目录
摘要................................................................................................................................... - 2 - ABSTRACT ...................................................................................................................... - 2 - 1.绪论............................................................................................................................... - 3 -
1.1本论文的背景和意义.......................................................................................... - 3 - 1.2本论文的主要内容.............................................................................................. - 4 - 2.遥感原理及应用........................................................................................................... - 5 -
2.1简述遥感原理...................................................................................................... - 5 - 2.2遥感分类.............................................................................................................. - 6 - 2.3综合分析了我国遥感技术应用现状与问题，并提出了相应的发展对策。.. - 6 - 3.遥感应用于土地利用变化监测................................................................................. - 12 -
3.1土地利用变化监测的内容及分析.......................................... 错误!未定义书签。 3.2土地利用变化监测的意义...................................................... 错误!未定义书签。 3.3目前我国遥感用于土地利用变化监测现状.................................................... - 13 - 4.利用GOOGLE EARTH软件监测土地利用变化........................................................... - 19 - 结论................................................................................................................................. - 24 - 致谢................................................................................................................................. - 25 - 参考文献......................................................................................................................... - 26 -
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摘要
随着我国经济迅速发展以及人口剧增和城市化进程加快，土地资源开发的利用的程度在加深，规模在扩大，但保护措施不力，造成了耕地减少，土地退化，资源短缺，生态环境恶化等诸多环境问题，从而大大制约了经济和社会持续稳定的发展。建立土地利用变化动态监测系统快速准确的的提供各类土地资源面积及其分布。目前卫星遥感影像具有的周期性，现势性，客观性和系统性等特点，在土地利用变化监测中有着明显的优势。虽然我国遥感已经相当成熟，但是要获得清晰遥感影像，需要花费大量的资金。本文通过运用遥感数据库Google earth软件的功能，可以运用简单的手段以达到监测土地利用变化的目的。
关键词：遥感； 土地利用变化； Google earth； 监测
Abstract
As the China's rapid economic development and population growth and urbanization , the extent of the use of land resources development in deepening and expanding, but poorly maintained , resulting in a reduction of arable land , land degradation , resource shortages , environmental degradation , etc. many environmental problems , which greatly restricted the sustained and steady development of economic and social . The establishment of land-use changes in dynamic monitoring system to provide fast and accurate the various types of land resource area and its distribution . Periodic satellite remote sensing images has now the potential sexual objectivity and systematic characteristics , land use change monitoring , have a distinct advantage . Although China's remote sensing is already quite mature, but to get a clear remote sensing image , you need to spend a lot of money . Through the use of remote sensing database Google earth software functionality , you can use simple means to achieve the purpose of monitoring land use change .
Key words：Remote sensing； Land use change； Google earth；Monitor
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1.绪论
1.1本论文的背景
保护土地资源, 合理利用土地资源是我国的一项基本国策,也是区域可持续发展的必要条件。土地资源的合理利用与否直接关系到我国的政治 稳定与社会经济和资源环境的可持续发展。特别是土地利用作为生态环境系统的一个敏感因子,因其受到自然地理因素和人类社会活动的双重影响,在生态环境监测和可持续发展研究中占有非常重要的地位 。科学管理土地利用的时空数据,为土地管理部门提供先进的管理工具,为区域可持续发展提供决策支持，这为编制土地总体规划提供法律依据，编制土地总体规划对有效的开发和利用，整治和保护土地资源，以适用我国经济社会的发展具有十分重要的意义。
我国遥感应用始于20世70年代遥感技术至今已取得可喜成绩，成功发射了多种遥感卫星。早期，我国遥感应用主要集中在气象和资源环境领域，随着遥感技术的发展，特别是可以获取国际上高分辨率商业卫星遥感数据，使我国遥感产业得到较大的发展。由于航天航空遥感数据具有接收方式灵活方便和宏观、微观兼顾的特点，在国内各行各业中有着巨大的市场需求。但由于遥感平台数量和数据获取能力的限制，供应瓶颈问题仍未解决。各行业和各级政府部门对于海量空间遥感数据以及快速的处理有着巨大而迫切的需求，其市场增长速度大约每年20－30%。我国遥感市场需求旺盛，国土调查、资源清查、环境监测、工程建设规划、粮食估产、灾害评估等都离不开遥感应用，遥感技术在国土资源大调查、西气东输、南水北调、退耕还林、交通规划与建设、海岸带监测及海岛礁测绘、海洋权益维护及域经济调查管理等国家重大工程建设和重大项目中发挥了不可替代的作用。随着我国数字城市建设的兴起，对高分辨率卫星遥感数据有很大需求，遥感数据作为城市基础数据库的重要数据源，在城市管理和动态监测中将发挥积极作用。遥感数据的应用直接带动了各个领域的信息化建设，有力地推动了国家信息化进程，促进了管理与决策的科学化。
Google Earth上的全球地貌影像的有效分辨率至少为100米，通常为30米，视角海拔高度为15公里左右，但针对大城市、著名风景区、建筑物区域会提供分辨率为1m和0.5m左右的高精度影像，视角高度分别约为500米和350米。Google EARTH的卫星影像，并非单一数据来源，而是卫星影像与航拍的数据整合。其卫星影像部分来自于美国Digital Globe公司的Quick Bird（快鸟）商业卫星，影像来源于陆地卫星LANDSAT-7卫星居多，航拍部分的来源有Blue Sky公司、Sanborn公司（美国Digital Globe公司的Quick Bird（快鸟）、美国IKONOS
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及法国SPOT5）。其中SPOT5可以提供解析度为2.5米的影像、IKONOS可提供1米左右的影像、而快鸟就能够提供最高为0.61米的高精度影像，是全球商用的最高水平 。
1.2本论文的主要内容和意义 1.2.1理论部分
介绍遥感原理，说明遥感在土地利用变化监测方面的优缺点。总结中国遥感监测土地利用变化的现状，提出现状中存在的问题，并给予了针对问题的解决方案。我国利用遥感监测土地利用变化主要方法一般是通过购买同一地区不同时期的遥感影像，再经过一系列复杂的内业处理才能确定变化区的情况，而且对于土地利用变化的监测需要长期性、短周期性，即便是购买分辨率低的遥感影像来达到监测目的，整个过程也要花费大量的金钱以及人力，比如：在的当地政府就跟该公司购买过本城市的某波段卫星图像（某个省会城市），整图大小共6GB多，耗资数十万元人民币。另广东2004年买的某地区共2500多平方公里卫星影像共耗资146万元人民币（快鸟的多波段彩色合成的现成影像针对大陆地区的价格约是30美元/平方公里，台湾地区的价格也是如此。如果是定购的话当然价格会更贵）。然而当监测城市土地利用变化时对遥感影像的分辨率要求越来越高，就需要购买高分辨率的遥感影像，国外卫星的高分辨率遥感影像的价格非常昂贵，如果是实行全国国土的购买监测，那么光购买遥感影像的费用将是一个天文数字。并且监测的短周期性就要求频繁的去购买、处理，最终导致监测成本成倍提高。最主要的一点，遥感影像处理完之后要确定土地利用是否变化，一般还是“人工判读”！
在这里本论文提出了一种新的能监测土地利用变化的方法。不需要花大量的资金购买遥感影像，也不需要花费大量的人力物力去做影像处理。只需要3个常用的遥感以及数据处理软件的有效结合便能达到监测土地利用变化的目的。监测到变化后，在室内便可提取变化地区的信息，通过数据的处理便可计算出变化地区的面积。比以往从遥感影像上逐行扫描和点生长法获取变化面积更简便省时。前者只获取变化面积，而后者要计算出全副图分类面积才能获得变化面积，在实际应用中并不实用。通过3者的结合为土地利用变化监测快速准确的提供一手资料，并为即将进行精确的实地勘察作出资料准备。省时省力，节省监测费用，还有目前遥感影像普遍的人工判读是本论文的重要立足点。
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1.2.2实践部分
以监测新疆大学南校区土地利用变化为例，通过两期2009—2012年的卫星遥感影像的对比处理，监测南校区土地利用变化情况，并初步统计出南校区土地利用变化的面积。
2.遥感原理及应用
2.1遥感原理
遥感 ( Remote sensing, 简称 RS) ,就是遥远感知事物距离、高空和外层空间的各种平台上,运用各种传感器(如摄影仪、扫描仪和雷达等 ) 获取地表信息, 通过数据传输和处理, 从而实现研究地面物体形状、大小、位置、性质及其环境的相互关系的一门现代化应用技术科学。遥感按电磁辐射源性质的不同分为主动遥感和被动遥感两种基本方式, 前者如雷达, 使用人工电磁辐射源; 后者如摄影, 使用太阳等自然辐射源【2】。 遥感技术特点: （1)视域宽
居高俯视, 观测面积广阔, 单张陆地卫星图像覆盖地面范围可达到 3万多平方千米。 （2)信息多
包括可见光、红外、微波多波段遥感, 能提供超出人视觉以外的大量信息。 （3)速度快
以往进行实地测绘地图, 要几年、十几年甚至几十年才能重复一次。应用航空摄影测量方法以后, 数年重复测量一次。而卫星绕地球运转, 能迅速获得所经地区的各种自然现象的最新资料。 （4)限制少
对于自然条件恶劣、地面工作难以开展地区, 遥感不受限制, 可以比较容易获取这些地区的信息。 （5)用途广
遥感技术为地球信息资源、自然资源调查、国土整治、海洋大气监测预报、城市环境监测以及全球性研究提供一种新的探测手段, 目前已广泛应用于国民经济生产,并体现出强大生命力。
遥感技术系统是实现遥感目的的方法、设备和技术的总和, 它是一个多维、
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多平台、多层次的立体化观测系统, 包括遥 (传 )感器和运载工具、信息的接收与预处理及分析解译系统 3个部分。对遥感器的选择,必须根据具体任务的性质和要求的不同而采用不同的组合方式, 以取得较好的应用效果。对遥感信息的接收、记录、预处理,主要是地面接收站的工作, 通过相关的设备完成。从遥感数据中提取有用信息涉及到图像处理及解译分析和应用, 可以通过人工目视判读、计算机数据处理以及两者混合的方法实现。遥感的发展趋势: 分辩率越来越高; 波段范围扩展, 从可见光、近红外发展到中远红外、微波; 观测方式从以前的垂直向下到多角度遥感; 从单一极化到多极化; 3S一体化; 从定性摄影到定量分析, 成为一门科学。
2.2遥感分类
遥感技术依其遥感仪器所选用的波谱性质可分为：电磁波遥感技术，声纳遥感技术，物理场（如重力和磁力场）遥感技术。 电磁波遥感技术是利用各种物体/物质反射或发射出不同特性的电磁波进行遥感的。其可分为可见光、红外、微波等遥感技术。按照感测目标的能源作用可分为：主动式遥感技术和被动式遥感技术。按照记录信息的表现形式可分为：图像方式和非图像方式。按照遥感器使用的平台可分为：航天遥感技术，航空遥感技术、地面遥感技术。按照遥感的应用领域可分为：地球资源遥感技术，环境遥感技术，气象遥感技术，海洋遥感技术等。
常用的传感器：航空摄影机（航摄仪）、全景摄影机、多光谱摄影机、多光谱扫描仪(Multi Spectral Scanner，MSS)、专题制图仪（Thematic Mapper TM）、反束光导摄像管（RBV）、HRV（High Resolution Visible range instruments）扫描仪、合成孔径侧视雷达（Side-Looking Airborne Radar，SLAR）。
常用的遥感数据有：美国陆地卫星（Land sat）TM和MSS遥感数据，法国SPOT卫星遥感数据，加拿大Radar sat雷达遥感数据。
遥感技术系统包括：空间信息采集系统（包括遥感平台和传感器），地面接收和预处理系统（包括辐射校正和几何校正），地面实况调查系统（如收集环境和气象数据），信息分析应用系统。
2.3我国遥感技术应用现状与问题
遥感科学是一门综合学科，遥感基础研究本身就有很强的多学科综合性，而遥感技术又是应用性很强的学科。目前，大量的遥感应用需求，对遥感技术提出了很高的要求，一是对遥感信息的精度要求越来越高，二是对遥感获取的数据量处理越来越大——海量遥感数据。因此，遥感科学发展和应用需求都需要遥感从
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定性过渡到定量。
经过“六五”以来的发展，我国已经成为遥感应用的大国，我国的遥感应用体系已经初步形成。在这个体系中，主要包括： 1) 初具规模的国家对地观测系统；
2) 具有较高运行水平的国家级资源环境遥感信息服务； 3) 具有一定服务能力的重大自然灾害遥感监测评估系统； 4) 具有良好实效的农作物遥感估产系统；
5) 已见效益的全国土地资源遥感监测业务运行系统； 6) 初步的国民经济辅助决策系统； 7) 稳定运行的卫星气象应用系统； 8) 比较完善的海洋遥感立体监测系统； 9) 以及其它应用系统等。
2.3.1现状存在问题
虽然说我们已经是遥感应用的大国，但应用主要是范围外延，项目扩大，技术方法不成熟，精度不足，遥感技术突破不多。主要原因是基础研究薄弱，缺乏多学科人才的共同研究。从应用、技术研究两个层面和技术与应用之间的联结来分析，我们可以进一步研究当前存在的问题。
1. 遥感基础设施方面的问题
（1）对国外卫星依赖过大，空间信息资源严重不足
70年代，我国遥感卫星应用研究与生产领域所利用的信息资源主要是Landsat MSS资料； 1986年中国遥感卫星地面站建成后，主要是利用Landsat TM资料，少量的引进SPOT、JERS- 1、ERS-1，航天飞机，前苏联卫星资料等；我国的卫星遥感资料主要是地面回收型的摄影资料，现正在研制资源一号传输式卫星；我国从1975年以来，已成功的发射了十五颗遥感卫星，其中有七颗普查型科学实验卫星，两颗国土普查卫星，一颗分辨率为5m的科学实验卫星，三颗摄影定位卫星，两颗极轨气象卫星(风云一号)。这些卫星资料分别由主管部门进行推广使用，分别由各单位进行分发和管理。现在民用的卫星遥感信息源，仍然以Landsat TM资料为主，中国科学院遥感卫星地面站5年共处理3000多景提供应用。
从本世纪末到下世纪初，虽有大量的对地观测卫星将要发射，但能够在全球范围内不间断地给广大用户提供资源开发和环境监测方面信息的卫星却不多。其原因:一是由国家支持的公益性卫星系统将不断收缩；二是由于近年来遥感商业化趋势日益明显，政府补贴逐年下降，商业化的运行机制使数据的价格居高不下，
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这对于发展中国家更是难于承受；三是当前遥感商业化的一种倾向是追求高分辨率和超高分辨率。以美国的Space Image卫星为例，它的空间分辨率为1m，尽管它采用了15000元的超大规模CCD线阵器件作为探测器，也只能获得约15km的地面覆盖宽度，与陆地卫星185km带宽16天一个回归周期比，这颗高分辨率卫星的重复周期要接近200 天，加之云雾等天气条件的影响，要获得某一个特定地区的数据实属不易，而要得到重复数据则更为困难。上述原因将使我国现阶段的遥感信息资源更加紧张。在价格方面，我国引进的Land sat TM资料现在每景数据销售价格为5900元人民币(而国际上一般售价4300美元一景，价格相差5 倍)，实际这里包含了国家对公益型的卫星遥感事业的补贴。这样的信息源价格，对于目前我国众多的遥感应用单位来说是偏高的。而我国自行研制的“资源1号”卫星图像在价格上将比TM 资料有较大幅度的降低，将对我国卫星遥感技术应用起推动作用。因此，大力发展我国的卫星遥感系统已势在必行。
（2）缺乏总体规划，重复研究较多的问题
目前，我国卫星遥感在各部门有大量的试验研究工作。这些项目经费的来源是不可能由专业业务系统的生产经费中支出的。主要经费来源是国家计委支持的遥感科技攻关经费、各部门的科研费、国际自然科学基金、重大项目的单项支持费、卫星应用重点技术研究资助项目费等。有的部委从国家地勘费中拨出一部分支持遥感应用研究。据不完全统计，有19种经费来源的渠道，但都是国家政府的拨款，既反映了各个部门对遥感应用的重视与支持，也说明了无遥感应用的稳定经费渠道。正是由于目前卫星遥感应用经费渠道较为混乱，使我国有不少卫星遥感应用研究项目，在不同地区和部门以基本相同的技术路线进行研究试验，造成重复研究和国家经费的浪费。这主要是由于我国目前缺乏卫星遥感应用的总体规划和统一的经费渠道，没有健全的卫星遥感技术服务实体，未形成供需双方良性的市场循环造成的。 2. 应用层面的问题：
（1）已建立不同规模的卫星数据接收和处理系统，业务运行系统基本上都是基于RS
和GIS的集成应用系统，但应用模型开发还很不够。缺少面向评估和决策的专业应用模型。
（2）缺乏强有力的基础理论和运行性工具的支撑，不能很好地满足应用需求。 （3）在网络应用环境下各种软件、工具和数据库不能很好地集成。 （4）自主的高精度数据资源缺乏，需要更高分辨率数据的应用技术，但必须考虑业务
运行系统的运行成本的可承受性。
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（5）遥感业务运行系统建设的规范化和标准化还不够。在不同部门和不同应用领域中数据缺少连续性和一致性。新的数据源和技术难以嵌入应用于原有应用系统。
（6）数据资源是共同面临的大问题，包括遥感数据的稳定性和连续性问题及对基础地理、地质等数据存在公共需求问题。必须在管理层面上走数据邦联的道路，相互自愿，形成机制，共同受益。
（7）针对不同的业务，应由权威部门牵头，多家参与。当前存在重复投入和重复建设问题，加重了投资的浪费，加剧了数据来源间的不一致性。 3. 技术研究层面的问题：
（1）不同的遥感业务、不同的数据源都需采用不同的技术路线。 （2）目视解译仍是遥感图像解译的主要手段，必须发展专家系统技术 （3）基于多时相、多源遥感数据的变化检测、估计与分类是遥感应用处理中的共性关键技术，目前存在变化信息提取方法单一、与人工目视水平有较大差异、自动化程度低等问题。
（4）定量遥感基础理论与方法不足，表现为：实用的遥感模型不足，模型参数提取困难，反演理论与方法的实用化不够，基于先验知识的参数估计的实现中的数据源问题等。从定性、半定性半定量到定量，有一个必然的过渡过程。定量重要，但国内刚刚起步，基础技术突破力度与规模化应用还非常不够。波谱特征分析和面向专业应用的波谱特性库是提高遥感定量应用能力的重要基础。 （5）缺乏数据平台和数据验证结果，影响遥感技术的研究和应用水平。 （6）没有很好的国产遥感图像处理与应用软件，缺乏网络应用环境下各种软件、工具和数据库的一体化集成研究。 4. 技术研究与应用之间的问题：
研究系统和运行系统间的差别太大，已有的技术成果不完善，大量的基于数据驱动的信息生产技术研究和面向应用的领域知识与模型开发难以有机结合，没有好的交钥匙的方法，缺乏定位明确、责任清晰和高效协同的技术研发与成果转移机制。这一现状不但限制了遥感信息生产技术研究成果的合格性，而且限制了对地观测和信息技术的推广应用。
2.3.2问题的对策
1. 应持续不断地给卫星遥感以政策和资金扶持，使之逐步进入产业化、商业化轨道
由于卫星遥感图像资料的性质及我国经济发展的现状所决定，目前我国的卫星遥感尚以公益性为主，而且短期内尚不能实现产业化和商业化。但是，卫星遥
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感对整个国民经济和人民生活所产生的效益却是长久的、巨大的。因此，从国家的长远利益考虑，应给我国的卫星遥感事业以长期的政策和资金扶持，使卫星遥感应用规范化，同时应加强卫星遥感应用成果的推广工作，不断开拓新的用户领域，使我国的卫星遥感逐步步入产业化和商业化的轨道。 2. 采取措施，占领我国卫星定位领域市场
目前，应对GPS接收机在国内的销售制定相应的管理措施，鼓励使用国产接收机。在我国目前技术水平相对落后的情况下，可以用部分市场资源去换取国外的先进技术，引进先进的 GPS接收机生产技术和必需的元器件，使国产GPS接收机早日达到国际先进水平。与此同时，应加紧对先进技术的消化吸收，研制生产我国新一代的GPS接收机，从而保证国产的GPS接收机在市场上占有一定份额。
应加紧研制我国的双星定位系统，尽早地为用户提供高性能、低价格、高可靠性的我国卫星定位系统，从而占领我国及亚太地区市场。 3. 关键技术分析
关键技术必须服务于应用系统与业务运行系统。关键技术的内容、功能及技术指标的确定取决于相关应用部门运行系统的需求。关键技术的成果应当能方便地嵌入相关的信息处理、应用模型与业务运行系统。
关键技术的研究与开发分为三个层次。一是总体性技术，包括共性应用基础技术、遥感信息服务系统建设的总体方案、信息共享与系统设计、数据标准与规范等；二是服务于多个部门应用系统的共性技术。例如，针对各应用部门共同面临的土地类型识别与变化监测技术，着重解决土地利用二级分类调查与变化检测中涉及的利用多源、多层次、多时相遥感数据，及基于先验知识（波谱特征库与其他知识）的识别分类技术，高精度定位与配准技术，空间抽样技术，变化检测技术，研制具有一定智能化、并基于统一标准与规范的高效率信息处理平台。本平台（软件）可嵌入各个部门的数据处理与分析应用系统；三是服务于某个部门应用系统的应用关键技术。例如：
（1）面向城市建设用地动态监测的遥感识别、分类与变化检测技术； （2）面向全国土地资源库（1：10000）动态监测与更新的遥感识别、分
类与变化检测技术；
（3）面向森林资源一类调查（森林覆盖率、森林蓄积量）的遥感分类
制图技术
（4）面向森林资源二类调查（林相图）的遥感分类制图技术； （5）草场资源与草场生产力的遥感监测与评估技术；
（6）针对主要农作物（小麦、玉米、棉花、大豆、水稻）全国与全球
主要产粮国的遥感农情监测技术；
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（7）定量化遥感旱情监测与灾害评估技术；
（8）基于机载、卫星遥感与地面环境监测站信息获取、处理与分析的
区域和城市环境（污染）遥感监测技术系统等。
4. 针对现状及未来需求的对策
纵观需求与现状，遥感应用领域技术发展的基本原则应是：必须按需发展，必须重视技术与服务的结合，必须实现与其它信息资源的结合与协同，必须立足整体性的技术实现框架，必须提高遥感信息应用的效费比。 具体对策是：
（1）提高目前与将来各类数据获取系统所产生的数据之间的一致性，提高我国在遥感应用领域信息处理与应用服务过程的整体一致性和效率。 （2）在应用驱动的基础上，按信息生成链揭示出实际问题（用户需求、应用模型方面的差距、数据融合变化检测等技术的需求与技术指标、数据政策障碍等）并在应用系统框架下取得各项技术及系统集成的整体性突破。 （3）在基本数据共享方面形成基本机制及相关的运行策略。逐步形成从分布式多源、多层次、多时相遥感数据的共享，到技术方法、处理软件资源、专题信息、波谱模型等资源的（不同程度与方式）共享机制。
（4）合理地建立技术研究和应用、技术方和用户方的链路，探索并解决信息生成链中数据采集、信息生产和信息使用之间的缝隙。
（5）通过专业化技术推动，联动建立可靠、高质量、具有应用特色的重大领域遥感业务运行系统。专业化技术产品应易于产业推广，运行系统应易于技术和应用的扩展。
同时，必须考虑、重视和加强：
（1）随着新型探测手段的发展，高分辨率（空间、时间、频谱）遥感数据的处理方法研究；
（2）多学科的结合（计算机科学、光电工程、模式识别、信号与信息处理、网络技术等），以提高遥感技术的研究与应用水平；
（3）遥感应用需求分析、需求工程研究与遥感应用流程规范化及应用的简易性，形成易于推广的应用模式；
（4）数据标准研究，提供数据开放服务；
（5）企业的技术创新主体地位，加大遥感信息产业的发展； （6）地方遥感应用领域技术力量的辐射作用； （7）遥感领域研究与开发的创新群体培养。
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3.遥感应用于土地利用变化监测
3.1监测内容
1.土地利用变化的动态信息
包括区域土地利用变化的类型、位置和数量等信息，特别是耕地。居民点及工矿用地的变化以及闲置土地等。我国已经建立对全国重点城市建设用地规模扩展和耕地变化情况的监测体系，分析全国土地利用的变化趋势和全国年度土地利用平衡面积估计，有重点地核查地方上报的土地变更调查数据的真是程度。 2.耕地总量的动态平衡情况
为实现耕地总量动态平衡的宏伟目标，必须有计划地进行土地整理、土地开发和土地复垦。为保证这些土地管理措施的正确实施及经费的合理利用，必须准确地掌握区域以及全国耕地变化的情况。 3.农业用地内部结构调整情况
农业内部结构调整反映土地利用用途的变化，及时掌握这些信息可为土地利用用途关管制及农用地的管理服务。 4.基本农田保护区状况
基本农田保护区是国家为保证粮食安全而划定的一定数量的优质耕地，规定长期不得占用，基本农田保护区管理包括征地占用管理、地力补偿、占一补一等。
3.2监测分析
在监测报告中，一般要对监测内容进行分析，分析的主要内容有。 1.地类变更分析
主要对土地总面积变化的分析，耕地、园地等各类土地面积变动的分析。具体的指标为，各地类在变更中，变更涉及的增减面积，实际增减面积（及减去同地类之间变化的面积），净增减面积，变化量占同地类总面积的比重等。 2.权属变更分析
该分析也具体落实到地类的变化，但其前提是权属性质的变化。包括国有土地、集体土地的所有权、使用权的变化，土地纠纷调解情况。 3.耕地变化动态分析
耕地动态变化分析不仅要较详细地反映耕地减少的原因和耕地增加的来源，而且要分析减少原因的合理性和增加耕地的力度。这些分析不能单独从数量上作比较分析，应根据地区特点做出分析，为以后土地管理提供有价值的意见。 4.土地利用结构变化分析
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土地利用结构变化是反映土地资源在人类利用行为干预下，土地利用发展趋势。依据地域差异规律，选择好当地土地资源利用方向是社会经济发展中研究的重要问题。结构变化分析的重要指标是各类用地结构中所占的比重。
3.3遥感监测土地利用变化现状
1. 影像判读
近年来, 利用遥感与地理信息系统技术监测土地利用变化,可快速发现并能反映研究区域的变化的趋势。经过很多学者研究表明利用人机交互式方法解译遥感图像,将多时相遥感图像进行叠加,最后利用地理信息系统软件进行各种分析和输出图件的方法进行土地动态监测是一种将遥感与地理信息系统相结合的行之有效的方法。它既发挥了遥感的准确度高、周期短、速度快、花费少的优势, 同时又具有继承性、数字化、大信息量的特点【5】。基于遥感和 GIS技术的土地利用状况动态监测是一项利用高技术为国民经济部门服务的有益尝试, RS, GIS技术的结合也为有效地进行土地利用动态监测和快速决策提供了科学依据。
遥感技术最大的特点是客观性强, 周期短,既可以在最短时间内得到新的地面现势性数据,又可以长期获取稳定的各种分辨率的地表覆盖数据流, 为不同比例尺的土地利用基础图件的更新提供了一条新途径, 并为土地利用的持续更新提供了可能【6】。所以根据遥感技术的自身特点和土地更新的要求, 为了体现土地利用的现势性以及土地更新调查的紧迫性,采用遥感影像进行更新是十分可行的。对于已经建立土地利用数据库的地区,利用遥感正射影像图作为工作底图开展更新调查时,可在 GIS平台中,用遥感正射影像图与已有的土地利用数据库图件进行套合,经修正后,通过室内判读 ( 目视解译或自动分类 ), 提取并勾划出变化信息, 作为更新调查外业工作底图, 然后进行野外核实确认。对于还没有建立土地利用数据库的地区, 可首先进行室内判读 ( 目视解译或自动分类 ), 并参考土地详查图件将未发生变化的各种界线和属性等调查内容, 依据影像直接转绘到土地更新调查工作底图上,然后实地实确认。无论采用上述哪种方式,室内判读都是关键, 用遥感技术制作的影像图为室内目视判读提供了很大的帮助。
遥感卫星能提供及时准确且覆盖面广的地面影像资料, 直观上便能目视解译出许多地面状况信息, 如果经过再加工对影像资料进行一定的处理, 将会从中获取更多的信息。利用GIS对这些信息进行存储、管理、加工处理以及输出, 并辅助遥感影像的解译与分类。动态变化监测已成为 RS应用的一个主要方面, 广泛应用于许多领域, 如植被动态变化、环境变化、海岸线变化、土地利用变化等。利用 RS 与 GIS 技术手段, 辅以全球卫星定位系统进行土地资源调查和动态监测已为人们所共识【7】。
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土地利用变化监测的内容包括土地利用变化的类型、数量以及位置。通过对多时相影像的对比, 采用一定的算法可以获取这些信息。
在影像上像元光谱值的变化与否和地面实际变与否和实际地面变化与否存在着m:n的对应关系；这种关系可分为4种情况，如图.1.所示：在影像发生变化的情况下,本质变化与非本质变化应予以区分。第1类，影像变了,实地也变了,这是真正的变化; 第2类,影像变了,但实际没变, 这是一种由于影像或算法引起的伪变化;第3类,实地发生变化,在影像上却没能反映出来;第4类, 影像上没变, 实地也没变。其中, 1 和 4 是对事实的反映,2和3有违实际情况,应寻找原因,剔除伪变化, 补充被遗漏的变化。
图.1.
土地利用动态遥感监测以所收集的遥感影像为主要数据源 ,辅以土地利用现状图、形图等辅助资料。通过遥感影像纠正、嵌、合等处理步骤 ,形成具有高空间分辨率和高光谱分辨率的遥感正射影像图【8】。利用计算机自动处理和人工解译相结合的方法,对比两个时相的遥感正射影像,提取土地利用变化信息;将遥感影像与基期土地利用现状图进行叠合分析,从而更新土地利用现状图。技术流程 ,如图 .2.所示。
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2011年影像 2012年影像 辅助资料 影像纠正 影像融合 遥感正射影像图 2011年遥感正射影像图 2012年遥感正射影像图 变化信息提取 2011—2012年度变化信息 外业调查 内业处理 图.2. 2. 变化面积计算方法
土地利用中。如何快速、准确地测算出各地类面积,是上述各项应用研究所必须解决的基本问题之一。现有的一些面逐行扫描法由扫描转换改进而来,其根本思想积计算方法可以计算出分类图像上某类的全部面是逐行扫描每行的图像数据,根据上一行扫描得到积,若要计算出分类图像上各个斑块的面积,需要用的有关信息,对本行各个图像块做出判断。实际图像求积仪量算,或者依次对图像斑块染色,然后再用电子扫描的方法得出。这些方法不适应快速计算的要求,而且在计算过程中带来仪器误差和操作误差较大。我们利用图形学的有关知识,发展了两种自动量算遥感分类图像各个斑块面积的方法:逐行扫描法和点生长法。 （1）逐行扫描法
逐行扫描法和点生长法分别源于图形学中图形填充的扫描转换和种子填充方法。在图形填充中，图形的边界是已知的,图形填充的要点是判断某点否位于轮廓线之内。
扫描转换技术就是按扫描线的顺序的确定某一点是否位于轮廓线范围之
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内。算法从轮廓线的顶部开始逐行进行到底部,在每一行算出轮廓线与扫描线的交点,将轮廓线内的内部区域填充为指定灰度。
种子填充法首先假定封闭轮廓线内某点是已知的。然后开始搜索与种子点相邻且位于轮廓线内的点。如果相邻点不位于轮廓线内,那么就到达轮廓线的边界。如果相邻点位于轮廓线之内,那么这一点就成为新的种子点,然后继续递归的搜索下去。
在遥感分类图像斑块的面积计算中,图像斑块的边界是未知且不规则的,而且要计算的是各斑块的面积,因而要对以上图形填充的算法加以改进。
对于相邻行间的各种情形的准确判断是此算法的一个关键。算法中建立了图像斑块链表与面积链表,图像斑块节点成员描述了图像斑块在当前扫描行中的信息,面积节点的成员描述了图像斑块的起始像素坐标及扫描得到的面积值。应用检测到的当前行图像斑块的起始点和上一行中的图像斑块节点各个成员的关系做出判断,即可进行相应的处理。 （2）点生长法
点生长法相对比较简单,扫描到一个要记值的像素后,检测该像素的相邻各点是否需要记值,若需要则将其推入栈中。下次再从栈中推出一个像素,再检测其周围各像素,依次类推,直至栈空,此时已将此图像斑块的所有像素记值完毕。可以再搜索下一个图像斑块,用同样的方法再记值,直至整幅图像上相应的像素都被记值一遍。算法中的堆栈保存了种子像素在图像中的坐标值,用以邻近像元计算。
3.4 存在的问题
1. 协调好土地利用与土地覆盖间的关系
这包括各自的分类 体系、分类标准、联系与区别。
土地覆盖是随着遥感技术的应用而出现的新概念, 即指覆盖地面的自然物体和人工建筑物, 最主要的组成部分是植被, 也包括土壤和陆表面的水体,主要决定于自然因素。农业、林业、牧业和城市发展等人类对与土地有关的自然资源的利用活动属土地利用的范围, 而耕地、林地、草地、建设用地及土壤、冰雪和水体属土地覆被的范围【9】。土地利用与土地覆盖是两个既有着本质区别又密切联系的概念。土地覆盖更多的是指地球陆地表层自然属性或物理特性; 而土地利用则指土地的使用状况或土地的社会、经济属性。前者在空间变化上往往呈现渐变状态, 时间变化上季相特征明显; 后者空间变化上多呈边界清晰的类型变化状态, 时间变化上完全依赖于人类对土地的利用方式转变的速率, 与季节没有对应的相关性。土地利用是土地覆盖的最重要的影响因素, 土地覆盖的变化反过来
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又作用于土地利用。土地覆盖的变化由土地利用引起, 而土地利用又受到人类驱动力的支配。遥感图像反映的是地表及地下一定深度环境信息的综合特征, 是地表景观的缩影【10】。土地覆盖是遥感图像所反映的最直接的环境信息, 因此遥感反映的是土地覆盖的情况, 土地覆盖信息不等同于土地利用信息, 那么土地覆盖变化也就不能完全代表土地利用的变化, 从一开始就应当协调好土地覆盖与土地利用各自的分类体系与分类标准。 2. 做好影像的选择、分析与处理
选择合适的多期影像, 做好严格的地理校正与配准, 并对影像进行适当的图像处理。对于做动态变化的应用来说, 最理想的是选择同一地区同一季相的多时相遥感影像, 可以减少因季节差产生的变化, 否则会因为季节差的原因而发现大量的土地覆盖变化信息, 但这些信息一般不是土地利用变化所关心的, 却干扰了提取土地利用变化信息【11】。如果不能满足理想的选择, 也要在图像处理和后面的动态检测算法中尽量消除影像的季节差因素。做好影像间的高精度配准, 可以减少因错位而造成的假变化, 这一点至关重要。遥感影像的校正包括几何校正、大气辐射校正等。做完几何校正工作后, 影像就具有了大地坐标, 具有了明确 的地理位置, 可以与对应的其它地图如地形图、地质地貌图等做同步比较, 协助影像的判别。图像质量问题处理, 比如去除影像中的污点、云彩、阴影等。最好能对影像做一些必要的图像增强处理, 通过增强可以突出图像中有用的信息, 使其中感兴趣的特征得以加强, 如线形地物、道路、河流, 或面状水体等, 图像会变得清晰, 解译性提高。增强处理可分为波谱特征增强( 突出灰度信息) 、空间特征增强( 突出线、边缘、纹理结构特征) 及时间信息增强( 针对多时相而言) 。从数学形式看, 又可划分为点处理( 如线性扩展、比值、直方图变换等) 和邻域处理( 如卷积运算、中值滤波、滑动平均等) 【12】。对多期遥感影像做解译和分类时, 要对它们进行最佳波段组合。需要和有条件时, 不同类型遥感影像的融合( 包括不同分辨率的影像间、影像与其它数据间的融合) 技术能提高对它们的解译和分类精度, 遥感影像的融合技术目前也日趋成熟, 随着一些数学算法的引进, 融合效果越来越好。利用影像的原始波段生成新波段( 比如利用TM的3、4波段生成归一化差值植被指数NDVI,或其它许多生物植被参数等, 能很好地反映地面植被的发育状况等信息) , 也有助于提高影像的可解译性及分类精度等。
3. 选择合适的遥感动态监测算法
许多年来, 人们已提出并实验了许多种遥感动态监测方法, 这可以概括为: 影像叠加对比法、影像差值法、主成分分析法( PCA 法) 、专题特征提取法及影像分类法等。所有这些方法从本质上可归类为两组: 一是基于单个像元波谱值变化( pixel-to-pixel comparison)的遥感动态监测方法; 另一是基于影像分类
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( Post classification comparison) 的遥感动态监测方法。在方法的选择上, 应考虑多方面的因素,比如光谱波段、遥感数据的可得性与质量、影像处理技术与经验、摄影知识、时间与花费的限制和变化的重要性等。每种方法都有其长处和不足, 没有哪种方法适用于所有情况。有时,需要结合应用好几种算法,互相补充。比如,如果用分类的算法做出来的变化结果中, 对多数地物的实际变化的反映是符合的, 而对某些地物来说却很不理想, 尤其是地物的分类精度很低时, 肯定无法如实反映出来它的变化情况。这时,应该采用另外的方法做补充,比如做专题信息提取,在两期影像上分别提取该种地物, 然后叠加对比提取结果, 即可发现变化的信息。在以后的应用中, 应该日益完善各种传统的算法,同时寻找和挖掘更理想的新方法, 提高变化监测精度。目前,像神经网络、小波变换、模糊识别等算法已广泛地应用到了遥感中,许多人已专门用神经网络的方法做过动态变化的监测。
4. 加强其它领域知识与遥感的结合
遥感影像中大量存在同物异谱、同谱异物的现象,那么比如在分类时,单纯依靠影像的光谱特征是不够的,还应考虑到地物的时空分布特征、形状特征等。这时适当地加入一些地物的形状参数、地物分布特征参数如高程、坡度、坡向等地理知识, 即基于知识的影像分类, 可在很大程度上提高有些地物的影像分类精度; 或者把专家知识作成规则, 即结合利用专家系统辅助影像的判别、分类等。从整个进程来讲, 遥感影像的目视解译过程本身就是专家的经验与知识在起主导作用, 在对图像做处理、融合、波段生成与组合的中间过程中, 需要加强关于图像处理方面的专业知识。对影像分类或从中提取专题信息时, 需要广泛的引入地理、地质方面的知识; 对监测结果处理分析时, 不同地区土地利用与土地覆盖、植被发育、土壤湿度等方面的知识显得尤为重要, 尤其是研究区本地的特色。这样自始至终, 都有各方面知识的参与, 如果加强它们的参与力度, 也就意味着增强了监测结果的客观性与准确性。至于这些知识参与的方式方法有直接的, 也有间接的, 应该尽量客观, 比如以规则的方式介入系统中的判断环节等。 5. 遥感监测的变化结果后处理
遥感方法做出来的多是土地覆盖的变化, 并不完全是对土地利用变化的反映。因此需要结合实地的地理、植被、环境特征发现当地的土地利用类型与土地覆盖类型间的对应关系,从土地覆盖的变化来得到土地利用的变化。另外, 由于遥感算法的不足或其它原因, 会导致变化结果中有被夸大或被忽略了的成分, 这就涉及到后处理的问题,包括剔除其中不可靠、不重要的变化结果,用有效域值筛选、缩小和剔除被夸大了的变化,用另外的途径补充被忽略和遗漏了的变化。这样会使遥感动态监测的变化结果更合理、可信。在对监测结果做后处理时, 必须非常熟悉当地的土地利用与土地覆盖特征。
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4.运用常用的3个软件的结合监测土地利用变化
4.1.1 从Google earth上提取变化区域的特征点
Quick Bird卫星隶属于美国Digital Globe公司，由Ball航天技术公司(Ball Aerospace & Technologies Corp)、柯达公司和空间公司（Fokker Space）联合研制。快鸟卫星从450公里外的太空固定轨道拍摄地球表面上的地物、地貌等空间信息，最大成图比例尺可达1∶1500至1∶2000，其黑白波段的影像分辨率高达0.61米（也就是说一个宽度为61cm的物品，在快鸟卫星黑白影像中就以一个像素点存在），彩色的分辨率为2.44米，为全球首颗突破1米以下分辨率之商用光学卫星。且Quick Bird卫星为太阳同步卫星，平均4～6天即可拍摄同一地点的影像。目前快鸟2代正在进行改进，以期获取0.5米分辨率的影像。
Google earth是成熟的遥感成果数据软件，Google earth的运用不需要我们再对遥感影像进行一系列复杂的处理才能获得土地利用现状信息，利用Google earth的清晰度特征可以直接分辨土地利用情况，此方法类似遥感影像成果提取的目视判读，但是一般的遥感影像很难判读土地利用现状，而从Google earth上更容易判别。例如图3：
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图.3.
4.1.2 Google earth有标尺量具功能
Google earth软件上具有标尺量距的功能，精确度比较高，下面有对精确度方面的验证。
4.1.3 Google earth上信息提取后的面积计算
Google earth在土地利用变化面积计算方面应用时，本论文主要讨论的是简单的目视分辨边界，因为在不利用遥感影像处理软件的情况下，对土地利用变化面积进行初略的计算，所以不能准确的计算出土地利用变化的面积。只能大概了解变化区域和变化情况，以便为外业调查提供资料。
4.2 操作流程
主要通过新疆大学南校区2009年—2012年两期影像图，来研究南校区4年来的土地利用变化情况。如图分别为2009年（图4）、2012年（图5）Google earth影像。
图.4.
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图.5.
4.2.1 发现并确定土地利用变化区域
通过两幅不同时间的遥感影像的对比我已将重点变化区域用红线标出。
4.2.2 在变化区域的周围添加点
确定点：
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得到结果会在左边的提示栏出现：
4.2.3 量测两点之间距离
（1） 得到z01距z02约为104.88m
（2） 得到z02距z03约为67.69m
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4.2.4 计算面积及精度讨论
（1）足球场可以看作长方形计算面积：由2中数据得到：
s遥测=104.88*67.69=7099.33m准足球场数据来对比。
2
（2）国际标准足球场 长105米、宽68米。基于精度需求，此时我们可以用标
s实估=105*68=7140.00m（3）面积误差比例
2
S误差（4）成果讨论
S实估S遥测S实估0.5700
在理想的情况下面积误差为百分之0.57，对于一个不利用遥感影像处理软件的面积计算精度还是比较高的，能作为外业调查前的参考资料，针对土地利用变化监测中的面积估算还是能发挥一定的作用的。
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4.2.5 其它复杂变化区域面积问题
针对复杂的土地利用变化区域的面积计算，同样运用上面的计算模式，对于不规则图形的面积计算已经有很多成熟的方法，在此不作讨论。
4.3 存在问题
整个操作计算过程，点的确定，以及点距离的测量，全靠人工判定的，偶然误差比较大。而且对Google earth的更新和地方清晰度的依赖性很强。目前情况下计算出的数据不能应用于生产，只能作为监测的参考资料。
结论
本文通过对目前国内外遥感在土地利用变化方面的应用的了解。依据遥感的基本原理，分析了我国现在在土地监测方面的现状，发现目前我国在运用遥感监测土地利用变化方面还是存在着很多问题的，比如：1 .遥感基础设施方面的问题。2. 应用层面的问题。3. 应用层面的问题。4. 技术研究与应用之间的问题。极度制约着我国土地利用变化监测像快速发展的进程。遥感技术最大的特点是客观性强, 周期短,既可以在最短时间内得到新的地面现势性数据。
Google earth是成熟的遥感成果数据软件，不需要我们再对遥感影像进行一系列复杂的处理就能获得土地利用现状信息，利用Google earth的清晰度特
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征可以让我们直接分辨土地利用情况。省去了遥感影像的购买，内业复杂的影像处理分析过程，对于土地利用变化监测，需要长期性和周期短才能达到预期的监测目的，节省了巨大的资金，省去了更多的人力去从遥感影像中提取土地利用变化监测的信息。周期性随着Google earth的更新，周期性更短。Google earth比常用的遥感影像更高的清晰度是不可否认的强大特点，更容易让我们分辨地物，一定程度的解决了运用常用的遥感影像难以对土地利用和土地覆盖区分的技术难题。
本文提出的Google earth方法存在的问题还比较多。整个操作计算过程，点的确定，以及点距离的测量，全靠人工判定的，偶然误差比较大。但是对于土地利用变化的监测还是比较能满足要求的。随着Google earth的清晰度的提高，更新周期的缩短，监测费用的考虑。我相信运用Google earth监测土地利用变化的方法，一定能成为遥感监测土地利用变化的主流。
致谢
光阴荏苒，硕士生的学习即将结束，四年的学习生活使我受益匪浅。经历大半年时间的磨砺，硕士毕业论文终于完稿，回首大半年来收集、整理、思索、停滞、修改直至最终完成的过程，我得到了许多的关怀和帮助，现在要向他们表达我最诚挚的谢意。
首先，我要深深感谢我的导师潘海燕老师。潘海燕老师为人谦和，平易近人。在论文的选题、搜集资料和写作阶段，潘海燕老师都倾注了极大的关怀和鼓励。
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在论文的写作过程中，每当我有所疑问，潘海燕老师总会放下繁忙的工作，不厌其烦地指点我；在我初稿完成之后，潘海燕老师又在百忙之中抽出空来对我的论文认真的批改，字字句句把关，提出许多中肯的指导意见，使我在研究和写作过程中不致迷失方向。他严谨的治学之风和对事业的孜孜追求将影响和激励我的一生，他对我的关心和教诲我更将永远铭记。借此机会，我谨向潘海燕老师致以深深地谢意。
其次，我还要感谢测绘系何浩、邓文彬、胡新玲、廖新玉、等老师，正是因为有了他们严格、无私、高质量的教导，我才能在这几年的学习过程中汲取专业知识和迅速提升能力；我还要感谢我的班主任何浩老师这几年来对我的关心、帮助与支持；同时也感谢这四年来与我互勉互励的诸位同学，在各位同学的共同努力之下，我们始终拥有一个良好的生活环境和一个积极向上的学习氛围，能在这样一个团队中度过，是我极大的荣幸.他们以极大的热情，帮助我完成了第一手语料的收集，感谢他们对本文调查工作所提供的大力帮助与支持。我还要感谢我的家人，我的父母，他们给我极大的鼓励与朴素的帮助。
最后，我要感谢参与我论文评审和答辩的各位老师，他们给了我一个审视几年来学习成果的机会，让我能够明确今后的发展方向，他们对我的帮助是一笔无价的财富。我将在今后的工作、学习中加倍努力，以期能够取得更多成果回报他们、回报社会。再次感谢他们，祝他们一生幸福、安康!
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