IGBP土地覆盖数据集.docx

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IGBP土地覆盖数据集

中国土地覆盖数据集

出自WestWIKI

1数据集名称

2概况

3数据集介绍及使用说明

4数据集整理者

4.1项目支持

4.2工作背景

4.3数据集介绍

4.3.1

气候分层和数据准备非监督分类和标定精度评价和成图

GLC2000

4.3.1.1第一阶段

4.3.1.2第二阶段

4.3.1.3第三阶段

4.3.2IGBPDIS

4.3.3MODIS

4.3.4UMd

4.3.5WESTDC

4.4数据集属性

4.5数据读取

4.6数据限制

4.7数据引用

5参考文献

6中国西部环境与生态数据中心

国数据集名称

中国土地覆盖数据集介绍

LandCoverProductsofChina

概况

中国土地覆盖数据集包括5种产品：

1）由GLC200C项目开发的基于SP0T4遥感数据的全球土地覆盖数据中国子集，数据名称为GLC20002）由IGBP-DIS支持的基于AVHR遥感数据的全球土地覆盖数据中国子集，数据名称为IGBPDIS

3）MODISt地覆盖数据产品中国子集，数据名称为MODIS4）由马里兰大学生

产的基于AVHR数据的全球土地覆盖数据中国子集，数据名称为UMd5）由中国科学院组织实施的中国2000年1:

10万土地覆盖数据，对其进行合并、矢栅转换（面积最大法），最后得到全国幅1km的土地利用数据产品，数据名称为WESTDC

数据集介绍及使用说明

数据集整理者

姓名：

冉有华

单位：

中国科学院寒区旱区环境与工程研究所遥感与地理信息科学研究室

电话：

0086-931-4967259

电子邮箱：

ranyh@lzb.ac.cn

通讯地址：

甘肃省兰州市东岗西路320号，730000

项目支持

1.自然科学基金项目：

中国西部环境与生态科学数据中心］（课题

号:

90502010）

工作背景

全球环境的种种变化日益威胁着人类及其社会的持续发展，许多国家和地区的区域环境恶化，已经严重影响了人类的生存和发展，因此越来越受到各国政府和科学家的重视。

国际组织已经行动起来，推出了一系列大型研究计划。

通过联合国科联（ICSU）、国际社科联（ISSC）的努力，从70年代开始酝酿，到90年代已形成一个前所未有的国际科学合作研究行动一一全球变化研究计划。

进入九十

年代以来，全球变化研究人员越来越认识到土地利用和土地覆盖变化研究的重要性。

因为几乎全球变化各个方面的研究（包括全球气候变化、全球的生物圈变化、水圈变化、海洋生物地球化学变化研究等），都与土地利用和土地覆盖密切相关。

大尺度土地覆盖分类制图是土地利用/土地覆被变化研究以及其他全球变化研究中的一项重要的基础性的工作，它为全球变化的许多研究工作提供数据源，是全球变化模型（如净生产力模型、生态系统新陈代谢模型以及碳循环模型等）的重要输入变量。

大多数全球变化模型都需要以大区域的土地覆盖信息作为基础数据支持。

由于土地覆盖数据的重要意义，世界各国和许多国际组织相继运用不同的图像处理技术和数据,如Landsat7、AVHRRSPOT4VEGETATIONEOS计划的

Terra及Aqua星上的中分辨率成像光谱仪（MODIS数据，开展了以土地利用和土地覆盖为主体的区域、洲际和全球尺度的土地覆盖遥感制度研究。

在中国，中国科学院在八五、九五期间组织开展了全国范围的以遥感手段为主的全国土地资源调查，开展了全国土地覆盖制图的研究，出产了一批有用的全国土地利用/覆

盖数据产品，其中最有代表性的是全国1：

10万土地利用数据库。

这是一个非

常宝贵的数据集，但因为存在的一些问题而没有很好的得到应用，如分类系统不能满足模型的需要、转换不灵活、数据更新困难等，为此，我们主要以2000年

1：

10万土地利用数据库为基础，结合其它数据补充缺少的信息，同时开展分类系统的转换，制备一套新的能满足模型需要分类的数据集。

数据集介绍

GLC2000

GLC200C中国区域土地覆盖数据由全球覆盖数据直接裁剪得到，它的数据说明请

参考http:

//www-gvm.jrc.it/glc2000/defaultGLC2000.htm。

其分类系统如下

表1:

表1GLC2000的分类系统

编号

名称

含义

1

落叶针叶林

主要被年内季节落叶现象的针叶树覆盖的土地

2

常绿针叶林

主要被常年保持常绿的针叶树覆盖的土地

3

常绿阔叶林

主要被常年保持常绿的阔叶树覆盖的土地，郁闭度>15%

树高>3m

4

落叶阔叶林

主要被有年内季节落叶现象的阔叶树覆盖的土地，郁闭-

开放

5

灌丛

木本植被，咼度在0.3-5米之间

6

疏林地

由树和草本覆盖，树的覆盖度在5%-10%L间

7

海滨湿地

沿海岸线的规则性被水淹没的灌丛和草本覆盖

8

咼山业咼山草地

高度在4000米以上的寒冷湿润地带的草本覆盖，覆盖度

20%-50%

9

草坡草地

中等坡度的山地的草本覆盖，覆盖度在20%-50%L间

10

平原草地

分布在平原上的草地

11

沙漠草地

干旱沙漠地区的草本覆盖，覆盖度在5%-15%L间

12

草原

广阔的半干旱地区的草本覆盖，覆盖度在20-50%

13

城镇

人工建筑物

14

河流

地表由自然或人工河流覆盖

15

湖泊

地表由自然或人工湖泊覆盖

16

沼泽

潮湿平缓地带的周期性被水淹没的草本覆盖

17

冰川

地表常年由冰雪覆盖

18

裸岩

地表由岩石覆盖

19

碎石

地表由岩石矿物覆盖，空地为裸露的土壤

20

沙漠

地表由沙所覆盖

21

农田

被单一或多种农作物覆盖的土地

22

咼山亚咼山草甸草地

高度在3000米以上的寒冷湿润地带的草本覆盖，覆盖度

20%-50%

23

农作物斑块

分布着以农作物为主的斑状土地

24

森林斑块/森林退化

覆盖的主要林种出现退化，森林里出现斑状分布

其分类方法：

GLC2000数据集分类经历了三个阶段的工作，如图1所示

第一阶段：

气候分层和数据准备

气候分区

为了增加对不同土地覆盖类型的区别能力，根据中国地理环境的地域特征，按照

水分和热量的差异，以干燥度和积温为指标划分分区，划分的主要依据是在水热状况相对一致的同时兼顾区域完整性的原则，把全国分为9个区。

气候环境指标合成

在众多自然因子中，选用降水、温度和高程进行标准化处理以消除量纲后对各个分区进行权重分析，权重值的确定来自于全国各个地区的41位专家，最后将其

加权叠加，与遥感数据一同参与分类。

SpotVGT数据准备

利用时间序列谐波分析方法对全年36旬的NDVI数据进行处理。

HANTS方法就是将离散的点组成连续的曲线，并把曲线视为是由经过每一点多条不同频率正弦、余弦函数曲线的合成，根据具体地区遥感图像的年、月周期性，通过时间一频率域---时间域的分析方法，对其进行分解和重新组合，达到去云重构的目的。

第二阶段：

非监督分类和标定

对于37个通道的数据作为输入数据，针对每个单元，使用迭代自组织的数据分析算法（IterativeselforganizingDataAnalysisTechniquesAlgorithm）

ISODATA?

法进行非监督分类。

城镇等人工建筑区采用目视解译的办法。

参考中国植被图，中国土地利用图等资料通过人机交互的方式，按制定的分类系

统对聚类得到的光谱类型进行标定。

第三阶段：

精度评价和成图

将9个区进行合成修边后最终成图验证由欧盟的联合研究中心JRC负责，2004年与国家统计局的2000年统计年鉴进行了面积比较。

图1.TheworkingprocessoftheGLC2000landcoversproducts

IGBPDIS

IGBPDIS数据的制备，采用USGS勺方法，利用1992年四月到1992年三月的AVHRR数据开发出1km分辨率的全球土地覆盖数据集，分类系统采取IGBP制定的分类

系统，把全球分为17类。

其分类系统如下表2:

表2IGBPDIS的分类系统

编号

名称

含义

1

EvergreenNeedleleaf

Forest（常绿针叶林）

landsdominatedbytreeswithapercentcanopycover>60%andheightexceeding2m.Almostalltreesremaingreenallyear.Canopyisneverwithoutgreenfoliage.

2

EvergreenBroadleaf

Forest（常绿阔叶林）

landsdominatedbytreeswithapercentcanopycover>60%andheightexceeding5mAlmostalltreesremaingreenallyearCanopyisneverwithoutgreenfoliage.

3

DeciduousNeedleleaf

Forest（洛叶针叶林）

landsdominatedbytreeswithapercentcanopycover>60%andheightexceeding2m.Consistsofseasonalneedleleaftreecommunitieswithanannualcycleofleaf-onandleaf-offperiods.

4

DeciduousBroadleaf

Forest（落叶阔叶林）

landsdominatedbytreeswithapercentcanopycover>60%andheightexceeding2m.Consistsofseasonalbroadleaftreecommunitieswithanannualcycleofleaf-onandleaf-offperiods.

5【

MixedForest（混交林）

landsdominatedbytreeswithapercentcanopycover>60%andheightexceeding2m.Consistsoftreecommunitieswithinterspersedmixturesormosaicsoftheotherfourforestcovertypes.

Noneoftheforesttypesexceeds60%oftheIandscape.

6

ClosedShrublands（郁闭灌丛）

Landswithwoodyvegetationlessthan2mtallandwithshrub-canopycover>60%.Theshrubfoliagecanbe,eitherevergreenordeciduous.

7（

OpenShrublands（稀疏

Landswithwoodyvegetationlessthan2mtalland

灌丛）

withshrubcanopycoverbetween10-60%.Theshrubfoliagecanbeeitherevergreenordeciduous.

8

WoodySavannas（多树

草原）

Landswithherbaceousandotherunderstoreysystemsandwithforestcanopybetween30-60%.Theforestcoverheightexceeds2m.

9i

Savannas（稀树草原）

Landswithherbaceousandotherunderstoreysystems.andwithforestcanopybetween10-30%.Theforestcoverheightexceeds2m.

10

Grasslands（典型草原）

Landswithherbaceoustypesofcover.Treeandshrubcoverislessthan10%.

11

PermanentWetlands（永久湿地）

Landswithapermanentmixtureofwaterandherbaceousorwoodyvegetationthatcoverextensiveareas.ThevegetationcanbepresentIneithersalt,brackish.orfreshwater.

12

Croplands（耕地）

Landscoveredwithtemporarycropsfollowedbyharvestandabaresoilperiod（e.g.singleandmultiplecroppingsystems）.Notethatperennialwoodycropswillbeclassifiedastheappropriateforestorshrubslandcovertype.

13

UrbanandBuilt-Up（城市和建筑）

landcoveredbybuildingsandotherman-madestructures.NotethatthisclasswillnotbemappedfromtheAVHRRimagerybutwillbedevelopedfromthepopulatedplaceslayerthatispartoftheDigitalChartoftheWorld（Danko1992）.

14

Cropland/Natural

VegetationMosaic（农

田/植被）

Landswithamosaicofcroplands,forest,shrublands,andgrasslandsinwhichnoonecomponentcomprisesmorethan60%oftheIandscape.

15

SnowandIce（冰雪）

Landsundersnowand/oricecoverthroughouttheyear.

16

BarrenorSparsely

Vegetated（裸地或低植被覆盖地）

Landsofexposedsoil,sand,rocksorsnowandneverhasmorethan10%vegetatedcoverduringanytimeoftheyear.

17

WaterBodies（水体）

Oceans,seas,lakes,reservoirs,andrivers.Canbeeitherfreshorsaltwater.

其分类方法：

IGBP全球土地覆盖数据集的开发以洲为单位。

应用AVHRR1个月的最大化合成NDVI资料，通过非监督分类的方法进行分类，最后使用辅助数据进行精细的分类后处理。

主要包括以下六个步骤：

1.AVHR数据合成及质量评价

2.对非植被或者稀疏植被区域（waterbodies,barren,andsnowandice）进行掩膜处理，因为其NDVI有高的变异，当统计聚类技术用于这些区域时，就会产生过多的不相关的类型，从而影响正常的植被景观分类。

因此，非植被区的NDVI的掩膜主要针对12个月的逐月的合成数据。

水体用世界数字化图的水体层，在某些情况下，DCW的水体层显得有些陈旧并有所夸大。

裸地、稀疏植被和冰雪覆盖区域通过对1992年四月到1993年三月的最大化绿度（与水分、温度有关）合成数据进行识别，当最大化绿度值小于0.04-0.10时，可以假定植被密度小于5-10%非植被区域的解译采取保守的策略，有两次机会参与分类，与此同时，土壤颜色、亮度或者其它

环境因子等不同原因引起的非植被区域得到定义和解译。

3.非监督分类或初步的绿度分类：

美国洛斯阿拉莫斯国家实验室Kellyand

White发展的洛斯阿拉莫斯算法（LosAlamos）聚类算法用于经过掩膜处理的洲AVHRR!

合成数据集的聚类分析中，这种算法使用蒙特卡罗随机抽样方法，每次聚类时一个新的样本被选取，但这个样本都是很小的，有代表性的输入数据的1%这样可以增加聚类效率。

基于K-Means聚类算法来确定聚类中心矢量，按照“就近原则”将图像的各矢量元素分到各聚类中心代表的类中去，针对每个洲创建的聚类的数量是基于项目的整体判断，

考虑洲际的数据大小、数据质量及环境可变性。

比如，欧亚大陆是面积最大的又是环境可变性最大的一个洲，所以定义了150个聚类。

然而，北美只有80个类被定义。

聚类后的数据表示了初步的绿度分类，可以理解为季节的相似模式，与对应的生产率模式相关。

然而，在许多情况下，这种初步的绿度分类中可能表示多种不同的土地覆盖类型，而只能提供对每个

聚类或初步绿度分类特征的一般理解。

最后由解译人员根据辅助数据及本人的学科背景对分类进行标定。

4.详细的分类后处理及季节性土地覆盖区域的生成：

季节性土地覆盖区域的

定义是具有相同季节属性的土地覆盖类型的镶嵌体。

通过精细的后分类过

程对初步的绿度分类进行再分类而成，然后为每一个区域创建土地覆盖描述和属性，出现混分的现象是自然和农业类型光谱相似的结果，解决的办

法是基于混合的季节性绿度分类发展一个标准或者采用辅助数据。

在初步

的绿度分类被层化成季节土地覆盖区域后，最终的土地覆盖属性就形成

了。

和前面一样，每一个季节土地覆盖区域被至少三个解译者复查，因为

许多数据源的精度无从知道，多种参考资料与解译组内部的意见的协调需要以前的分类描述来最终确定。

每一个类的属性包括以下几项：

土地覆盖描述、该类型的像元数量、月NDVI统计、年平均NDV、所属生物群系、土地覆盖对不同分类系统如OlsonGlobalEcosystems、SIB等的分配。

季节土地覆盖区域按不同的洲进行，各洲的标准不同。

它是基本的数据库空间单元，也是土地覆盖分类产生的基础，提供了土地覆盖相互影响、季节性和生产力可视化的独特方式。

5.土地覆盖数据集的产生：

从季节土地覆盖区域产生一组土地覆盖数据层有两方面的原因，一是它提供了土地覆盖定义的全球一致性，而这正是非结构化的季节土地覆盖区域描述所不足的。

二是它是用于这项研究的灵活的数据库策略的组成部分，可以为特征的应用提供数据。

这个过程应用了一个方法，就是首先将各个季节土地覆盖区域与Olson的全球生态系统分类关联起来，然后转换成其它的土地覆盖分类，只所以选择Olson的全球生态系统分类作为过渡，主要有以下几方面的原因，

1.可以为全球应用发展足够的主题信息；

2.已经被应用到大尺度的模拟，并与景观生产力、特别是碳库联系起来；

3.识别景观的人为因素；

4.识别粗分辨率条件下的景观镶嵌体；

5.包含气候、地貌及暗含的植物属性。

查找表提供了每个Olson类与其它土地覆盖legends对应类的关系。

6.数据库的验证：

依靠用户的反馈进行验证。

MODIS

MODIS中国区域土地覆盖数据由全球覆盖数据直接裁剪得到，它的数据说明请参

考http:

//edcdaac.usgs.gov/modis/mod12q1v4.asp。

UMd

UMd基于AVHR数据的5个波段及NDVI数据经过重新组合建议数据矩阵，用分类树的方法进行了全球土地覆盖分类工作。

其目的是希望建立一个比过去数据更高精度的数据。

分类系统很大程度上采用了IGBP的分类方案，具体如下：

表3UMd的分类系统

编号

名称

含义

0\

Water

Oceans,seas,lakes,reservoirs,andrivers.Canbeeitherfreshorsaltwater.

1

EvergreenNeedleleafForest

Landsdominatedbytreeswithapercentcanopy

cover>60%andheightexceeding2m.Almostalltreesremaingreenallyear.Canopyisneverwithoutgreenfoliage.

2

EvergreenBroadleafForest

landsdominatedbytreeswithapercentcanopy

cover>60%andheightexceeding5mAlmostalltreesremaingreenallyearCanopyisneverwithoutgreenfoliage.

3

DeciduousNeedleleaf

Forest

landsdominatedbytreeswithapercentcanopy

cover>60%andheightexceeding5mTreesshedtheirleavessimultaneouslyinresponsetocoldseasons

4

DeciduousBroadleaf

Forest

landsdominatedbytreeswithapercentcanopy

cover>60°handheightexceeding5m.Treesshedtheirleavessimultaneouslyinresponsetodryorcoldseasons.

5r

MixedForest

landsdominatedbytreeswithapercentcanopy

cover>60%andheightexceeding5m.Consistsoftreecommunitieswithinterspersedmixturesormosaicsofneedleleafandbroadleafforesttypes.Neithertypehas<25%or>75%landscape

coverage.

6Woodlands

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