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自然资源遥感  2022, Vol. 34 Issue (1): 127-134    DOI: 10.6046/zrzyyg.2021061
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基于遥感和多源地理数据的城市土地利用分类
吴琳琳1,2(), 李晓燕1(), 毛德华2, 王宗明2
1.吉林大学地球科学学院,长春 130012
2.中国科学院湿地生态与环境重点实验室,中国科学院东北地理与农业生态研究所,长春 130102
Urban land use classification based on remote sensing and multi-source geographic data
WU Linlin1,2(), LI Xiaoyan1(), MAO Dehua2, WANG Zongming2
1. College of Earth Sciences, Jilin University, Changchun 130012, China
2. Key Laboratory of Wetland Ecology and Environment, Northeast Institute of Geography and Agroecology, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130102, China
全文: PDF(5325 KB)   HTML  
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摘要 

城市土地利用信息体现了城市的功能及结构,开展城市土地利用分类研究对于城市可持续发展具有重要指导意义。以哈尔滨市主城区为研究区,综合应用Sentinel-2A遥感影像、OpenStreetMap(OSM)数据、兴趣点(point of interest,POI)数据和珞珈一号夜间灯光数据等多源地理数据,采用面向对象和随机森林算法对哈尔滨城市土地利用进行分类。结果表明: 一级地类总体精度为86.0%,Kappa系数为0.75; 二级地类总体精度为73.9%,Kappa系数为0.69; POI数据可以显著提高住宅用地、工矿仓储用地和教育用地分类精度,夜间灯光数据能有效提高商务办公用地及商业用地分类精度。说明遥感影像与多源地理数据结合对城市土地利用分类有效。

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吴琳琳
李晓燕
毛德华
王宗明
关键词 随机森林多尺度分割多源数据城市土地利用分类哈尔滨    
Abstract

Urban land use (ULU) reflects urban functions and structures, and the study of ULU classification can provide guidance for the sustainable development of cities. This study conducted the ULU classification of the main urban area of Harbin City using the object-oriented and random forest methods by integrating multi-source geospatial data including Sentinel-2A remote sensing images, OpenStreetMap (OSM) data, point of interest (POI) data, and nighttime light data from the Luojia-1 satellite. The results are as follows. The overall accuracy of the first-level land use type was 86.0%, with a Kappa coefficient of 0.75. The overall accuracy of the second-level land use types was 73.9%, with a Kappa coefficient of 0.69. The introduction of POI data can significantly improve the classification accuracy of residential land, industrial and mining storage land, and educational land. Meanwhile, night light data can effectively improve the classification accuracy of commercial office land and business land. This study shows that the combination of remote sensing images with multi-source geographic data is effective for ULU classification.

Key wordsrandom forest    multi-scale segmentation    multi-source data    urban land use classification    Harbin
收稿日期: 2021-03-05      出版日期: 2022-03-14
ZTFLH:  TP79  
基金资助:吉林省自然科学基金项目“吉林省中部玉米带城市化进程对耕层有机碳储量的影响”资助编号(20200201048JC)
通讯作者: 李晓燕
作者简介: 吴琳琳(1998-),女,硕士研究生,主要研究方向为资源遥感与土地信息系统研究。Email: wull19@mails.jlu.edu.cn
引用本文:   
吴琳琳, 李晓燕, 毛德华, 王宗明. 基于遥感和多源地理数据的城市土地利用分类[J]. 自然资源遥感, 2022, 34(1): 127-134.
WU Linlin, LI Xiaoyan, MAO Dehua, WANG Zongming. Urban land use classification based on remote sensing and multi-source geographic data. Remote Sensing for Natural Resources, 2022, 34(1): 127-134.
链接本文:  
https://www.gtzyyg.com/CN/10.6046/zrzyyg.2021061      或      https://www.gtzyyg.com/CN/Y2022/V34/I1/127
Fig.1  研究区位置示意图(Sentinel-2A真彩色合成影像)
Fig.2  路网数据生成缓冲区
一级地类用地类型 二级地类用地类型 二级地
类编码
数量/个
训练
样本
验证
样本
住宅用地 住宅用地 0101 37 7
商服用地 商务办公用地 0201 30 5
商业用地 0202 32 6
工矿仓储用地 工矿仓储用地 0301 30 7
交通运输用地 交通运输用地 0401 31 6
公共管理与公共服务用地 机关团体用地 0501 30 7
教育用地 0502 35 8
医疗卫生用地 0503 32 6
体育和文化设施用地 0504 30 5
公园与绿地 0505 31 8
总计 318 66
Tab.1  采样地块类型及数量
POI类型 二级地类用地类型 数量/个 比例/%
商务住宅 住宅用地 634 13.44
金融服务 商务办公用地 508 10.77
餐饮、购物、住宿服务 商业用地 548 11.62
工厂、机械电子、冶金化工 工矿仓储用地 432 9.16
车站、机场 交通运输用地 385 8.16
政府办公 机关团体用地 459 9.73
科教服务 教育用地 425 9.01
医疗保健用地 医疗卫生用地 473 10.03
体育、文化服务 体育和文化设施用地 385 8.16
风景 公园与绿地 468 9.92
Tab.2  POI城市基本土地利用分类体系
Fig.3  研究方法流程
Fig.4  多尺度分割结果
特征信息 特征系数
光谱 红光、绿光、蓝光、近红外波段的平均值、标准差、标准偏差、均方差、纹理平均值、NDVI和NDBI
纹理 红光、绿光、蓝光、近红外波段的均值、标准差、同质性、异质性、熵
POI数据 POI总数、二级地类POI个数、不同二级地类POI比例
夜间灯光数据 DN平均值和DN总和
Tab.3  地块特征汇总
Fig.5  随机森林原理流程
用地类型 住宅用地 商服用地 工矿仓储用地 交通运输用地 公共管理与公
共服务用地
用户精度/%
住宅用地 3 573 157 1 747 0 5 092 33.8
商服用地 0 10 329 0 0 804 92.7
工矿仓储用地 0 0 10 184 0 104 98.9
交通运输用地 468 0 382 669 0 44.0
公共管理与公共服务用地 809 570 976 792 48 446 93.9
生产者精度/% 73.6 93.4 76.6 45.7 60.6
总体精度/% 86.0
Kappa系数 0.75
Tab.4  一级地类精度混淆矩阵
Fig.6  城市土地利用分类结果
Fig.7  基于不同特征组合的生产者精度和用户精度(二级地类)
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