资学 Resources science 第33卷第6期2011年6月 2011,33(6):1195-1203 Vol 33, No 6., 2011 文章编号:1007-7588(2011)06-1195-09 土地利用/土地覆被分类系统研究进展 张景华2,封志明',姜鲁光 (1.中国科学院地理科学与资源研究所,北京100101;2.中国科学院研究生院,北京100049) 摘要:土地利用/土地覆被变化是全球变化研究中的一个重要内容,而土地利用/土地覆被分类又是研究土 地覆被变化的重要前提,它既影响着分类结果的表达,也决定着分类数据的应用领域。本文简要回顾和评述了国 内外土地利用/土地覆被分类系统的研究进展。研究认为,土地利用/土地覆被分类系统,1970年代之前以土地利 用分类为主,着重于土地用途的差异,主要用于土地利用现状调查和土地利用制图;1970年代随着遥感和计算机 技术的发展,以土地覆被为主的分类系统迅速发展起来,它着重于土地类型的差异,主要用于土地覆被变化研 究。研究指出,目前的土地利用/土地覆被分类系统一般都适用于特定研究目的和研究尺度,没有统一标准,这种 地分类系统的不兼容性,给土地覆被教据的汇总、分析与共享带来了诸多不便。但一个“万能”的土地分类系统 又是不存在的。鉴于此,研究认为一个标准土地分类系统应该是多级的、开放的系统,高级别的土地覆被类型可 以直接基于遥感影像进行识别,以便于实现分类毅据的比较和共享;低级别的土地覆被类型可以根据特定硏究目 的灵活制定,以满足特定的研究需要。 关键词:土地覆被;土地利用;分类系统;研究进展;土地利用/土地覆被变化 1引言 感广泛地应用于土地覆被和全球变化等大尺度的 土地利用/土地覆被变化是目前全球变化研究科学研究中,土地利用和植被分类系统中的某些类 的一个核心和热点领域。土地利用/土地覆被变化别在遥感中无法识别,因此科学家们结合遥感获取 不仅影响人类生存与发展的自然基础,如气候、土地表地物属性特征的能力提出了土地覆被分类系 壤、植被、水资源与生物多样性等,而且影响地球生统。 物化学圈层的结构、功能以及地球系统能量与物质 20世纪以来,各国学者已从不同角度构建了众 循环等方面,从而与全球气候变化、生物多样性的多的土地利用/土地覆被分类体系,但迄今为止仍没 减少、生态环境演变等密切相关叫。因此,国际地圈有一个为国际社会广泛认可和具有普适性的分类 生物圈计划(IGBP)和全球环境变化人文计划系统,从而导致土地分类所得到的结果几乎都无法 (HDP)于199年共同将《土地利用/土地覆被变化进行严格验证和直接对比。鉴于此,本文简要回顾 科学研究计划》列为核心项目叫。 和评述了国内外土地利用/土地覆被分类系统的研 在土地利用/土地覆被变化的研究中,土地利究进展,并就土地利用土地覆被分类系统的发展与 用/土地覆被分类是基础性和关键性的一个环节。完善进行了讨论和展望,试图为土地利用土地覆被 通过土地利用土地覆被分类,不仅可以了解各种土变化研究提供翔实资料与参考依据 地利用/土地覆被类型的基本属性,而且可以认识土2国外土地利用/土地覆被分类系统 地利用/土地覆被的区域结构与分布特点,为进一步 国外早期土地利用研究大多是基于野外调查 分析土地利用/土地覆被变化的地域差异性奠定基编制土地利用图。第二次世界大战以后,航空像片 础。对地表的描述最早采用土地利用分类系统和开始广泛用于区域土地调查与制图。进入50年 植被分类系统,然而,随着对地观测技术的发展,遥代,人们开始探讨利用遥感资料进行大范围土地利 收稿日期:2010-06-11;修订日期:2011-03-31 基金项目:科技部基础性工作专项:“澜沧江中下游与大香格里拉地区科学考察”(编号:2008FY110300)。 作者简介:张景华,女,山东烟台人,博士生,主要从事土地利用土地覆被动态变化研究。E- mail: zhangji.09b@ Pigsnrr-ac.cm 通讯作者:封志明,E-mail: fengze@ Igsnrraccn weIci resct. cn 91994-2011ChinaAcademicJournalelEctronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
第33卷 第6期 2011年6月 2011，33（6）：1195-1203 Resources Science Vol.33，No.6 JUN.，2011 http://www.resci.cn 文章编号：1007-7588（2011）06-1195-09 土地利用/土地覆被分类系统研究进展 张景华1,2 ，封志明1 ，姜鲁光1 （1.中国科学院地理科学与资源研究所，北京 100101；2.中国科学院研究生院，北京 100049） 摘 要：土地利用/土地覆被变化是全球变化研究中的一个重要内容，而土地利用/土地覆被分类又是研究土 地覆被变化的重要前提，它既影响着分类结果的表达，也决定着分类数据的应用领域。本文简要回顾和评述了国 内外土地利用/土地覆被分类系统的研究进展。研究认为，土地利用/土地覆被分类系统，1970年代之前以土地利 用分类为主，着重于土地用途的差异，主要用于土地利用现状调查和土地利用制图；1970年代随着遥感和计算机 技术的发展，以土地覆被为主的分类系统迅速发展起来，它着重于土地类型的差异，主要用于土地覆被变化研 究。研究指出，目前的土地利用/土地覆被分类系统一般都适用于特定研究目的和研究尺度，没有统一标准，这种 土地分类系统的不兼容性，给土地覆被数据的汇总、分析与共享带来了诸多不便。但一个“万能”的土地分类系统 又是不存在的。鉴于此，研究认为一个标准土地分类系统应该是多级的、开放的系统，高级别的土地覆被类型可 以直接基于遥感影像进行识别，以便于实现分类数据的比较和共享；低级别的土地覆被类型可以根据特定研究目 的灵活制定，以满足特定的研究需要。 关键词：土地覆被；土地利用；分类系统；研究进展；土地利用/土地覆被变化 1 引言 土地利用/土地覆被变化是目前全球变化研究 的一个核心和热点领域。土地利用/土地覆被变化 不仅影响人类生存与发展的自然基础，如气候、土 壤、植被、水资源与生物多样性等，而且影响地球生 物化学圈层的结构、功能以及地球系统能量与物质 循环等方面，从而与全球气候变化、生物多样性的 减少、生态环境演变等密切相关[1] 。因此，国际地圈 —生物圈计划（IGBP）和全球环境变化人文计划 （IHDP）于1995年共同将《土地利用/土地覆被变化 科学研究计划》列为核心项目[2] 。 在土地利用/土地覆被变化的研究中，土地利 用/土地覆被分类是基础性和关键性的一个环节。 通过土地利用/土地覆被分类，不仅可以了解各种土 地利用/土地覆被类型的基本属性，而且可以认识土 地利用/土地覆被的区域结构与分布特点，为进一步 分析土地利用/土地覆被变化的地域差异性奠定基 础。对地表的描述最早采用土地利用分类系统和 植被分类系统，然而，随着对地观测技术的发展，遥 感广泛地应用于土地覆被和全球变化等大尺度的 科学研究中，土地利用和植被分类系统中的某些类 别在遥感中无法识别，因此科学家们结合遥感获取 地表地物属性特征的能力，提出了土地覆被分类系 统[3] 。 20世纪以来，各国学者已从不同角度构建了众 多的土地利用/土地覆被分类体系，但迄今为止仍没 有一个为国际社会广泛认可和具有普适性的分类 系统，从而导致土地分类所得到的结果几乎都无法 进行严格验证和直接对比。鉴于此，本文简要回顾 和评述了国内外土地利用/土地覆被分类系统的研 究进展，并就土地利用/土地覆被分类系统的发展与 完善进行了讨论和展望，试图为土地利用/土地覆被 变化研究提供翔实资料与参考依据。 2 国外土地利用/土地覆被分类系统 国外早期土地利用研究大多是基于野外调查 编制土地利用图。第二次世界大战以后，航空像片 开始广泛用于区域土地调查与制图[4] 。进入 50 年 代，人们开始探讨利用遥感资料进行大范围土地利 收稿日期：2010-06-11；修订日期：2011-03-31 基金项目：科技部基础性工作专项：“澜沧江中下游与大香格里拉地区科学考察”(编号：2008FY110300)。 作者简介：张景华，女，山东烟台人，博士生，主要从事土地利用/土地覆被动态变化研究。E-mail:zhangjh.09b@igsnrr.ac.cn 通讯作者：封志明，E-mail: fengzm@igsnrr.ac.cn
l196 资源科 第33卷第6期 用和土地覆被制图的可行性,包括发展适用于遥感等13类。60年代末,20多个欧洲国家合作,共同编 数据特点的土地分类系统及分类方法问题70年制了1:250万全欧土地利用图,包括农业用地、草 代,随着地球资源卫星发射成功,卫星遥感技术开地、果园、林地、荒地和建筑用地六大类22小类。 始应用于大范围土地资源调查。80年代以后,人们 985年为加强对各成员国环境和自然资源的 已在洲际范围内利用气象卫星数据进行土地覆被管理,欧共体启动了环境信息协作计划 研究,并取得了有效的成果。到90年代,卫星遥( Coordination of Information on the Environment 感在全球和区域尺度土地利用/土地覆被研究方面 CORINE),其中的土地覆被项目将土地覆被类别划 取得了突破性进展,出现了一系列具有统一分类标分为人工表面、农业用地、林地和半自然用地湿 准的全球土地覆被产品,如USCS为IGBP建立的地、水体5个一级类,下分15个二级类和44个三级 IGBP- DISCover数据集,马里兰大学、波土顿大学建类叫(见表1)。但该系统缺乏对土地覆被类别的明 立的全球土地覆被数据集以及欧盟联合研究中心确定义,缺少混合自然植被。 的全球土地覆被数据集GLC200等。由此可见,随22美国的土地利用/仕地覆被分类系统 着遥感技术的发展和计算机技术的逐步成熟,对地 1922年由 Carl sauer领导的密执安州土地经济 表的研究已由早期的野外调查发展为基于遥感影调查开创了美国小区域土地利用综合考察的先 像的分析解译,相应地,土地分类系统也由适用于例。1925年W. DOnes和vC. Finch根据土地的自 野外调查的土地利用分类向适用于遥感数据的土然条件和经济利用状况,采用分数号码法 地覆被分类发展 ( fractional code system)填制土地利用图,将土地利 21英国和欧洲的土地利用/土地覆被分类系统 用类型划为一般农业、畜牧业、商品农业、兼营农 在系统调查基础上编制全国性土地利用图,以业、自给农业、森林、娱乐区、农村、城市、工矿区等 英国为最早。英国于1931年-1939年开展全国土10类。由于调查以农业为主,所以农业用地分得详 地利用调查,将全国土地利用分为森林和林地,耕。1933年开始的田纳西河流域总体规划也是 地和休耕地,草地或草场和永久草地等9类。由于利用这一方法完成土地利用调查与制图的。 受第二次世界大战的影响,其成果直到1948年才得 20世纪60年代,随着城市大发展,美国土地利 以发表。 用状况发生了巨大变化。一方面,美国政府为了保 英国土地利用调查的成功,引起了各国地理界护资源与环境,进行地区性建设规划需要了解土 的重视。1949年在里斯本召开的第16届国际地理地利用的实际情况;另一方面,遥感和自动化制图 大会决议:在国际地理联合会(ICU)下设立世界土等新技术开始发展与应用,可以多快好省地进行土 地利用调查专业委员会,推进世界各国1:100万土地利用调查和制图。于是,1971年美国内政部地质 地利用图的编制叫。但因世界各国的土地利用情况调查局开始着手全国1:10万和1:25万土地利用图 千差万别,难以拟定一个全世界都适用的土地利用的编制。为了解决不同部门土地利用数据无法衔 分类标准,最后只有少数国土面积较小的国家,如接等问题,联邦政府成立了跨部门的土地利用信息 塞浦路斯、苏丹、伊拉克等进行了试点调查与制图 在国际地理联合会世界土地利用调查专业委 表1 CORINE土地覆被分类系统 员会的启发之下,欧洲各国各自进行了土地利用调 Table 1 CORINE land cover classification system 查。例如,意大利在国家研究委员会和普查局的主 一级类 二级类 持下,编印了全国1:20万土地利用图,将土地利用 编码类型名 (编码+类型名) 人工表面11城镇建筑物,12工业、商业和交通运输用地 分为21类,大致可代表南欧的情况。苏联自20世 13矿山、垃圾场和建筑工地,14人工非农业用地 纪50年代以来,结合地区综合开发,进行土地资源 农业用地21耕地,22多年生作物,23牧场,24其他农业用地 调查,将土地利用分为农业用地、非农业用地、林业3林地和半31林地,2灌木或草本植物,3少植被或无植被 用地、城市居民点用地和水利资源用地五大类。 自然用地覆盖的空地 960年英国进行了第二次全国土地利用调查,4湿地41内陆湿地,42沿海湿地 将土地利用类别增加到牧业用地,耕地,果园,林地5水体51内陆水体52海水 C1994- m naacAdemicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
第33卷 第6期 资 源 科 学 http://www.resci.net 用和土地覆被制图的可行性，包括发展适用于遥感 数据特点的土地分类系统及分类方法问题[5] 。70年 代，随着地球资源卫星发射成功，卫星遥感技术开 始应用于大范围土地资源调查。80年代以后，人们 已在洲际范围内利用气象卫星数据进行土地覆被 研究，并取得了有效的成果[6-7] 。到90年代，卫星遥 感在全球和区域尺度土地利用/土地覆被研究方面 取得了突破性进展，出现了一系列具有统一分类标 准的全球土地覆被产品，如 USGS 为 IGBP 建立的 IGBP-DISCover数据集，马里兰大学、波士顿大学建 立的全球土地覆被数据集以及欧盟联合研究中心 的全球土地覆被数据集GLC2000等。由此可见，随 着遥感技术的发展和计算机技术的逐步成熟，对地 表的研究已由早期的野外调查发展为基于遥感影 像的分析解译，相应地，土地分类系统也由适用于 野外调查的土地利用分类向适用于遥感数据的土 地覆被分类发展。 2.1 英国和欧洲的土地利用/土地覆被分类系统 在系统调查基础上编制全国性土地利用图，以 英国为最早。英国于 1931 年-1939 年开展全国土 地利用调查，将全国土地利用分为森林和林地，耕 地和休耕地，草地或草场和永久草地等9类。由于 受第二次世界大战的影响，其成果直到1948年才得 以发表。 英国土地利用调查的成功，引起了各国地理界 的重视。1949年在里斯本召开的第16届国际地理 大会决议：在国际地理联合会（IGU）下设立世界土 地利用调查专业委员会，推进世界各国1∶100万土 地利用图的编制[8] 。但因世界各国的土地利用情况 千差万别，难以拟定一个全世界都适用的土地利用 分类标准，最后只有少数国土面积较小的国家，如 塞浦路斯、苏丹、伊拉克等进行了试点调查与制图。 在国际地理联合会世界土地利用调查专业委 员会的启发之下，欧洲各国各自进行了土地利用调 查。例如，意大利在国家研究委员会和普查局的主 持下，编印了全国1∶20万土地利用图，将土地利用 分为 21 类，大致可代表南欧的情况。苏联自 20 世 纪50年代以来，结合地区综合开发，进行土地资源 调查，将土地利用分为农业用地、非农业用地、林业 用地、城市居民点用地和水利资源用地五大类[8] 。 1960年英国进行了第二次全国土地利用调查， 将土地利用类别增加到牧业用地，耕地，果园，林地 等13类。60年代末，20多个欧洲国家合作，共同编 制了 1∶250 万全欧土地利用图，包括农业用地、草 地、果园、林地、荒地和建筑用地六大类22小类。 1985 年为加强对各成员国环境和自然资源的 管 理 ，欧 共 体 启 动 了 环 境 信 息 协 作 计 划 （Coordination of Information on the Environment， CORINE），其中的土地覆被项目将土地覆被类别划 分为人工表面、农业用地、林地和半自然用地、湿 地、水体5个一级类，下分15个二级类和44个三级 类[9 （] 见表1）。但该系统缺乏对土地覆被类别的明 确定义，缺少混合自然植被。 2.2 美国的土地利用/土地覆被分类系统 1922年由Carl Sauer领导的密执安州土地经济 调查开创了美国小区域土地利用综合考察的先 例。1925 年 W.D Jones 和 V.C. Finch 根据土地的自 然 条 件 和 经 济 利 用 状 况 ，采 用 分 数 号 码 法 （fractional code system）填制土地利用图，将土地利 用类型划为一般农业、畜牧业、商品农业、兼营农 业、自给农业、森林、娱乐区、农村、城市、工矿区等 10类。由于调查以农业为主，所以农业用地分得详 细[10] 。1933 年开始的田纳西河流域总体规划也是 利用这一方法完成土地利用调查与制图的。 20世纪60年代，随着城市大发展，美国土地利 用状况发生了巨大变化。一方面，美国政府为了保 护资源与环境，进行地区性建设规划，需要了解土 地利用的实际情况；另一方面，遥感和自动化制图 等新技术开始发展与应用，可以多快好省地进行土 地利用调查和制图。于是，1971年美国内政部地质 调查局开始着手全国1∶10万和1∶25万土地利用图 的编制。为了解决不同部门土地利用数据无法衔 接等问题，联邦政府成立了跨部门的土地利用信息 一级类 编码 1 2 3 4 5 类型名 人工表面 农业用地 林地和半 自然用地 湿地 水体 二级类 （编码+类型名） 11城镇建筑物，12工业、商业和交通运输用地， 13矿山、垃圾场和建筑工地，14人工非农业用地 21耕地，22多年生作物，23牧场，24其他农业用地 31林地，32灌木或草本植物，33少植被或无植被 覆盖的空地 41内陆湿地，42沿海湿地 51内陆水体，52海水 表1 CORINE土地覆被分类系统 Table 1 CORINE land cover classification system 1196
张景华等:土地利用/土地覆被分类系统研究进展 l197 2011年6月 和分类指导委员会,目的在于制 表2美国地质调查局(USGS)土地覆被分类系统 定国家级土地分类系统。最后 Table 2 USGS land cover classification svstem 委员会采纳了 James r. Anderson 一级类 二级类 等人提出的土地分类系统,从而编码类型名 (编码+类型名) 奠定了美国土地利用/土地覆被分 城镇或建成区 11住宅用地,12商服用地,13工业用地 类系统的基础叫。 14交通、通信和公共设施用地,15工商综合体 972年美国发射了世界上第 16城镇或建成区混合体,17其他城镇或建成区 农业用地 颗地球资源卫星——陆地卫星 21农田和牧场,22果园、园林、葡萄园、苗圃和园艺用地 23圈养场,24其他农用地 一号。1976年美国国家地质调查 草地 31草本草地,32灌木和灌丛草地,33混合草地 局(USGS)利用高轨道飞行数据对4 林地 41落叶林地,42常绿林地,43混合林地 Anderson等人提出的分类系统进 51河流和沟渠,52湖泊.53水库,54海湾和河口 行了验证和评估,发展了一套适6湿地 61有林地覆盖的湿地,62无林地覆盖的湿地 用于遥感数据的土地覆被分类系7 荒地 71千旱盐碱地,72海滩,73沙地(不包括海滩),74裸岩 统。该分类系统由4个层次构成 75露天矿、采石场和采砂场,76过渡带,77混合荒地 级分类和二级分类适用于全国 苔原 81灌木与灌丛苔原,82草本苔原,83裸地苔原 84湿苔原,85混合苔原 或全州范围,其中一级类是根据 冰川或永久积雪91永久积雪,92冰川 当时的卫星遥感影像( Landsat ERTS)可以直接目视判读的地物 包括城镇或建成区、农业用地、草地、林地、水体、湿 tics Consortium,MRLC)在利用 Landsat5-TM数据建 地、荒地、苔原、冰川或永久积雪9类;二级类是根据立美国国家土地覆被数据库NLCD1992( National 比例尺小于1:8万的航空像片可以判读的地物,分 Land Cover database)时,采用的就是由 Anderson系 为37个类别(见表2)。三级、四级分类适用于州内统的二级类派生的21类土地覆被分类方案(见表 的、区域性的、县域的研究,其中三级类适用于比例3)。由于 Anderson系统的次级类别,尤其是三级类 尺大于1:8万小于1:2万的航空遥感,四级类适用别,适用于较大比例尺的航空遥感,这些类别在TM 于比例尺大于1:2万的航空遥感。后两级分类依据影像上可能无法识别,因此NLCD系统中取消了 各级需求在二级分类基础上灵活扩展,其最小土地 Anderson系统的三级类,一些 Anderson的二级类别 分类单元的划分依赖于制图比例尺和遥感数据的也被归为一个NLCD类别,如 Anderson系统中河流 分辨率,要求在遥感影像上能够辨认出来的最低级和沟渠、湖泊、水库、海湾和河口等二级类被归为 别的分类类别应该达到85%以上,各类别的解译精个NLCD类别一开阔水域。 度要近似相等"。 该分类系统层次清晰,三级、四级分类具有较 表3NLCD1992土地覆被分类系统 好的弹性,易于根据特定要求制定灵活机动的次级 Table 3 NlCDi992 land cover classification syste 分类体系。但该分类系统由于在一级分类层次上 编码类型名 编码类型名 既考虑土地利用状况又兼顾土地自然生态背景,使 11开阔水域 51灌丛 得次级类别间的关系过于复杂而且易于混淆叫。这 12永久冰川积雪 61果园/萄园其他 样在高一级层次中采用两种不同的划分依据,必将 21低密度住宅区 71草地草本植被 使得下一级层次的分类存在许多类别交叉、混淆的 高密度住宅区 81牧场草场 23商业/工业/交通 情况,如灌溉水渠依据土地被利用的方式划分属于 82条播作物 31裸岩/沙地/裸土 83小粒谷类作物 农业用地,而依据土地资源生态背景来划分则属于 32采石场屎采矿场屎采砂场84休耕地 水域,因此该系统不利于次级层次的分类。 33过渡带 85城市闲绿地 Anderson和USGS的土地覆被分类系统是美国41落叶林 91有林湿地 土地利用/土地覆被分类的里程碑。1992年,多精 92自然生草本湿地 度土地特征联盟(Muli- Resolution Land Characteris weIci resct. cn 91994-2011ChinaAcademicJournalelEctronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
2011年6月 张景华等：土地利用/土地覆被分类系统研究进展 http://www.resci.cn 和分类指导委员会，目的在于制 定国家级土地分类系统。最后， 委员会采纳了 James R. Anderson 等人提出的土地分类系统，从而 奠定了美国土地利用/土地覆被分 类系统的基础[11] 。 1972年美国发射了世界上第 一颗地球资源卫星——陆地卫星 一号。1976 年美国国家地质调查 局（USGS）利用高轨道飞行数据对 Anderson 等人提出的分类系统进 行了验证和评估，发展了一套适 用于遥感数据的土地覆被分类系 统。该分类系统由4个层次构成： 一级分类和二级分类适用于全国 或全州范围，其中一级类是根据 当时的卫星遥感影像（Landsat/ ERTS）可以直接目视判读的地物， 包括城镇或建成区、农业用地、草地、林地、水体、湿 地、荒地、苔原、冰川或永久积雪9类；二级类是根据 比例尺小于1∶8万的航空像片可以判读的地物，分 为37个类别（见表2）。三级、四级分类适用于州内 的、区域性的、县域的研究，其中三级类适用于比例 尺大于1∶8万小于1∶2万的航空遥感，四级类适用 于比例尺大于1∶2万的航空遥感。后两级分类依据 各级需求在二级分类基础上灵活扩展，其最小土地 分类单元的划分依赖于制图比例尺和遥感数据的 分辨率，要求在遥感影像上能够辨认出来的最低级 别的分类类别应该达到85%以上，各类别的解译精 度要近似相等[11] 。 该分类系统层次清晰，三级、四级分类具有较 好的弹性，易于根据特定要求制定灵活机动的次级 分类体系。但该分类系统由于在一级分类层次上 既考虑土地利用状况又兼顾土地自然生态背景，使 得次级类别间的关系过于复杂而且易于混淆[12] 。这 样在高一级层次中采用两种不同的划分依据，必将 使得下一级层次的分类存在许多类别交叉、混淆的 情况，如灌溉水渠依据土地被利用的方式划分属于 农业用地，而依据土地资源生态背景来划分则属于 水域，因此该系统不利于次级层次的分类。 Anderson和USGS的土地覆被分类系统是美国 土地利用/土地覆被分类的里程碑。1992 年，多精 度土地特征联盟（Multi-Resolution Land Characteris⁃ tics Consortium，MRLC）在利用 Landsat5-TM数据建 立美国国家土地覆被数据库 NLCD1992（National Land Cover Database）时，采用的就是由Anderson系 统的二级类派生的 21 类土地覆被分类方案（见表 3）。由于Anderson系统的次级类别，尤其是三级类 别，适用于较大比例尺的航空遥感，这些类别在TM 影像上可能无法识别，因此 NLCD 系统中取消了 Anderson系统的三级类，一些Anderson的二级类别 也被归为一个NLCD类别，如Anderson系统中河流 和沟渠、湖泊、水库、海湾和河口等二级类被归为一 个NLCD类别—开阔水域[13] 。 一级类 编码 1 2 3 4 5 6 7 8 9 类型名 城镇或建成区 农业用地 草地 林地 水体 湿地 荒地 苔原 冰川或永久积雪 二级类 （编码+类型名） 11住宅用地，12商服用地，13工业用地 14交通、通信和公共设施用地，15工商综合体 16城镇或建成区混合体，17其他城镇或建成区 21农田和牧场，22果园、园林、葡萄园、苗圃和园艺用地 23圈养场，24其他农用地 31草本草地，32灌木和灌丛草地，33混合草地 41落叶林地，42常绿林地，43混合林地 51河流和沟渠，52湖泊，53水库，54海湾和河口 61有林地覆盖的湿地，62无林地覆盖的湿地 71干旱盐碱地，72海滩，73沙地（不包括海滩），74裸岩 75露天矿、采石场和采砂场，76过渡带，77混合荒地 81灌木与灌丛苔原，82草本苔原，83裸地苔原 84湿苔原，85混合苔原 91永久积雪，92冰川 表2 美国地质调查局（USGS）土地覆被分类系统 Table 2 USGS land cover classification system 编码 11 12 21 22 23 31 32 33 41 42 43 类型名 开阔水域 永久冰川/积雪 低密度住宅区 高密度住宅区 商业/工业/交通 裸岩/沙地/裸土 采石场/采矿场/采砂场 过渡带 落叶林 针叶林 混交林 编码 51 61 71 81 82 83 84 85 91 92 类型名 灌丛 果园/葡萄园/其他 草地/草本植被 牧场/草场 条播作物 小粒谷类作物 休耕地 城市/休闲绿地 有林湿地 自然生草本湿地 表3 NLCD1992土地覆被分类系统 Table 3 NLCD1992 land cover classification system 1197
l198 资源科 第33卷第6期 23IGBP和UMd全球土地覆被分类系统 利用2000年-2001年的1 km TeRRA/MODS数据,采 随着环境硏究对全球土地覆被信息需求的增用决策树和人工神经网络方法分类得到。为提高分 多以及全球高时间分辨率遥感数据的获取,国际地类结果的适用性,各个大洲的分类独立进行 圈—生物圈计划(lGBP)于1992年开始利用 IGBP土地覆被分类系统更多地反映了土地覆被 NOAA- AVHRR遥感数据,采用非监督分类和分类中地表的生理参数特征,体现了植被状况在土地覆被 后校正的方法,用全年12个月(1992年4月-1993年中的重要性,由于分类结果对应着定量化的物理指 3月)NDⅥ最大值的合成数据,将全球各大洲土地标,因此分类相对简单,但灵活性和兼容性较差。 覆被类型划分为17个类别叫(见表4)。美国马里兰24FAO的土地覆被分类系统 大学( University of Maryland)也以1992年-1993年 996年联合国粮农组织(FAO, Food and Agri 的NOAA- AVHRR遥感数据为基础,采用监督分类 culture organization)建立了一个标准的、全面的土 树的方法,用由 AVHRR5个波段和NDⅥI计算而得地覆被分类系统—LCCS( Land Cover Classifica 的41个指数,针对全球区域建立了14类别的 UMd tion System)。该分类系统主要分两个阶段:第一步 分类系统。UMd分类系统与IGBP分类系统大体 是二分法分类阶段( Dichotomous),定义了8个主要 致,只是去除了永久湿地、农田与自然植被镶嵌体、的土地覆被类型(见表5);第二步是模块化的分层 冰雪这三个类别,可以说是一种简化的GBP分类分类阶段( Modular- hierarchical),在第一步的基础 系统叫。 上,使用预先定义的分类标准,得到进一步的分类 当前以MODS遥感数据为基础的全球土地覆。该系统是一个开放的系统,每个使用者可以 盖产品(MOD12)也采用了IGBP分类系统,该产品是根据自己的需要在第一步分类的基础上灵活扩展, 表4IGBP全球土地覆被分类系统 Table 4 IGBP global land cover classification system 编码类型 1常绿针叶林 覆盖度>60%和高度超过2m,且常年绿色,针状叶片的乔木林地 常绿阔叶林 覆盖度>60%和高度超过2m,且常年绿色,具有较宽叶片的乔木林地 3落叶针叶林 覆盖度>60%和高度超过2m,且有一定的落叶周期,针状叶片的乔木林地 4落叶阔叶林 覆盖度>60%和高度超过2m,且有一定的落叶周期,具有较宽叶片的乔木林地 5混交林 前四种森林类型的镶嵌体,且每种类型的覆盖度不超过60% 6郁闭灌木林 覆盖度>60%,高度低于2m,常绿或落叶的木本植被用地 7稀疏灌木林 覆盖度在10%~60%之间,高度低于2m,常绿或落叶的木本植被用地 8有林草地 森林覆盖度在30%~60%之间,高度超过2m,和草本植被或其它林下植被系统组成的混合用地类型 9稀树草原 森林覆盖度在10%~30%之间,高度超过2m,和草本植被或其它林下植被系统组成的混合用地类型 10草地 由草本植被类型覆盖,森林和灌木覆盖度小于10% 11永久湿地 常年或经常覆盖着水(淡水、半咸水或咸水)与草本或木本植被的广鲴区域,是介于陆地和水体之间的过渡带 农田 指由农作物覆盖,包括作物收割后的裸露土地;永久的木本农作物可归类于合适的林地或者灌木覆盖类型 13城镇与建成区 被建筑物覆盖的土地类型 14农田与自然植被镶嵌体指由农田、乔木、灌木和草地组成的混合用地类型,且任何一种类型的覆盖度不超过60% 15冰雪 指常年由积雪或者冰覆盖的土地类型 16裸地 指裸地、沙地、岩石,植被覆盖度不超过10% 17水体 海洋、湖泊、水库和河流,可以是淡水或咸水 表5FAO土地覆被分类系统 Table 5 FAo land cover classification system 直被覆盖区域 无植被覆盖区域 陆地 水域/规律性洪泛区 陆地 水域规律性洪泛区 人工耕作区自然/半自然陆地人工耕作区自然伴半自然水域 人工水体自然水体 C1994- opium. resc naacAdemicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
第33卷 第6期 资 源 科 学 http://www.resci.net 2.3 IGBP和UMd全球土地覆被分类系统 随着环境研究对全球土地覆被信息需求的增 多以及全球高时间分辨率遥感数据的获取，国际地 圈 —— 生 物 圈 计 划（IGBP）于 1992 年 开 始 利 用 NOAA-AVHRR 遥感数据，采用非监督分类和分类 后校正的方法，用全年12个月（1992年4月-1993年 3月）NDVI最大值的合成数据，将全球各大洲土地 覆被类型划分为17个类别[14（] 见表4）。美国马里兰 大学（University of Maryland）也以 1992 年-1993 年 的NOAA-AVHRR遥感数据为基础，采用监督分类 树的方法，用由AVHRR 5个波段和NDVI计算而得 的 41 个指数，针对全球区域建立了 14 类别的 UMd 分类系统。UMd分类系统与IGBP分类系统大体一 致，只是去除了永久湿地、农田与自然植被镶嵌体、 冰雪这三个类别，可以说是一种简化的 IGBP 分类 系统[15] 。 当前以 MODIS遥感数据为基础的全球土地覆 盖产品（MOD12）也采用了IGBP分类系统，该产品是 利用2000年-2001年的1km TERRA/MODIS数据，采 用决策树和人工神经网络方法分类得到。为提高分 类结果的适用性，各个大洲的分类独立进行[16-17] 。 IGBP土地覆被分类系统更多地反映了土地覆被 中地表的生理参数特征，体现了植被状况在土地覆被 中的重要性，由于分类结果对应着定量化的物理指 标，因此分类相对简单，但灵活性和兼容性较差。 2.4 FAO的土地覆被分类系统 1996 年联合国粮农组织（FAO，Food and Agri⁃ culture Organization）建立了一个标准的、全面的土 地覆被分类系统—— LCCS（Land Cover Classifica⁃ tion System）。该分类系统主要分两个阶段：第一步 是二分法分类阶段（Dichotomous），定义了8个主要 的土地覆被类型（见表5）；第二步是模块化的分层 分类阶段（Modular-hierarchical），在第一步的基础 上，使用预先定义的分类标准，得到进一步的分类 [18-19] 。该系统是一个开放的系统，每个使用者可以 根据自己的需要在第一步分类的基础上灵活扩展， 编码 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 类型 常绿针叶林 常绿阔叶林 落叶针叶林 落叶阔叶林 混交林 郁闭灌木林 稀疏灌木林 有林草地 稀树草原 草地 永久湿地 农田 城镇与建成区 农田与自然植被镶嵌体 冰雪 裸地 水体 含义 覆盖度>60%和高度超过2m，且常年绿色，针状叶片的乔木林地 覆盖度>60%和高度超过2m，且常年绿色，具有较宽叶片的乔木林地 覆盖度>60%和高度超过2m，且有一定的落叶周期，针状叶片的乔木林地 覆盖度>60%和高度超过2m，且有一定的落叶周期，具有较宽叶片的乔木林地 前四种森林类型的镶嵌体，且每种类型的覆盖度不超过60% 覆盖度>60%，高度低于2m，常绿或落叶的木本植被用地 覆盖度在10%～60%之间，高度低于2m，常绿或落叶的木本植被用地 森林覆盖度在30%～60%之间，高度超过2m，和草本植被或其它林下植被系统组成的混合用地类型 森林覆盖度在10%～30%之间，高度超过2 m，和草本植被或其它林下植被系统组成的混合用地类型 由草本植被类型覆盖，森林和灌木覆盖度小于10% 常年或经常覆盖着水（淡水、半咸水或咸水）与草本或木本植被的广阔区域，是介于陆地和水体之间的过渡带 指由农作物覆盖，包括作物收割后的裸露土地；永久的木本农作物可归类于合适的林地或者灌木覆盖类型 被建筑物覆盖的土地类型 指由农田、乔木、灌木和草地组成的混合用地类型，且任何一种类型的覆盖度不超过60% 指常年由积雪或者冰覆盖的土地类型 指裸地、沙地、岩石，植被覆盖度不超过10% 海洋、湖泊、水库和河流，可以是淡水或咸水 表4 IGBP全球土地覆被分类系统 Table 4 IGBP global land cover classification system 植被覆盖区域 陆地 人工耕作区 自然/半自然陆地 水域/规律性洪泛区 人工耕作区 自然/半自然水域 无植被覆盖区域 陆地 人工 陆地表面 裸地 水域/规律性洪泛区 人工水体 自然水体 表5 FAO土地覆被分类系统 Table 5 FAO land cover classification system 1198
张景华等:土地利用/土地覆被分类系统研究进展 l199 2011年6月 从而得到所需要的土地覆被分类系统。因此,该系的土地利用调查与制图以地区性野外调查为主。 统普遍适用于不同数据源、不同地区、不同尺度的50年代,随着航空摄影测量的发展,航空像片开始 研究。 用于各领域的土地利用调查与制图。70年代,我国 FAO土地覆被分类系统建立后,对世界范围的卫星遥感技术开始起步,到70年代中后期,卫星遥 土地覆被分类产生了较大影响。首先在非洲尼罗感技术开始广泛应用于我国土地资源调查等各个 河流域的10个国家进行的非洲覆盖计划( Africover方面叫。 Project)中得以应用,该项目建立了流域各国土地覆 我国在土地利用调查与制图过程中制订了 被地理信息数据库,为流域各国的环境管理与规划系列土地利用分类方案,其中具有代表性的有:《中 提供决策支持。联邦地理数据委员会的土地覆被国1:100万土地利用图》采用的三级分类系统、《土 工作小组在19年-1998年建立了一套土地覆被地利用现状调查技术规程》、《全国土地分类》试行 分类标准ECCS( Earth Cover Classification Stan-标准和《土地利用现状分类》国家标准等。同时,随 dard),该标准是根据FAO分类系统建立起来的,其着遥感技术的发展,遥感数据在土地利用现状调查 设计思想和FAO分类系统基本相同。欧盟联合中的优势逐步显现出来,适用于遥感数据的土地利 研究中心利用1999年11月1日到2000年12月31用土地覆被分类系统也逐渐发展起来。 日的sPoT4/VGT数据对全球的土地覆被类型3.1《中国1:100万土地利用图》分类系统 (GLC2000, Global land cover2000)进行划分,也使 1980年代由中国科学院地理研究所主持,按照 用了LCCS分类系统,并将全球分为22个土地覆被统一制图规范组织全国41个单位,历时9年协作完 类别(见表6)。 成的《中国1:100万土地利用图》是我国第一套全面 此外,国外的土地覆被分类系统还有生物圈与而系统地反映我国土地利用现状特征及其分布规 大气圈传输分类系统、植被生命期分类系统門、简律的大型专题图集。为了如实反映我国土地利用 单生物圈模型分类系统叫简单生物圈2模型分类类型和地域分布的基本特征,在编制全国1:100万 系统叫等。这些分类系统主要以植被的冠层结构和土地利用图时采用了三级分类。其中第一级主要 生物物理特征作为划分依据,更多是用于全球生物根据国民经济部门构成,分为10个类型,即:耕地 地球化学循环模拟研究。 园地、林地、牧草地、水域和湿地、城镇用地、工矿用 3国内土地利用/土地覆被分类系统地、交通用地、特殊用地、其他用地。第二级主要根 我国以近代科学理论和方法研究土地利用问据土地利用条件和经营方式,分为42个类型,如耕 题始于1930年代,地理学家胡焕庸等早在30年代地中分为水田、水浇地、旱地、菜地;林地分为用材 初就进行过比较系统的土地利用调查研究。当时林、经济林、防护林、灌木林;草地分为天然草地与 人工草地。第三级主要根据地形条件 表6GLC2000土地覆被分类系统 和利用特点,分为35个类型,如水田分 Table 6 GLC2000 land cover classification system 为平地水田和山区梯田;用材林分为针 编码类型名 编码类型名 叶林、阔叶林、混交林;天然草地分为草 1常绿阔叶林 12落叶灌丛(有/无稀疏树木层) 甸草原、干草原、荒漠草原、高寒荒漠草 2郁闭落叶阔叶林 13草本植被 原、高山草地、高山草坡等。这套土地 3稀疏落叶阔叶林 14稀疏草本植被或稀疏灌丛 利用分类系统和国外相比,分类详细, 4常绿针叶林 5落叶针叶林 15灌丛草本植被覆盖的规律性洪泛区层次清楚,较好地反映我国土地利用特 16耕地 6针阔混交林 17农田、树木和其他自然植被镶嵌体 征及分布规律。 7有林的规律性洪泛区,淡水18农田、灌丛和草本植被镶嵌体 3.2国家土地利用分类系统 8有林的规律性洪泛区,咸水19荒地 1984年国务院部署开展了第一次 9林地和其他自然植被镶嵌体20水体(自然和人工) 全国土地调查。为了规范调查成果,全 10有林火烧地 21冰雪(自然和人工) 国农业区划委员会制定《土地利用现状 11常绿灌丛(有/无稀疏树木层)22人工表面和相关区域 调查技术规程》,规定了土地利用现状 weIci resct. cn 91994-2011ChinaAcademicJournalelEctronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
2011年6月 张景华等：土地利用/土地覆被分类系统研究进展 http://www.resci.cn 从而得到所需要的土地覆被分类系统。因此，该系 统普遍适用于不同数据源、不同地区、不同尺度的 研究。 FAO 土地覆被分类系统建立后，对世界范围的 土地覆被分类产生了较大影响。首先在非洲尼罗 河流域的10个国家进行的非洲覆盖计划（Africover Project）中得以应用，该项目建立了流域各国土地覆 被地理信息数据库，为流域各国的环境管理与规划 提供决策支持[20] 。联邦地理数据委员会的土地覆被 工作小组在 1996 年-1998 年建立了一套土地覆被 分 类 标 准 ECCS（Earth Cover Classification Stan⁃ dard），该标准是根据FAO分类系统建立起来的，其 设计思想和 FAO 分类系统基本相同[21] 。欧盟联合 研究中心利用 1999 年 11 月 1 日到 2000 年 12 月 31 日 的 SPOT4/VGT 数 据 对 全 球 的 土 地 覆 被 类 型 （GLC2000，Global Land Cover2000）进行划分，也使 用了LCCS分类系统，并将全球分为22个土地覆被 类别[22-23（] 见表6）。 此外，国外的土地覆被分类系统还有生物圈与 大气圈传输分类系统[24] 、植被生命期分类系统[25] 、简 单生物圈模型分类系统[26] 、简单生物圈 2 模型分类 系统[27] 等。这些分类系统主要以植被的冠层结构和 生物物理特征作为划分依据，更多是用于全球生物 地球化学循环模拟研究。 3 国内土地利用/土地覆被分类系统 我国以近代科学理论和方法研究土地利用问 题始于 1930 年代，地理学家胡焕庸等早在 30 年代 初就进行过比较系统的土地利用调查研究[8] 。当时 的土地利用调查与制图以地区性野外调查为主。 50年代，随着航空摄影测量的发展，航空像片开始 用于各领域的土地利用调查与制图。70年代，我国 卫星遥感技术开始起步，到70年代中后期，卫星遥 感技术开始广泛应用于我国土地资源调查等各个 方面[28] 。 我国在土地利用调查与制图过程中制订了一 系列土地利用分类方案，其中具有代表性的有：《中 国1∶100万土地利用图》采用的三级分类系统、《土 地利用现状调查技术规程》、《全国土地分类》试行 标准和《土地利用现状分类》国家标准等。同时，随 着遥感技术的发展，遥感数据在土地利用现状调查 中的优势逐步显现出来，适用于遥感数据的土地利 用/土地覆被分类系统也逐渐发展起来。 3.1 《中国1∶100万土地利用图》分类系统 1980年代由中国科学院地理研究所主持，按照 统一制图规范组织全国41个单位，历时9年协作完 成的《中国1∶100万土地利用图》是我国第一套全面 而系统地反映我国土地利用现状特征及其分布规 律的大型专题图集。为了如实反映我国土地利用 类型和地域分布的基本特征，在编制全国1∶100万 土地利用图时采用了三级分类。其中第一级主要 根据国民经济部门构成，分为10个类型，即：耕地、 园地、林地、牧草地、水域和湿地、城镇用地、工矿用 地、交通用地、特殊用地、其他用地。第二级主要根 据土地利用条件和经营方式，分为42个类型，如耕 地中分为水田、水浇地、旱地、菜地；林地分为用材 林、经济林、防护林、灌木林；草地分为天然草地与 人工草地。第三级主要根据地形条件 和利用特点，分为35个类型，如水田分 为平地水田和山区梯田；用材林分为针 叶林、阔叶林、混交林；天然草地分为草 甸草原、干草原、荒漠草原、高寒荒漠草 原、高山草地、高山草坡等。这套土地 利用分类系统和国外相比，分类详细， 层次清楚，较好地反映我国土地利用特 征及分布规律[8] 。 3.2 国家土地利用分类系统 1984 年国务院部署开展了第一次 全国土地调查。为了规范调查成果，全 国农业区划委员会制定《土地利用现状 调查技术规程》，规定了土地利用现状 编码 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 类型名 常绿阔叶林 郁闭落叶阔叶林 稀疏落叶阔叶林 常绿针叶林 落叶针叶林 针阔混交林 有林的规律性洪泛区，淡水 有林的规律性洪泛区，咸水 林地和其他自然植被镶嵌体 有林火烧地 常绿灌丛（有/无稀疏树木层） 编码 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 类型名 落叶灌丛（有/无稀疏树木层） 草本植被 稀疏草本植被或稀疏灌丛 灌丛/草本植被覆盖的规律性洪泛区 耕地 农田、树木和其他自然植被镶嵌体 农田、灌丛和草本植被镶嵌体 荒地 水体（自然和人工） 冰雪（自然和人工） 人工表面和相关区域 表6 GLC2000土地覆被分类系统 Table 6 GLC2000 land cover classification system 1199