基于“3S”技術的土地利用分類調(diào)查研究

◇四川建筑職業(yè)技術學院 郭豫賓

隨著經(jīng)濟發(fā)展，如何做好土地管理，成為影響到一個國家發(fā)展的重要問題。城市市區(qū)范圍，土地屬于國家所有；而農(nóng)村地區(qū)，土地利用狀況相對復雜，直接影響農(nóng)村地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展，因此土地利用分類調(diào)查是土地管理的重要工作之一。3S技術集成在國土資源調(diào)查中為解決土地利用存在的諸多問題提供了便利。土地利用分類調(diào)查工作，主要目的是獲取土地及每宗地的面積、位置、權屬信息和土地利用情況。本文著重介紹3S技術土地利用分類調(diào)查工作中的集成使用。

1 引言

在我國，土地的不合理利用引起的環(huán)境退化、人地矛盾等已成為影響廣大區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的重要問題之一。土地利用覆被變化研究已成為全球變化研究的重要方面和熱點之一，為緩解土地資源緊張、科學使用土地資源，促進社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展，查清并掌握我國土地資源數(shù)量與質量變化，具有十分重要的意義和現(xiàn)實價值[1]。

二十世紀八九十年代興起的遙感技術，使得遙感圖像獲取更為便利，同時影像質量大幅提高，圖像具有更高的空間分辨率和光譜分辨率。遙感技術的發(fā)展，對土地利用分類中圖斑幾何精度差、破碎圖斑識別等問題的解決，提供了有利的條件[2]。

土地分類是在分析土地特性、特點及土地共性和差異性的基礎上，通過調(diào)查的方法對土地進行分類，并建立相應分類體系的過程[3]。本文通過甘洛縣土地利用分類調(diào)查工作，利用GPS技術靈活、方便、精度高等優(yōu)點，結合RS及GIS技術的優(yōu)勢，分析GPS、RS、GIS測繪技術在土地調(diào)查工作中的集成合作應用[4]。

2 區(qū)域概況

甘洛縣屬于亞熱帶季風氣侯，光熱充足。受青藏高原大氣環(huán)流的影響，夏季多為東南風；冬春季節(jié)干燥，降雨少，以西北風為主。該縣北部、中部區(qū)域地勢較低，南、東、西三面地勢較高。地理位置位于大涼山北部，為四川盆地西緣向青藏高原過渡的高山峽谷地帶。

縣境河流均屬大渡河水系。大渡河為東北面自然分界線，過黑馬、烏史兩鄉(xiāng)，流程38 km。尼日河為縣內(nèi)主要河道，其次有甘洛河、田壩河等流域大于l00 km2的7條河流。

縣域內(nèi)年平均氣溫18.5 ℃，最高39.2 ℃，最低零下10.7 ℃。甘洛縣雨熱同季，干濕季節(jié)分明，多年平均降雨量935.2 mm。年平均日照1661.2小時，全年無霜期326天。

3 RS在土地利用分類中的應用

遙感技術具有受地面影響小及覆蓋范圍廣的特點，能實現(xiàn)對地表信息的迅速獲取、瞬時成像、實時傳輸、快速處理等優(yōu)點。本文選取IKONO遙感影像作為此次工作的調(diào)查底圖。

3.1 數(shù)據(jù)源

本次工作主要集中于甘洛縣城及周邊區(qū)域，為滿足1:1萬土地利用分類遙感解譯的精度要求，綜合運用PCI，ArcGIS10.1軟件對IKONOS衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)進行處理。由美國GeoEye公司發(fā)射IKONOS衛(wèi)星是高分辨率光學遙感衛(wèi)星，擁有1個全色波段和4個多光譜波段，其中多光譜波段分辨率為4米，全色波段空間分辨率為0.82 m。因此，選擇IKONOS衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)作為本次1:1萬土地利用分類解譯工作的數(shù)據(jù)源。IKONOS衛(wèi)星主要成像參數(shù)見表1。

表1 IKONOS衛(wèi)星主要成像參數(shù)

3.2 數(shù)據(jù)預處理

（1）波段組合。遙感圖像數(shù)據(jù)的質量和信息特征是土地分類成功的先決條件。因此，圖像處理的優(yōu)劣是影像解譯成敗的關鍵，它將直接影響后期解譯工作的質量。

Coreldraw和Illustrator軟件都可以用一個文檔繪制、管理多張地圖，有利于編制專題地圖集，但2款軟件的管理方式差別很大。Coreldraw軟件利用“多頁面”的方式進行管理，而Illustrator軟件采用“多畫板”的形式進行處理。Coreldraw軟件多頁面管理方式允許在主頁面中建立一個圖層，用于各個頁面中，減小了數(shù)據(jù)量，從而減小了文件體積；Illustrator軟件的多畫板管理方式允許在同一個活動窗口中同時對多幅圖進行操作，節(jié)省了頁面切換時間。

波段組合使影像色彩更加豐富，地物類型突出，紋理特征十分明顯，同時具有可見光波段及紅外波段信息的優(yōu)勢。為使合成出來的影像接近地物所呈現(xiàn)的真實色彩，符合人眼的視覺習慣，有利于目視解譯。采用藍色、綠色、紅色的波段組合的方式對IKONOS影像來進行彩色合成。

（2）幾何校正。幾何校正是指在成像過程中由于地面起伏、地表高差較大等多種原因造成影像發(fā)生畸變，通過校正將圖像數(shù)據(jù)糾正并投影至平面上的過程。

本文主要在ERDAS軟件中利用已有的研究區(qū)地形圖數(shù)據(jù)，對IKONOS數(shù)據(jù)進行幾何校正。采用多項式變換模型并定義多項式的次方為二次。在校正好的IKONOS影像上選取若干個地形變化特征明顯的控制點，同樣以二次多項式模型對其他年份影像進行基于視窗踩點模式的幾何精校正。

（3）正射校正。中心投影的圖像因地面高差較大而產(chǎn)生像點位移，IKONOS衛(wèi)星成像采用的多中心投影的方式，因此，該數(shù)據(jù)像點位移在山區(qū)表現(xiàn)的尤為明顯。甘洛縣恰處于地形起伏明顯的山區(qū)，使用原始遙感影像作為土地利用調(diào)查底圖，就必須對其進行正射精校正，在精校正基礎上建立相應的解譯標志。

本次工作獲得的IKONOS衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)為預正射產(chǎn)品，帶有RPC（Rational Ploynomial Coefficient，有理多項式系數(shù)）參數(shù)。由于獲得的IKONOS數(shù)據(jù)為預正射產(chǎn)品，采用IKONOS單景影像+RPC+DEM+GCP的模式對IKONOS原始全色影像進行正射校正。

（4）圖像融合。為獲得更高分辨率的圖像，增加室內(nèi)解譯準確度，一般將不同空間分辨率和光譜分辨率的圖像數(shù)據(jù)進行圖像融合。圖像融合的方法很多，常見的有像元坐標融合、HIS彩色空間變換融合和綜合融合等方法。

圖1 IKONOS多光譜融合后圖像對比圖

（5）圖像增強。圖像增強強調(diào)圖像的整體或局部特性，強調(diào)感興趣特征，抑制不感興趣特征。圖像中地物細部輪廓更加清晰，擴大圖像中不同地物特征之間的差別，從而使圖像層次更為豐富，圖像質量進一步改善、信息量更加充分，更有利于影像的判讀，地物識別效果較好。

本文采用直方圖均衡化方法對研究區(qū)遙感圖像進行增強處理，增強后圖像色調(diào)鮮明，地物對比度有所提高，便于提取相關信息。經(jīng)過以上處理得到本研究區(qū)所需遙感影像（圖2）。

圖2 研究區(qū)處理后IKONOS圖像

3.3 遙感圖像信息提取

（1）解譯標志建立。解譯標志是遙感圖像判讀的重要一環(huán)，解譯標志選取的科學與否直接影響到土地利用分類結果的精度。地表地物的光譜信息、輻射信息及幾何信息在遙感圖像上表現(xiàn)出不同的亮度、色調(diào)、紋理、形狀、飽和度和結構等特征[7]。通過野外實地踏勘，根據(jù)工作區(qū)地物波譜特征和空間特征，結合區(qū)域已獲取資料和外業(yè)工作經(jīng)驗建立甘洛縣土地利用分類解譯標志體系（表2）。參照國家土地利用分類方法結合本次工作的實際要求，甘洛縣1:1萬區(qū)域土地利用/覆被分類主要包括以下幾個類別。

表2 甘洛縣土地利用類型遙感解譯標志

（2）遙感圖像解譯。圖像解譯應以遙感影像為依據(jù)。圖像解譯時應根據(jù)工作區(qū)實際情況，按照先易后難、循序漸進的工作方式，采用區(qū)域到局部、總體到個別、由已知到未知，綜合采取目視解譯，人機交互式解譯等方法進行室內(nèi)圖像判讀。將初步解譯與詳細解譯、室內(nèi)解譯與野外調(diào)查驗證有機結合，把室內(nèi)解譯分為三個階段。①初步解譯階段：主要任務是熟悉調(diào)查區(qū)情況，建立區(qū)內(nèi)土地利用的室內(nèi)初步解譯標志。②詳細解譯階段：主要任務是在野外踏勘基礎上，完善和修正不同地物目標的解譯標志。③綜合解譯階段：對上述解譯標志進行野外驗證，結合現(xiàn)有資料和已有成果對調(diào)查底圖進行綜合解譯分析，編制解譯成果圖件。

在室內(nèi)解譯的基礎上，通過野外實地調(diào)查對建立的初步解譯標志進行驗證核查，更正不準確分類標志，并對其進行補充和修正，以此確保遙感解譯成果的質量和置信度。

4 GPS及GIS在土地利用分類中的應用

GPS定位技術在土地利用調(diào)查中有著常規(guī)測量所不具備的優(yōu)勢。遙感影像判讀過程中，受圖像陰影等因素影響，會遇到地物邊界不清、地塊范圍模糊、線狀地物和零星地物位置不準確等情況，需要現(xiàn)場進行測量才能準確表示此類地物。而GPS定位系統(tǒng)能夠準確實時的獲取地物邊界、零星地物的準確位置，同時得到這些位置的坐標信息。

在遙感圖像解譯和外業(yè)實測基礎上，利用GIS軟件對遙感影像進行數(shù)字化。建立空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)圖層，將影像圖中不同地物按照地物邊界描繪到不同的圖層中，形成不同的空間數(shù)據(jù)[8]。文中利用ARCGIS軟件統(tǒng)計功能對分類結果進行統(tǒng)計分析，得到甘洛縣域土地利用分類圖（圖3）。

圖3 研究區(qū)甘洛縣域土地利用分類圖