遙感技術(shù)在土地規(guī)劃中的應(yīng)用

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2312-5042-0368

作者簡介：吳丹（1986—），女，本科，助理工程師，研究方向為土地資源管理。

摘??要：主要針對遙感技術(shù)在土地規(guī)劃中的應(yīng)用進行研究。采用文獻總結(jié)法、案例分析法，指出遙感技術(shù)的特點和數(shù)據(jù)來源，從耕地資源監(jiān)測、土地質(zhì)量評價、土地承載力評估、環(huán)境災(zāi)害預(yù)警4個方面，介紹了遙感技術(shù)在土地規(guī)劃中的具體應(yīng)用；并結(jié)合典型案例，闡述了遙感數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)分析全過程。以期為遙感技術(shù)的實際運用提供參考，助力土地規(guī)劃工作高效開展。

關(guān)鍵詞：土地規(guī)劃???遙感技術(shù)???數(shù)據(jù)來源???預(yù)處理???數(shù)據(jù)分析

中圖分類號：TP393

土地規(guī)劃是在一定地區(qū)范圍內(nèi)，根據(jù)經(jīng)濟社會的發(fā)展需要對土地使用情況進行長期的、合理的安排，使土地得到充分有效利用。《中華人民共和國土地管理法》明確規(guī)定：國家編制土地利用總體規(guī)劃，規(guī)定土地用途，將土地分為農(nóng)用地、建設(shè)用地和未利用地，單位和個人必須按照規(guī)劃確定的用途使用土地[1]。土地規(guī)劃工作中，調(diào)查監(jiān)測是一個重要環(huán)節(jié)，得益于科學(xué)技術(shù)的進步，以遙感、全球定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)為代表的“3S技術(shù)”得到廣泛應(yīng)用。以下結(jié)合實踐，探討了遙感技術(shù)在土地規(guī)劃中的應(yīng)用情況。

1?遙感技術(shù)的特點和數(shù)據(jù)來源

1.1 遙感技術(shù)的特點

1.1.1 多波段數(shù)據(jù)

遙感技術(shù)是應(yīng)用各種傳感器，對遠距離目標(biāo)所輻射和反射的電磁波信息，進行收集、處理、成像，最終探測識別地面物。遙感技術(shù)可采集多波段數(shù)據(jù)，主要包括：（1）綠光波段，用于探測巖石、土壤和地下水；（2）紅光波段，用于探測植物生長和水污染；（3）紅外光波段，用于探測土地、礦產(chǎn)及資源；（4）微波段，用于探測氣象云層和海底生物。

1.1.2 多時空分辨率

隨著設(shè)備升級和技術(shù)進步，遙感衛(wèi)星的類型和數(shù)量增多，凸顯出多時空分辨率的優(yōu)點。例如：高分一號衛(wèi)星運用多光譜、高時空分辨率、多載荷圖像拼接等技術(shù)，提高了高分辨率數(shù)據(jù)的自給率。高分二號衛(wèi)星具有亞米級空間分辨率、高定位精度、快速姿態(tài)機動能力，進一步提升了綜合觀測效能。資源三號衛(wèi)星可測制1∶50 000比例尺地形圖，填補了立體測圖領(lǐng)域的空白[2]。

1.1.3 多功能用途

遙感技術(shù)在發(fā)展中，其功能用途也在豐富拓展。例如：水質(zhì)監(jiān)測工作中，不同污染物有特定的光譜特征，運用遙感技術(shù)和數(shù)學(xué)統(tǒng)計法，能檢測出污染物的種類和含量。紅外波段對溫度變化的敏感度強，運用遙感技術(shù)能對火災(zāi)進行預(yù)警監(jiān)測?？諝赓|(zhì)量監(jiān)測中，根據(jù)氣溶膠對不同波段的散射、反射強度，運用遙感技術(shù)能為大氣污染的治理提供數(shù)據(jù)支持。

1.2 遙感數(shù)據(jù)來源

1.2.1 衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)

此類遙感數(shù)據(jù)來源于人造衛(wèi)星，目前我國已經(jīng)成功發(fā)射了10余顆遙感衛(wèi)星和氣象衛(wèi)星，能獲得全色像片和紅外彩色圖像。利用遙感衛(wèi)星，可獲取地球表面的圖像數(shù)據(jù)，用于土地資源調(diào)查、城鎮(zhèn)發(fā)展規(guī)劃、氣候監(jiān)測、自然災(zāi)害監(jiān)測等。

1.2.2 飛機遙感數(shù)據(jù)

此類遙感數(shù)據(jù)來源于飛機上搭載的傳感器。相較于遙感衛(wèi)星，飛機能靈活調(diào)整航線、航行高度和速度，從而得到分辨率更高的圖像、精準(zhǔn)度更高的數(shù)據(jù)。目前而言，飛機遙感在環(huán)境調(diào)查、地形測繪、資源管理等方面應(yīng)用廣泛。

1.2.3 無人機遙感數(shù)據(jù)

此類遙感數(shù)據(jù)來源于無人機上搭載的傳感器。相較于飛機，無人機的靈活性更強，作業(yè)成本更低，能完成風(fēng)險系數(shù)更高的探測任務(wù)，在較低的飛行高度下獲取精確的圖像信息[3]。隨著無人機技術(shù)的不斷更新，無人機遙感廣泛應(yīng)用在農(nóng)業(yè)林業(yè)、災(zāi)害預(yù)警、城鎮(zhèn)規(guī)劃等領(lǐng)域。

2??遙感技術(shù)在土地規(guī)劃中的具體應(yīng)用

2.1 ?耕地資源監(jiān)測

在農(nóng)村土地規(guī)劃中，遙感技術(shù)集中應(yīng)用于耕地資源的監(jiān)測上。一是動態(tài)監(jiān)測耕地面積變化。人口、土地與經(jīng)濟社會是相互影響的，隨著人口持續(xù)增加，人口與土地的矛盾更加突出[4]。二是動態(tài)監(jiān)測耕地資源退化情況。

2.2 土地質(zhì)量評價

遙感技術(shù)的應(yīng)用，能對不同用途的土地類型進行識別，采集數(shù)據(jù)信息后評價土地潛力。例如：采集地面上的植被圖像，通過計算歸一化植被指數(shù)，就能了解植被的分布和健康情況[5]。計算公式：

式（1）中：表示近紅外波段的反射值；表示紅光波段的反射值。為正值，說明地表有植被覆蓋；為0，說明地表有裸土或巖石；為負值，說明地表覆蓋云、水、雪等。根據(jù)計算結(jié)果，就能評價土地的適宜性。

2.3 土地承載力評估

土地承載力是在某個時期、某種環(huán)境狀態(tài)下，土地資源對人類社會和經(jīng)濟活動支持能力的限度。在環(huán)境問題和人類活動的影響下，一旦超過土地的承載力，就會降低土地質(zhì)量，甚至造成嚴(yán)重的污染破壞。運用遙感技術(shù)，獲取地表影響數(shù)據(jù)并分析，能評估土地承載力和可持續(xù)利用的能力。

2.4 環(huán)境災(zāi)害預(yù)警

農(nóng)村土地規(guī)劃與利用中，對農(nóng)作物進行監(jiān)測和管理是一個重要工作。運用遙感技術(shù)，既能監(jiān)測農(nóng)作物的生長狀態(tài)，了解病蟲害情況，也能預(yù)測農(nóng)作物產(chǎn)量，對常見的災(zāi)害進行預(yù)警，如干旱、洪水、滑坡、泥石流等 [6]。

3??典型案例分析

以某地級市為例，行政區(qū)劃面積約1.3萬km2，下轄10個區(qū)、2個縣，常住人口約915萬人。該地屬于溫帶濕潤大陸性氣候，地形以平原和丘陵為主，海拔高度在30～450 m之間，全年平均氣溫11.4?℃，平均降水量720 mm。在土地規(guī)劃工作中，運用遙感技術(shù)獲取圖像數(shù)據(jù)，幾何校正后進行圖像分類，通過數(shù)據(jù)分析了解土地使用情況，找到合理的規(guī)劃開發(fā)方案。

3.1 遙感數(shù)據(jù)獲取

遙感數(shù)據(jù)來源于兩部分：一是地理空間云中的免費Landsat數(shù)據(jù)，包括2005年、2010年、2015年、2020年的TM圖像，以及部分ETM圖像和OLI TIRS圖像；二是按照經(jīng)緯度劃分城市網(wǎng)格，開展野外調(diào)查工作，利用無人機攜帶傳感器獲取地物圖像數(shù)據(jù)。本次調(diào)查面積共計45?812?km2。

3.2 遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理

3.2.1 圖像投影轉(zhuǎn)換

在地理空間云下載的遙感圖像，采用的是水平墨卡托投影格式，需轉(zhuǎn)換為ALBERS投影格式。轉(zhuǎn)換后的圖像，采用大地坐標(biāo)系，阿爾伯斯正軸、相等面積、雙標(biāo)準(zhǔn)緯度圓錐投影，南、北標(biāo)準(zhǔn)緯度分別是25°S和47°，坐標(biāo)原點是105°E，橢圓參數(shù)是Krasovsky參數(shù)。

3.2.2 幾何校正

幾何校正采用圖像校正+配準(zhǔn)法：（1）在地圖上選擇40個均勻分布的地面控制點，選擇控制點的圖像坐標(biāo)（x，y）和大地坐標(biāo)（X，Y）二階多項式，得到這兩個坐標(biāo)之間的關(guān)系；（2）進行均方根誤差測試，要求所有控制點的誤差＜1個像素；（3）采用臨域插值法，對圖像進行校正。

3.2.3 圖像拼接裁剪

單個遙感圖像無法覆蓋整個區(qū)域，為方便后續(xù)研究工作，要對遙感圖像進行縫合。具體方法是：使用ENVI5.3軟件打開地圖，利用Seamless Mosaic模塊將相鄰圖像連接起來。該方法的優(yōu)點是，能精細化創(chuàng)建出研究區(qū)域的遙感圖形，縫合圖像中包括調(diào)查區(qū)域和周邊非調(diào)查區(qū)域，其中周邊非調(diào)查區(qū)域修剪掉，以提高數(shù)據(jù)分析準(zhǔn)確性。

3.2.4 圖像增強處理

因遙感衛(wèi)星的靈敏度沒有充分利用，個別圖像的對比度低，會影響解釋效果，必須增強處理[7]。具體操作時，增加圖像中不同對象的特征差異，對無用的功能進行抑制，方便識別圖像內(nèi)容并提取定量信息。

3.3 遙感數(shù)據(jù)分析

3.3.1 數(shù)據(jù)分類

本次研究中，將遙感數(shù)據(jù)分為6大類，分別是耕地、林地、草地、水域、其他用地和未用地。其中，其他用地包含工業(yè)用地、礦業(yè)用地及居民用地。使用Arc GIS 10.4軟件，根據(jù)不同柵格類型在遙感柵格數(shù)據(jù)圖像中的位置顯示線層，通過色相、紋理、陰影等光譜和紋理特性，對研究區(qū)域進行遙感，區(qū)分不同土地類型，定義每個類型的邊界。

3.3.2 圖像解譯

數(shù)據(jù)分類后，結(jié)合野外調(diào)查得到的遙感圖像數(shù)據(jù)，對難以確定的圖像解釋中的錯誤進行糾正。解釋數(shù)據(jù)與室內(nèi)解釋的初步結(jié)果記錄在解決方案中，以提高數(shù)據(jù)精度。

3.3.3 圖像測試評估

圖像解譯后急性測試評估，確保滿足后續(xù)分析要求。本研究采用混淆矩陣卡伯系數(shù)法，根據(jù)實際特征類型數(shù)據(jù)和遙感影像解釋數(shù)據(jù)建立誤差矩陣，具體操作方法不再贅述。

3.4 結(jié)果分析

根據(jù)遙感圖像信息，最終得到該市2005—2020年土地利用變化情況（見表1）。分析可知：（1）不同類型土地的利用狀況總體上變化不大，其中林地面積及占比最大，其次是耕地和其他用地，未用地面積及占比最小；（2）耕地面積及占比從2005—2020年持續(xù)增大，林地面積及占比持續(xù)減小，草地、其他用地面積及占比先增后降，水域、未用地面積及占比先降后增；（3）耕地面積及占比持續(xù)增長且增幅較大，其他用地面積及占比在2005—2015年間持續(xù)增長，說明當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)和工礦業(yè)發(fā)展迅猛，促進了城鎮(zhèn)化發(fā)展；（4）草地和水域面積及占比在2015—2020年間減小，提示工業(yè)發(fā)展帶來一定負面影響。下一階段土地規(guī)劃開發(fā)中，應(yīng)注意環(huán)境保護工作，兼顧經(jīng)濟效益與生態(tài)效益。

4??結(jié)語

綜上所述，遙感技術(shù)具有多波段數(shù)據(jù)、多時空分辨率、多功能用途的特點，是地形測繪工作的重要手段。本研究結(jié)合實際案例，介紹了遙感技術(shù)在土地規(guī)劃中的實際運用情況，希望為類似工作提供借鑒。未來，隨著技術(shù)升級、設(shè)備更新，遙感技術(shù)具有良好的市場前景，提示從業(yè)人員加以關(guān)注，在土地規(guī)劃中發(fā)揮出功能價值。

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