1、閱讀文獻(xiàn)報(bào)告匯報(bào)人：郭平2015-8-11The first paper：Urban growth of the Washington, D.C.Baltimore, MD metropolitan region from 1984 to 2010 by annual, Landsat-based estimates of impervious cover從1984-2010年每年基于Landsat影像的不透水覆蓋面評(píng)估，來(lái)估計(jì)從華盛頓特區(qū)-巴爾的摩城市區(qū)的城市增長(zhǎng) A characteristic land cover and indicator of urban land use is i

2、mpervious surface cover, a category grouping all surface materials through which precipitation does not penetrate, including paved roads, sidewalks, parking lots, buildings, and other built structures. 城市土地利用的一種特征性土地覆蓋和指標(biāo)是不透水的表面覆蓋，這種表面覆蓋通過(guò)降雨滲透量來(lái)分類(lèi)所有地表覆蓋類(lèi)型，包括鋪設(shè)道路，人行道，停車(chē)場(chǎng)，建筑，和其他建筑結(jié)構(gòu)。 城市不透水表面產(chǎn)生了“城市河流綜合

3、征”（沃爾什等人。，2005） 城市表面也會(huì)產(chǎn)生“熱島效應(yīng)”（Oke，2006） 土地利用動(dòng)態(tài)表現(xiàn)出時(shí)間的非線性和空間的異質(zhì)性，它是由復(fù)雜的社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境的相互作用所引起的（蘭賓等人。2003）。 Jensen and Cowen（1999）認(rèn)為要監(jiān)測(cè)城市化變化，要以1 5年為時(shí)間基礎(chǔ)。這類(lèi)似于Lunetta等人的建議（2004）：每三年監(jiān)測(cè)一次森林變化。 不透水表面在一個(gè)空間尺度范圍內(nèi)，已經(jīng)能通過(guò)使用各種數(shù)據(jù)源和方法來(lái)遠(yuǎn)程感知。幾個(gè)全球土地覆蓋數(shù)據(jù)集包括了城市類(lèi)別（例如，F(xiàn)riedl等人，2002；漢森等，2000；拉夫蘭等人，2000；力等人，2009；肖等人，2005），但這樣的數(shù)據(jù)

4、集的粗分辨率的不足以表現(xiàn)在城市，城鎮(zhèn)和定居點(diǎn)的空間變化。 利用人為構(gòu)造的獨(dú)特幾何圖案、高分辨率（B5 m），這些都已用于人工數(shù)字化和圖像的自動(dòng)分割方法來(lái)檢測(cè)防滲覆蓋數(shù)據(jù)（例如，戈茨等人。，2003；托馬斯等人。，2003）。 馬塞克等人（2000）從1973年到1996年的大跨度來(lái)在華盛頓城市區(qū)監(jiān)測(cè)城市化變化，通過(guò)減去由陸地衛(wèi)星多光譜掃描儀（MSS）和專(zhuān)題制圖儀（TM）傳感器所記錄的NDVI圖像。 最近，尹等（2011）檢索了四副從1979到2009年間的陸地衛(wèi)星數(shù)據(jù)的時(shí)間序列，來(lái)觀察在上海大都市區(qū)發(fā)展的長(zhǎng)時(shí)間的加速度 taubenbCK等人（2012）結(jié)合利用大約1975，1990，2000

5、，2010的Landsat圖像和2010年的InSAR數(shù)據(jù)來(lái)監(jiān)測(cè)27大城市約10年間的城市增長(zhǎng)。 Suarez-Rubio et al. (2012)等采用光譜端元分析，決策樹(shù)，分類(lèi)后的形態(tài)學(xué)分析來(lái)評(píng)估華盛頓周?chē)鞘羞h(yuǎn)郊的發(fā)展 城市及周邊郊區(qū)是地球上土地利用最快的地區(qū)。城市不透水表面影響著水文和能量平衡、以及生態(tài)系統(tǒng)的生物組成和功能。雖然數(shù)據(jù)集記錄了在粗略時(shí)間間隔上多個(gè)時(shí)間段的城市增長(zhǎng)，但仍然不能滿足高頻跨越幾十年觀測(cè)的需求。 本文描述了一個(gè)經(jīng)驗(yàn)的方法來(lái)檢索長(zhǎng)期記錄的不透水表面覆蓋的時(shí)間序列陸地衛(wèi)星圖像，使用快速增長(zhǎng)的華盛特區(qū)巴爾的摩都市區(qū)作為各種變化動(dòng)態(tài)性的典范。 該文章利用一個(gè)實(shí)證方法從L

6、andsat衛(wèi)星影像存檔中，利用1984年到2010年的影像來(lái)檢索年度的、長(zhǎng)期連續(xù)的不透水表面覆蓋區(qū)域，并將其應(yīng)用于華盛頓哥倫比亞特區(qū)。隨著時(shí)間的推移來(lái)調(diào)整和運(yùn)用一個(gè)單一回歸模型，該方法依賴(lài)于一個(gè)多年度的高分辨率不透水覆蓋層的訓(xùn)練樣本，該高分辨率不透水覆蓋層和年內(nèi)和年際的Landsat衛(wèi)星圖像合成相關(guān)。 研究區(qū)概況：條帶號(hào)15和行編號(hào)33的一景Landsat影像數(shù)據(jù)，包含了美國(guó)東部海岸的華盛頓哥倫比亞城市區(qū)。植被以落葉林為主，土地利用主要是農(nóng)業(yè)用地、許多城鎮(zhèn)和一些都市群 數(shù)據(jù)有多年的不透水表面GIS矢量數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)主要是1984到2010年的Landsat數(shù)據(jù)，除了2009年有積雪覆蓋，數(shù)據(jù)

7、不可用。 2.2.1 reference data 這些數(shù)據(jù)被推廣到普通二進(jìn)制透水/防滲方案，轉(zhuǎn)化為一個(gè)相同的地理投影，柵格化到1m分辨率和在Landsat的30m分辨率衛(wèi)星影像上重采樣為連續(xù)圖像。85%的ISC像素作為訓(xùn)練樣本進(jìn)行模型擬合，其他15%被隨機(jī)采樣作為驗(yàn)證試驗(yàn)樣本。 選擇了Landsat-5 (TM) 多季節(jié)的影像。橫軸是年份，縱軸是天數(shù)，黑框是參考數(shù)據(jù) 式中下標(biāo)i指的是像素的空間位置，t指的是像素在時(shí)間上的位置。ISC可以轉(zhuǎn)化為不透水表面覆蓋。 ISC不透水覆蓋表面模型 圖為隨著時(shí)間變化，森林、高密度城市、低密度城市像素的標(biāo)準(zhǔn)化和歸一化的冬季平均表面反射率值。Validatio

8、n 這些預(yù)測(cè)圖像通過(guò)合成和歸一化處理，最大限度地區(qū)分不連續(xù)的裸露農(nóng)地的不透水表面，使由物候、太陽(yáng)光照和大氣噪聲所引起的年際間變化最小。最后的數(shù)據(jù)集是一個(gè)連續(xù)的場(chǎng)，代表著從1984到2010年，在30米水平和年度的時(shí)間分辨率上的不透水表面覆蓋。平均誤差約為6%，伴有由于冬季圖像中的大建筑物的陰影所造成的異常值。 該地區(qū)的不透水表面蓋在27年間從881增長(zhǎng)到1176平方公里（平均年增長(zhǎng)約為2平方公里/年），地方各市在發(fā)展速度方面也有很大的變化。在不同的地點(diǎn)和時(shí)間下，包括發(fā)展的強(qiáng)化和擴(kuò)展、以及自然地區(qū)的碎片和分離在內(nèi)的模式在影像上清晰可見(jiàn)。 在研究時(shí)間域內(nèi)，既沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何一個(gè)市縣的不透水面減少也沒(méi)有

9、發(fā)現(xiàn)城市發(fā)展在減速。這些研究結(jié)果表明，在LandSat衛(wèi)星存檔影像的空間和時(shí)間尺度上，使用定標(biāo)后的Landsat影像密集的時(shí)間棧來(lái)進(jìn)行不透水覆蓋率的實(shí)證檢索是可能的。 研究還表明，這樣的長(zhǎng)期記錄可以提供新的機(jī)會(huì)來(lái)分析土地利用模式及其潛在的起因，以提高對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)過(guò)程和人類(lèi)-環(huán)境相互作用的認(rèn)識(shí)。研究結(jié)果 雖然最近基于多時(shí)相的土地覆蓋圖的研究顯示，加速率和發(fā)展方式的改變（例如，懷特赫斯特等人。，2009；尹等人。，2011）（這些模式在時(shí)間上需要至少三次觀察）目前還沒(méi)有長(zhǎng)期一致的土地覆蓋記錄來(lái)支持更強(qiáng)大的推理方法。討論：Long-term retrieval of impervious surfac

10、e cover from the Landsat archive對(duì)Landsat存檔影像上的不透水表面覆蓋長(zhǎng)期的檢索A call for long-term, consistent records of land-cover change需要長(zhǎng)期的、一致的土地覆蓋變化記錄The second paper：Monitoring land cover change in urban and pen-urban areas using dense time stacks of Landsat satellite data and a data mining approach運(yùn)用Landsat衛(wèi)星數(shù)據(jù)

11、的密集時(shí)間堆棧和數(shù)據(jù)挖掘方法，監(jiān)測(cè)城市和近城區(qū)的土地覆蓋變化 要處理的高時(shí)相和高空間變異性以及居住地內(nèi)復(fù)雜的、多特征的地類(lèi)，本文提出了一種新的方法，該方法利用Landsat影像密集時(shí)間堆棧中的多季節(jié)的信息，利用多日期復(fù)合變化檢測(cè)技術(shù)來(lái)檢測(cè)。該方法的核心前提是，城市/城區(qū)附近的土地在變化發(fā)生之前和之后有明顯的時(shí)空軌跡，而時(shí)空軌跡在幾個(gè)波段上產(chǎn)生了獨(dú)特的時(shí)相特征。 城市地區(qū)的制圖仍然是一個(gè)復(fù)雜的挑戰(zhàn)，然而，由于多種材料的現(xiàn)勢(shì)組合和城市特征尺寸/形狀的變化，導(dǎo)致像元間不同的“混合”（Small&Lu2006路）。 高空間分辨率的VHR數(shù)據(jù)（14m）使解決這些問(wèn)題有了很大的希望，而且有方法已經(jīng)能使增加

12、的城市空間細(xì)節(jié)特征化(Ban et al., 2010; Del Frate et al., 2007). 變化的速度非常快時(shí)，密集的存檔以及這些數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集也是有利；例如，在中國(guó)的城市，城市化的規(guī)模和速度必須在數(shù)年而不是幾十年來(lái)監(jiān)測(cè)一次（Ma，2004）。 此外，研究表明，監(jiān)測(cè)多個(gè)周期變化（三個(gè)或更多）的關(guān)鍵是通過(guò)時(shí)間和空間理解城市形態(tài)的復(fù)雜驅(qū)動(dòng)力，以及預(yù)測(cè)未來(lái)土地利用變化趨勢(shì)（Seto & Kaufmann, 2003）。 近期，利用密集、多時(shí)相數(shù)據(jù)集的應(yīng)用，受益于轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)的最大保留性，如波段極大值極小值和平均值（Friedl et al., 2010; Hansen et al., 2

13、008） 研究區(qū)位置圖 在成都西南城鄉(xiāng)建設(shè)用地和耕地多光譜觀測(cè)，從大約20002001年30 m分辨率Landsat ETM+數(shù)據(jù)（近紅外，短波紅外和紅光波段設(shè)置為紅綠藍(lán)）收購(gòu)：（a）冬， （b）春，（c）夏和（d）秋。供參考，同一區(qū)域使用高分辨率真彩色QuickBird圖像顯示在（E） 方法和數(shù)據(jù)預(yù)處理收集和處理Landsat影像通過(guò)目視解譯選擇訓(xùn)練樣本（穩(wěn)定的和變化的區(qū)域）評(píng)估分類(lèi)交叉驗(yàn)證應(yīng)用分類(lèi)結(jié)果到研究區(qū)制圖處理和精度評(píng)價(jià)得出最終的土地覆蓋變化圖 各種分類(lèi)方法得出的分類(lèi)精度，結(jié)果通過(guò)交叉驗(yàn)證評(píng)估Landsat衛(wèi)星影像的每個(gè)組合和變換特征（NDVI，波段測(cè)量），分別采用最大似然分類(lèi)器（最

14、上面一排），改進(jìn)的決策樹(shù)（中間行），支持向量機(jī)（下面一行）。對(duì)于試驗(yàn)，訓(xùn)練樣例隨機(jī)分十次用于創(chuàng)建圖像，來(lái)產(chǎn)生訓(xùn)練（80%）和試驗(yàn)（20%）數(shù)據(jù)集，然后十個(gè)分類(lèi)結(jié)果平均的估計(jì)整體精度和分類(lèi)精度 各種分類(lèi)器分類(lèi)結(jié)果顯示出最大似然分類(lèi)器，改進(jìn)決策樹(shù)，支持向量機(jī)為三個(gè)硬分類(lèi)區(qū)域的變化：在昆明附近多期城市擴(kuò)張（第一行），成都外圍（中間行）一個(gè)城市核心的發(fā)展，西安城市擴(kuò)展到村莊（下一行）。參考數(shù)據(jù)，是谷歌地球圖像（4米分辨率）和Landsat衛(wèi)星數(shù)據(jù)（30米分辨率，短波紅外，近紅外，紅綠藍(lán)波段）。結(jié)果： 在三個(gè)不同大小、不同的生態(tài)氣候條件和不同發(fā)展速度或發(fā)展模式的研究領(lǐng)域，五個(gè)時(shí)間段內(nèi)（19881995，1996 2000，2001 20042003，2006，20072009），用三種分類(lèi)方法（最大似然法，提高了決策樹(shù)，支持向量機(jī)）來(lái)測(cè)試它們?cè)诒O(jiān)測(cè)擴(kuò)張變化上的能力。結(jié)論 決策樹(shù)和支持向量機(jī)的表現(xiàn)都優(yōu)于最大似然法（9093%，總體精度比65%），但決策樹(shù)缺失數(shù)據(jù)的處理上更好。 添加變換功能（例如對(duì)Landsat衛(wèi)星數(shù)據(jù)堆棧的波