第 13 2016 卷第 年 5 10 期 月 华北科技学院学报 Journal of North China Institute of Science and Technology Vol. 13 No. 5 Oct. 2016 基于 Landsat 系列数据对建设用地变化的提取研究 姚 月1，2，朱大明1，李小华3 ( 1. 昆明理工大学，云南 昆明 650093 ; 2. 河北普冠地理信息技术有限公司，河北 三河 ; 065201 华北地质勘查局综合普查大队，河北 三河 3. ) 065201 摘 要: 选取京津冀某地作为实验区，利用 Landsat 系列数据，采用人机交互的方法，基于 ArcGIS 平台对实验区 2005 年至 2015 年各年遥感影像，进行建设用地的解译工作。利用中低分辨率卫星 数据进行建设用地的人机交互解译，能够满足建设用地面积统计分析的需要，但是投入的人力和时 间较多。通过对该试验区近 10 年的新增建设用地面积及个数的统计与分析，得出实验区的建设用 地增长率与该地区的整体规划相符合; 在京津冀一体化相关政策的影响下，使得实验区未来的发展 规划更加合理。 关键词: Landsat; 建设用地; 遥感解译; 京津冀一体化 中图分类号: P237 文章编号: 1672 － 7169 文献标识码: A 05 － 0111 － 05 2016 ( ) Investigation on the Extraction Dynamic Change of Land for Construction by Landsat Data YAO Yue1 2， ZHU Da－ ming1， LI Xiao－ hua3 ， ， 1. Kunming University of Science and Technology 2. Hebei PuGuan Geographic Information Technology co. Sanhe 3. Exploration Unit of North China Geological Exploration Bureau Sanhe Kunming ， ， ， LTD 650093 ; ， China ， ， ， 065201 ， 065201 ; ; ) China China ( ［ ］ 1 : Abstract This paper based on one area of Beijing － Tianjin － Hebei for using the Landsat image to interpret the land for construction from 2005 to 2015 11years by ArcGIS platform. Low resolution satellite data’s hu- man computer interactive interpretation may reach the accuracy requirement of statistical analysis but it ， should be cost a lot of labor and time. First ， 2015 11years by ArcGIS platform ; ; second ， ， it interpreted the land for construction of the area from 2005to it researched the statistical area and analysis data of each year be- ［ ］ 2 ， tween 2005and 2015 years finally it obtained growth rate of the land for construction . In brief the statis- tical analysis about land for construction of the area is consistent with the overall planning. Under the policy of Beijing － Tianjin － Hebei integration the future development and planning of the area will be better. Key words Landsat land for construction remote sensing interpretation Beijing － Tianjin － Hebei integration : ; ， ; ; 0 引言 随着城镇化进程步伐的加快，我国城镇的建 设用地面积逐年扩张 围大，能够及时 客观 ］覆盖范 由于遥感影像［ 。 周期性地获取地表信息 3 、 、 。 收稿日期: 2016 － 08 － 27 基金项目: 国 家 自 然 科 学 基 金 ( 40661012 ) ; 云 南 省 自 然 科 学 基 金 项 目 ( 2000D0005Q ， 2004D0007Q ) ; 云 南 省 自 然 科 学 基 金 ( 2007D042M 作者简介: 姚月( 1987 － ) ) ，女，辽宁葫芦岛人，硕士，昆明理工大学助理工程师，主要从事遥感测绘技术方面的研究 738176987@ qq. com 。E － mail : 111 中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net

华北科技学院学报 2016 年第 期 5 ］ 4 。 。 Landsat 2005 ～ 2015 因此可以利用卫星影像进行建设用地增加进行监 测，提取建设用地变化及空间分布信息［ 文章 系列数据对京津冀某实验区进行了 结合 年) 的建设用地面积及个 近十一年( 经统计分析实验区的建设用地 数的统计与分析 增长率符合该地区的总体规划要求 通过运用遥 感卫星影像对该地区的监测，为京津冀一体化的发 展规划提供参考数据，为政府的决策提供相关的科 学依据，将对城市可持续发展具有重要的意义 1 数据介绍 文章采用的是 Landsat 列卫星影像数据，影像的景号及成像时间如表 所示 年至 2005 2015 系 年 。 。 1 。 及 band7 的空间分辨率为 ［ ］ 5 15m Landsat7ETM + 9 band6 band1 － band5 波段， 波段，空间分辨率为 包括 色波段地面分辨率为 为 础上，又新增了 岸带气溶胶和波段 30m。OLI 2 个短波谱段其成像宽幅为 影 像 数 据 具 有 是空间分辨率为 8 ， 60m band8 。Landsat8OLI 个 波 段， 的 30m 是全色 成像仪 全 ，其它谱段地面分辨率 短波谱段的基 观测海 185x185km。 ETM + 1 个新波段分别为波段 观测卷云［ ］ 6 。 9 15m 成像仪在保留 年份 数据源 表 1 数据信息表 号 景 时间 2005 Landsat7ETM + LE71230322005070EDC00 2005 /3 /11 2006 Landsat7ETM + LE71230322006089EDC00 2006 /3 /30 2007 Landsat7ETM + LE71230322007156EDC00 2007 /6 /5 2008 Landsat7ETM + LE71230322008095EDC00 2008 /4 /4 2009 Landsat7ETM + LE71230322009161SGS00 2009 /6 /10 2010 Landsat7ETM + LE71230322010100EDC00 2010 /4 /10 2011 Landsat7ETM + LE71230322011135EDC00 2011 /5 /15 2012 Landsat7ETM + LE71230322012074EDC00 2012 /3 /14 2013 Landsat8OLI LC81230322013132LGN02 2013 /5 /12 2014 Landsat8OLI LC81230322014135LGN00 2014 /5 /15 2015 Landsat8OLI LC81230322015010LGN00 2015 /1 /10 2 技术流程和数据预处理 2. 1 技术流程 Landsat 根据 系列数据的特点及实验区的具 211 体情况制定技术流程图，详细见图 所示 。 1 图 1 技术流程图 2. 2 数据预处理 2. 2. 1 去条带处理 31 2003 5 年 日，由于 Landsat7 日之后 2003 － 5 － 31 Landsat7ETM + ScanLines Corrector 的机 突然发生故 的所有数 ］ 7 月 载扫描行校正器 障，因此 据都是异常的，需要采用 。 针对 条带丢失的遥感影 像，利用缝隙填充的方式进行差值，弥补缺失的数 值， 据部分 首先设置影像条带处的无效值为 。 0 进行掩膜运算，对于 然后利用 值 的区域，利用邻域统计算法去除这些无效值 文 章所用的 Landsat ETM SLC － off Mask Function 模型校正［ 数据均用 SLC － off 。 0 Landsat ETM SLC － Landsat7 条带修复模型，进行了去条带处理 。 off 2. 2. 2 波段组合 Landsat7 针 对 建 设 用 地 的 纹 理 及 色 调 特 点，对 于 真 彩 色 波 段 组 合 方 案， 自然真彩色波段组合方 针对两种数据的波段特点及不同组合方案进 数 据 采 用 数据采用 321 432 Landsat8 案 行了介绍，详细见表 。 2。 中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net

第 5 期 姚 月等: 基于 Landsat 系列数据对建设用地变化的提取研究 表 2 波段组合方案及用途 Landsat7 波段组合 用途 Landsat8 波段组合 用途 321 432 451 /453 541 741 742 743 754 真彩色合成 标准假彩色合成 具有最丰富的地物信息， 常规的目视判读习惯 。 合成图像类似于自然色 。 具有极为丰富的地质信息 和地表环境信息 。 具有提供最大的 光谱多样性的特征 色调接近自然彩色 。 。 区别不同时期湖泊 水位的变化 。 432 764 543 652 765 562 564 654 自然真彩色 城市 标准假彩色 图像，植被 农业 穿透大气层 健康植被 陆地 水 / 植被分析 2. 2. 3 融合与裁切 影像融合是将影像数据按照一定的算法或规 光谱和时间 、 则进行处理，获得具有更丰富的空间 信息的处理过程 。 文章经过多种融合结果对比分析，效果更接 Schimdt Spectral Sharpening 近自然真彩色的方法是利用 ENVI 进行 融 合 方 法［ ］ 8 Gram － 基 于 算法的图像融合方法既能使融合 光谱锐 ) 的融 采用 GS 。 。 Gram － Schimdt 影像保真度较好，计算又简单 化方法( Gram － Schimdt Spectral Sharpening 。 合图像与原图相比均值差异较小， 变换融合方 法能在提高空间信息的同时又保证高保真的光谱 信息，而且变换同一地物的波谱曲线形状没有发 生明显变化［ GS ］ 9 影像裁切是为了提高作业效率，缩小提取建 本次研究利用实验区 进行裁切处 设用地的范围，降低成本 ，对镶嵌后 范围边界外扩 理，形成该实验区的正射影像图 3 建 设 用 地 变 化 信 息 提 取 及 解 译 DOM 1km 。 。 方法 3. 1 信息自动提取 建设 用 地 的 提 取 从 与 中 得 到 启 发，在 两波段之间，除了城镇灰度值变大， 因此在其研究成果的基础上 NDVI TM5 。 TM4 其他地类值均变小 提出了 ( NDBI ) TM5 + TM4 / TM4 置即建设用地 在 。 － 1 1 ( 归一化建筑指数) : NDBI = ) ，影像上 TM5 － 的位 为了使自动解译的建设用地的值 NDBI 0 ( 值大于 = fix － TM4 之间，将上述 ( ) TM5 为运用 和 ( ( ) 月 float 图 2 日 公式改写为 ( NDBI ) TM5 + TM4 软件对实验区 数据进行 / NDBI ) * 2015 NDBI 。 10000 年 自动提取结果，右图中白色为建设用地 Landsat 8 OLI_TIＲS ENVI 10 1 。 系列数据分辨率为 Landsat ENVI 软件的对该数据进行的建设用地，可以用来进行 15 m 建设用地识别，考虑到准确性不建议进行建设用 地面积的统计工作 由于分辨率较低的影像受混 。 图 2 2015 年实验区遥感影像图和自动解译图 ，基于 311 中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net

华北科技学院学报 2016 年第 期 5 合像元的影响较大，影响统计结果的参考价值，对 于中低分辨率的影像统计建设用地面积不建议运 用自动解译方法提取，若有高分辨率影像可以尝 试，对比分析后再投入大批量的生产项目中 3. 2 人机交互解译 。 ) 。 建设用地类别参照国家土地利用现状分类标 建设用地是指建造建筑 GB / T21010 － 2007 构筑物等的土地，是指城乡住宅和公共设施用 、 水利及通信等基础设施 、 土地利用类型 娱 、 准( 物 地，工矿用地，能源 用地，旅游用地以及军事用地等 包括居住用地 乐用地 。 工业用地 、 教育用地 、 商业用地 、 林业用地及农业用地［ 、 交通 、 非监督分类 传统的基于单个像元光谱信息提取方法主要 有监督分类 决策树信息提取方法 等 林 。 、 草地 基 本像元的特征识别分析，不能充分考虑影像中地 物的空间分布 ］ 宏观地物信息的提取主要包括建设用地 耕地 道路等研究对象信息提取 、 、 纹理以及形状等的特征信息［ 、 水体 、 。 。 、 、 ］ 10 11 。 11 03 。 月 2005 日该实验区的 本次研究采用人工交互式解译的方式进行实验区 的建设用地变化统计分析工作 4 结果与分析 年 首先以 Land- 遥感影像为基准，对该实验区进行建设用地 年提取的建设用 年该实验 ］平台，通过卷帘的 同 年该实验区的年度新增建设 年遥感影 sat7 现状信息提取 地图斑作为已有建设用地，叠加在 区正射影像图，借助 方式进行 样进行 2007 ～ 2015 用地图斑提取工作 像是 4. 1 面积统计 年新增建设用地的提取工作 卫星数据产品 2013 ～ 2015 然后运用 Landsat8 ArcGIS 其中 2005 2006 2006 。 。 。 。 ［ 12 ，受到混合像元 由于影像分辨率为 影 像清晰度以及解译人员对地类的判读能力等多方 面因素影响，经过多次检查后，最终得出交互式解 译年度新增建设用地面积统计数据 15 m 、 。 图 3 年度新增建设用地面积统计图 2005 结合 年对实验区进行的建设用地现状 提取面积统计，以及交互式解译年度新增建设用 地面积统计的数据，对 年该实验 年至 2006 2015 区年度 新 增 建 设 用地 面 积 增 长 率 统 计 如 图 所示: 4 411 图 4 新增建设用地增长率 中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net

第 5 期 姚 月等: 基于 Landsat 系列数据对建设用地变化的提取研究 4. 2 变化分析 10 所示 地个数如表 实验区近 年( 3 。 2006 ～ 2015 年) 新增建设用 参考文献: 策的影响下，实验区未来的发展会更加合理 。 表 3 年度新增建设用地个数统计表 新增建设用 地图斑个数 10 38 23 30 25 年份 2011 2012 2013 2014 2015 新增建设用 地图斑个数 18 24 35 17 30 年份 2006 2007 2008 2009 2010 通过上述数据统计分析，该试验区分 别 在 年出现明显的建设用地 年 年和 2007 面积迅速增长的趋势 、2013 2015 。 1 结合相关资料显示，该地区建设用地增加的 ) 受到周边城市流动人口的影响， ) 受到当地房价的影响，随 2 房价波动从而影响人们的消 、 ) 受到交通情况的影响，随着实验区与 津两城市的交通条件的改善，人们会选择距人 、 主要原因有: ( 导致居住人口增加; ( 着相关政策的颁布 费观念; ( 京 口密集区较远的地区居住 5 结论 。 3 ( 1 ) 运用中低分辨率卫星数据进行建设用地 自动解译精度不能满足建设用地面积统计分析的 需要，人机交互能够满足精度要求但是投入的人 力和时间较大 因此有待开发能够满足统计分析 需求的遥感影像自动解译软件 。 ( 2 ) 通过对实验区近十年建设用地面积及个 数的统计与分析，实验区的建设用地增长率与该 地区的整体规划相符合 在京津冀一体化相关政 。 。 ［ ］ 1 Yuyao Ye ， Hongou Zhang ， Kai Liu ， Qitao Wu. Ｒesearch on the influence of site factors on the expansion of construction land in the Pearl Ｒiver Delta ， China : By using GISand remote sensing ］ ［ J . International Journal of Applied Earth Observation sand Geoinformation ， 2013 ， 21 : . ［ ］ 2 Tao Liu ， Hui Liu ， Yuanjing Qi. Construction land expansion and cultivated land protection in urbanizing China : Insights from national land surveys tional ， 2014 ，: . ， 1996 － 2006 ［ ］ J . Habitat Interna- ］ 孙飞，徐世武，吴信才，等 ［ 3 高精度建设用地变化自动提取 ］ 技术在土地督察中的应用［ ) : J . 国土资源遥感， 2015 04 ( . 131 － 137. ］ 王晓峰，傅伯杰，苏常红，等 ［ 4 . 西安市城乡建设用地时空扩 ］ 展及驱动因素［ J . 生态学报， 2015 ［ ］ 唐海蓉，向茂生，朱敏慧 5 . LANDSAT7 : ， 21 图象系统级几何校正 7139 － 7149. ］ 算法 研 究［ J . 中 国 图 象 图 形 学 报， 2003 ( ， 8 9 ) : 1008 － 1014. 卫星数据应用探讨 ］ 初庆伟，张洪群，吴业炜，等 ［ 6 ］ ［ J . 遥感信息， ( ， 28 ］ 何报寅，丁超，杨小琴，等 ［ 7 2013 . Landsat － 8 ) : 110 － 114. 4 . LANDSAT7 ETM + SLC － OFF 据的修复及其在武汉东湖水质反演中的应用［ ］ J . 域资源与环境， ) : 数 长江流 ( 1 ］ 刘会芬，杨英宝，于双，等 ［ 8 ， 20 2011 . 性评价 感， 2014 以 — ， ( 26 和 ZY － 3 ) : 4 63 － 67. 90 － 95. 遥感图像不同融合方法的适应 国土资源遥 ］ 图像为例［ J . Landsat8 ］ 于海洋，闫柏琨，甘甫平，等 ［ 9 基于 光谱遥感图像改进融合方法［ ］ . J . 变换的高 Gram Schmidt 地理与地理信息科学， 2007 ， ( 23 ］ 赵英时 5 39 － 42. ) : 遥感应用分析原理与方法( 第二版) ［ ］ . M 科学 ［ 10 . 出版社， ［ ］ 王荣 11 . 2013. 高分辨率遥感影像信息提取方法的研究［ ］ . D 兰 州: 兰州交通大学， 2013. ［ 12 ］ 贾坤，李强子，田亦陈，等 . 光谱学与光谱分析， ］ ［ J . 2011 遥感影像分类方法研究进展 ( ) : 10 2618 － 2623. 511 中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net