應(yīng)用高分影像的內(nèi)外業(yè)一體化地形圖制作研究

歐陽君

摘 要：衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)具有現(xiàn)勢性好、時空分辨率高等優(yōu)點，能及時、準(zhǔn)確、快速地反映土地利用變化情況。本文針對土地整理過程中地形圖繪制問題，應(yīng)用QuickBird高分影像，探討了基于內(nèi)業(yè)解譯勾繪和外業(yè)調(diào)繪一體的地形圖編制技術(shù)。

關(guān)鍵詞：高分辨率遙感 土地利用調(diào)查 土地整理

中圖分類號：P205 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）05（c）-0000-00

“十分珍惜和合理利用土地，切實保護(hù)耕地”是我國的基本國策。當(dāng)前我國正處在全面構(gòu)建和諧社會、推進(jìn)新農(nóng)村、加快城鎮(zhèn)化進(jìn)程的新形勢下，人地矛盾越來越突出。土地開發(fā)整理能有效增加耕地面積，提高耕地質(zhì)量，改善農(nóng)村農(nóng)業(yè)環(huán)境，是緩和人地矛盾，協(xié)調(diào)人與自然，實現(xiàn)土地資源可持續(xù)發(fā)展的有效措施，具有十分重要的現(xiàn)實意義。土地開發(fā)整理的前期規(guī)劃實施必須通過調(diào)查和測繪項目區(qū)的地形圖，因此，如何快速高效地開展項目區(qū)的地形圖測繪在土地開發(fā)整理中占據(jù)著極其重要的位置。

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，衛(wèi)星遙感技術(shù)得到了突破性進(jìn)展，隨著商用衛(wèi)星IKONOS，QuickBird相繼發(fā)射成功，衛(wèi)星遙感突破了米級空間分辨率的局限，極大地促進(jìn)了各應(yīng)用行業(yè)的科技進(jìn)步和管理水平。高分辨率衛(wèi)星籍管理等工作。

遙感在國土資源調(diào)查評價、土地利用動態(tài)監(jiān)測、土地更新調(diào)查以及大中比例尺地形圖測繪等方面已取得顯著成績。本文主要介紹高分辨率遙感數(shù)據(jù)在土地整理工作中大中比例尺地形圖測繪方面的應(yīng)用。

1 衛(wèi)星遙感技術(shù)在土地整理中地形圖測繪上的優(yōu)勢

早期的土地整理使用的基礎(chǔ)圖件為數(shù)年前的土地利用現(xiàn)狀圖，已經(jīng)變化的土地利用情況則采用實地調(diào)查的方式進(jìn)行部分變更，以變更后的土地利用現(xiàn)狀圖為底圖進(jìn)行土地整理規(guī)劃和設(shè)計。由于土地利用現(xiàn)狀圖存在精度不足及時效性的限制，同時受客觀條件及主觀因素影響，規(guī)劃和設(shè)計的精度較低。目前的土地整理項目對項目區(qū)地形圖的精度和現(xiàn)勢性要求都較高，單靠野外數(shù)字化采集數(shù)據(jù)方法可靠、精度也較高，但外業(yè)工作量大，且在地貌起伏大、植被覆蓋好的地段施測困難。應(yīng)用衛(wèi)星遙感技術(shù)可以充分發(fā)揮遙感技術(shù)的優(yōu)越性，能夠快速及時獲取土地整理區(qū)域的多時相數(shù)據(jù)，最大程度地保證監(jiān)測的及時性及現(xiàn)勢性，有效降低人為因素干擾，客觀反映實際情況，減少地形、地貌、海拔、氣候等自然因素的影響，最大程度地節(jié)省人力、物力和財力。隨著高分辨率遙感影像的普遍應(yīng)用以及遙感數(shù)字影像分類技術(shù)的發(fā)展，在專業(yè)的地理信息系統(tǒng)軟件平臺下，通過人機(jī)交互解譯，根據(jù)影像中各地類、地物的色調(diào)、形狀、陰影、紋理、位置和大小等特征，可直接勾繪出土地整理區(qū)域內(nèi)各地類地物邊界，同時賦予所勾繪的地物各種屬性，以便進(jìn)行下一步的數(shù)據(jù)統(tǒng)計與匯總工作，使工作效率大大提高，這一技術(shù)方法具有周期短、精度高、可操作性強(qiáng)、信息提取和更新速度快等特點。

2 研究方法

2.1總體思路

2.1.1數(shù)據(jù)源的選擇

首先要根據(jù)實際需要購買遙感影像數(shù)據(jù)源。影像分辨率是決定影像精度的一個重要指標(biāo)，影像精度要滿足相應(yīng)比例尺地圖對于影像識別能力和成圖精度要求，同時又要考慮成本。冗余的分辨率會增加衛(wèi)星影像購買成本和加重數(shù)據(jù)處理的負(fù)擔(dān)；而若分辨率達(dá)不到一定要求，就無法判讀細(xì)小的地物、降低衛(wèi)星影像圖視覺上形象、逼真的效果，滿足不了成圖精度。因此我們在選擇數(shù)據(jù)源時，并不是分辨率越高就越好，而是要針對現(xiàn)實情況，綜合考慮成本、數(shù)據(jù)的可得性、成圖比例尺等因素。QuickBird遙感影像，重訪周期1-6天，現(xiàn)勢性好，地面分辨率高（全色波段為0. 61米，多光譜為2. 44米），空間紋理清晰息。其多光譜波段光譜信息豐富，進(jìn)行屏幕矢量化時，成圖比例尺可達(dá)1：10000或1：5000；全色波段分辨率高達(dá)0. 61米，但因影像上地物顏色比較一致，無法準(zhǔn)確分辨地面復(fù)雜地物。因此，有必要進(jìn)行二者之間的數(shù)據(jù)融合，在保留QuickBird多光譜影像豐富的光譜信息的前提下提高其分辨率，增強(qiáng)圖像的視覺效果，提高地物判讀準(zhǔn)確性，一般來說，融合后的數(shù)據(jù)可以滿足精度1：2000比例尺圖件成圖的需要。圖1是部分融合后的QuickBird影像圖。

圖1 融合后的快鳥圖像

其次，遙感影像分辨率的選擇除了考慮不同比尺成圖對影像分辨率的要求，還要考慮現(xiàn)有可獲的遙感影像產(chǎn)品規(guī)格，在好幾種遙感數(shù)據(jù)都能滿足成圖比例尺的情況下，要考慮的是數(shù)據(jù)源的穩(wěn)定性、性價比以及選擇這種衛(wèi)星的何種等級的數(shù)據(jù)產(chǎn)品。再次，遙感影像的拍攝時間、拍攝時的天氣狀況也是選擇數(shù)據(jù)源時要考慮的。在土地整理工作中制作項目區(qū)地形圖，為保證現(xiàn)勢性，我們要盡量使用最新日期拍攝的數(shù)據(jù)為保證地面地物不被遮蓋，要盡量選擇無云或云量盡可能少的數(shù)據(jù)源。

2.1.2遙感數(shù)據(jù)處理

這里所說的遙感數(shù)據(jù)處理是指供應(yīng)商提供的影像到提供給作業(yè)員進(jìn)行影像解譯之間的一系列處理，影像處理的質(zhì)量也直接影響更新精度。影像提供給用戶之前一般都會根據(jù)用戶的要求進(jìn)行各種不同級別的處理。作為地形圖測繪，首先是 要將影像處理成正射影像，這時就需要供應(yīng)商提供IA級的處理（經(jīng)過輻射校正、CCD探測器陣列均衡化處理），其它校正由用戶完成。

遙感數(shù)據(jù)處理是以ERDAS、ENVI等專業(yè)圖像處理軟件、高配置計算機(jī)為平臺，通過對衛(wèi)星數(shù)據(jù)光譜特性的分析和圖像增強(qiáng)處理，達(dá)到有用信息豐富、可解譯性強(qiáng)的數(shù)字化過程。

值得說明的是，在對遙感影像進(jìn)行正射校正時，包括控制點選擇、糾正模型選取、幾何糾正精度檢查等。糾正計算的方法主要有物理模型、多項式和逐微分糾正幾種方式。多項式的校正精度與地面控制點（即GCP）的精度、分布和數(shù)量及校正影像的范圍有關(guān) ，對于二次多項式來說，適當(dāng)?shù)卦黾覩CP的數(shù)量可提高幾何精校正精度。GCP的均勻分布以及GCP的位置精度高，均可提高幾何校正精度。若GCP太少或其自身的定位誤差大，或分布不均勻，都會給整個圖像校正帶來較大影響。在實際工作中，也可以采用RTK技術(shù)野外采集控制點的方法來對遙感影像進(jìn)行校正。

2.2實現(xiàn)過程

2.2.1室內(nèi)解譯

解譯標(biāo)志是遙感圖象上能直接反映和判別地物信息的影像特征，它是室內(nèi)解譯的依據(jù)。主要從目標(biāo)地物的大小、形狀、陰影、色調(diào)、紋理、圖型和位置與周圍的關(guān)系等推斷出目標(biāo)地物的屬性等相關(guān)信息。外業(yè)調(diào)查是內(nèi)業(yè)解譯的基礎(chǔ)。通過實地調(diào)查，了解研究區(qū)的自然、社會、經(jīng)濟(jì)狀況和水土流失特點、水土保持治理措施等情況，并建立實際地類與影像的對應(yīng)關(guān)系，即影像解譯標(biāo)志。對于QuickBird這樣的高分辨率影像的解譯標(biāo)志比較好判斷，從圖像上基本可以辨別出地物類別。我們在土地整理工作的實際操作也只需要將居民點、道路、溝渠、林地、園地、旱地等地類特征直接沿影像特征的邊緣準(zhǔn)確勾劃出地類界線，進(jìn)行圖斑勾繪。如圖2所示。

圖2. 部分圖斑勾繪示意圖

在進(jìn)行室內(nèi)解譯時主要遵循以下原則：

（1）多尺度宏觀原則：在詳細(xì)解譯之前，首先對影像總體輪廓和研究區(qū)生態(tài)概況進(jìn)行研究，以獲取整個研究區(qū)宏觀生態(tài)分布類型。（2）先易后難，循序漸進(jìn)原則：整個遙感圖像目視解譯工作往往比較復(fù)雜，反復(fù)枯燥，工作量較大，需要有足夠的耐心，可遵循先易后難，循序漸進(jìn)的原則。

2.2.2外業(yè)調(diào)繪

室內(nèi)解譯過程結(jié)束后，要將解譯結(jié)果帶到野外進(jìn)行實地驗證 ，驗證的主要內(nèi)容是檢查解譯圖各圖斑的劃分與實際情況的一致性和范圍界限的準(zhǔn)確性，對解譯有誤的地方重新進(jìn)行解譯與修改；利用GPS先布設(shè)好圖根控制點，實測控制點坐標(biāo)，采集圖斑實地邊界和新增線狀地物的坐標(biāo)數(shù)據(jù)及相關(guān)幾何數(shù)據(jù)，并實地調(diào)查該變化圖斑的位置、土地利用狀況等屬性，將其填寫外業(yè)記錄表上.并繪制外業(yè)調(diào)繪圖。

2.2.3地形圖的制作

將野外采集的各種數(shù)據(jù)上傳至電腦中，在GIS平臺下利用數(shù)字成圖系統(tǒng)，對變化圖斑和新增圖斑以及新增線狀地物進(jìn)行矢量勾繪，并建立完整的拓?fù)潢P(guān)系，利用軟件相關(guān)功能計算出圖斑變化面積，再根據(jù)外業(yè)調(diào)查、量測情況，經(jīng)過添加高程信息，進(jìn)而編繪生成地形圖。主要技術(shù)流程見圖3。

圖3 技術(shù)路線工作流程

3 應(yīng)用中要注意的問題

在利用高分辨率遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行土地整理的地形圖制作時，有以下兩點問題需要注意：

1） 目前土地利用數(shù)據(jù)信息或圖斑變化主要依靠目視解譯方法來判讀，造成了它易受人為因素影響的局限性，例如：一條干涸的小河流就有可能在衛(wèi)星遙感圖上被誤判為一條沙石路；公路兩側(cè)的干溝渠被誤判為道路等，這就要求作業(yè)人員具有豐富的專業(yè)知識和作業(yè)經(jīng)驗。2） 室內(nèi)解譯完成之后一定要進(jìn)行外業(yè)調(diào)繪，尤其是一些新增的線狀地物或零星地物，決不能主觀臆斷，一些在圖上難以判斷的圖斑必須到實地去調(diào)查是否變化及測量變化前后的面積，其位置無法在圖上直接標(biāo)出時必須進(jìn)行實地的野外測量。

4 結(jié)語

隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，遙感技術(shù)將成為土地調(diào)查的重要手段，高分辨率遙感影像數(shù)據(jù)具有現(xiàn)勢性好、空間、時間分辨率高等優(yōu)點，能及時、準(zhǔn)確、快速地反映土地利用變化情況，將成為獲取土地利用變化的重要信息源。與傳統(tǒng)的土地調(diào)查方法比較，利用高分辨率遙感影像調(diào)查具有快速、省時、省力等特點，能基本滿足現(xiàn)代土地利用調(diào)查的需要。

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