利用３Ｓ技術(shù)驗(yàn)證渭庫(kù)綠洲地區(qū)耕地統(tǒng)計(jì)資料研究

摘要：本文以渭庫(kù)三角洲綠洲（沙雅縣、庫(kù)車縣、新和縣）為研究區(qū)，陸地衛(wèi)星TM遙感影像為研究工具，與同時(shí)期的耕地面積統(tǒng)計(jì)資料為基礎(chǔ)，采用人機(jī)交互式的目視解譯和人工修正相結(jié)合的方法提取耕地信息。進(jìn)行對(duì)比分析來(lái)評(píng)價(jià)3S技術(shù)在地物分類和耕地信息提取方面的精度及其影響因素并得到合理結(jié)果。

關(guān)鍵詞：耕地面積；TM影像；3S技術(shù)；渭庫(kù)綠洲

前言

3S技術(shù)在各類生態(tài)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象研究當(dāng)中越來(lái)越成為重要的研究工具，在耕地面積檢驗(yàn)研究中，應(yīng)用3S技術(shù)能夠快速地獲取有關(guān)信息，并進(jìn)行空間疊加分析，具有傳統(tǒng)方法無(wú)可比擬的優(yōu)越性。衛(wèi)星遙感的影像特征是地面自然現(xiàn)象和社會(huì)經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象的共同反映，它體現(xiàn)了自然因素和社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件的融和。本文選擇以渭庫(kù)綠洲為研究區(qū)，采用TM影像數(shù)據(jù)，利用3S技術(shù)對(duì)該區(qū)2001年耕地統(tǒng)計(jì)資料進(jìn)行驗(yàn)證和系統(tǒng)研究，旨在探索基于3S技術(shù)的耕地信息提取及其精度檢驗(yàn)，以此為合法使用每一寸土地提供技術(shù)支持和保障。

1研究區(qū)概況

渭干河-庫(kù)車河綠洲（庫(kù)新沙綠洲）位于新疆南部的塔里木盆地中北部，在行政上隸屬阿克蘇地區(qū)管轄。地理坐標(biāo)：東經(jīng)82°13′25″E-83°20′11″E，北緯41°01′35″N-41°45′20″N。該三角洲綠洲氣候?qū)儆诖箨懶耘瘻貛Ц珊禋夂颍舭l(fā)強(qiáng)烈，降水分布不均，平原區(qū)多年平均降水量為46.5mm，山區(qū)多年平均降水量為243mm；平原區(qū)年蒸發(fā)為1374.1mm，是降水的29.6倍，風(fēng)大沙多，危害嚴(yán)重。此三角洲綠洲范圍包括庫(kù)車，沙雅和新和等三個(gè)縣，這三個(gè)縣的土地總面積22.89km2，其中大部分是沙漠和戈壁，綠洲面積僅有7.49km2，占總面積的10.7%。

2數(shù)據(jù)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究所用的數(shù)據(jù)由以下幾種類型的數(shù)據(jù)構(gòu)成：⑴衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)：2001年8月5日研究區(qū)TM影像2，3，4波段；⑵地圖數(shù)據(jù)：研究區(qū)地形圖；⑶2002年新疆統(tǒng)計(jì)年鑒。

2.23S技術(shù)的集成

3S是GIS（Geographical Information System，地理信息系統(tǒng)），RS(Remote Sensing，遙感)和GPS(Global Positioning System，全球定位系統(tǒng))的英文縮寫的簡(jiǎn)稱，其中分別用于獲取點(diǎn)、面空間信息或監(jiān)測(cè)其變化，用于空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、分析和處理[1]。

3S技術(shù)的集成，就是有效利用各種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)改變過(guò)去完全依靠人類野外探測(cè)，數(shù)據(jù)采集，圖件清繪，數(shù)據(jù)加工的歷史，提高信息采集，整理和再加工的自動(dòng)化程度，逐步實(shí)現(xiàn)空間信息獲取-校正-建庫(kù)管理的一體化[2]。

2.3遙感影像前期處理

從物理上看，畸變就是像素點(diǎn)被錯(cuò)誤放置，即本該屬于此點(diǎn)的像素值卻在彼處。因此可用兩種方法實(shí)現(xiàn)畸變圖像的校正：一是把錯(cuò)誤的像素點(diǎn)搬運(yùn)到正確的位置，此方法被稱為直接變換法；二是取回屬于該位置的像素值，此方法被稱為重采樣法。從數(shù)學(xué)上說(shuō)，幾何精校正就是通過(guò)選取一組地面控制點(diǎn)GCP（Ground Control Point，遙感圖像上易于識(shí)別，并可精確定位的點(diǎn)）建立原始的畸變圖像空間與校正圖像空間的坐標(biāo)變換關(guān)系[3]。

多用的幾何校正方式有兩種，第一是地形圖對(duì)圖像的校正方式，第二是圖像對(duì)圖像的校正方式，兩種方法各有各的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，本文采用研究區(qū)的地形圖對(duì)2001年的TM影像進(jìn)行幾何精校正，在影像上選取對(duì)應(yīng)的地面控制點(diǎn)對(duì)GCP。GCP的選取原則是：有一定的數(shù)量保證，均勻分布在整個(gè)校正區(qū)域內(nèi)，具有明顯的精確的定位識(shí)別標(biāo)志，以保證精度。

這是獲取的研究區(qū)2001年分辨率為30m的TM數(shù)字圖像，除此，對(duì)渭庫(kù)綠洲地區(qū)相關(guān)的調(diào)查統(tǒng)計(jì)等專題圖件、資料也進(jìn)行了收集。所有圖像數(shù)據(jù)地形圖為基準(zhǔn)進(jìn)行幾何精糾正和配準(zhǔn)，選擇TM影像4，3，2波段進(jìn)行假彩色合成，并進(jìn)行線性拉伸和高斯低通濾波等增強(qiáng)處理，以獲得最佳目視解譯效果的圖像[3]。

2.4 分類方法

遙感圖像分類主要依據(jù)是地物的光譜特征，即地物電磁波輻射的多波段測(cè)量值，這些測(cè)量值可以用作遙感圖像分類的原始特征變量。

監(jiān)督分類是一種常用的精度較高的統(tǒng)計(jì)判決分類，在已知類別的訓(xùn)練場(chǎng)地上提取各類訓(xùn)練樣本，通過(guò)選擇特征變量，確定判別函數(shù)或判別規(guī)則，從而把圖像中的各個(gè)象元?jiǎng)潥w到各個(gè)給定類型的分類方法。監(jiān)督分類可以有效的開發(fā)數(shù)據(jù)內(nèi)容，但需要充足的信息以決定地表信息的先驗(yàn)概率，不但監(jiān)督分類訓(xùn)練樣本區(qū)的選擇需要各種豐富的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，且需要當(dāng)?shù)馗孛娣e的一些具體資料信息。

非監(jiān)督分類是在沒有先驗(yàn)類別知識(shí)的情況下，根據(jù)象元本身的統(tǒng)計(jì)特征及自然點(diǎn)群的分布情況來(lái)劃分地物類別的分類處理。

根據(jù)各種分類方法的特點(diǎn)，結(jié)合本研究所獲取的數(shù)據(jù)，本文選擇目視解譯和非監(jiān)督分類相結(jié)合的方法來(lái)對(duì)研究區(qū)內(nèi)的地物類型進(jìn)行判別分類。

2.5數(shù)據(jù)分析

分析表1數(shù)據(jù)可以看出，統(tǒng)計(jì)值和2001年耕地面積據(jù)TM影像計(jì)算值相比值有所偏小，這種誤差一方面可能是由對(duì)遙感影像的處理過(guò)程中的誤差引起的，另一方面可能存在當(dāng)?shù)赝恋刂鞴懿块T少報(bào)瞞報(bào)耕地面積的情況，也會(huì)引起這種差異。

4 結(jié)果分析

4.1 耕地?cái)?shù)據(jù)差異分析

從以上處理過(guò)程和對(duì)比研究結(jié)果可以看出，根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料得到的數(shù)據(jù)和利用3S技術(shù)計(jì)算出來(lái)的研究區(qū)耕地面積存在一定的差別，因?yàn)槟壳?S技術(shù)的精度可以達(dá)到95％以上，基本上可以反映耕地的真實(shí)情況，但誤差不大。因此統(tǒng)計(jì)資料中的耕地面積數(shù)值是存在誤差的?？偠灾瑑烧咧g存在差異，而造成這種差異的原因則是多方面的。

遙感數(shù)字圖像計(jì)算機(jī)分類的依據(jù)是像素具有的多光譜特征，并沒有考慮相鄰像素間的關(guān)系，這種方法的主要缺陷在于地物識(shí)別與分類中沒有利用到地物空間關(guān)系等方面的信息。統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別以像素作為識(shí)別的基本單元，未能利用圖像中提供的形狀和空間位置特征，其本質(zhì)是地物光譜的分類。這個(gè)問(wèn)題如果引入地物形狀特征則可以識(shí)別。顯然遙感圖像計(jì)算機(jī)分類未能充分利用遙感圖像提供的信息。因此圖像分類后，可以利用分類的結(jié)果，將這些目標(biāo)對(duì)象進(jìn)行重組，在區(qū)域分割或邊界跟蹤的基礎(chǔ)上抽取圖像形態(tài)、紋理特征和空間關(guān)系等特征，然后利用這些特征對(duì)圖像進(jìn)行解譯。下墊面的覆蓋類型和起伏狀態(tài)對(duì)分類具有一定影響。下墊面的覆蓋類型多種多樣受傳感器空間分辨率限制，混合像元對(duì)遙感圖像分類的精度影響很大。圖像中的云層會(huì)遮蓋目標(biāo)地物的電磁波輻射，影響圖像分類。對(duì)于圖像中僅有少量云層時(shí)，分類前可以采用去噪音方法進(jìn)行清除。地物邊界的多樣性，使得判定類別的邊界往往是很困難的事。因此，提高遙感圖像分類精度，既然需要對(duì)圖像進(jìn)行分類前處理，也需要選擇合適的分類方法。

4.2 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)本身存在的誤差

某些地方由于各種原因造成的村級(jí)債務(wù)，少則十幾萬(wàn)，多則上百萬(wàn)，這些債務(wù)包括銀行貸款、村合作基金會(huì)欠款以及高息貸款等。為了多留收入，償還欠款，各級(jí)地方政府都傾向于少報(bào)甚至瞞報(bào)耕地面積。另外一方面還可以通過(guò)少報(bào)瞞報(bào)耕地面積，可以進(jìn)行不合法的開荒種荒的行為而不容易被發(fā)現(xiàn)[4]。

5 結(jié)論

研究結(jié)果顯示：2001年渭庫(kù)綠洲地區(qū)耕地面積通過(guò)3S技術(shù)的計(jì)算和統(tǒng)計(jì)資料得到的數(shù)據(jù)相比存在一定的差異。傳感器的選擇、大氣狀況，地物分類方法的選擇、云朵以及下墊面等因素的影響，是數(shù)據(jù)差異產(chǎn)生的主要原因。另一方面，統(tǒng)計(jì)資料本身存在的誤差以及計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的不一致是最值得引起重視的問(wèn)題，對(duì)它的改進(jìn)可以提高耕地的利用率及其利用的合法性和透明度。

隨著科學(xué)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，3S技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)越來(lái)越廣泛，精度也會(huì)越來(lái)越高，可以為人類快速獲得各種動(dòng)態(tài)信息提供方便、快捷、可靠的手段[5]。

參考文獻(xiàn)

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[3]陳四清，劉紀(jì)遠(yuǎn)，莊大方等.基于Landsat TM/ETM數(shù)據(jù)的錫林河流域土地覆蓋變化[J].地理學(xué)報(bào)，2003，58(1);45.

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