土地利用/土地覆蓋變化(Land Use/Cover Change，簡稱LUCC)是全球變化研究的重要內容，而土地利用/土地覆蓋數據的獲取是其重要基礎工作。

隨著遙感平臺的多樣化圖像分辨率的提高，以及計算機技術的迅速發展，遙感技術已成為LUCC研究的重要手段。我國“土地利用遙感動態監測項目”自1999年底列入新一輪國土資源大調查土地資源監測調查工程至今，由示范性起步階段步入規范性的全面實施階段。獲取的大量土地資源動態變化基礎數據、高分辨率遙感影像信息提取和系列成果資 料已經被應用于土地管理領域，在土地管理參與國民經濟宏觀調控中發揮了作用。 我國土地利用遙感監測研究采用的 *** 多種多樣,如目視解譯，計算機自動處理及二者相結合的 *** ,而且目視解譯監測研究一直占有重要地位。在研究內容上,主要是針對城鎮擴展和耕地變化,尤其是城鄉結合部的變化。與國際土地利用遙感監測 *** 相比,我國在遙感 圖像計算機信息自動提取方面尚存在一定差距。

到目前為止,我國已利用1：25萬衛片完成全國和分省土地總面積的統計,全國1:200萬土地利用衛星影像圖,1：5萬主 要城市土地利用現狀衛星影像圖等。此外,我國還研制和發展了全國范圍內土地覆蓋和土地利用﹑洪水預警﹑救災對策等方面的軟件系統﹑專家系統及一批數據庫。基于遙感與GIS技術,國家環保局2000年完成了“西部遙感調查”項目。目前我國正在開發和研制中國土地覆蓋和土地利用監測系統及其它區域性的土地資源和植被遙感應用的重要項。我區在土地利用方面所存在的問題主要是：土地荒漠化，沙化，草地退化現象嚴重，土地鹽堿化程度日以加劇等。

衛星遙感技術以宏觀﹑綜合﹑快速﹑動態﹑準確的優勢為地球資源調查﹑局部地區及區域的環境變化監測乃至全球變化研究提供了先進的探測與研究手段,標志著土地覆蓋信息獲取和分析處理 *** 的一場革命,必將近一步促進土地覆蓋在區域和全球尺度上研究內容的深化。

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本文運用遙感監測手段從塔里木胡楊林保護區的土地利用/土地覆蓋變化規律和現狀入手，分析當前保護區土地利用/土地覆蓋特點及所存在的主要問題，并提出有關建議。

研究 *** 與研究思路

遙感動態監測主要涉及圖像預處理和土地利用變化信息提取。并相應有圖像預處理 *** 和土地利用變化信息提取 *** 。當今人類的生存與發展對土地的開發利用以及引起的土地覆蓋變化被認為是全球環境變化的重要組成部分和主要原因。大量研究表明，土地利用及覆蓋變化是在自然與人類社會因素共同作用下，在不同時空尺度上所表現出來的一系列景觀 變化現象，其中氣候變化，水文條件的變化，土地使用制度的變化，經濟體制的變化，技術進步的變化，人類社會行為的變化是引起土地利用及其覆蓋變化的主要因素。

因此，本文從研究土地利用/土地覆蓋變化的驅動力及其動態分析入手，主要是通過遙感圖像時空分析，了解過去不同時段塔里木胡楊林保護區土地覆蓋的空間變化過程。土地利用/土地覆蓋數據的處理如果依靠常規的手段不僅可以精確獲取土地利用變化的數量和性質，而且還可以主動發現土地利用/土地覆蓋的變化信息，提取變化地塊的大致區域；而傳統方 法只能被動地由用地單位或個人申報，存在少報和漏報的情況，增加了監測的客觀性。

此外，運用TM數據成本低，能夠較好地發現變化區域，尤其是非農業用地。運用遙感動態監測技術可以較好地完成較大比例尺生態環境動態監測工作，與傳統 *** 相比較，不僅提高了數據獲取的精度，而且大大地提高了工作效率。 通過計算機處理和人工解譯相結合的 *** ，對比3個時相遙感影像，提取土地利用/土地覆蓋變化信息，利用對研究區土地利用/土地覆蓋信息分析結果，動態監測干旱區荒漠、綠洲及其過渡帶生態環境變化，并運用數理統計、回歸分析等 *** 結合影響本研究區的自然和人文因素提取該研究區生態環境破壞區域并建立生態環境預警系統是本文研究的重點內容。

專題信息提取

遙感信息自動提取

在遙感信息自動提取方面，分類 *** 的研究歷史最長久,其核心是對遙感圖象的分割,其 *** 有無監督分類和有監督分類。就無監督分類而言，有K-MEANS法，動態聚類型法，模糊聚類法，以及人工神經 *** 法；在有監督分類方面，有最小距離法、更大似然法、模糊分類法以及人工神經 *** 法。更大似然法需要各類型的先驗知識及其概率,特別是 需要假定各類型的分布屬于正態分布，因而它是一種有參數的分類器,在具有先驗性概率知識以及各類型滿足正態分布的條件下,它具有較好的分類效果，該分類器具有分類速度快的優點。

模糊分類是根據模糊數學所構建的一種分類器。它是建立在假設一個象元是由多個類型所組成的基礎上，只是各類型的隸屬度不同。在對分類器訓練時，需要確定訓練樣本象元中，各類型的隸屬度，它不需要各類型的先驗概率知識,也不要求各類型服從正態分布，它是是一種無參數的分類器。但是對訓練象元中各類型隸屬度的確定比較困難。該 *** 適用于亞象元信息的提取。人工神經 *** 分類器是利用人工神經 *** 技術所構造的分類器，人工神經 *** 是近幾年得到迅速發展的一門非線性科學,它是模擬生物神經 *** 的人工智能技術,已廣泛地用于趨勢分析和模式識別以及遙感圖象的分類等方面。人工神經 *** 器不需要各類型的先驗性概率知識，也不要求各類型一定要服從正態分布，它是一中無參數的分類器。

盡管利用分類器進行分類時所需要的時間很短。但是在對分類器進行訓練時，所需要的時間卻很長。就無監督分類而言，其所分的結果，需要專家進行判讀和類別的歸并，并最終確定其所需的類型。就有監督分類而言，需要選取大量的訓練樣區，而訓練樣區的選取不僅費工而且還很費時，訓練樣區選擇的好壞直接影響分類的效果，同時，分類是對整個圖象進行分割，它所要求的是總體的精度更高，這樣就不可能完全能保證我們所需專題信息的精度一定更高。分類是建立在數理統計基礎之上,而沒有建立在對遙感信息機理分析的基礎上，而沒有建立在知識挖掘的基礎上，這樣就使得它難以實現遙感圖象專題信息提取的全自動化。同時，基于光譜特征的分類難以解決異物同譜的問題。在分類中所獲取到的知識通常既不可傳遞，也難以解釋。這也是我們對所分結果知其然，而不知其所以然的原因。我們對任何時侯，任何地點的圖象，都必須重復選取訓練樣區的工作。這樣，顯然就大大限制了遙感信息提取的自動化。為此，基于知識發現的遙感專題信息提取將成為另一個最有前途的方向。

遙感專題信息提取 *** 的發展趨勢

基于知識發現的遙感專題信息提取是遙感專題信息提取的發展趨勢之所在。其基本內容包括知識的發現、應用知識建立提取模型，利用遙感數據和模型提取遙感專題信息。在知識發現方面包括從單期遙感圖象上發現有關地物的光譜特征知識、空間結構與形態知識、地物之間的空間關系知識，其中，空間結構與形態知識包括地物的空間紋理知識，形狀知識，以及地物邊緣形狀特征知識；從多期遙感圖象中，除了可以發現以上知識外，還可以進一步發現地物的動態變化過程知識；從GIS數據庫中可以發現各種相關知識。在利用知識建立模型方面，主要是利用所發現的某種知識、某些知識或所有知識建立相應的遙感專題信息提取模型。在利用遙感數據和模型提取遙感專題信息時，應從簡單到復雜，從單知識、單模型的應用到多知識、多模型的集成應用。從單數據的使用到多數據的綜合使用。

研究區和數據來源

研究區概況

塔里木胡楊林自然保護區位于新疆 *** 爾自治區尉犁、輪臺兩縣，地處塔里木盆地北緣。其地理位置在位于東經84°15′～ 85°30′,北緯40°55′～42°17′之間。總面積為38790公頃。主要保護對象河岸胡楊林生態系統及珍稀動物資源。保護區1983年建立，現為國家級自然保護區。是世界上保存面積更大的原始天然胡楊林區。 保護區屬河流兩岸的河漫灘和河谷。年均溫10.6℃—11.5℃；年降水量25—75毫米，年蒸發量2000—3000毫米；空氣相對濕度僅40%—50%；全年多風沙，更大風速27米/秒，8級以上的大風日數41—46日/年。土壤含鹽量高，為鹽化土壤。保護區植物有20科38屬72種，常見植物有：灰楊、沙棗、枸杞、鹽穗木、鈴鐺刺、駱駝刺、甘草等。旱生、沙生、鹽生植物占絕對優勢。區內國家保護植物有：胡楊、灰楊等。胡楊為抗旱、抗鹽堿、抗風寒喬木樹種，其自然分布區是北非和亞洲干旱地區。

我國的胡楊林主要分布地塔里木河流域。在甘肅敦煌和新疆庫車的第三紀古新世地層中發現了胡楊林的化石。胡楊又稱異葉楊，落葉喬木，樹高一般15米，胸徑30厘米，樹齡30年以后隨地下水的變化而進入衰退期。胡楊林多形成于河岸凸岸，其后隨著河道的變遷和水分條件的變化，生境也隨之變得干旱，林分本身的自然更新難以實現，故林分均為純林。且僅能維持一個世代。隨著胡楊林的形成和伴隨著的水分條件變化，幼樹從水平根系的發育轉向縱深垂直根系的發育，實現對環境的適應。由于河道的變更，不斷為胡楊幼林提供發展的生境，因此，在塔里木河流域內，使胡楊林能不斷得到更新。

保護區哺乳動物有野駱駝、馬鹿、野豬、浪、沙狐、兔猻，以及特有種塔里木兔。食蟲鳥類較多。在積水點還有大天鵝、灰雁等。林區內蜱螨目的昆蟲種類很多。其中國家級保護動物有：塔里木兔、野駱駝、馬鹿、大天鵝、小天鵝、疣鼻天鵝等。 然而，從20世紀50年代開始，塔里木河上游大規模開荒造田，用水量猛增，致使中下游河道的來水量逐年減少，到1972年以后，塔河干流下游大西海子以下363公里的河套長期處于斷流狀態，尾閭臺特瑪湖干涸長達30年，造成地下水水位下降，最嚴重的地區水位下降到13米以下，維系胡楊根系生長的地下水水位必須不低于4米。由于缺水，塔河下游流域的胡楊大面積死亡、干枯，胡楊林的面積急劇萎縮。

從上世紀70年代，胡楊開始走向衰落，短短20年間，塔里木盆地胡楊林面積由52萬公頃銳減至35萬公頃，減少近三分之一；在塔里木河下游，胡楊林更是銳減百分之七十。在幸存下來的樹林中，衰退林占了相當部分。人類不合理的社會經濟活動，導致胡楊及其林下植物的消亡，致使塔里木河中下游成為新疆沙塵暴兩大策源區之一。嚴重制約了塔河流域經濟社會的可持續發展，并且威脅到我國西北地區的生態系統平衡。 從上個世紀90年代末起，國家開始對塔里木河流域實施綜合治理工程。投資107億元的一期工程已經初見成效，挽救胡楊林行動效果顯著。連續7次向塔河下游應急生態輸水，結束了塔河下游河道斷流近30年的歷史，河道兩岸約800平方公里的胡楊等植物顯現生機。如今，對河流兩岸各800米的范圍探測表明，兩岸地下水水位已恢復到4米以上，兩岸的胡楊林開始了復蘇的進程。

數據來源

本文數據有；

• 1972年landsat、多光譜TM數據1景（時間：19731020,分辨率：57m）
• 1992年landsat、多光譜TM數據1景（時間：19920926,分辨率：28.5m）

• 2000年landsat、多光譜TM數據1景（時間：20000807,分辨率：28.5m） 遙感影像從http://glcfapp.umiacs.umd.edu:8080/esdi/index.jsp網站免費下載

• 實際考察的照片庫，GPS數據

土地利用變化信息提取 ***

變化信息直接提取法

變化信息直接提取,是對兩個時相的遙感圖像進行點對點的直接運算,經變化特征的發現，分類處理,獲取土地利用變化信息。主要 *** 有4種。

1. 圖像差值法。即將一個時相的某一波段光譜灰度值減去另一時相的對應像元的光譜灰度值,較早應用的是單波段圖像差值法。單波段差值圖像中難以提取動態信息;對MSS7,MSS5,MSS4差值圖像進行彩色合成,則可綜合各個波段的動態信息,并很好地突出植被變化信息。
2. 圖像比值法。這是對兩個時相多譜段數據中同名像元的光譜灰度值施以除法運算。比值法可以部分地消除陰影影響,突出某些地物間的反差,具有一定的圖像增強作用。一方面,比值圖像可供直接判讀,提取其中的專題信息。另一方面,只要稍加邏輯變換,便可用以直接檢測明顯變化的環境要素。
3. 植被指數法。是綜合利用植被在紅光部分的強吸收與在近紅外部分的強反射特點提取植被動態信息。常見的有比值植被指數，歸一化植被指數，垂直植被指數,這些指數在森林資源動態監測中使用尤其廣泛。
4. 多時相復合分類法。將兩時相或多時相遙感數據復合,通過遙感分類提取變化信息。在這種 *** 的監督處理過程中,訓練區的確定比較困難。

計算機自動分類后比較法

該 *** 是在對比多時相的遙感圖像前,先進行各時相遙感圖像的單獨分類"用該 *** 的優點是能獲取各個像元的土地利用轉變類型,不僅能獲取變化的數量和特點,還能獲取變化 的類型,并有利于減少不同時相圖像因大氣和傳感器差異產生的誤差。但是,這一 *** 由于受到單獨分類所帶來的誤差影響,可能會夸大變化的程度。

目視解譯法

該 *** 是以土地利用現狀調查資料為基礎,確定各地類的解譯標志,在遙感圖像上劃出各地類界線,得到遙感分類圖,再比較各時相的遙感分類圖。此外,香寶提出了RS,GI S一體化,即通過遙感數字圖像——人機交互判讀——計算機量測匯總——數據庫來提取土地利用信息的 *** 。 上述3種提取變化信息的 *** ,無論哪一種都涉及到分類 *** 。遙感分類 *** 的提高一直是遙感技術 *** 研究的重要領域。計算機自動分類與目視解譯各有優缺點,本文把兩種 *** 結合起來,得到了很好的效果。

數據處理

遙感影像通常需要進一步處理方可使用，用于該目的的技術稱之為圖象處理。圖象處理包括各種可以對像片或數字影像進行處理的操作，這些包括圖象壓縮、圖象存儲、圖象增強 、處理、量化、空間濾波以及圖象模式識別等。

遙感圖象處理流程

在整個遙感圖像處理過程中使用ENVI遙感圖像處理軟件，對遙感影像進行處理。首先對所獲取的遙感影像進行波段融合，取用了TM4,TM3,TM2波段，因所采集的遙 感影像投影原本屬于UTM投影，所以需對遙感影像進行投影變換，使UTM投影變換成研究區相應的高斯投影，因所研究的區域不是在同一個景中，所以需要對遙感影像進行影 像拼接及裁剪來獲取所研究區域的遙感影像。

然后進行假彩色合成（增強處理），在利用GPS點數據和實地照片的基礎上進行了監督分類，最終獲得整個研究區域的土地覆蓋面 積信息。 本文采用如下的分類系統，包括混交林，旱生草地，沙漠，鹽堿地，水域等5大類。 在土地利用/土地覆蓋動態監測中，圖像處理是保證變化監測精度的前提。其中 確定分類系統是評價監測 *** 準確度的重要依據。在對遙感影像處理過程中，所選定的各個分類系統面積的變化信息，可以比較準確的反映出所選定研究區域的土地利用/土地覆 蓋變化信息。

面積統計

通過對研究區域各個時期的遙感圖象進行分類，獲取研究區域各個時期土地分類面積信息。

結果分析

通過對遙感影像分類后所得到的面積信息進行分析后，可以得出： 對于植被面積的變化，胡楊林從1973的125216.4km² 減少到了1992年的115975.6 km² 平均減少了9240.8 km²，1992年至2000年間減少趨勢更加明顯，期間減少了53328.6 km²。旱生草地從1973年的20467 km2減少到了1992年的142340 km²，減少了62332.4 km²，1992年至2000年間增加了23774.3 km²。受到人類土地開墾和規劃的影響，水域從1973年的120213 km²，減少到了1992年的24555 km²，減少了95657.7 km²。1992年至2000年水域面積增加了32488.5 km²。鹽堿地從1973年的35922 km²，增加到了1992年的47628 km²，增加了11706.4 km²。1992年至2000年鹽堿地面積又加了27843.7 km²。沙漠面積從1973年的24165 km²增加到了1992年的121100 km²。增加了96935.4 km²。而從1992年開始減少，到2000年減少了112198.2 km²。

通過上述數據處理結果可以得出以下分析： 自上世紀 70年代開始，塔里木河中游開始大面積開荒，人口增加導致水資源開始減少，又因不科學的灌溉方式使得土壤鹽漬化加劇，這是1973年至1992年間胡楊林減少的原因。從圖十中可以看出從1992年開始水域面積在增加，這對該地區旱生草地的生長比較有利，可隨之而來的就是不合理利用水資源帶來的土壤鹽堿化。從圖九可以看出這種趨勢很 明顯。鹽堿化及旱生草地面積的增加抑制了沙漠的面積增加。土壤鹽堿化，加上人口劇增是1992年至2000年間胡楊林減少的主要原因。

結論與建議

通過對塔里木河胡楊林保護區3個時相TM遙感圖像的對比分析得到了保護區土地利用∕覆蓋的動態變化信息。由于1973年的TM遙感圖像分辨率（57m）低于1992年及2000年的遙感圖像（28.5m），因而在處理1973年的遙感數據以及各種指數的提取過程中考慮到分辨率的差異所導致的失真，做了必要的修改。 塔里木河干流上游的過度開墾,造成中下游綠色長廊的消失。在開墾荒地的同時,不但沒有注意對當地生態植被的保護,更沒有考慮中下游的生態用水和農業用水。如果只顧眼前利益,無節制地亂開土地,后果實在令人擔憂。在水資源十分匱乏的干旱區,為了實現區域的持續發展和區域生態環境改善,必須進行區域土地利用的宏觀布局規劃,進行水資源的優化配置。必須通過遙感圖像,時時對全流域的土地利用進行動態監測,建立和完善塔里木河整個流域一體化宏觀調控機制。

從20世紀的50年代中期至70年代中期的短短20年間，塔里木盆地胡楊林面積由52萬公頃銳減至35萬公頃，減少近三分之一；在塔里木河下游，胡楊林更是銳減70%。在幸存下來的樹林中，衰退林占了相當部分。胡楊及其林下植物的消亡，致使塔里木河中下游成為新疆沙塵暴兩大策源區之一。所以胡楊林保護區的建立有著相當重要的意義，它對于穩定塔里木河流地帶的生態平衡，防風固沙，調節綠洲氣候和形成肥沃的森林土壤，具有十分重要的作用。是荒漠地區農牧業發展的天然屏障。同時，胡楊是較古老的樹種，它對于研究亞非荒漠區氣候變化、河流變遷、植物區系的演化以及古代經濟、文化的發展都有重要的科學價值。2006年2月3日經國務院批準，塔里木河胡楊林自然保護區正式升格為國家級自然保護區。這標志著胡楊林的保護首次受到了人類高規格禮遇，將重現歷史的輝煌。 本文通過以上分析提出以下建議：

1. 在干旱區,水資源十分匱乏。若能有效的控制塔里木河上游耕地面積的擴張,同時提高水資源利用率,則能解決塔里木河流域長期以來農業用水和生態用水之間的矛盾,這對塔里木河流域持續發展有重要意義。要建立以流域為單元的水資源統一管理體系，確保流域內各行業的用水，合理配置水資源，同時促進各行業的節約用水和水環境保護，避免由于流域內各部門之間經濟實力的差異，造成搶占水資源，濫采地下水，導致水多浪費多，水少發展受制約，生態環境被破壞。在促進水資源統一管理方面，要利用行政、法律、經濟手段，建立水資源統一管理體系，確保有限的水資源的可持續利用，保障區域經濟社會的可持續發展和生態環境的保護和改善。
2. 沙漠和鹽堿地這類土地利用類型由于適宜性較差目前還難以被人類利用,但是必須加強對它們的防治,以防止由于人類的不合理利用而造成它的面積擴大,導致對綠洲和人類的生產活動產生影響。
3. 健全法制，依法防治，盡快指定相關的法律法規，禁止無節制的開墾土地。以法律的手段來防治過度開墾現象。
4. 合理調整干旱荒漠地區農、牧、林三者的關系，改變中下游沿線居民的燃料結構,幫助當地居民使用燃煤，天然氣等燃料，嚴禁亂砍濫伐；各河流上游截流水庫應定期向中、下游放水，確保胡楊林的恢復和發展。

來源：開源地理空間基金會中文分會

來源鏈接：https://www.osgeo.cn/post/274gg

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