王志强1，白洪伟*1，曹倩倩2，张慧妮1，刘裕芸1
1、宿州学院环境与测绘工程学院，安徽，宿州，234000
2、宿州学院数学与统计学院，安徽，宿州，234000
摘要：目的:研究确定土地利用/覆被变化分类的方法。方法：基于Landsat遥感影像数据，以阜阳市颍上县为研究对象，利用ENVI遥感处理技术和ARCGIS为主要的处理分析工具，以2016年、2018年和2020年3期数据，分析颍上县的土地利用/覆盖变化状况，并从土地利用面积、土地利用空间方面进行分析研究。结果：颍上县2016—2020年间土地利用的空间布局发生了变化。城镇用地由小城区逐渐扩大，并不断向市中心聚拢；未利用地不断被开垦利用为耕地、农村用地和城镇用地。近几年来颍上县水体所占比例并无大幅度涨幅，说明该地区水资源保护力度较好，未造成水资源的大面积流失现象。耕地结构比自2016年后呈稳定趋势，农村用地及城镇用地所占比重上涨，而未利用地所占比例减少，反映出颍上县城乡统筹规划效果显著，经济发展较快，在农村用地及城镇用面积不断增加的情况下，充分利用并开垦未利用地，确保耕地数量的整体稳定，为颍上县未来发展奠定了良好的基础，优化了空间结构。
关键词：遥感分析；土地利用；Landsat；监督分类
目前，随着社会经济的高速发展，人多地少的矛盾日益突出，随之带来各种各样的环境问题。植被遭到严重破坏，水土严重流失等问题，已经严重影响到了土地利用产业以及人们的生产和生活。我国作为一个人口大国，在这样的情况下，合理而充分地利用每一寸土地势在必行[1]。而且，在多年的发展中，很多地区的土地利用状况也发生了很大的变化，以至于不能准确的指导土地资源管理和应用。进行土地利用调查，查明土地资源的数量以及土地利用现状已刻不容缓[2]。为此，我们展开了基于遥感影像数据的土地利用分类变化分析研究，该项目以安徽省阜阳市颍上县为实例，用遥感影像数据制作出颍上县的土地利用专题图，根据专题图探究土地利用分类变化的相关研究，为城市空间规划提供更多的土地利用变化决策参考。土地利用分类是区分土地空间地域组成单元的过程。这种空间地域单元是土地利用的地域组合单位，表现人类对土地利用、改造的方式和成果，反映土地的利用形式和用途。而随着空间技术的发展，遥感技术已经成为研究地球资源、环境的有力手段，随着遥感技术和其他学科的综合应用，将克服传统调查方法高投入、长周期、低效率的缺点，对更好的制定建筑规划，优化资源配置和开发潜力等具有重要意义[3]。
本研究以颍上县2016、2018、2020年3年的土地利用和覆被变化Landsat遥感数据为研究内容，利用遥感处理软件处理分析工具，从时间序列上探讨了颍上县近几年来的土地利用和覆被变化的动态情况。
1?样区与方法
1.1研究区概况
颍上县，隶属于安徽省阜阳市，位于安徽省西北部，淮河与颍河交汇处、淮北平原最南端。介于东经115°56—116°38，北纬32°27—32°54之间，东西长72.5千米，南北宽56.1千米，总面积1988.5平方千米。颍上县属典型的淮北冲积平原，境内无山丘，地势平坦，由西北向东南略倾斜。最高海拔为29.5米，最低海拔为18.5米，坡降为1/10000[4]。研究区位置如图1。
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图1 颍上县界
1.2 数据来源
遥感数据源主要采用2016年Landsat-8 OLI-TIRS，2018年Landsat-8 OLI-TIRS，2020年Landsat-8 OLI-TIRS数据进行多波段融合。
1.3 技术路线
利用RS、GIS和GPS 相结合的3S技术对遥感影像预处理在进行监督分类，如图2所示。
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图2 技术路线
1.4 遥感图像预处理
使用Envi软件对3期Landsat卫星数据进行辐射定标、图像剪裁、大气校正等图像预处理，获得3幅可供后续使用的研究区域完整且可以分辨出地物类型的影像。
1.4.1 数据源分析
对土地利用动态研究，采用同一个区域的不同年份的遥感影像图。本研究选用的数据为2016年9月、2018年2月和2020年8月的OLI和TIRS卫星遥感影像，以及颍上县行政区划图。
1.4.2 图像预处理
1.4.2.1 辐射定标
运用ENVI软件中Radiometric calibration功能，对多光谱波段计算，Output Interleave设置为BIL并勾选Apply Flaash Settings 选择存储路径并新建文件“FSDB”用以保存数据。辐射定标后的影像如图3所示。
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图3 辐射定标后影像
1.4.2.2 研究区域剪裁
将颍上县行政矢量边界导入图像，运用ENVI软件中Subset Date from ROIs功能将辐射定标后的3期影像按照行政矢量边界进行裁剪，选择好保存路径并新建“CJ”文件。
1.4.2.3 大气校正
运用ENVI软件中Flaash Atmospheric Correotion功能对裁剪好的影像进行大气校正，同样设置好存储路径并设置传感器类型为Multispectral Landsat-8 OLI,研究区平均海拔从ENVI软件中DATA文件下GMTED2010.JP2全球900米DM数据投影，用Compute Statistics功能对GMTED2010.JP2在裁剪后的范围内确定平均高程[5]。选中原始影像打开View Metadata查看影像获取具体时间，大气校正所需模型由研究区经纬度及月份所确定。3期影像大气校正后图像如图4所示。
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2 监督分类
2.1土地利用类型的确立
根据《土地利用现状调查技术规程》[6]（全国农业区划委员，1984.9.8）以及《城镇地籍调查规程》（TD/T 1001-1990）分类标准，依据遥感影像信息确定土地覆被类型，将颍上县土地覆被类型划分为1级地类共4个：水体、耕地、林地、建设用地，为了便于地类的区分，使用假彩色影像，打开Change RGB Bands进行选择并建立“训练区”如图5所示。
2.2土地利用分类样本分类度
将建立好“训练区”后的数据影像在Region of Interest(ROI)Tool下打开Computer ROI Separability选中所有分类样本进行确定。
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图5 土地利用样本
2.3选择分类仪器(支持向量机)
运用ENVI下Toolbox里Support Vetor Machine Classification功能对预处理后的遥感影像将4类分类样本进行分类。分类后的图像如图6所示。
2.4 结果验证
下载精度较高影像，同样建立“训练区”划分4个分类样本。通过感兴趣区去验证，找到Confusion Matrix Using Ground Truth ROIs,选择该高精度分类后的影像进行验证。查看总体精度和Kappa系数是否符合精度要求。(总体分类精度：等于被正确分类的像元总和除以总像元数。被正确分类的像元数目沿着混淆矩阵的对角线分布，总像元数等于所有真实参考源的像元总数。Kappa系数：它是通过把所有真实参考的像元总数(N)乘以混淆矩阵对角线
(XKK)的和，再减去某一类中真实参考像元数与该类中被分类像元总数之积之后，再除以像元总数的平方减去某一类中真实参考像元总数与该类中被分类像元总数之积对所有类别求和的结果[7-8]。验证结果如图7所示。
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图6 分类后影像 图7 验证结果
3 分类后处理
将验证结果转化为矢量数据，选择Classification to Vector,选择所有分类样本并设置存储路径，(存储格式为evf)。用ENVI Classic将存储后的矢量数据运用Export Active Layer to Shapefile 将evf格式转化为shp格式，如图 8所示。
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图8 转化后的矢量数据(左) 颍上县土地利用图(右)
4 结果与讨论
本研究基于2016年、2018年和2020年的OLI影像数据运用ENVI遥感处理技术和ARCGIS为主要的处理分析工具，对颍上县近年来土地利用变化进行了分析研究，得出以下结论：通过对2016年、2018年和2020年3个时期土地利用图的对比分析结果表明：受人口增加、政策改变、布局统筹规划等一系列因素影响，颍上县2016—2020年间土地利用的空间布局发生了变化。城镇用地由小城区逐渐扩大，并不断向市中心聚拢；未利用地不断被开垦利用为耕地、农村用地和城镇用地。截至2020年，颍上县未利用地存量已达到历史最低值。农村用地由以前的散乱且不规则分布，渐渐被统筹划一。近几年来颍上县水体所占比例并无大幅度涨幅，说明该地区水资源保护力度较好，未造成水资源的大面积流失现象。耕地结构比自2016年后呈稳定趋势，农村用地及城镇用地所占比重的上涨，而未利用地所占比例减少，反映出颍上县城乡统筹规划效果显著，经济发展较快，在农村用地及城镇用面积不断增加的情况下，充分利用并开垦未利用地，确保耕地数量的整体稳定，为颍上县未来发展奠定了良好的基础，优化了空间组织结构。
参考文献
[1]张伟，李研君，曹广超.基于RS与GIS的土地利用类型研究与分析［J］.测绘，2016，39（01）：33-37.
[2]李梦颖，邢艳秋，王铮，等.基于Landsat影像的土地利用/覆盖变化研究——以吉林省汪清县为例［J］.西北林学院学报，2016，31（06）：257-263.
[3] 朱耀军，郭志华，郭菊兰，等.清澜港湾红树林景观变化过程及周边土地利用/覆盖动态［J］.林业科学，2013，49（5）：169-175.
[4] 刘纪远.国家资源环境遥感宏观调查与动态监测研究［J］.遥感学报，1997，1（3）：225-230.
[5] 王吉斌，刘晓双，李才文.基于SPOT影像的四川省剑阁县景观格局现状分析［J］.西北林学院学报，2014，29（2）：257-261.
[6] 全国农业区划委员（1984.9.8）.土地利用现状调查技术规程［S］.1984.
[7] TD/T1001-1990.城镇地籍调查规程［S］.1990.
[8] 信志红，王宁，李峰，等.基于Landsat的黄河口地区土地利用类型研究［J］.中国农业资源与区划，2018，39（1）：99-105.