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[摘要]土地覆盖变化是全球变化研究中的一个重要内容，而建立标准的土地覆盖分类系统又是研究土地覆盖变化的前提，它影响分类结果的表达形式，决定土地覆盖数据的应用领域。本文利用FAO的土地覆盖分类系统(LCCS)结合MODIS数据的识别能力建立了中国基于MODIS土地覆盖制图分类系统，最终得到21种土地覆盖类型及各类型的标准定义、制图代码。为利用MODIS数据进行全国的土地覆盖相关研究提供依据。结果表明LCCS能针对不同分类目的、数据制定灵活的分类系统。
[关键词]MODIS；土地覆盖；分类系统；FAO；LCCS
[中图分类号]F301 [文献标识码]A [文章编号]1671-8372(2007)02-0078-06
一、引言
分类是将对象依据它们之间的相互关系进行排序和重置形成的特定组合，土地覆盖分类即使用已经定义好的诊断属性(分类器)对实际土地覆盖类型的概括。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，土地利用分类系统是基于人类对土地利用方式的认识划分的，植被分类系统是植物学上依据植物群落的特征定义的植物分类系统。由于对地观测技术的发展，遥感广泛地应用于土地覆盖和全球变化等大尺度的科学研究，然而土地利用和植被分类系统中规定的类别有些在遥感中无法识别，因此很多学者结合遥感获取地表地物属性特征的能力，提出了土地覆盖分类系统。
国内外现有土地覆盖分类系统虽得到广泛应用，但大都适用于特定研究目的(例如为统计分析或城市发展需要)、研究尺度。一个标准分类系统应独立于研究尺度和制图表现技法并与分类数据和制图方法无关。国际粮农组织(Federal Agricultural Organization，FAO)的土地覆盖分类系统(land cover classificationsystem，LCCS)适用于不同的使用者，使用者只利用分类系统中的一部分，并根据自己的需要进行扩展。本文研究利用FAO LCCS建立适合于MODIS数据的中国土地覆盖制图分类系统，为建立全国在该尺度土地覆盖研究的标准分类系统提供参考。
二、FAO分类系统
(一)FAO分类系统简介
LCCS是事先定义的标准化分类系统，由FAO及联合国环境组织(United Nations Environment Programme，UNEP)开发完成，该系统建立的主要目的为：第一，整合现有分类系统。现阶段不同国家、研究领域之间的分类系统差异很大，不存在可比性，造成不必要的重复工作。FAO分类系统通过添加分类属性，可得到自然界中存在的所有覆盖类型，并提供现有分类系统与FAO分类系统的转化模块。通过这个功能实现不同系统的数据分析与比较。第二，实现全球土地覆盖及变化信息的标准化，满足不同研究地区及使用者的需要作为标准的分类系统进行普及应用。
(二)FAO LCCS原理
LCCS的建立参考了许多国际上广泛应用的土地覆盖分类系统，如：联邦地理数据委员会(U.S.FederalGeographic Data Committee，FGDC)的土地覆盖分类系统以及国际地圈与生物圈计划(International Geosphere-Biosphere Progrmm，IGBP)的分类系统。但是LCCS在类别描述上有重大突破，由于自然界的空间异质性，土地覆盖类型繁多，分类系统要包括所有类别非常困难。LCCS不是由类型名称组成，而是利用不同分类器的组合来反映现实世界。该分类系统分为两个阶段
第一阶段为二叉树阶段(Dichotomous Phase)，由一系列独立的诊断属性(分类器)来定义8个主要的土地覆盖类型，分别为耕种或人为管理的陆地植被、自然陆地植被、耕种或人为管理的水生植被、自然水生植被、人造连片非植被覆盖区域、裸地、人工水域(包括人工冰雪)、天然水体及冰雪覆盖。这些诊断属性按照分层结构设计，使用者可以通过逐层添加属性实现最终类别的选择，虽然LCCS只是一个树状分类系统，但是实质上制定了一个分类规范，可以减少由于解译人员和解译过程的不同而产生的误差。
第二阶段为模型化的分层分类阶段(Modular—Hierarchical Phase)，通过添加各种分类属性，对上一阶段得到的8种主要类型进行拆分。添加的分类属性分为三类：一类是纯的土地覆盖分类器，添加的分类属性越多制图精度越详细；一类是环境属性，即气候、地形、海拔高度、土壤、岩性及侵蚀等对土地覆盖有影响的一些外部因素。第三类是特定技术属性，例如，耕地添加作物类型属性，裸土添加土壤类型属性。所有植被类型都由一系列植被特征属性来区分，例如，叶形、覆盖度、高度(天然植被)及空间分布等。非植被覆盖类型由表面特性、分布状态、密度、高度或深度等属性组合进行定义。
三、土地覆盖分类系统的建立
本研究采用LCCS树状分类系统并结合MODIS数据的分辨能力定义土地覆盖类别，建立中国的土地覆盖分类系统。以下分别按照两个阶段的步骤建立分类系统：
(一)二叉树阶段
二叉树阶段，由一系列独立的诊断属性(分类器)来定义8个主要的土地覆盖类型。根据分类数据的特点可以将最终类别停留在这一阶段，具体得到的类别及分类所用的分类属性。
该分类方法首先是通过植被盖度属性将地表覆盖分成植被覆盖和无植被覆盖两种土地覆盖类型；第二层根据生长环境属性分成陆生植被覆盖、水生植被覆盖、陆生无植被覆盖和水生无植被覆盖四种土地覆盖类型；第三层根据生长方式和形成条件属性，主要是区分人工和天然植被，第一阶段结束，最终将地表覆盖分成8个主要的土地覆盖类别。由于受到MODIS数据空间分辨率的影响，其中灰色标出的土地覆盖类别作为最终的土地覆盖类别，不再参与第二阶段的划分。这里对于人工种植的陆生(水生)植被中应包括灌木及木本的人工种植类型，但这些类型往往与灌木和林地混杂起来，若利用MODIS对该类别进行识别只能是通过添加辅助信息实现。由于中国区域没有水生灌丛及乔木的类型，因此对于天然半天然植被覆盖主要指沼泽湿地。人工陆地无植被覆盖类型指城市及建成区区域。这四种类型作为MODIS全国土地覆盖制图的最终类型。
(二)模块化的分层分类阶段
该阶段是在二叉树阶段的基础上，通过添加不同属性进行更加细致的划分，由于在第一个阶段分类过程中旱地或水浇地、水田、湿地和城市建成区4种土地覆盖类型已经作为分类系统的最终类别，在这一阶段主要是对其他几种土地覆盖类别进行细分。
对天然或半天然的陆生植被覆盖类型的分类，首先根据不同的生长形态将其分为森林、草原、灌丛和混合类型4种；对于森林主要是通过叶的形态和植物物候两个属性进行细分，根据叶的形态将森林分为针叶林、阔叶林和混交林，根据植物物候又进一步分成常绿针叶林、落叶针叶林、常绿阔叶林和落叶阔叶林4种。盖度作为诊断属性将草地分为高、中、低盖度草地，灌丛也是根据盖度不同分为郁闭和开放灌丛2种。混合类型则根据各土地覆盖类型的比例和混合结构进行划分，分为稀树草原、自然植被与农用地混交2种类型。
为对天然陆地无植被覆盖类型进行的划分，首先根据地表的形态(固化程度)将该类划分成固定无植被覆盖类型和非固定无植被覆盖类型，再根据各类的特点进一步得到最终的3个土地覆盖类别。
由MODIS数据的特点，对水域无植被类型不再进行人工或天然的划分，直接划分为水体和冰雪覆盖两类。
分类系统建立过程中所用分类器。
四、小结
分类系统的建立是进行土地覆盖分类工作的前提，目前国内外也存在很多土地覆盖分类系统，但大多是根据特定的研究目的、研究区域以及分类数据制定的，数据之间缺乏可比性，不同行业、部门各持一套数据，造成数据的浪费，数据共享困难。因此利用MODIS数据进行全国土地覆盖监测应采用多级分类系统，高级别上的土地覆盖类别应尽可能与国际标准一致，低级别要结合中国特有覆盖类型进行划分，另外兼顾MODIS数据的可分性。既能满足数据的比较和为建立全球土地覆盖资源数据库服务，又能满足中国区域尺度上的研究，使用者可以根据自己的需要，采用多分类器对土地覆盖类型进行分类。
LCCS是FAO为了解决数据共享和汇总的问题建立起来的，该系统改变了传统的分类系统定义固定类别名称的方式，而是通过土地覆盖属性来表示。使用者可以根据自己的研究需要设定分类系统。本文利用该分类系统，根据MODIS数据特点建立了全国土地覆盖分类系统，共包括21个类型，并给出了不同类型所使用的分类属性、代码及标准定义。结果表明，LCCS能针对不同分类目的、数据制定灵活的分类系统，能够方便快捷地得到研究区分类系统，并可以通过分类属性与其他数据库建立关系，便于对数据的汇总、细分，是一个比较理想的土地覆盖分类系统。
[关键词]MODIS；土地覆盖；分类系统；FAO；LCCS
[中图分类号]F301 [文献标识码]A [文章编号]1671-8372(2007)02-0078-06
一、引言
分类是将对象依据它们之间的相互关系进行排序和重置形成的特定组合，土地覆盖分类即使用已经定义好的诊断属性(分类器)对实际土地覆盖类型的概括。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，土地利用分类系统是基于人类对土地利用方式的认识划分的，植被分类系统是植物学上依据植物群落的特征定义的植物分类系统。由于对地观测技术的发展，遥感广泛地应用于土地覆盖和全球变化等大尺度的科学研究，然而土地利用和植被分类系统中规定的类别有些在遥感中无法识别，因此很多学者结合遥感获取地表地物属性特征的能力，提出了土地覆盖分类系统。
国内外现有土地覆盖分类系统虽得到广泛应用，但大都适用于特定研究目的(例如为统计分析或城市发展需要)、研究尺度。一个标准分类系统应独立于研究尺度和制图表现技法并与分类数据和制图方法无关。国际粮农组织(Federal Agricultural Organization，FAO)的土地覆盖分类系统(land cover classificationsystem，LCCS)适用于不同的使用者，使用者只利用分类系统中的一部分，并根据自己的需要进行扩展。本文研究利用FAO LCCS建立适合于MODIS数据的中国土地覆盖制图分类系统，为建立全国在该尺度土地覆盖研究的标准分类系统提供参考。
二、FAO分类系统
(一)FAO分类系统简介
LCCS是事先定义的标准化分类系统，由FAO及联合国环境组织(United Nations Environment Programme，UNEP)开发完成，该系统建立的主要目的为：第一，整合现有分类系统。现阶段不同国家、研究领域之间的分类系统差异很大，不存在可比性，造成不必要的重复工作。FAO分类系统通过添加分类属性，可得到自然界中存在的所有覆盖类型，并提供现有分类系统与FAO分类系统的转化模块。通过这个功能实现不同系统的数据分析与比较。第二，实现全球土地覆盖及变化信息的标准化，满足不同研究地区及使用者的需要作为标准的分类系统进行普及应用。
(二)FAO LCCS原理
LCCS的建立参考了许多国际上广泛应用的土地覆盖分类系统，如：联邦地理数据委员会(U.S.FederalGeographic Data Committee，FGDC)的土地覆盖分类系统以及国际地圈与生物圈计划(International Geosphere-Biosphere Progrmm，IGBP)的分类系统。但是LCCS在类别描述上有重大突破，由于自然界的空间异质性，土地覆盖类型繁多，分类系统要包括所有类别非常困难。LCCS不是由类型名称组成，而是利用不同分类器的组合来反映现实世界。该分类系统分为两个阶段
第一阶段为二叉树阶段(Dichotomous Phase)，由一系列独立的诊断属性(分类器)来定义8个主要的土地覆盖类型，分别为耕种或人为管理的陆地植被、自然陆地植被、耕种或人为管理的水生植被、自然水生植被、人造连片非植被覆盖区域、裸地、人工水域(包括人工冰雪)、天然水体及冰雪覆盖。这些诊断属性按照分层结构设计，使用者可以通过逐层添加属性实现最终类别的选择，虽然LCCS只是一个树状分类系统，但是实质上制定了一个分类规范，可以减少由于解译人员和解译过程的不同而产生的误差。
第二阶段为模型化的分层分类阶段(Modular—Hierarchical Phase)，通过添加各种分类属性，对上一阶段得到的8种主要类型进行拆分。添加的分类属性分为三类：一类是纯的土地覆盖分类器，添加的分类属性越多制图精度越详细；一类是环境属性，即气候、地形、海拔高度、土壤、岩性及侵蚀等对土地覆盖有影响的一些外部因素。第三类是特定技术属性，例如，耕地添加作物类型属性，裸土添加土壤类型属性。所有植被类型都由一系列植被特征属性来区分，例如，叶形、覆盖度、高度(天然植被)及空间分布等。非植被覆盖类型由表面特性、分布状态、密度、高度或深度等属性组合进行定义。
三、土地覆盖分类系统的建立
本研究采用LCCS树状分类系统并结合MODIS数据的分辨能力定义土地覆盖类别，建立中国的土地覆盖分类系统。以下分别按照两个阶段的步骤建立分类系统：
(一)二叉树阶段
二叉树阶段，由一系列独立的诊断属性(分类器)来定义8个主要的土地覆盖类型。根据分类数据的特点可以将最终类别停留在这一阶段，具体得到的类别及分类所用的分类属性。
该分类方法首先是通过植被盖度属性将地表覆盖分成植被覆盖和无植被覆盖两种土地覆盖类型；第二层根据生长环境属性分成陆生植被覆盖、水生植被覆盖、陆生无植被覆盖和水生无植被覆盖四种土地覆盖类型；第三层根据生长方式和形成条件属性，主要是区分人工和天然植被，第一阶段结束，最终将地表覆盖分成8个主要的土地覆盖类别。由于受到MODIS数据空间分辨率的影响，其中灰色标出的土地覆盖类别作为最终的土地覆盖类别，不再参与第二阶段的划分。这里对于人工种植的陆生(水生)植被中应包括灌木及木本的人工种植类型，但这些类型往往与灌木和林地混杂起来，若利用MODIS对该类别进行识别只能是通过添加辅助信息实现。由于中国区域没有水生灌丛及乔木的类型，因此对于天然半天然植被覆盖主要指沼泽湿地。人工陆地无植被覆盖类型指城市及建成区区域。这四种类型作为MODIS全国土地覆盖制图的最终类型。
(二)模块化的分层分类阶段
该阶段是在二叉树阶段的基础上，通过添加不同属性进行更加细致的划分，由于在第一个阶段分类过程中旱地或水浇地、水田、湿地和城市建成区4种土地覆盖类型已经作为分类系统的最终类别，在这一阶段主要是对其他几种土地覆盖类别进行细分。
对天然或半天然的陆生植被覆盖类型的分类，首先根据不同的生长形态将其分为森林、草原、灌丛和混合类型4种；对于森林主要是通过叶的形态和植物物候两个属性进行细分，根据叶的形态将森林分为针叶林、阔叶林和混交林，根据植物物候又进一步分成常绿针叶林、落叶针叶林、常绿阔叶林和落叶阔叶林4种。盖度作为诊断属性将草地分为高、中、低盖度草地，灌丛也是根据盖度不同分为郁闭和开放灌丛2种。混合类型则根据各土地覆盖类型的比例和混合结构进行划分，分为稀树草原、自然植被与农用地混交2种类型。
为对天然陆地无植被覆盖类型进行的划分，首先根据地表的形态(固化程度)将该类划分成固定无植被覆盖类型和非固定无植被覆盖类型，再根据各类的特点进一步得到最终的3个土地覆盖类别。
由MODIS数据的特点，对水域无植被类型不再进行人工或天然的划分，直接划分为水体和冰雪覆盖两类。
分类系统建立过程中所用分类器。
四、小结
分类系统的建立是进行土地覆盖分类工作的前提，目前国内外也存在很多土地覆盖分类系统，但大多是根据特定的研究目的、研究区域以及分类数据制定的，数据之间缺乏可比性，不同行业、部门各持一套数据，造成数据的浪费，数据共享困难。因此利用MODIS数据进行全国土地覆盖监测应采用多级分类系统，高级别上的土地覆盖类别应尽可能与国际标准一致，低级别要结合中国特有覆盖类型进行划分，另外兼顾MODIS数据的可分性。既能满足数据的比较和为建立全球土地覆盖资源数据库服务，又能满足中国区域尺度上的研究，使用者可以根据自己的需要，采用多分类器对土地覆盖类型进行分类。
LCCS是FAO为了解决数据共享和汇总的问题建立起来的，该系统改变了传统的分类系统定义固定类别名称的方式，而是通过土地覆盖属性来表示。使用者可以根据自己的研究需要设定分类系统。本文利用该分类系统，根据MODIS数据特点建立了全国土地覆盖分类系统，共包括21个类型，并给出了不同类型所使用的分类属性、代码及标准定义。结果表明，LCCS能针对不同分类目的、数据制定灵活的分类系统，能够方便快捷地得到研究区分类系统，并可以通过分类属性与其他数据库建立关系，便于对数据的汇总、细分，是一个比较理想的土地覆盖分类系统。