基于随机森林的遥感土地利用分类及景观格局分析

2009年福建平潭综合实验区设立,作为闽台合作及国家对外开放的窗口,其土地利用变化主要受社会经济因素的影响和自然地理环境的制约,也与未来的土地利用规划密切相关.本文利用1990、2000、2010和2017年4期Landsat遥感影像数据,定量分析近27年的土地利用变化对景观格局的影响.结果表明:(1)在选择合适训练样本的情况下,利用随机森林方法可获得较高的遥感土地利用分类精度(4期遥感影像分类的总体精度均在87%以上,Kappa系数均在0.84以上);(2)1990~2017年,水域面积急剧减少31.04 km2,流失的水域主要转化为建设用地和林地;建设用地增加40.98 km2,年平均增长1.52 km2.近十年呈快速增长趋势,年平均增长3.87 km2;(3)在斑块类型级别上,逐年增加的建设用地导致最大斑块占景观面积比例(LPI)、聚合度(AI)和边缘密度(ED)呈上升趋势,其中LPI受到建设用地增加的影响最显著.在景观类型级别上,多样性(SHDI)和景观形状(LSI)呈下降趋势.     

辽河口国家级自然保护区湿地时空演变遥感评估

以1980年、1990年、2000年、2010年和2020年Landsat遥感影像作为数据源,结合野外实测数据和Google Earth的高分影像,采用面向对象的决策树分类方法,得到1980～2020年辽河口国家级自然保护区土地覆盖变化情况。结合土地利用转移矩阵、景观格局分析法以及等扇方位分析法,研究近40 a辽河口国家级自然保护区内的人工类型用地时空动态演变特征。结果表明：1980～2020年间,研究区内自然湿地减少了270.12 km2,主要转化为耕地、油井、建设用地及交通用地等人工土地覆盖类型。由于受人类活动干扰较大,研究区内景观趋于破碎化、均衡化,景观异质性降低。近40 a来,研究区内人工土地覆盖类型主要沿北西北方向扩张。国家政策和经济发展对辽河口湿地的演变过程影响极大,农田开垦、城镇建设、油田开发和海水养殖等人类活动是自然湿地演变的主要驱动力。     

基于GIS的退耕还林工程区林地动态变化遥感监测研究

以天全河流域中、下游为研究区域,应用分类后检测的方法,利用1997年和2003年的SPOT与TM融合遥感影像,采用监督分类和专家分类相结合的方法获得土地利用分类结果,对结果进行叠加分析,提取变化信息。研究表明:1997~2003年研究区域土地利用结构发生明显变化,耕地大量减少,林地增多量大;土地利用变化动态度大,耕地动态度为-5.1%,林地动态度为0.9%,建筑地动态度最高;研究区域退耕还林地的来源主要是耕地,来源合理。     

基于遥感的干旱区典型绿洲LUCC研究

以干旱区典型的条带状且末绿洲为例,采用1973年MSS、1991年TM、2001年和2008年ETM+遥感影像为数据源,结合野外考察数据,选择适宜的分类指标体系,对遥感图像进行了监督分类,并获得了研究区土地利用/覆盖转移矩阵。 研究结果表明:近35 a 来耕地面积一直呈现出增加的趋势,增加了105.32 km²,耕地面积的增加量主要是由草地和林地的转化而来,是增加最快的土地利用类型;林地和草地面积一直呈逐渐减少的趋势,其中减少最多的土地类型是林地,减少了69.459 km²,林地面积的减少是由于林地转移草地、水体和耕地的比例超过草地转移林地的比例所致;草地面积减少了63.093 km²,主要是由一部分草地转移耕地、未利用地而引起;水域面积总体上有增加趋势,增加了22.073 km²,主要由草地和未利用地转移水体而引起;未利用地变化幅度不大,有缓慢增加的趋势,增加5.093 km²。     

太湖湖滨敏感区的土地利用遥感分类研究

近年来太湖流域水体污染日趋严重,土地利用是重要的环境变化影响因子,对太湖湖滨敏感区土地利用分类研究具有重要意义。研究基于2010年ALOS多光谱遥感影像,以太湖流域上游的武进港、直湖港流域为研究区,根据研究区实际状况和研究目的,建立太湖流域上游湖滨敏感区的土地利用/土地覆被分类系统,并用于该地区的面向对象遥感分类,研究通过影像的多尺度分割,获得不同层次的影像对象,在不同层次设置对应的分类规则,以充分利用影像中地物的光谱、纹理和不同层对象相互关系等信息,从而提高分类效果。研究表明:在面向对象多尺度影像分割的基础上,基于决策树建立多个分类规则的分类方法,能够有效提取建设用地、道路、水体等几类信息,分类总体精度达到88.00%;同时,该地区主要土地利用类型如耕地、农村居民点和城镇居民点的分类精度也较高,这也表明该分类方法对整个太湖流域以及其他平原河网地区的土地利用相关研究具有一定的实用价值。     

基于对象级分类的土地覆盖动态变化及趋势分析

以广东省东莞市2005~2008年SPOT 5遥感影像为主要数据源,采用对象级分类后比较的变化检测技术,从土地覆盖类型的面积总量、相互转移等方面多层次分析了研究区域4 a土地覆盖的变化情况。在此基础上,利用马尔科夫链模型对该区域未来5 a的土地覆盖动态变化及演变趋势进行了分析和预测,为广东省土地覆盖变化研究提供典型案例分析,以达到全面把握研究区土地覆盖变化规律的目标。结果表明:研究区域的土地覆盖变化基本趋势表现为城镇建设用地总量持续增加以及耕地和园林地面积总量减少,其中城镇建设用地和农业耕地变化幅度较大,其他类型土地变化相对稳定。增加的城镇建设用地主要来源于耕地的人为减少,农业垦殖环境将趋于恶化。研究结果可为研究区合理有效地利用土地以促进土地可持续发展、推进城市化进程奠定决策上的技术基础。     

基于随机森林的土地利用变化及城市驱动分析

城市发展对土地利用影响较大,是土地利用变化重要驱动力.为研究平潭综合试验区发展对土地利用的影响,以1984、1990、1996、2003、2010和2017年的Landsat陆地卫星遥感影像为数据源,采用随机森林对海坛岛土地利用进行分类,对5个阶段的土地利用变化情况、城市扩张及扩张对其他地类的影响进行了定量分析.结果表明:(1)在特征变量优化下的随机森林,各期分类精度均高于85％,满足后续分析要求;(2)耕地在各时期面积最大,林地(有林地和灌木林地)次之,裸地最少;耕地总体出现减少趋势,1984–1990年减少比例最大(8.07％);建设用地5个阶段都表现为扩张,2010–2017年扩张最明显(11.82％);(3)各阶段城市扩张类型主要为边缘性扩张,其次为跨越式扩张,填充式扩张比例最小;该岛城市的发展对其他地类变更具有重要驱动作用,城市扩张最主要来源和去向均为耕地;城市土地的转变集中在耕地、林地、草地和湿地几类土地利用类型.     

西安城区土地利用/覆被变化及生态效应测评研究

利用两期遥感影像,以ArcGIS9.0和ERDAS8.5为平台分析了西安市2000~2007年间土地利用时空变化过程;并对研究区2000~2007 年间土地利用变化引起的生态效应变化进行了测评;结果表明：7 a间西安城区土地利用/覆被变化显著,综合土地动态度为1.9%,建设用地面积逐年增加,年变化率为3.1%;耕地、未利用地、园地、水体面积有所减少,西安城区的生态系统服务价值从2000年的259.8 ×106元减少到2007年的233.6×106元,共减少了26.2×106元;经证实用遥感与地理信息系统技术研究因土地利用/覆被变化引起的生态响应是一种有效的方法。     

吴哥遗产地土地利用/土地覆盖变化遥感分析

吴哥窟是柬埔寨的象征,近年来深受严重的环境问题的困扰。利用长时间序列卫星影像,采用最大似然分类方法,提取吴哥遗产本体及周边区域近30年土地利用/土地覆盖及变化信息,并基于转换矩阵方法分析各土地类型变化规律,最后利用野外地面实测数据对分类精度进行了验证。研究表明:基于光学影像的吴哥遗产地土地利用/土地覆盖分类精度可达81.4%;遗产地周边建设用地增加迅猛;林地面积大量减少,主要转化为农业用地及草地;农业用地显著增加,来源于裸地及林地;水体和湿地变化较少;导致吴哥土地类型变化的主要驱动因素是旅游业带来的资源过度开发、森林大量砍伐,吴哥遗产的原真性、完整性和蕴含的历史与文化价值也正遭受极大威胁。     

京津风沙源治理工程区LUCC及土壤风蚀强度动态遥感监测研究

以遥感手段监测京津风沙源治理工程区土地利用/覆盖变化及土壤风蚀强度,分析了工程区LUCC及土壤风蚀时空格局特征及关系。结果表明:工程实施前后,LUCC及土壤风蚀强度差异明显。近30a,LUCC过程主要表现了由耕地开垦向生态退耕还林、草转变,伴随生态恢复和沙化有效抑制态势;耕地总体表现出先增加后减少态势,耕地面积1990～2000年增加面积是2000～2015年减少面积的1.9倍;林地总体呈增加态势;2000～2015年耕地转化为林地和草地面积分别为446.1km2和1 129.3km2,西部最为明显;建设用地面积扩张明显;未利用地呈减少趋势,转换类型以沙地向草地转化为主,面积为1 493.1km2。京津风沙源治理工程区土壤风蚀侵蚀模数整体呈下降趋势,生态工程实施后改善趋势明显(P0.01);总体上,东部、南部地区以高覆盖、中覆盖草地类型为主的地区土壤风蚀量小;浑善达克沙地治理区土壤风蚀量较大,但总体呈减少趋势。不同土地利用/覆盖类型对土壤风蚀强度影响较大,土壤风蚀模数依次为沙地低覆盖度草地中覆盖度草地旱地灌木林水田高覆盖度草地其他林地疏林地有林地;低覆盖度向高覆盖度草地类型转化有效抑制土壤风蚀量(减少66.12%),植被覆盖度的增加有效降低土壤风蚀模数;沙地周边区域,高/中覆盖度向低覆盖度草地类型转换过程中,土壤风蚀量呈增加(58.26%)态势,草地转化为沙地、旱地土壤风蚀量增加。     

结合地籍数据的高密度城区面向对象遥感分类 

利用高分辨率遥感影像和GIS辅助数据,对高密度城区进行面向对象的土地利用覆被分类研究。使用NAIP高分辨率航空遥感影像,在多尺度影像分割的基础上,针对特定地物选择合适的影像分割参数。采用决策树方法建立高密度城市地区的分类规则,并结合该地区地籍图数据作为辅助数据,逐步进行高密度城市地区地物信息提取。利用辅助数据进行面向对象的遥感分类效果优于单纯依靠遥感影像进行的分类,且有效提取了道路和复杂的房屋等信息,得到了理想的分类结果,其总分类精度从常规面向对象方法的84.08%提高到89.79%。利用辅助数据进行遥感分类提高了高分辨率遥感影像的分类精度,说明了利用辅助数据进行遥感分类方法的有效性。     

面向对象的黑河下游河岸林植被覆盖信息分类!

地表植被覆盖是描述区域生态系统的基础数据,也是全球及区域陆面过程、生态与水文众多模型中所需的重要地表参数。对于黑河下游额济纳绿洲,以Landsat 30m分辨率为主的遥感影像难以真实提取下游绿洲河岸林植被覆盖信息,而高分辨率影像目标地物轮廓清晰、空间细节信息丰富,有利于干旱背景下景观破碎、异质性强的植被覆盖信息分类。基于黑河下游额济纳绿洲QuickBird影像,通过面向对象的分类方法提取耕地、胡杨、柽柳、草地和裸地等主要植被覆盖类型,分类总体精度和Kappa系数分别为84.71%和0.7986。结果表明:利用面向对象分类方法对高分辨率影像进行植被覆盖信息分类,分类结果较好,能够满足精度要求。     

基于面向对象的平潭岛大比例尺森林资源监测方法

利用高分辨率遥感影像对森林资源进行大比例尺动态监测可以有效提高林业部门对森林资源管理的时效性。以福州市平潭岛为研究区域,利用高分辨率的WorldView\|2遥感影像,结合大比例尺森林小班矢量图层,基于面向对象的分类思想,采用分层监督分类的方法,提取森林资源变化图斑,实现大比例尺森林资源的动态监测。此种方法有效利用了原始小班边界,快速提取了变化区域,总体分类精度达到了90.85%,表明利用该方法进行大比例尺森林资源变化区域提取是有效可行的。     

结合面向对象方法的多层次干旱与半干旱区域城镇提取方法

在干旱与半干旱区域戈壁及沙漠等高亮地表与城镇连成一片,两者的光谱特征在中等分辨率遥感数据上非常相似;因此,利用基于像素的分类方法很难将城镇准确提取出来。根据两种地物的样本对NDVI、NDBI的分布特征统计分析得出:基于面向对象的分类方法在提取城镇信息方面有较大优势。以典型的干旱区域—黑河流域张掖市及周边地区作为研究区域,将面向对象的方法应用到具有中等分辨率的Landsat-TM数据上,提出了结合面向对象方法的多层次干旱与半干旱区域城镇提取方法。该方法首先使用分层分类的方法得到城镇和荒漠的混合影像,然后使用面向对象的分类方法精确提取城镇信息,其中分割对象过程中引入样本可分离度量化不同尺度的影像分割效果,实现最优尺度分割。结果表明:其目视效果、总体精度(94.51%)和Kappa系数(0.89),均优于支持向量机(SVM)与基于时间序列的分类方法。     

Building Height Estimation from GF-2 Image based on Morphological Shadow Index

GF-2 is a high resolution earth observing satellite with sub\|meter resolution which is developed by our own technique.To estimate urban building height based on GF\|2 remote sensing image combined with the idea of mathematical morphology and object\|oriented classification.First of all,segment image based on multi\|scale segmentation.Then extract shadow and calculate its length based on object\|oriented classification combined with spectral,shape,Morphological Shadow Index (MSI) and other features.In the end,estimate building height based on the geometrical model of satellite,sun and building and then accuracy evaluation and error analysis are carried out by using the field measurement data.Experimental results showed that 90% of the buildings’ absolute error is less than 1 m.This experiment demonstrate that the method can extract the height of urban building from the GF\|2 image effectively and the immense potential of domestic high resolution remote sensing image in applications on urban building information extraction.     

基于像元与对象分类的景观指数差异性分析

景观指数分析是进行遥感监测土地利用及变化空间格局的重要方法之一,而因为遥感分类方法的不同,所计算出的同一景观指数所揭示的土地变化模式可能出现较大差异。以北京市密云县为研究区,对影像分别进行了面向对象分类与基于像元的监督分类,并对两种分类进行景观指数计算,利用配对样本t检验方法对各景观指数进行了差异显著性分析。分析结果显示地类面积比例(PLAND)和最大斑块指数(LPI)在两种分类方法之间差异不显著;边缘密度(ED)略有显著差异性;而斑块数量(NP)、斑块面积平均值(AREA_MN)、聚合度(AI)与周长面积分维数(PAFRAC)在两种分类方法之间差异显著。     

基于面向对象分类方法的乌苏里江流域中俄跨境区域湿地景观动态研究

选取乌苏里江中下游干流50km缓冲区为研究区,以1989、2000和2013年的Landsat TM、OLI遥感影像为数据源,利用面向对象的分类方法获取湿地信息;在GIS技术支持下,选取斑块类别面积(CA)、面积所占比例(PLAND)、最大斑块面积指数(LPI)、平均斑块面积(AREA-MN)、斑块数(NP)、斑块密度(PD)等景观格局指数,分析了研究区1989~2013年湿地的景观格局动态特征。结果表明:面向对象的分类方法能够准确提取湿地信息,并且有效地避免"椒盐现象";1989~2013年,该区水田、水库/坑塘、运河/水渠、灌丛沼泽增加和河流、湖泊、草本沼泽、森林沼泽减少;大量草本沼泽转为水田为该区湿地变化主要特征;1989年湿地类型以草本沼泽为主,2013年水田的斑块面积略高于草本沼泽斑块面积;湿地景观变化区主要分布于中国一侧的挠力河流域和穆棱河流域;天然湿地景观破碎化程度逐年加深,人工湿地景观趋于聚集,人为干扰是导致湿地景观格局变化的主要动力;中俄两国境内湿地景观变化程度差异显著,中国境内大量天然湿地转为人工湿地;俄罗斯境内的湿地变化微小,天然湿地保存较好。农田垦殖是导致两国湿地景观破碎程度差异的主要原因。     

基于遥感影像的军事阵地动态监测技术研究

针对部队快速机动作战的军事要求,提出基于高分辨率遥感影像的军用阵地动态监测方法。借助面向对象的多尺度分割技术将阵地影像分割为同质对象,以提取各个对象的特征;针对监督分类和非监督分类的弊端,提出通过一定的先验知识制定分类规则的方法对遥感影像进行地物识别,在此基础上定性和定量地输出变化检测结果。实验结果表明:利用基于对象影像分析方法具有较高的识别精度,能够有效监测军事阵地变化。