测绘学报一区

徐秋晓1 于明洋2

（1.山东省地矿工程勘察院，济南250014；2.山东建筑大学土木工程学院，济南250101）

作者简介：徐秋晓（1979—），女，助理工程师，主要从事遥感、水文地质、环境地质勘查工作。

摘要：遥感技术与地理信息系统技术的发展，为研究全球变化和可持续发展提供了信息源和技术手段。而土地利用作为地球表层系统最突出的景观标志，其变化是近年来全球变化研究的重要领域。本文以山东省龙口市作为研究区，应用基于遥感影像综合理解模型的龙口市土地利用/土地覆盖分类方法，建立地学规律知识库，提取不同时期的土地利用类型。最后利用地学信息图谱监测与分析土地利用的时空变化。

关键词：土地利用；遥感影像；地学辅助信息；信息图谱

遥感技术与地理信息系统技术的发展，为研究全球变化和可持续发展提供了信息源和技术手段。而土地利用作为地球表层系统最突出的景观标志，其变化是近年来全球变化研究的重要领域。只有对土地利用时空变化进行监测与分析，更好地了解土地利用变化的过程和机制，并且通过调整人类社会经济活动，促使土地利用更趋合理，保证国家宏观战略决策的针对性、有效性，才能达到土地资源可持续利用的目的。龙口市作为我国沿海对外开放较早的城市，其土地利用变化具有代表性。

1 研究区概况

龙口市位于胶东半岛西北部，东与蓬莱市接壤，南与栖霞、招远市毗连，西、北濒临渤海；全境东西最大横距46.08km，南北最大纵距37.43km；土地总面积（含桑岛、依岛）893.32km2。

本次研究区范围以1∶10000 地形图矢量化生成的研究区边界对遥感影像进行裁剪所得，作为遥感数据信息，面积共89217.45hm2（不含桑岛、依岛）。

2 基于遥感影像综合理解模型的龙口市土地利用/土地覆盖分类

影像理解是研究通过计算机系统来解释图像，从而实现类似人类视觉系统理解外部世界的一门学科。在影像理解系统中，存在两项基本的任务：从输入图像中提取出与模型相适应的图像结构或线索，而后完成输入图像中图像结构与模型中目标的正确影射（周成虎，1999）。影像理解不同于模式识别，模式识别通常按预先规定的测量集对对象作简单的分类，而影像理解则要对影像作出描述和解释，需要涉及不同处理层次实体间的相互作用（王润生，1994）。

针对土地利用/土地覆盖的分类特点，本文构筑了基于GIS信息的遥感影像综合理解模型。模型分为两个过程，即遥感影像理解过程和地理信息系统处理过程，两个过程的具体内容为：

（1）遥感影像理解过程，主要完成遥感影像的前期理解过程，包括以下几个过程：

1）遥感影像预处理：包括图像格式转换，图像纠正和图像增强变换等。图像格式转换完成遥感影像到REDAS软件系统处理格式的转换（﹡.img）；图像纠正完成遥感影像的大气校正、几何纠正、辐射增强以及遥感影像的匹配、镶嵌等；遥感影像信息增强和变换处理可以突出相关的专题信息，本次使用方法主要有线性拉伸、K-T空间变换、边界增强等。

2）与地学辅助信息的配准：主要完成遥感影像与地学辅助信息（各类专题GIS数据主要是坡度和高度）的坐标、投影系统转换，使得遥感影像与所采用的辅助地学信息纳入到统一坐标与投影系统下。

3）“训练区”选择与计算：通过对遥感影像信息特征的初步理解，同时结合地学辅助信息以及实地考察，确定样本“训练区”。“训练区”要有典型性与可分性，确定“训练区”后，对“训练区”数据进行计算，确定样本的统计信息（均值、最大最小值、方差矩阵、协方差矩阵等）。

本次提取的土地利用类型为六大种类型，即建筑用地、耕地、水域、园地、林地和未利用地，采用AOI扩展方式进行训练区选择，运用此种方法进行训练区选择时，初始种子（seed pixel）和光谱距离的阈值非常重要，任一训练区初始种子和光谱距离的阈值经多次实验后才能确定。不同地类这两个参数是不一样的，一般在选取了2～3个训练区后，观看报警掩膜的情况，即时对这两个参数进行修改和调整。增加训练区时，及时将报警掩膜和以前的报警掩膜叠加，判断样本数据的质量变化情况，并做出调整，直至报警掩膜和实际地类比较符合时，即认为这一类的训练区选择完毕。一种地类训练完毕，需要对最终的训练区作一个整体的分析，保证光谱的纯度。

（2）地理信息系统处理过程，在GIS系统支持下，完成地学辅助信息的处理，主要包括以下过程：

1）专题信息导入与预处理：通过地面调查或专家知识经验，收集地学辅助信息（包括各类专题信息、统计资料等），导入到GIS系统中，完成辅助信息的前期预处理，包括各类矢量数据的数字化、编辑、拓扑关系的建立等，统计数据的整理与地学编码、统计数据的空间化等工作。

2）辅助数据的生成：利用前期处理好的辅助数据，进行各类数据的格式转换，如矢量数据的栅格化，点状统计数据插值（IDW/Kriging等方法）生成面状数据；最后统一坐标与投影系统，达到与遥感数据的配准。

3）建立各类地学辅助因子数据库：GIS软件支持下，基于前面生成的各类辅助数据，建立专题数据库，形成地学辅助因子数据库。

（3）知识库的生成过程，建立专家知识库，主要是地学规律知识库，包括以下过程：

1）知识获取：通过对照遥感影像，进行野外考察，针对各类有代表性的影像特征对该地区所有地貌条件下的土地利用/土地覆盖状况、植被分布、生态环境条件进行实地考察，获取各类实践知识。

2）知识库生成：对获取的知识进行整理，从总体上归纳出各类规律，形成知识规则，最后通过对“训练区”的数据不断训练，修改和调试知识规则，形成地学规律知识库。

土地覆盖/土地利用类型对高程有明显的依赖关系。对研究区已有的土地利用现状图分析，建筑用地、园地主要分布在海拔300m以下；耕地绝大部分分布在海拔150m以下；林地的分布范围较广，不同海拔都有分布，分布在10m以下的林地主要是沿海防护林和公路绿化林地。350m以上的海拔，只有林地分布，没有其他地类。

坡度数据可以用于区别某些土地覆盖/土地利用类型。根据实地考察结果和对地形图、已有土地利用现状图的分析，建筑用地、水浇地、园地主要分布在坡度小于20 °区域，坡度大于10 °时很少有水浇地。所以，遥感数据的光谱特征同样表现为绿色植被，难以判断是水浇地还是林地时，坡度数据是一个有价值的参数。以下是几种地类与高程和坡度的详细关系。

在本次的分类知识库，专家规则采用下面的基本形式来表达：

IF（条件）THEN（结论），Confidence（结论可信度）

其中可信度的值域为［0，1］，值为0 时，完全排除当前像元为所给类别的可能性；当取值为1时，维持像元原始可信度，且表示当前结论永远成立。可信度可以根据地学经验或专家打分等方法来确定。

知识的表示与知识库的构造要结合地学问题的研究特点。通过不断修改和调试知识库，使影像解译结果基本达到人工目视解译的效果。当可信度的值为0时，则排除了当前像元为（结论）所给出的类别的可能性；而当取值为1 时，已有可信度值不该变。这种表示方法，不但考虑到了遥感影像解译的特点，而且明显地减少了知识库中规则的数量。这对于大数据量的遥感数据处理是极其重要的。下面给出规则库中的规则：

IF VALUE ＝1 DEM ＜300 AND SLOPE ＜20 THEN 建筑用地 CF ＝1

IF VALUE ＝2 DEM ＜50 AND SLOPE ＜10 THEN 水浇地 CF ＝1

I VALUE ＝3 THEN 水域 CF ＝1

IF VALUE ＝4 DEM ＜300 AND SLOPE ＜20 THEN 旱地 CF ＝1

IF VALUE ＝5 DEM ＜300 AND SLOPE ＜20 THEN 园地 CF ＝1

IF VALUE ＝6 THEN 林地 CF ＝1

ELSE IF DEM＞＝300 OR SLOPE＞＝20 THEN 林地 CF ＝1

ELSE IF 50＝＜DEM＜＝250 AND 10＝＜SLOPE＜20 THEN 园地 CF＝0.5

ELSE 林地 CF ＝1

本次分类结果精度评价采用分层随机采样法，主要参考龙口市土地利用现状图，同时结合目视判读的结果以及现场验证，对两个时期的分类结果进行精度评价。各时期的遥感分类结果直接参照同年的土地利用现状图进行精度验证。由于遥感分类体系与土地利用现状的分类体系有一定差异，因此，在进行随机采样之前，将遥感分类图像的土地利用类型和土地利用现状的分类进行适当统一。然后分别对每期遥感分类结果选取300个样本点，并保证每类有10个以上的样点，用基于误差矩阵的精度评价方法，对龙口市1989年和2003年的分类结果进行评价。实用Kappa系数计算表明1989年和2003年龙口市土地利用TM遥感分类结果的总体精度和使用者精度都在75%以上，Kappa系数也都在0.8以上，达到最低允许判别精度0.7的要求。这些表明了龙口市两期图像的土地利用遥感分类结果均比较理想，各地类的分类精度也较高。

3 龙口市土地利用时空变化分析

随着地球信息科学的兴起与发展，人们可获取的资源的极大丰富以及信息处理技术的极大提高，尤其是动态可视化技术获得新的突破。在此需求与技术背景下，陈述彭先生倡导在传统地学图谱的基础上开展地学信息图谱的探讨与研究。地学信息图谱是地学图谱在地球信息科学基础上的自然延伸，是按照一定指标递变规律或分类体系排列的一组能够反映地学空间信息规律的数字地图、图表、曲线或图像。地学信息图谱是“图”与“谱”的结合，兼有图形与谱系的双重特征。

本文所采用土地利用图谱分析模型包括两部分内容：①转移矩阵，从中可以看出各个时序单元土地利用变化的主要类型以及各地类的补给来源。②不同时序单元内土地利用图谱分析，考察图谱单元的空间组合与时空位移。

3.1 转移矩阵

转移矩阵对于分析土地利用类型之间的流向具有重要作用，它不仅可以定量说明土地利用类型之间的相互转化状况，而且可以揭示不同景观类型间的转移概率，从而可以更好地了解土地利用的时空演变过程。转移矩阵包括转移面积矩阵、概率矩阵。

表1 1989～2003年土地利用转移矩阵（单位：hm2）

注：R为各土地利用类型的转移比例（%）。

从表1可以看出，在1989年至2003年，建筑用地发生用途流转面积为487.61hm2，占初始建筑用地面积的比率为3.62%，不存在明显流向。耕地发生用途流转面积为17632.40hm2，占初始耕地面积的比率为 49.85%，主要流向是园地，该流向13835.82hm2，占初始耕地面积的比率为39.11%，其次是建筑用地，该流向3508.77hm2，占初始耕地面积的比率为9.92%。水域发生用途流转面积为492.92hm2，占初始水域面积的比率为8.72%，主要流向是园地和林地，共占初始水域面积的比率为6.4%。园地发生用途流转面积为1316.62hm2，占初始园地面积的比率为7.89%，主要流向是建筑用地，该流向 759.25hm2，占初始园地面积的比率为 4.55%。林地发生用途流转面积为1405.45hm2，占初始林地面积的比率为 10.45%，主要流向是建筑用地，该流向624.64hm2，占初始林地面积的比率为 4.66%。未利用地发生用途流转面积为2158.74hm2，占初始未利用地面积的比率为 47.24%，主要流向是园地，该流向1306.85hm2，占初始未利用地面积的比率为28.60%，其次是流向林地和建筑用地，共占初始未利用地面积的比率为12.89%。

3.2 土地利用信息图谱

在图谱中，共有36类图谱单元，即土地利用变化类型，其中有30类显示为土地利用类型发生了变化，占研究区总面积的26.34%。为了更简单明了地读取土地利用类型流转的主要方向，认识土地利用变化的主要特征，将该30类变化的图谱单元按照面积大小进行排序，计算各类图谱单元的转换面积百分率和累计转换百分率，统计其中涵盖变化总面积的92.04%的10类图谱单元，得到1989～2003年土地利用主要图谱单元类型的面积排序表（表2）。

表2 1989～2003年土地利用主要图谱单元类型的面积排序表

从表2可以看出，龙口市在1989～2003年间土地利用变化最显著的结构特征是耕地向园地的转化，该流向的耕地面积共13835.82hm2，占到整个变化面积的58.89%。其次是耕地向建筑用地的转化，面积为3508.77hm2，占到整个变化面积的14.93%。再次是未利用地向园地的转化，面积为1306.85 hm2，占到整个变化面积的5.56%。可以看出，研究时段内龙口市的土地利用类型主要是流向建筑用地和园地。

4 结论

（1）本研究利用陆地卫星资料ETM＋对龙口市土地利用进行了时空监测与分析，取得了较好的效果；但是ETM＋的影像分辨率较低，它主要是反映一些综合的地类信息，对于一些土地利用图斑较为破碎，用地类型交错复杂的地区，其地物提取就有一定的难度，因此在土地利用变化的详细监测上就有所欠缺。在今后的研究中，应结合高分辨率卫星影像进行研究，积极探求新的动态监测方法以充分利用这些高分辨率的遥感数据来获得更可靠准确的区域土地利用变化信息。

（2）如何充分地利用地理信息系统空间数据库提供的丰富的地理辅助数据，进而自动发现知识，并融合多尺度、多时相的高分辨率的遥感数据，建立灵活高效的推理机制，从而完成遥感影像的专题信息自动提取，是需要进一步的研究方向。

（3）“地学信息图谱”是一新兴的学术思想，目前还处于认识阶段，对它的理解尚不很成熟，需要更多的学者和更多的研究工作来完善对其的认识。本文利用遥感技术开展土地利用演化与发展的信息图谱研究，来反演时空变化，进而认识客观世界，揭示和再现过去，是一先进可行的技术途径。

（4）研究结果表明龙口市在1998～2003年间，土地利用方式相互转化较为频繁，变化强度大，矛盾非常突出。主要表现为耕地的不断减少，园地和建筑用地持续增长；其主要流向是从耕地流向园地和建筑用地。这些变化造成了龙口市耕地质量下降和利用程度加强，给耕地保护带来了巨大压力。因此，土地管理部门应该从宏观决策上给予重视，处理好社会经济发展与土地后备资源储备的关系实施可持续发展。

参考文献

陈述彭.2001.地学信息图谱探索研究.商务印书馆

李小英，彭望碌，曹彤.2002.土地利用演化信息图谱的研究——以北京市顺义县为例.地球信息科学，2：（58～63）

齐清文，池天河.2001.地学信息图谱的理论和方法.地理学报，56（增刊）：8～18

术洪磊，毛赞猷.1997.GIS辅助下的基于知识的遥感影像分类方法研究——以土地覆盖土地利用类型为例.测绘学报，11（4）

叶庆华.2001.黄河三角洲土地利用/土地覆盖变化的时空复合模式研究.中国科学院地理科学与资源研究所博士学位论文

周成虎，骆剑承，杨存建，刘庆生.2001.遥感影像地学理解与分析.科学出版社，180～240

Lucas I F J，Frans J M，Wel V D.1994.Accuracy assessment of satellite derived land-cover data：a review.Photogrammetric Engineering and Remote Sensing，60（4）：410～432

问题一：请问网上怎样订杂志呢？ 杂志云！ 杂志云订阅网，上面有8000多种国内外的杂志。投稿，订杂志！就上“杂志云“ 百度一下就可以找到！ 问题二：如何网上订杂志？ 10分 直接 点击 右边的 订阅 然后 填写资料就可以了 希望采纳 谢谢 问题三：网上如何订报纸 中国邮政网络订报有官方网站“中国邮政报刊订阅网”： bk.11185/index.do 1，网站办理的业务完全遵循邮政报刊发行业务的规定，内容主要包括目录查询、报刊推荐、网上订阅、 在线支付、业务介绍、读者留言等服务。 2，在网站办理任何业务均需首先成为网站的注册用户，注册时应提供真实准确的信息，以确保后续服务可以顺利进行。对于所填写的信息，将采取严格的保密措施。未经许可，这些信息将不会用于其它商业目的。注册后可随时对除客户帐号以外的个人信进行维护，并可查询本注册帐户下所办理的业务信息。 3，在网站自行注册的客户为普通客户。另外，网站还向协议客户提供一些增值服务，内容包括网上配发管理、内部分发、集订分送名址采集、到报（刊）查询等。协议客户的网上注册须由邮政部门完成，需要增值服务的客户请与当地邮政部门接洽，签定协议后开通网上帐户。 4，客户应妥善管理好帐户、密码和证书等注册信息，因客户原因造成信息失密而导致的损失，由客户自行负责。 5，网站提供的主要业务为报刊订阅，订阅范围是出版部门交给邮政在全国公开发行的报刊。订阅的基本流程有：注册登录，查询目录，选择报刊，放入购物车，选择输入地址，办理支付，提交订单等。 6，客户在订阅时，要准确输入收报人的姓名、地址和联系电话。因投递地址填写错误或不准确，致使收报人无法收到或及时收到订阅的报刊的，将不予承担责任。 7，由于报刊发行地域范围、印刷地点的不同，当,订阅报刊时可能会有所限制，不同的地域所能看到的首期报刊和订阅款也可能会有差异，将在办理相关业务时给予信息提示。 8，每日在22点―22点30分,网站将对目录数据加以更新，在此期间可能无法接受提交的订单，请稍后再试。 9，报刊订阅款可使用网上银行(或者网银快捷支付、支付平台)与报刊订阅券（卡）的单独或组合方式进行支付，如果使用报刊订阅券（卡）则一次只能为一张订单付费。 10，在线支付报刊订阅款时，目前可支持使用多家银行发行的，已开通网上支付功能的银行卡，以及支付宝、汇付天下等支付平台，还支持由邮政部门发行并允许在网上使用的报刊订阅券（卡）。 11，如果,持有邮政部门发行并允许在网上使用的报刊专用单，可在网站上输入其条码和密码，若验证通过，就可以为在规定区域范围内的收报人订阅该专用单上所指定的报刊，而无须再支付其他任何款项。 12，客偿在邮政营业网点办理与网上订阅相关的业务（如开具收据或发票、改址）时，须提供订单查询号，并出示有效证件。委托他人办理的还须受托人出示本人有效证件。请妥善保管收据或发票，遗失不补。 13，网上办理退订的订单，若订阅款小于累计退款与各种优惠款之和，则不可退订。使用订阅券（卡）支付的订单，退订时退款将扣除订阅券（卡）金额。明示不能退订的报刊不能办理退订。 14，目前网上不办理跨省改址业务。 问题四：怎么在网上订杂志 你去bk.chinapost 问题五：网上怎么订杂志 那么选择网上的杂志铺吧！每期配送都很快，全年订阅还免邮。希望上述回答能有帮助.... 问题六：如何在网上买杂志 淘宝上搜搜，酷本个性杂志 问题七：如何网上订阅杂志 网上可以订杂志的，你可以在淘宝上去订杂志！用支付宝，杂志铺也可以订，还便宜，用支付宝也行。 问题八：如何订杂志？ 至于订杂志的过程和收不收费看情况 杂志出版后多少时间送到也要看杂志具体出版时间和你所在的城市里杂志社多远 家里不必要有邮箱 写清楚地址就行了 如果寄到学校就是投到班级邮箱里 的 那就最好有个邮箱 一般如果住小区的话 门口都有信箱的 要是住那种大院子呢 邮递员会交给看大门的 没门缝人家会给你放在门口 或者你直接到邮局领也行的 问题九：邮政怎么订杂志?网上可以订? 到邮局啊。我都是这样订的。还有比如南风窗，可以联系书上面那个电话来定。 问题十：如何在网上订购期刊 比如《测绘学报》《测绘通报》之类的，因为我所在的邮局说已经过了订购时间.