基于Landsat影像的广东南三岛土地利用变更调查研究

白旸++程振南++陈佳升

【摘 要】广东南三岛海岸属于中国南部砂质海岸带，风沙活动，海风侵蚀和人为因素等原因造成土地利用情况在近几十年来发生了较大变化。基于Landsat卫星数据，对1992年到2015年间的南三岛4个不同时期土地利用变更做出了分析。通过图像预处理、监督分类、快速制图等处理得出，由于矿藏的开发、水产用地的增加等因素，南三岛的土地利用情况发生了显著的改变。

【关键词】Landsat影像;广东南三岛;土地利用;调查研究

Landsat（陆地资源卫星）是美国发射用来重复获取地表的信息资源的多光谱，中等分辨率卫星系统。自从1972年美国第一个Landsat卫星发射升空以来，Landsat卫星数据就一直为世界各国的各种研究者所使用，其丰富且高质量的数据源成为后来同类卫星的一个参考标准[1]。在关于海岸带的研究中，周相君[2]基于Landsat影像提取了1973至2013年的5期广西大陆海岸线，并分析了海岸线的位置、长度、类型的分布状况及海岸蚀淤面积变化，在研究方法上提供了一定的参考依据。湛江位于中国大陆的最南端，广东省的西部，南三岛位于麻斜河与鉴江河口间，是由沙坝潟湖发育成的砂岛，东部的海积平原和海滩宽广， 南三岛与东海岛、硇洲岛等许多岛屿组成湛江港的外围防护栏。南三岛海岸沙地分布广泛，土地类型多样，因为风沙而带来的海岸侵蚀和风沙灾害对南三岛的居民生活造成了一定的影响。通过对近23年Landsat影像变化的分析，可以直观的观测出南三岛土地利用的具体变化，对南三岛的海岛建设和海岛经济的发展都有重要的参考价值。在目前我国研究海岸带与海岛建设的趋势与背景下，3s技术和海岸带与海岛的土地利用变更调查的结合是有效且有意义的。

一、研究方法

运用遥感Landsat卫星数据对同一地方的重复取景，选取1992-2015年南三岛影像，经过图像校正，局部增强等预处理技术，再通过监督分类选取训练样本，感兴区域，分别对南三岛1992年10月16日，1995年9月23日，2009年1月16日，2015年1月17日，四个不同时期的影像进行海岸沙丘空间分布演变的提取。遥感数据不同波段的组合能够突出显示不同的地物信息，如4、3、2波段的组合能够突出植被的信息而被广泛应用。本文在对Landsat影像进行处理时选择波段5、4、3的假彩色组合，因为5、4、3波段所含的地物信息最为丰富，能够充分显示各种地物特征的差别，方便在监督分类中对训练场地进行选取，并保证训练场地的准确性。执行监督分类后，在ENVI自带的classification statistic功能里可以统计分类结果中各分类系统在影像中所占比例。各景遥感图像都是从地理空间数据云下载获取的。第一步运用黑暗象元法对各景数据进行大气校正，避免因为云层而带来的对地物性质判断的不准确。对于应用黑暗象元法之后的显示效果不明显的影像可以考虑运用FLASSH大气校正或者在进行大气校正后对影像进行2%的线性拉伸来突出地物信息。然后对各景影像进行裁剪，把裁剪范围分别控制在湛江市南三岛的东部地区。根据Landsat卫星获得的遥感数据多波段中等分辨率的特点，对研究区的图像进行不同波段的组合。经过对比是否能很好突出研究对象的波段，发现Landsat5数据的5、4、3波段的组合和Landsat8数据的6、5、4波段组合能够清晰的反映出海岸沙丘的地物信息，方便各种地物的分类。Landsat影像上各地物所表现出的颜色是不同的，当电磁辐射能量入射到地物表面上，将会出现三种过程：一部分入射能量被地物反射;一部分入射能量被地物吸收，成为地物本身内能或部分再发射出来，一部分入射能量被地物透射。不同地物对入射电磁波的反射能力是不一样的。反射能力强的地物反射率大，在黑白的遥感图像上呈现的色调就浅。反之，在遥感图像的色调就深，在对地物的判读中色调的差异是很重要的标志。对于Landsat5 卫星的影像数据的波段5、4、3的组合方式，影像视图中林地田地呈现出深绿和嫩绿色，沙地和裸地显示为一般土壤的颜色，在沙丘集中分布的地方沙地会由于对光线的反射率很强会呈现出白色。建筑影像在Landsat的中等分辨率图像中和裸地具有一定的相似性，在区分建筑集中地和裸地时，主要根据其分布地是否在河流的附近或者靠近水源，地形平坦的地方。另外建筑用地在Landsat5卫星数据的5、4、3波段组合中色调要深于裸地。由此可以判断区分建筑用地和裸地。遥感数据图像的监督分类，首先选取合适的训练样本，根据地物不同性质对电磁波的反射率和对遥感影像的处理经验分析影像画出训练样本，选取样本要注意各样本在全图覆盖均匀度。在选取ROI完成后要使用ENVI软件的Compute ROI Separability工具来计算任意类别的统计距离，这个距离用于确定两个类别间的差异性程度。类别间的统计距离是基于Jeffries-Matusia距离和转换分离Transformed Divergence来衡量训练样本的可分离性。可分离性的参数值为0-2，大于1.9说明样本之间可分离性好，属于合格样本。小于1.8，需要重新选择样本。小于1则考虑合并两个样本为同一类。执行监督分类后对分类的结果进行分类后处理，对于不合理的分类象元可以进行合并或者删除[3]。

二、研究结果与分析

由图1可知，1992年的南三岛海岸沙丘发育良好，分布广泛。当地的主要土地类型是沙丘地貌和林地农田，属于人为影响很小的状态，建筑面积少，海岸沙丘集中连片分布，林地也呈集中大面积分布状态。1992-1995年之间的3年时间内，从图中可以明显看出人类活动对海岸地带的影响，连片集中分布的海岸沙丘由于受到人类各种活动的影响被农田和建筑用地分割开来。研究区的南部出现规则的矩形沙质地带可以看出明显是当地人为开挖沙地所致。从2009年当地的土地利用分类图中，可以看出人类活动仍在巨大地改变着南三岛的海岸沙丘的空间分布。研究区的南部、中部以及北部地区均出现了集中分布的规则形状水域，说明当地的水产养殖业在短暂的十几年间发展迅速。人类活动破坏了植被以及地表的阻碍物，更有利于风沙的活动，促使海岸沙丘在短时间内迅速向外扩张。在2015年南三岛海岸土地利用图中可以明显看出，水产养殖业对当地地貌所产生的巨大影响，整个研究区域均分布了大量人工开挖的水塘。无节制的采矿也导致了当地天然海岸沙丘分布的减少。如此多的人类活动破坏了海岸沙丘稳定的外部环境，在海风强烈的季节就会加速扩散到被人为破坏的地区，致使当地风沙遍布，严重影响了当地居民的生活。这也可以很好的解释为什么南三岛二十几年的发展中岛上的居民建筑面积并没有迅速增加。由近年的Landsat影像分析可知，南三岛建筑面积增加幅度不大。采矿以及水产业对当地的海岸沙丘空间分布影响最大，反复无节制的采矿和其他工业活动导致了南三岛地貌改变较大，从而影响当地居民生活质量和生态环境。

三、结束语

南三岛研究区是较为典型的砂质海岛，从遥感数据分析来看近年来土地利用变更情况较为明显，具有一定的研究价值。本文所采用的数据源是Landsat卫星，属于多光谱中分辨率卫星，并且Landsat7的卫星数据出现损坏对研究结果造成一定的影响。如果在数据源上能采用高分辨率的卫星数据，将能对研究区做进一步更加精细的分类，得到的结果当然也会更客观真实。另外受到年份跨度限制，早年的数据资源难以获得，或者数据资源质量达不到使用要求也是研究地区研究情况不足的一个原因。基于Landsat卫星数据和ENVI软件，采用Landsat 5和8卫星的TM数据，最高分辨率为30米。结果输出了1992年10月16日，1995年9月23日，2009年1月16日，2015年1月17日，四个不同时期的南三岛海岸沙丘空间分布图，并分析了近23年来研究区海岛土地利用演变的状况和原因，即水产用地的增加和矿物资源的开采为土地利用变更的主要原因。

基金项目：国家自然科学基金（41401003）;广东省自然科学基金（S2013040011651）。

作者简介：白旸（1982—），女，回族，山西太原人，博士，讲师，惠州学院旅游系，主要研究方向：地貌与环境变化。

参考文献：

[1]周相君.1973-2013年广西大陆海岸线遥感变迁分析[D]. 国家海洋局第一海洋研究所，2014.

[2]孙家柄.遥感原理及应用[M].武汉大学出版社，2009. 54-68.