多光谱遥感数据城市边缘区土地利用时空结构演化

针对城市边缘区空间扩散变化规律问题,以北京市北郊地区为研究区,提出了利用多源多光谱遥感数据提取城市土地利用信息,分析土地利用时空结构,进而研究城市扩散规律。采用2004年SPOT-5、2009年ALOS、2014年SPOT-6三期遥感数据,以ArcGIS作为空间数据分析处理工具,利用梯度分析法、等扇形分析法、城市空间形态演化分析重现城市边缘区时空结构的变化过程,对各时期的北京市北郊时空结构进行了分析,得出2004—2014十年间北京市北郊时空结构演化结果。研究表明,十年间北京市北郊地区扩张分布均匀,在2004—2014十年间土地利用结构变化显著,且主要原因是由于建设用地的增加和扩张。该研究为城市边缘区的城市规划、建设、环境保护提供了依据。     

多光谱遥感数据城市边缘区土地利用时空结构演化

针对城市边缘区空间扩散变化规律问题,以北京市北郊地区为研究区,提出了利用多源多光谱遥感数据提取城市土地利用信息,分析土地利用时空结构,进而研究城市扩散规律。采用2004年SPOT-5、2009年ALOS、2014年SPOT-6三期遥感数据,以ArcGIS作为空间数据分析处理工具,利用梯度分析法、等扇形分析法、城市空间形态演化分析重现城市边缘区时空结构的变化过程,对各时期的北京市北郊时空结构进行了分析,得出2004—2014十年间北京市北郊时空结构演化结果。研究表明,十年间北京市北郊地区扩张分布均匀,在2004—2014十年间土地利用结构变化显著,且主要原因是由于建设用地的增加和扩张。该研究为城市边缘区的城市规划、建设、环境保护提供了依据。     

城市用地遥感研究综述

城市用地遥感研究包括两方面的内容:一是城市用地地现状的调查;二是城市用地结构变化的监测和分析。与遥感技术的发展历史相比,城市用地遥感研究的历史相对较短。1958年对巴黎市的航空摄影是航空遥感技术在城市方面应用的首次尝试,但由于各种原因,其方法应用一直未得到研究。二次大战以后,遥感在城市研究中的应用潜力才得到人们的重视。五十年代中期迄今。在对城市用地的识别与分类的基础上,用黑白航空象片对城市专题研究日趋成熟,对城市用地结构变化的研究则显不足。有些零散的实例报导,如D、M(?)     

密云水库上游土地利用与景观格局变化特征

基于遥感监测的多期土地利用/土地覆盖数据,详细分析了密云水库上游地区近10年土地利用类型的时空转变,并借助Fragstats软件分析了研究区景观格局的变化。研究结果表明：灌木林、有林地、中高覆盖草地始终是研究区的优势类型,维持着景观的基本功能,但土地利用与景观格局在近10年仍发生了较大的变化,2000年前有较多的林草地转变为耕地,之后,大量的耕地实现退耕,林草植被增加迅速。研究区整体景观格局破碎化有增加的趋势,但对水土保持与水源涵养有利的景观类型也在同步增加。     

基于遥感技术的城市化进程中南京浦口区的土地利用变化

揭示城市郊区的土地利用变化规律对于城市化过程中如何正确规划和合理利用有限的土地资源具有重大的意义。利用1988、2000和2006年的遥感影像对南京市浦口区进行了土地利用分类,并把2000年和2006年的分类矢量图层进行GIS空间叠置,结合数理统计分析,对江浦2000~2006年这段时间内土地利用类型的变化进行了时空变化分析,揭示了该区土地利用类型变化的数量特征和空间变化特征,全面分析了影响土地利用类型变动的经济、人口、政策等主要因素,并对本地区未来几年的土地利用变化趋势做了预测。     

洪泽湖区土地利用/覆盖变化分析

利用1973年、1984年和2006年3期Landsat卫星遥感图像,分别对校正处理后的3期图像进行缨帽变换,并利用亮度、绿度和湿度这3个分量的差值运算进行信息复合。然后利用变化向量分析法确定复合图像中的变化和非变化像元之间的变化强度阈值。最后利用阈值分割和掩膜技术,对3期图像进行土地利用/覆盖变化监测。研究表明,近33年来洪泽湖区土地利用结构发生根本性改变:天然湿地面积大幅度缩减,1973年～1984年间减少了200.55km2,1984年～2006年间减少了357.04km2,主要表现为敞水区和湿地植被面积的减少,养殖场、农田面积显著增加,城镇用地略有增加。本文研究表明基于缨帽变换并结合差值运算方法和变化向量分析法实现土地利用/覆盖变化监测的可行性。     

滑坡稳定性与土地利用关联规则挖掘及应用 ——以三峡库区秭归到巴东段为例

三峡库区滑坡灾害广泛发育,其稳定性受土地利用变化等人类工程活动的影响。采用数据挖掘技术研究库区土地利用变化对滑坡稳定性的影响及其规律,利用三个时相的遥感影像得到实验区滑坡面上两个时段间的土地利用变化监测图,用Apriori算法挖掘出滑坡稳定性与土地利用变化类型之间的强规则,用马尔可夫链模型预测滑坡面上土地利用的变化趋势,将预测结果用于对滑坡稳定性发展的分析评估。通过实验分析,所采用的方法可用于预测滑坡稳定性变化趋势,为滑坡灾害的监测预警提供决策支持。     

基于多时相图谱的土地利用变化特征分析

运用地学信息图谱结合多时相遥感数据复合分析方法,对土地利用动态变化过程和空间分布特征进行定量化研究.土地利用变化图谱的构建能够获取土地利用变化的种类、数量和空间分布特征,为探索土地利用变化的成因、过程提供重要的科学依据.本文以分析东莞市近20年来的土地利用变化特征为例.利用多时相遥感分类数据,构建了5个时序单元的(1988～1993、1993～1997、1997～2001、2001～2006、1988～2006年)土地利用变化图谱,并系统地分析了东莞市18年来土地利用的时空演变过程及空间分异规律.研究结果表明,1988年以来,东莞市土地利用急剧变动,其中以大量农田被侵占转化为城市用地最为显著,农业内部结构也发生了调整;从空间格局上看,被侵占的农田主要集中于交通干线两旁.利用GIS空问分析技术对农田流失与道路之间的关系进行定量研究,揭示了农田流失的区位效应.     

洪泽湖区土地利用/覆盖变化分析

利用1973年、1984年和2006年3期Landsat卫星遥感图像,分别对校正处理后的3期图像进行缨帽变换,并利用亮度、绿度和湿度这3个分量的差值运算进行信息复合。然后利用变化向量分析法确定复合图像中的变化和非变化像元之间的变化强度阈值。最后利用阈值分割和掩膜技术,对3期图像进行土地利用/覆盖变化监测。研究表明,近33年来洪泽湖区土地利用结构发生根本性改变：天然湿地面积大幅度缩减,1973年~1984年间减少了200.55km2,1984年~2006年间减少了357.04km2,主要表现为敞水区和湿地植被面积的减少,养殖场、农田面积显著增加,城镇用地略有增加。本文研究表明基于缨帽变换并结合差值运算方法和变化向量分析法实现土地利用/覆盖变化监测的可行性。     

基于光谱特征的城市人工地物分级分类方法研究

１９９７ 年６ 月利用ＰＨＩ推帚式成像光谱仪在北京市沙河镇进行了飞行实验,其主要目的是成像光谱技术应用于城市用地和建筑物分类中关键技术研究。对所获取的１５ 个波段的可见光－ 近红外数据进行了分析与处理,试图通过对地面覆盖物质的光谱响应特征的分析来进行城市人工目标的识别与分类。由于城市地物的光谱特征异常复杂,难于应用一般的模式分类算法分离出所有的类型,本文在对地面覆盖类型光谱响应分析的基础上,采用分层复合分类的方法,逐步将不同的地物类型分离开来,实验证明是非常有效的     

Accuracy analysis of remote sensing change detection by rule-based rationality evaluation with post-classification comparison

Accuracy assessment for remote sensing classification is commonly based on using an error matrix, or confusion table, which needs reference, or ‘ground truthing’, data to support. When undertaking change detection using numerous multi-temporal images, it is often difficult to make the accuracy assessment by the ‘traditional’ method, which typically requires simultaneous collection of reference data. In this study, we propose a new approach by arguing change rationality with post-classification comparison. Multi-temporal Landsat TM images were classified for land use in an urban fringe area of Beijing, China and the post-classification comparison of these classified images shows change trajectories through the time series. These change trajectories were then analysed by assessing their rationality against a set of logical rules to separate cases of ‘real land use change’ and possible classification errors. The analysis results show that the overall accuracy for land use change in the urban fringe area was 86%, with a fuzziness of 7%. Although it is argued that the uncertainty still exists on classification accuracy assessed by this method, it nevertheless provides an alternative approach for more reasonable assessment when ideal simultaneous ‘ground truthing’ is not available.     

Spatio-temporal pattern of urban land cover evolvement with urban renewal and expansion in Shanghai based on mixed-pixel classification for remote sensing imagery

Research into pixel unmixing in remote sensing imagery led to the development of soft classification methods. In this article, we propose a possibilistic c repulsive medoids (PCRMdd) clustering algorithm which attempts to find c repulsive medoids as a minimal solution of a particular objective function. The PCRMdd algorithm is applied to predict the proportion of each land use class within a single pixel, and generate a set of endmember fraction images. The clustering results obtained on multi-temporal Landsat Thematic Mapper (TM)/Enhanced Thematic Mapper plus (ETM+) images of Shanghai city in China reveal the spatio-temporal pattern of Shanghai land use evolvement and urban land spatial sprawl in course of urbanization from 1989 to 2002. The spatial pattern of land use transformation with urban renewal and expansion indicates the urban land use structure is gradually optimized during vigorous urban renewal and large-scale development of Pudong area, which will have an active influence on improving urban space landscape and enhancing the quality of the ecological environment. In addition, accuracy analysis demonstrates that PCRMdd represents a robust and effective tool for mixed-pixel classification on remote sensing imagery to obtain reliable soft classification results and endmember spectral information in a noisy environment.     

An integrated spatio-temporal classification method for urban fringe change detection analysis

The urban fringe is the transition zone between urban land use and rural land use. It represents the most active part of the urban expansion process. Change detection using multi-temporal imagery is proven to be an efficient way to monitor land-use/land-cover change caused by urban expansion. In this study, we propose a new multi-temporal classification method for change detection in the urban fringe area. The proposed method extracts and integrates spatio-temporal contextual information into multi-temporal image classification. The spatial information is extracted by object-oriented image segmentation. The temporal information is modelled with temporal trajectory analysis with a two-step calibration. A probabilistic schema that employs a global membership function is then used to integrate the spectral, spatial and temporal information. A trajectory accuracy measurement is proposed to assist the comparison on the performances of the integrated spatio-temporal method and classical pixel- and ‘snapshot’-based classification methods. The experiment shows that the proposed method can significantly improve the accuracies of both single scene classification and temporal trajectory analysis.     

Principal component analysis of stacked multi-temporal images for the monitoring of rapid urban expansion in the Pearl River Delta

The Pearl River Delta is experiencing very fast urban growth in recent years which has caused rapid loss of the valuable agricultural land in this fertile region. There is a great need to monitor the rapid urban expansion using remote sensing for urban planning and management purposes. However, it has been well recognized that there is significant over-estimation of land use change in using multi-temporal images for change detection because of inadequate creation of classification signatures. This paper presents a principal component analysis of stacked multi-temporal images method to reduce such errors. The study demonstrates that this method can reduce errors in change detection using multitemporal images and provide a very useful way in monitoring rapid land use changes and urban expansion in the Pearl River Delta and other parts of the world.     

基于遥感与GIS的北京市土地利用动态演化模式研究

将土地利用动态变化模型与景观生态学景观格局模型相结合，在1988－2000年北京市遥感数据的基础上，分析了北京市土地利用动态变化模式。研究表明，地形条件对北京市土地利用类型的形成及土寺利用动态变化具有重要影响。在平原地区，农田、城乡居民点及独立工矿用地居于主导地位，土地利用动态变化主要表现为城乡居民点扩展占用耕地及生态退耕。在台地、丘陵和山地地区，林地、草地等自然景观居于主导地位，土地利用动态变化主要表现为生态退耕。北京市土寺利用格局的动态变化表现了城市化、工业化高速发展与退耕还林等生态建设政策实施对土地利用空间格局产生的影响。自然景观增加，景观多样性半加。在自然景观中，林地面积增加，破碎度减小，斑块边界趋于平滑；草地面积减少，趋于破碎。在人文景观中，城镇、农村居民点斑块增大，趋于紧凑，有利于用地节约。农田受到城镇农村居民点扩展及退耕还林政策的双重影响，面积大量减少，破碎度增加。     

Analysis of land use/cover changes and urban expansion of Nairobi city using remote sensing and GIS

We used three Landsat images together with socio‐economic data in a post‐classification analysis to map the spatial dynamics of land use/cover changes and identify the urbanization process in Nairobi city. Land use/cover statistics, extracted from Landsat Multi‐spectral Scanner (MSS), Thematic Mapper (TM) and Enhanced Thematic Mapper plus (ETM+) images for 1976, 1988 and 2000 respectively, revealed that the built‐up area has expanded by about 47?km². The road network has influenced the spatial patterns and structure of urban development, so that the expansion of the built‐up areas has assumed an accretive as well as linear growth along the major roads. The urban expansion has been accompanied by loss of forests and urban sprawl. Integration of demographic and socio‐economic data with land use/cover change revealed that economic growth and proximity to transportation routes have been the major factors promoting urban expansion. Topography, geology and soils were also analysed as possible factors influencing expansion. The integration of remote sensing and Geographical Information System (GIS) was found to be effective in monitoring land use/cover changes and providing valuable information necessary for planning and research. A better understanding of the spatial and temporal dynamics of the city's growth, provided by this study, forms a basis for better planning and effective spatial organization of urban activities for future development of Nairobi city.     

基于TM影像的北京城市边缘带范围界定方法研究

城市边缘带是城市和乡村之间的过渡地带,是城市扩展的产物。及时了解和掌握城市边缘带的范围,对合理进行城市规划,调整用地结构,具有积极的意义。遥感技术动态、快速、适时获取数据的特点,为城市边缘带范围的界定提供了技术保障。本文以TM影像作为信息源,引入信息熵和土地利用程度综合指数,研究探讨北京城市边缘带范围界定的方法,尝试提取北京城市边缘带范围,分析北京城市边缘带的蔓延趋势及原因。研究结果表明,北京城市边缘带范围包括北京市区及郊区的一小部分,呈环形分布,外缘部分向四周不规则延伸,尤其在西北和东南方向上延伸较多。结合北京市统计资料得出,根据信息熵理论和土地利用程度综合指数模型确定的北京城市边缘带范围基本符合北京市近年来的发展特点,能够反映北京市的城市发展轨迹,正确预测城市发展方向。     

Support vector machine approach to identifying buildings using multi-temporal ALOS/PALSAR data

Accurate detection of built-up areas is valuable for quantifying the level of urbanization and monitoring the decreasing amount of agricultural land. In this study, three-temporal, dual-polarization Advanced Land Observing Satellite (ALOS)/Phased Array type L-band Synthetic Aperture Radar (PALSAR) images were integrated to map buildings in the Yangtze River Delta of East China, where land has been intensively used. The results show that the support vector machine (SVM) classifier performs well in identifying buildings, with an accuracy of 90% in urban areas and 95% in rural areas, even with only a small number of training samples. Buildings in urban areas are more likely to be underestimated (commission error of 15%) than those in a rural environment. Visual inspection and quantitative analysis confirmed that the Local Sigma Filter considerably reduced random speckle noise in the PALSAR imagery. Thus, the filter is suitable for enhancing feature extraction of future multi-polarization and multi-temporal SAR imagery. Overall, the buildings identification approach proposed in this study could serve as a valuable tool for operational monitoring of rural land use change and urban sprawl.     

方向矢量法在城市土地利用变化检测中的应用

城市土地利用变化检测为城市规划和管理提供有用信息。但是目前很多变化检测方法都离不开人工干预,其结果在一定程度上依赖于人的经验。方向矢量法是将多时相遥感数据中不同地物类型间的光谱差异利用方向矢量反映在多维空间中,进而建立类型转换模型。该方法避免了依赖人的经验所带来的不便和误差,并且简单、直观、易操作。通过对北京奥运村地区高分辨率遥感影像的检测,分析了方向矢量检测法在城市土地利用变化检测中的应用。