随着科学技术的进步,人类对土地的利用强度不断增强,导致了地表生物地球化学循环、水文过程和景观动态的快速变化,土地利用也成为当前人类活动对全球变化的重要影响因素。土地覆盖变化是人类对土地利用方式和强度的最直接体现,因此,土地覆盖变化及其时空规律研究已经成为当前全球变化研究的热点问题。遥感能够快速、准确地获取大范围地表变化信息,已经成为当前土地覆盖变化研究的主要手段。地表变化是一个长期、动态的复杂过程,仅仅通过少数几个时间点的研究难以全面有效地反映其真实的变化和规律,而是需要长时间、持续的观测资料。随着遥感技术的发展和成熟,目前已经实现了对地球的多尺度、高动态持续观测,迄今为止已经积累了大量遥感影像资料,详细地记录了各种地表变化过程和轨迹。但是,这些长时间序列遥感影像记录的除了地表随植被物候、气候条件等变化而产生的变化信息之外,同时也包含了传感器自身及其受大气条件等各种因素的影响产生的噪声,从遥感数据中提取真实的土地覆盖类型变化信息必须剔除干扰信息的影响。因此,基于长时间序列遥感影像的土地覆盖变化检测技术也是当前研究的难点问题之一。当前对于多时相遥感变化检测方法的研究还主要是借鉴两时相变化检测理论,对于从多时相遥感影像直接提取变化信息,尽管有许多学者从不同角度展开了研究,但是总的来说,理论基础仍显薄弱。NDVI作为一个重要遥感参数,能够敏感地反映出植被生长状况、生物物理化学性质及生态系统参数的变化,在一定程度上反映了像元所对应区域的土地覆盖类型的综合情况,因而在土地覆盖变化遥感研究中通常用植被指数的变化来代替土地覆盖变化状况进行定量研究。本文也利用时序NDVI影像开展土地覆盖变化研究。本文从土地覆盖类型变化的异常性本质出发,分析土地覆盖在时序信息上的表现特征,将土地覆盖变化与时序异常度关联。并基于NDVI对土地覆盖类型的响应特征,利用NDVI时序影像提取和异常点检测原理提取土地覆盖变化信息。文章的主要工作内容和创新点如下：1)提出基于时空相关的长时间序列NDVI数据集时序重建方法：针对长时间序列NDVI数据中包含噪声过多的问题,在对现有方法总结的基础上,提出了一种综合利用时序滤波和空间滤波的NDVI时序数据集重建方案。该方案基于NDVI在时序上的连续性,利用SG滤波模拟NDVI季节变化规律,滤除短期大气噪声,并首次将其应用于长时间序列NDVI数据时序重建；基于年际异常变化判断对SG滤波无法去除的、由长时间云覆盖造成的失真值进行补偿；基于地物的空间相关性,利用空间滤波消除了边缘异常值,最终获取到高质量的NDVI时序数据集；2)分析了NDVI时空变化及其土地覆盖类型响应规律：综合利用各种指标对NDVI的时空变化规律进行深入研究,分析了NDVI的时空分布、年内和年际时空变化规律；结合DEM和土地覆盖等辅助数据,探索NDVI的时空变化对土地覆盖类型的响应关系。研究发现NDVI变化与土地覆盖类型密切相关；同时,各种土地覆盖类型发生变化时,其NDVI的绝对变化值具有明显的时空分异特征；3)提出基于时序异常点探测原理的土地覆盖变化检测方法：从土地覆盖变化在时序上的异常性本质出发,通过分析各种土地覆盖变化场景下的NDVI年际变化规律,将土地覆盖类型的变化与NDVI异常度关联,首次提出基于异常点检测的土地覆盖变化检测理论,为现有的变化检测中由于空间异质性导致的空间阈值相异问题提供了新的解决思路。在分析时空异常点检测方法的基础上,针对NDVI数据集时序样本点较少的特点,综合考虑数据时空相关性,提出适用于现有NDVI数据集的土地覆盖变化异常检测方案,并利用实验证明了该方法的可行性；4)提出一种基于时序曲线相似度的多维向量综合变化检测指标ICDI,有效抑制了物候偏移对土地覆盖变化检测精度的影响,并结合时序异常点探测方法提出时序NDVI土地覆盖变化检测方法：基于时序NDVI的土地覆盖变化检测的精度主要取决于对时序曲线相似度的描述能力,而现有的土地覆盖变化检测指标主要是分别从曲线相似系数或者距离出发设计的；本文通过深入分析土地覆盖变化及其NDVI响应曲线的季节特征,提出了一种综合考虑波形和波距的多维向量综合变化检测指标ICDI。该指标大大改善了现有变化检测指标对于年际物候偏移造成的精度损失问题,并具备良好的抗噪性。在此基础上,结合时空异常点检测方法,提出了一套针对时序NDVI影像,基于信号相似度和异常点检测理论的土地覆盖变化方案,并应用于江西省多年土地覆盖变化检测实践；5)对于土地覆盖变化这样一个复杂问题,采用较易获取的遥感参数NDVI展开研究,并构建了一个可行的研究体系。在对NDVI时空变化规律及其对土地覆盖变化响应研究的基础上,将NDVI变化与土地覆盖变化相关联,基于NDVI时序信息对土地覆盖变化类型的表征能力,从多个角度出发研究了基于NDVI时序数据的土地覆盖变化检测方法,并针对具体应用问题提出一套完整的解决方案,为土地覆盖变化检测理论提供了新的方法和思路。