HJ-1 CCD与ETM+数据在土地利用中的应用比较*

徐 军，韦金丽，何燕君

(1.广西壮族自治区地理国情监测院，广西 南宁 530023;2.广西壮族自治区基础地理信息中心，广西南宁 530023)

0 引言

中国环境一号A/B星CCD(以下简称HJ-1 CCD)数据空间分辨率为30 m，与美国Landsat ETM+数据的空间分辨率相同，其4个波段的波谱范围也与Lansat ETM+数据的范围基本上重合，通过不同的波段组合，可准确观测城镇范围扩展、区域植被覆盖变化、区域土地利用变化等。HJ-1 A、B星形成的星座对同一地方重复观测时间约为2 d，比美国Landsat ETM+16 d的重复观测时间要快很多，有利于快速、动态监测生态环境变化［1］。

自2008年9月6日成功发射HJ-1 A/B小卫星以来，许多专家学者围绕这一卫星数据的特征和应用作了大量的分析和研究。罗慧芬等对HJ-1B CCD图像质量进行评价并且选择出研究区的最优波段组合，并将其应用于土地利用分类［2］;杨永顺等比对研究了环境卫星CCD影像与Landsat TM影像的质量差异性、土地利用/覆被解译方面、专题制图、以及常用植被指数构建的差别［3］;徐军采用不同时期环境一号卫星CCD影像对土地利用情况进行变化监测研究［4］;孙中平等基于同时相Landsat TM影像和环境一号卫星CCD影像的相关参数对比研究［5］。

本文以广西南宁市为例，分别从遥感影像土地利用要素识别能力、土地利用计算机分类精度、土地利用信息提取二级分类精度和土地利用分类各地类面积对比等几个方面进行了比较和分析。

1 研究区概况

研究区位于南宁市城市周边区域。为便于研究，对原始遥感影像按1∶25万分幅范围进行裁剪，图号为:F49C002001。

南宁市为广西壮族自治区首府，位于广西壮族自治区南部，介于北纬 22°38'～23°07'，东经 107°45'～ 108°28'之间，总面积1 834 km2;地属南亚热带季风气候，雨量充沛，夏长高温多雨，冬短温暖干燥，无霜期长。市辖区有珍贵树种楦木、樟木等，辖区内已探明的矿产资源有媒、粘土、天然石英砂。全景水资源丰富，主要河流有邕江、左江、右江，有中型水库2座。

2 准备工作

2.1 数据源

2.1.1 环境卫星数据(HJ-1 CCD)

本研究的环境一号卫星南宁市区影像所在轨道号为4/90，产品ID为205795，获取时间为2009年11月23日，产品级别为Level 2。

2.1.2 陆地卫星数据(Landsat ETM+)

采用轨道号为125/044、产品级别为Level 1的2009年ETM+影像数据。

2.2 波段选择及彩色合成

综合考虑各波段的HJ-1 CCD数据和Landsat ETM+数据的分辨率、各波段光谱范围、相关性和波段组合的信息量、相关性和地物可分性，分别对HJ-1 CCD数据和Landsat进行R(4)、G(3)、B(1)波段彩色合成，见图 1［6］。

图1 遥感影像数据源Fig.1 Data sources of remote sensing images

3 技术方法

本研究技术流程如下:首先对卫星影像进行预处理，包括几何纠正、彩色合成、图像增强等，然后再进行计算机自动分类，在精度满足要求前提下，辅以适量的人工解译，提取土地利用信息［7］。

3.1 土地利用信息提取

为准确、快速提取研究区土地利用信息，在计算机自动分类基础上进行人工解译，对计算机自动分类没有分出的地物进行细分，并为各土地利用类型赋予相应地类属性，制作土地利用现状图［9］。具体如下:

3.1.1 计算机分类

本研究采用ERDAS软件最大似然法进行计算机监督分类，将研究区影像分成河流水面、湖泊水面、水库水面、坑塘水面、有林地、其他林地、水田、旱地、城市、建制镇、农村居民地、公路用地和裸地等13类地物。在完成最大似然法监督分类后，在研究区范围内均匀选取60个检查点，并保证每类不少于10个点，结合第二次土地调查农村数据库地类图斑数据和野外GPS定位验证得出，HJ-1 CCD影像的分类总体精度为85.00%，kappa系数为0.798 7，Landsat ETM+影像的分类总体精度为87.50%，kappa系数为0.830 5，基本都达到土地利用分类精度要求。

3.1.2 人工解译

由于计算机自动分类的尺度较大，对于二级地类不能准确识别，需要在计算机自动分类的基础上进行人工解译。在ERDAS软件中完成分类后处理后，采用MapGIS软件对计算机分类结果进行人工解译，通过目视判读来人工提取土地利用二级分类信息，制作土地利用现状图［8］，见图2。

图2 土地利用现状图Fig.2 Present land use maps

4 土地利用分类应用比较

4.1 土地利用要素识别能力比较

分别从线状地物和地类图斑两方面对HJ-1 CCD影像与ETM+影像的土地利用识别情况进行对比。限于篇幅，线状地物只列出选择城区和郊区位置的公路和河流等线状要素识别能力比较，地类图斑只列出耕地中的水田和旱地等面状要素识别能力比较结果，具体见表1，表2。

表1 线状地物识别对比Tab.1 Comparison among identification of linear features

表2 地类图斑识别对比Tab.2 Comparison among idetification of map patchs

由表1、表2可以看出，HJ-1 CCD影像和Landsat ETM+影像均能够对土地利用要素中的部分线状地物和地类图斑进行准确识别，基本能满足土地利用要求。另外，从整体上看，HJ-1 CCD影像较ETM+影像模糊，混合像元较多，像元纯净度较ETM+影像略低［9］。

4.2 土地利用分类精度比较

均匀选取20个采样点，根据所取样点记载的地理坐标，采用1 m空间分辨率彩红外影像作为参考影像，判读采样点类别。HJ-1 CCD影像有17个样点相吻合，准确率达到85%，Landsat ETM+影像有18个样点相吻合，准确率均达到90%，二者土地利用分类精度均达到85%以上［10］，部分检验结果见表3。

表3 采样点检验结果表Tab.3 Test results of sample points

4.3 土地利用分类面积比较

为了进一步对比HJ-1 CCD影像和Landsat ETM+影像的土地利用分类精度，对两种数据源进行土地利用分类的各地类统计面积进行比较，见表4。

由表4可知，研究区各地类总面积为747 862 360.077 m2，两类影像分类面积差值最小为476.979 m2，为湖泊水面，差值表现为解译误差;面积差值最大为 －255 445.351 m2，为城市用地，差值表现为土地利用变化。由于遥感影像时相和光谱特征的差异，两种影像分类面积有一定差异，部分是因为人工解译误差，部分是因为在2009年1月到11月期间土地利用发生了变化。主要表现为林地减少、耕地增加、水域减少和建设用地增加，这和南宁市城市发展和土地利用现状是基本相符［11］。

5 结论

通过对南宁地区同一时期的HJ-1 CCD和Landsat的ETM+两种影像进行土地利用分类，结合1 m高分辨率彩红外影像，对比土地利用要素识别能力和土地利用分类精度，得出以下结论:

1)在土地利用要素识别能力方面，两种影像均能对土地利用要素中的部分线状地物(如公路、河流)和地类图斑进行准确的识别，但HJ-1 CCD影像的光谱敏感度更强，反应地物细节的能力也更强，更有利于区分不同的地物［11］。

2)在土地利用分类精度方面，两种影像自动分类精度均在85%以上，HJ-1 CCD影像自动分类精度略低;经过土地利用二级分类信息提取后，二者土地利用分类精度均达到85%以上。表明在应用遥感影像进行土地利用分类时，HJ-1 CCD影像完全可以替代Landsat ETM+影像。

表4 分类面积对比表Tab.4 Comparison among classification areas

3)在土地利用分类面积方面，通过两种影像土地利用分类面积的比较，基本能正确、合理地反映南宁地区2009年1月到11月之间的土地利用变化情况，考虑到HJ-1卫星2 d重访周期的高时间分辨率，在应用遥感影像进行土地利用要素更新和土地利用变化监测时，HJ-1 CCD影像比Landsat ETM+影像更有优势。

［1］邹静昭.实现大范围、快速、准确、动态监测蓝藻、沙尘暴以及污染事件发生环境卫星成为环保卫士［EB/OL］.http://www.zhb.gov.cn/zhxx/hjyw/201005/t20100521_189772.htm，2010 －05 －21.

［2］罗慧芬，苗放，叶成名.环境一号CCD数据评价及应用研究［J］.物探化探计算技术，2013，35(2):180 －184.

［3］杨永顺，董贵华，赵旭东，等.环境卫星CCD与Landsat TM影像质量及生态监测应用比对研究——以青海湖区域为例［J］.中国环境监测，2011(3):9－13.

［4］徐军.环境一号卫星CCD影像在南宁市土地利用变化监测中的应用［C］∥中国测绘学会2010年年会论文集.北京，2010:139－142.

［5］孙中平，熊文成，魏斌，厉青，吴传庆，刘晓曼.环境一号卫星CCD影像质量评价研究［J］.红外，2010，31(9):30 －36.，2007.

［6］(美)John R.Jensen.遥感数字影像处理导论［M］.陈晓玲，等，译.3版.北京:机械工业出版社，2007.

［7］田静毅，林年丰，王立新，储健.ETM+图像处理和土地利用分类实验研究［J］.微计算机信息，2005，21(8):46 －48.

［8］张智韬，李援农，邓国庆，李建利，兀伟，刘小强.TM影像土地利用分类提取应用研究［J］.测绘标准化，2005，21(3):6 －9.

［9］冉有华，李文君，陈贤章.TM图像土地利用分类精度验证与评估——以定西县为例［J］.遥感技术与应用，2003，18(2):81 －86.

［10］王茜，张增祥，牟凤云，易玲，王姣.“北京一号”小卫星影像质量及土地利用分类精度研究［J］.中国矿业大学学报，2007，36(3):386－389.

［11］叶春.ASTER与ETM+遥感数据在土地利用分类中的应用比较研究——以广州花都区为例［D］.广州:中科院广州地球化学研究所，2006.