平面2.3.5土地數(shù)據(jù)中地圖投影1.土地資源數(shù)據(jù)以地圖方式顯示地理信息，而地圖是平面，地理信息則在地球橢球上，因此地圖投影對于土地資源數(shù)據(jù)表達的不可缺少,由它完成球面到平面的變換。2.土地資源數(shù)據(jù)庫中地理數(shù)據(jù)以地理坐標(biāo)存儲時，則以地圖為數(shù)據(jù)源的空間數(shù)據(jù)必須通過投影變換轉(zhuǎn)換成地理坐標(biāo)；而輸出或顯示時，則要將地理坐標(biāo)表示的空間數(shù)據(jù)通過投影變換轉(zhuǎn)換成指定投影的平面坐標(biāo)。3.土地資源數(shù)據(jù)中，地理數(shù)據(jù)的顯示可根據(jù)用戶的需要而指定投影方式，國家基本地圖系列的比例尺，一般采用國家基本系列地圖所用的投影。2.3.6中國常用地圖投影1:100萬：蘭勃特(Lambert)投影（正軸等角割圓錐投影）大部分分省

20、圖、大多數(shù)同級比例尺地圖也采用蘭勃特投影和屬于同一投影系統(tǒng)的阿爾勃特（Albert）投影 (正軸等積割圓錐投影)1:50萬、1:25萬、1:10萬、1:5萬、1:2.5萬、1:1萬、1:5000采用高斯克呂格投影(等角橫切橢圓柱投影/橫軸墨卡托投影)（投影后角度不變、中央經(jīng)線長不變、中央經(jīng)線與赤道線垂直）2.3.7地圖比例尺地圖比例尺反映了制圖區(qū)域和地圖的比例關(guān)系制圖區(qū)域較大時，地圖投影比較復(fù)雜，地圖上長度因地點和方向的不同而有所變化，這種地圖比例尺一般是指在地圖投影時，對地球半徑縮小的比率，稱為主比例尺。地圖經(jīng)過投影后，體現(xiàn)在圖上只有個別點線沒有長度變形，也就是說，只有在這些長度沒有變形的點

21、或線上，才可用地圖上注明的比例尺。我國地圖比例尺分級系統(tǒng)：大比例尺：1：500-1：10萬中比例尺：1：10萬-1：100萬小比例尺：<100萬2.4土地資源數(shù)據(jù)的地圖分幅與編號2.4.1地圖分類按內(nèi)容分類：普通地圖（地理圖和地形圖）和專題地圖。按比例尺分類：按制圖區(qū)域分類：世界地圖，半球地圖，大陸地圖，海洋地圖，國家地圖，省、市、區(qū)地圖。按地圖要素的結(jié)構(gòu)分類：線劃地圖和影像地圖。按地圖的用途分類：軍用圖、交通圖、旅游圖、行政區(qū)圖等。編號均以1:100萬比例尺地形圖為基礎(chǔ)，采用代碼行列編號方法，如圖共十位數(shù)碼組成。× ×× × ×

22、5;× ××× 第一位 第二、三位 第四位 第五、六、七位 第八、九、十位 其中：編號及代碼第一位1:100萬分幅地形圖行號 第二、三位1:100萬分幅地形圖列號 第四比例尺代碼 第五、六、七位圖幅行號 第八、九、十位圖幅列號2.5土地資源數(shù)據(jù)的可視化表達2.5.1土地數(shù)據(jù)表示方式1.用文字和數(shù)字表示自有文字和數(shù)字以來，人們就用文字和數(shù)字表示土地信息，這種方法沿用至今。用文字和數(shù)字表示土地數(shù)據(jù)，可以采用描述方式，也可以采用表格方式或其它方式，這種方法最大的特點就是靈活，但該方法無法滿足用戶可視性的要求。2.用專題地圖表示地圖是具有空間數(shù)據(jù)的媒體，它在一定

23、程度上也反映了時間信息，因此，用地圖表示土地數(shù)據(jù)，就使土地數(shù)據(jù)具有空間屬性和時間屬性，就能對土地數(shù)據(jù)進行定量和定性的分析，即通過地圖可對土地數(shù)據(jù)進行定位、定時、定量和定性表示。從不同的角度，對內(nèi)容十分廣泛的土地數(shù)據(jù)和相關(guān)信息進行充分表達，就形成了專題圖。3.用語音表示當(dāng)人類用語言交流思想和感情的時候，就開始用語音表示土地數(shù)據(jù)。現(xiàn)在，用語音表示土地數(shù)據(jù)至少有三種方式，即口頭的、磁帶的和計算機合成的語音。2.5.2土地數(shù)據(jù)的專題信息表示專題地圖除了采用普通地圖的某些表示方法外，還需要有專門反映各種要素性質(zhì)、數(shù)量、空間分布和時間變化的表示方法，以便使讀者明確對專題內(nèi)容要素的科學(xué)分析。專題地圖是突出地

24、表示一種或幾種自然現(xiàn)象和社會經(jīng)濟現(xiàn)象的地圖。按內(nèi)容可分為自然地圖、社會經(jīng)濟地圖和其它專題地圖。專題地圖的內(nèi)容專題地圖的種類很多，但大多數(shù)是由地理基礎(chǔ)和專題內(nèi)容組成。普通地圖內(nèi)容中的一種或幾種要素顯示得比較完備和詳細，而將其它要素放到次要地位或省略。如，交通圖等。普通地圖上難以表示或現(xiàn)實中難以測量的專題要素。如，人口分布圖等。專題地圖內(nèi)容的表示方法1.定點符號法是以不同形態(tài)、顏色和大小的符號，表示呈點狀分布的國土資源的分布、數(shù)量、質(zhì)量特征的一種表示方法。（水庫、高程原點、氣象站點等）2.線狀符號法用線狀符號表示線狀地物的分布、數(shù)量與質(zhì)量的方法。3.點值法用“點子”的不同數(shù)量來反映國土資源分布不均

25、勻的狀況。相同大小“點子”，代表的數(shù)量也相等；通過點的數(shù)目多少表示數(shù)量特征，用不同顏色或形狀反映質(zhì)量特征。4.等值線法在地圖上將制圖對象中數(shù)值相等的各點連結(jié)成光滑曲線的方法。5.范圍法用封閉線區(qū)域、顏色、暈線、注記、填充符號等，反映具有一定面積、呈片狀分布的物體和現(xiàn)象。例如，森林、煤田、油田、湖泊、災(zāi)害性天氣等。6.定位圖表法利用某些定位點來反映該點及周圍某種現(xiàn)象的總特征或總趨勢。如，氣候圖中風(fēng)力和風(fēng)向的表示，區(qū)域中城市的各項國民經(jīng)濟指標(biāo)值的表示等。常用的圖表有柱狀圖表、餅形圖表等。7.運動線法用來反映點、線、面狀物體的移動的方法。如河流流向、風(fēng)向、氣流方向、航向、貨運路線等的表示。2.5.3

26、土地數(shù)據(jù)的可視化土地數(shù)據(jù)可視化的概念:指運用地圖學(xué)、計算機圖形學(xué)和圖像處理技術(shù)，將土地數(shù)據(jù)輸入、處理、查詢、分析以及預(yù)測的數(shù)據(jù)及結(jié)果采用圖形符號、圖形、圖像，并結(jié)合圖表、文字、表格、視頻等可視化形式顯示，并進行交互處理的理論、方法和技術(shù)。土地數(shù)據(jù)可視化的類型:地圖可視化多媒體土地數(shù)據(jù)三維仿真地圖基于三維仿真和計算機三維真實圖形技術(shù)的三維地圖，可進行三維的量測和分析。虛擬現(xiàn)實指通過頭盔式的三維立體顯示器、數(shù)據(jù)手套、三維鼠標(biāo)、數(shù)據(jù)衣、立體聲耳機等使人能完全沉浸計算機生成創(chuàng)造的一種特殊三維圖形環(huán)境。練習(xí)題1. 什么是土地資源數(shù)據(jù)庫？2.土地資源數(shù)據(jù)的空間參考系主要有哪些？3.土地資源數(shù)據(jù)常用表示方式

27、有哪些？4.土地資源數(shù)據(jù)專題地圖內(nèi)容的表示方法有哪些？第三章 土地資源數(shù)據(jù)的處理與分析土地空間數(shù)據(jù)的編輯與處理土地數(shù)據(jù)空間分析柵格數(shù)據(jù)的空間分析矢量數(shù)據(jù)的空間分析3.1土地空間數(shù)據(jù)的編輯與處理3.1.1空間數(shù)據(jù)的編輯通過移動、復(fù)制、刪除、縮放、旋轉(zhuǎn)、追加等消除誤差。誤差的種類：不完整或重復(fù)；位置的不準(zhǔn)確；比例尺不準(zhǔn)確；空間數(shù)據(jù)的變形；空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)連接有誤；屬性數(shù)據(jù)不完整。3.1.2空間數(shù)據(jù)處理圖像糾正數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換投影轉(zhuǎn)換圖像解譯3.2.1空間分析概述1.空間分析概念定義：空間分析是基于土地/地理空間對象的位置和形態(tài)特征的空間數(shù)據(jù)分析技術(shù)，其目的在于提取和傳輸空間信息?？臻g分析是LIS/

28、GIS系統(tǒng)的重要功能之一，是LIS/GIS系統(tǒng)與計算機輔助繪圖系統(tǒng)的主要區(qū)別。2.空間分析內(nèi)容空間定位：借助于空間坐標(biāo)系傳遞空間對象的定位信息?？臻g分布：同類空間對象的群體定位信息，包括分布、趨勢、對比等內(nèi)容。空間形態(tài)：空間對象的幾何形態(tài)?？臻g距離：空間物體的接近程度?？臻g關(guān)系：空間對象的相關(guān)關(guān)系，包括拓撲、方位、相似、相關(guān)等。3.空間數(shù)據(jù)模型土地空間數(shù)據(jù)分析不僅要完成管理大量復(fù)雜的土地數(shù)據(jù)的任務(wù)，更為重要的是要完成土地分析、評價、預(yù)測和輔助決策的任務(wù)，必須發(fā)展廣泛的適用于土地信息系統(tǒng)的土地空間分析模型，這是地理信息系統(tǒng)走向?qū)嵱玫年P(guān)鍵。土地空間分析模型：是用來描述土地系統(tǒng)中各個要素之間相互關(guān)系

29、和客觀規(guī)律的，它用信息的、語言的、數(shù)學(xué)的或其它表達形式，通常反映土地變化過程及其發(fā)展趨勢或結(jié)果。土地信息分析模型也稱為專題分析模型。3.2.2空間數(shù)據(jù)查詢查詢和定位空間對象，并對空間對象進行量算是LIS/GIS的基本功能之一，它是LIS/GIS進行高層次分析的基礎(chǔ)?？臻g分析首先始于空間查詢和量算，它是空間分析的定量基礎(chǔ)。圖形與屬性互查是最常用的查詢，主要有兩類：第一類是按屬性信息的要求來查詢定位空間位置，稱為“屬性查圖形”。第二類是根據(jù)對象的空間位置查詢有關(guān)屬性信息，稱為“圖形查屬性”（也稱為拓撲查詢）。 1.基于空間關(guān)系查詢空間實體間存在著多種空間關(guān)系，包括拓撲、順序、距離、方位等關(guān)系。通過

30、空間關(guān)系查詢和定位空間實體，是LIS/GIS不同于一般數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的功能之一。例如，查詢滿足下列條件的城市：在京滬線的東部；距離京滬線不超過50公里；查詢計算中涉及了空間順序方位關(guān)系（京滬線東部），空間距離關(guān)系（距離京滬線不超過50公里）。 簡單的面、線、點相互關(guān)系的查詢包括：面面查詢：如與某個多邊形相鄰的多邊形有哪些。面線查詢：如某個多邊形的邊界有哪些線。面點查詢：如某個多邊形內(nèi)有哪些點狀地物。線面查詢：如某條線經(jīng)過（穿過）的多邊形有哪些，某條鏈的左、右多邊形是哪些。線線查詢：如與某條河流相連的支流有哪些，某條道路跨過哪些河流。線點查詢：如某條道路上有哪些橋梁，某條輸電線上有哪些變電站。點面查

31、詢：如某個點落在哪個多邊形內(nèi)。點線查詢：如某個結(jié)點由哪些線相交而成。2.基于空間關(guān)系和屬性特征查詢 傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫的標(biāo)準(zhǔn)SQL并不能處理空間查詢，這是由于關(guān)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)的弱點造成的，對于LIS/GIS而言，需要對SQL進行擴展。對于傳統(tǒng)的SQL，要實現(xiàn)空間操作，需要將SQL命令嵌入一種編程語言中，如C語言；而新的SQL允許用戶定義自己的空間操作，并嵌入到SQL命令中。2. 地址匹配查詢根據(jù)街道的地址來查詢事物的空間位置和屬性信息是LIS/GIS特有的一種查詢功能，這種查詢利用地理編碼，輸入街道的門牌號碼，就可知道大致的位置和所在的街區(qū)。它對空間分布的社會、經(jīng)濟調(diào)查和統(tǒng)計很有幫助，只要在調(diào)查表

32、中添了地址，系統(tǒng)可以自動地從空間位置的角度來統(tǒng)計分析各種經(jīng)濟社會調(diào)查資料。另外這種查詢也經(jīng)常用于公用事業(yè)管理，事故分析等方面，如郵政、通訊、供水、供電、治安、消防、醫(yī)療等領(lǐng)域。3.2.3空間數(shù)據(jù)的量算空間信息的自動化量算是LIS/GIS所具有的重要功能，也是進行空間分析的定量化基礎(chǔ)。其中的主要量算有：質(zhì)心量算幾何量算形狀量算一質(zhì)心量算的定義1.質(zhì)心：目標(biāo)的半徑位置或保持均勻的平衡點，一般為多邊形的幾何中心或重心。在某些情況下，質(zhì)心描述的是分布中心，而不是絕對幾何中心。 2.質(zhì)心量算：即確定質(zhì)心的計算過程。3.質(zhì)心量算的應(yīng)用用于宏觀經(jīng)濟分析和市場區(qū)位選擇；跟蹤某些地理分布的變化，如人口變遷、土地

33、類型變化等；簡化復(fù)雜目標(biāo)的模型建立等。二幾何量算幾何量算對點、線、面、體4類目標(biāo)物而言，其含義不同。點狀目標(biāo)：坐標(biāo)；線狀目標(biāo)：長度、曲率、方向；面狀目標(biāo)：面積、周長等；體狀目標(biāo)：表面積、體積等。三形狀量算面狀地物形狀量測的兩個基本考慮：空間一致性問題，即有孔多邊形和破碎多邊形的處理；多邊形邊界特征描述問題。度量空間一致性最常用的指標(biāo)是歐拉函數(shù)，用來計算多邊形的破碎程度和孔的數(shù)目。關(guān)于多邊形邊界描述的問題，由于面狀地物的外觀是復(fù)雜多變的，很難找到一個準(zhǔn)確的指標(biāo)進行描述。最常用的指標(biāo)包括多邊形長、短軸之比，周長面積比，面積長度比等。其中絕大多數(shù)指標(biāo)是基于面積和周長的。3.3柵格數(shù)據(jù)分析3.3.1聚

34、類分析 根據(jù)設(shè)定的聚類條件對原有數(shù)據(jù)系統(tǒng)進行有選擇的信息提取而建立新的柵格數(shù)據(jù)系統(tǒng)的方法。3.3.2聚合分析根據(jù)空間分辨力和分類表，進行數(shù)據(jù)類型的合并或轉(zhuǎn)換以實現(xiàn)空間地域的兼并。3.3.3信息復(fù)合分析視覺信息復(fù)合分析將不同側(cè)面的信息內(nèi)容疊加顯示在結(jié)果圖件或屏幕上，以便研究者判斷其相互空間關(guān)系，獲得更為豐富的空間信息。視覺信息疊加包括以下幾類：點狀圖，線狀圖和面狀圖之間的疊加顯示。面狀圖區(qū)域邊界之間或一個面狀圖與其他專題區(qū)域邊界之間的疊加。遙感影像與專題地圖的疊加（融合）。專題地圖與數(shù)字高程模型（DEM）疊加顯示立體專題圖。遙感影像與DEM復(fù)合生成三維地物景觀。3.3.4疊加分類根據(jù)參加復(fù)合的數(shù)

35、據(jù)平面各類別的空間關(guān)系重新劃分空間區(qū)域，使每個空間區(qū)域內(nèi)各空間點的屬性組合一致。疊加結(jié)果生成新的數(shù)據(jù)平面，新生成的數(shù)據(jù)可以是原數(shù)據(jù)之間的代數(shù)（模型）運算地圖代數(shù)。3.3.5追蹤分析對于特定的柵格數(shù)據(jù)系統(tǒng)，由某一個或多個起點，按照一定的追蹤線索進行追蹤目標(biāo)或者追蹤軌跡信息提取的空間分析方法。3.3.6窗口分析對柵格數(shù)據(jù)開辟一個有固定分析半徑的分析窗口，并在該窗口內(nèi)進行諸如極值、均值等一系列統(tǒng)計計算，或與其它層面的信息進行必要的復(fù)合分析。窗口類型如下：矩形窗口圓形窗口環(huán)形窗口扇形窗口3.4矢量數(shù)據(jù)分析3.4.1包含分析 判斷某土地空間要素是否在另一要素上或要素內(nèi)。在包含分析的具體算法中，點與點、點

36、與線的包含分析一般均可以分別通過先計算點到點，點到線之間的距離，然后，利用最小距離閾值判斷包含的結(jié)果。點與面之間的包含分析，或稱為Point-Polygon分析。3.4.2緩沖區(qū)分析所謂緩沖區(qū)就是地理空間目標(biāo)的一種影響范圍或服務(wù)范圍。從數(shù)學(xué)的角度看，緩沖區(qū)分析的基本思想是給定一個空間對象或集合，確定它們的鄰域，鄰域的大小由鄰域半徑?jīng)Q定。如城市的噪音污染源所影響的一定空間范圍，交通線兩側(cè)所劃定的綠化帶，公共設(shè)施（商場、郵局、銀行、醫(yī)院、車站、學(xué)校等）的服務(wù)半徑，大型水庫建設(shè)引起的搬遷，鐵路、公路以及航運河道對其所穿過區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的重要性等，均是有關(guān)空間要素的鄰近度問題。3.4.3多邊形疊置分析多

37、邊形疊置分析是指同一地區(qū)、同一比例尺的兩組或兩組以上的多邊形要素的數(shù)據(jù)文件進行疊置。疊置后產(chǎn)生具有多重屬性的新多邊形。3.4.4網(wǎng)絡(luò)分析網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成鏈：網(wǎng)絡(luò)中流動的管線，如街道，河流，水管等。結(jié)點：障礙、拐角點、中心、站點等網(wǎng)絡(luò)分析的主要用途：選擇最佳路徑，如最短路徑；選擇最佳布局中心的位置，如消防站點分布和救援區(qū)劃分、學(xué)校選址、垃圾收集站點分布等。空間分析應(yīng)用舉例以郊區(qū)公園的選址問題為例。評價的目的和標(biāo)準(zhǔn)要確定一些具體的河段，作為建立一個郊區(qū)公園的可能位置。選擇公園地址的標(biāo)準(zhǔn)包括以下條件：公園距公路的距離至少為0.25公里，最遠不超過1.2公里。公園必須靠近天然的小河流。公園不得位于沼澤地區(qū)。

38、 數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備在空間數(shù)據(jù)庫中已數(shù)字化了三幅同地區(qū)的地圖，即研究區(qū)的公路、河流和沼澤分布圖?；A(chǔ)圖件數(shù)據(jù)道路分布圖 河流分布圖 沼澤分布圖 河流等級為2適宜建公園 1沼澤 99非沼澤 空間數(shù)據(jù)操作根據(jù)公園離道路的距離要求產(chǎn)生兩個道路的緩沖區(qū)并將這兩個緩沖區(qū)疊置在一起。0.25km的道路緩沖區(qū) 1.2km的道路緩沖區(qū) 道路緩沖區(qū)疊置 （滿足條件的區(qū)域）把上面生成的緩沖區(qū)同沼澤圖進行疊加，以確定適合公園的非沼澤區(qū)域。滿足條件、的區(qū)域在上述分析之后，還需將河流圖同上面的結(jié)果進行疊加，以確定哪些河流是合適的適合建公圖的天然小河流練習(xí)題1.什么是空間分析？2.柵格數(shù)據(jù)的空間分析包括哪些內(nèi)容？3.矢量

39、數(shù)據(jù)的空間分析包括哪些內(nèi)容？第四章 土地資源數(shù)據(jù)信息提取技術(shù)土地利用覆被遙感分類技術(shù)概述土地利用覆被變化信息提取方法從遙感圖像轉(zhuǎn)變成土地利用覆被類型數(shù)據(jù)，盡管圖像上原有豐富數(shù)字信息丟失，但簡化了空間細節(jié)，使土地利用覆被類型一目了然。遙感影像分類的總目標(biāo)是將圖像中所有的像元根據(jù)其在不同波段的光譜亮度、空間結(jié)構(gòu)特征或其他信息，按照某種規(guī)則或算法進行土地利用覆被類型的分類。圖像目視解譯分類是最先出現(xiàn)的分類技術(shù)，運用了解譯者的綜合知識，對遙感圖像進行分析、識別。通過系統(tǒng)地分析影像上各種地物的形狀、大小、圖案、色調(diào)、紋理、陰影、位置、布局及分辨率等基本特征，并參照地圖和野外調(diào)查等輔助資料，對遙感圖像做出

40、判斷，識別類型。計算機遙感圖像分類是計算機模式識別技術(shù)在遙感領(lǐng)域中的具體運用。計算機遙感圖像分類的依據(jù)是遙感圖像像元的相似度，常使用距離和相關(guān)系數(shù)來衡量相似度，采用距離指標(biāo)衡量相似度時，距離越小相似度越大；采用相關(guān)系數(shù)指標(biāo)衡量相似度時，相關(guān)程度越大，相似度越大。圖像分類的核心任務(wù)是確定不同地物類別間的判別界面和判別準(zhǔn)則，可重復(fù)性好，定位準(zhǔn)確，處理時間短。傳統(tǒng)的計算機分類方法是基于像元光譜特性統(tǒng)計的硬分類，不善于提取空間信息，易出現(xiàn)同物異譜、異物同譜、混合像元等問題，造成土地利用覆被類型的錯分、漏分現(xiàn)象，分類精度不高。4.1.1遙感影像計算機自動分類方法的劃分通常將遙感影像計算機自動分類方法分為

41、非監(jiān)督( unsupervised)分類和監(jiān)督( supervised)分類兩種，是根據(jù)是否事先提供已知類別及其訓(xùn)練樣本并對計算機分類器進行訓(xùn)練和監(jiān)督來劃分的。4.1.2遙感影像非監(jiān)督分類概述根據(jù)圖像數(shù)據(jù)本身的特征，不需對計算機的分類器進行監(jiān)督和訓(xùn)練，即根據(jù)遙感數(shù)據(jù)所代表地物輻射特征（光譜特征）的相似性和相異性來分類，稱為非監(jiān)督分類，常見的非監(jiān)督分類法有迭代自組織數(shù)據(jù)分析技術(shù)(iterative self-organizing data analysis techniques algorithm,ISODATA)、K-均值(K-means)等。4.1.3遙感影像監(jiān)督分類概述監(jiān)督分類需對每種地物

42、類型在實地或已知專業(yè)圖上選擇幾塊有代表性的訓(xùn)練區(qū)，將其分布范圍輸入計算機或圖像處理系統(tǒng)，計算機自動統(tǒng)計每種地物類型光譜特征，如平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、協(xié)方差矩陣等，以訓(xùn)練樣本的統(tǒng)計特征為標(biāo)準(zhǔn)，按照圖像上各點的數(shù)值與訓(xùn)練樣本的相似或相異程度，把圖像各點分別歸人已知的各種地物類別。經(jīng)典的監(jiān)督分類法有最大似然法（maxlmum likelihood classifier,MLC)、最小距離法(nearest-mean classifier)、光譜角分類法(spectral angle classifier)等。4.2土地利用覆被變化信息提取方法4.2.1非監(jiān)督分類方法（1）K一均值聚類法K一均值算法的聚類準(zhǔn)

43、則是，使每一類中多模式點到該類別中心距離的平方和最小。其基本思想是通過迭代，逐次移動各類的中心，直至得到最好的聚類結(jié)果為止。其算法框圖如圖4-1所示。第一步：適當(dāng)?shù)剡x取m個類的初始中心Z1（1），Z2（1），Zm（1），初始中心的選擇對聚類結(jié)果有一定的影響，初始中心的選擇一般有如下兩種方法：一是根據(jù)經(jīng)驗確定類別數(shù)m，從數(shù)據(jù)中找出從直觀上看來比較適合的m個類的初始中心；二是將全部數(shù)據(jù)隨機地分為m個類別，計算每類的重心，將這些重心作為m個類的初始中心。第二步：在第K次迭代中，對任一樣本X按如下的方法把它調(diào)整到m個類別中的某一類別中去。對于所有的ij,i=1，2，m，如果XZj（k） <XZi

44、（k）) ，則XSj（k），其中Sj（k）是以Zj（k）為中心的類。此算法的結(jié)果受所選聚類中心的數(shù)目和其初始位置，以及模式分布的幾何性質(zhì)和讀入次序等因素的影響，并且在迭代過程中沒有調(diào)整類數(shù)的措施。因此，不同的初始分類可能得到不同的分類結(jié)果。可通過聚類中心試探方法如最大或最小距離定位法，找出初始中心，提高分類效果。（2）ISODATA算法1.ISODATA(Iterative Selforganizing Data Analysis Techniques Algorithm)，是為較常用的非監(jiān)督分類算法，因而在ERDAS、ENVI等圖像處理軟件中均包括此算法。ISODATA算法的實質(zhì)是預(yù)先給出一

45、個并不一定正確的初始分類，用某種原則反復(fù)修改和調(diào)整分類，以逐步逼近一個正確的分類。2.ISODATA算法是在k均值算法的基礎(chǔ)上，增加對聚類結(jié)果的“合并”和“分裂”兩個操作，并設(shè)定算法運行控制參數(shù)的一種聚類算法，以達到合理的聚類結(jié)果。3.ISODATA需要分析者定義：第一是最大的集群組數(shù)量Cmax（如40個），通常這個數(shù)量都應(yīng)該比最后的分類圖中的類別多；第二是最大類別不變的像元百分比，當(dāng)達到此值時，ISODATA停止計算，但對有些圖像，此值無法達到，因此需要其他參數(shù)來中斷計算；第三是計算的最長時間，當(dāng)ISODATA算法執(zhí)行的時間達到此最大值，ISODATA算法中斷；第四是每個集群串中最小的像元數(shù)

46、量、最大的標(biāo)準(zhǔn)方差；第五是最小的集群均值間距離，如果兩個集群之間距離小于此值，則兩組合并；第六是集群分散值，這個值通常為0。4.ISODATA算法是個循環(huán)過程，隨機在整幅圖像的特征空間選擇初始的集群組Cmax，其基本步驟為：初始隨機選擇Cmax中心；計算其他像元離這些中心的距離，按照最小距離規(guī)則劃分到其對應(yīng)的集群中；重新計算每個集群的均值，按照前面定義的參數(shù)合并或分開集群組。重復(fù)上述過程，達到最大不變像元百分比或者最長運算時間。4.2.2監(jiān)督分類方法（1）最小距離法最小距離監(jiān)督分類是一種相對簡化的分類方法，其前提是假定圖像中各類地物波譜信息呈多元正態(tài)分布，每一個類在N維特征空間中形成一個橢球狀的點群，依據(jù)像元距各類別中心距離的遠近決定其歸屬。最小距離監(jiān)督分類與非監(jiān)督分類的聚類分析在統(tǒng)計量和分類原理方面是一致的。所不同的是，監(jiān)督分類是通過訓(xùn)練樣本的方