“3S”技術(shù)和Google Earth在廣西第一次全國(guó)水利普查中的應(yīng)用

高 峰，陶艷成

(廣西師范學(xué)院資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，廣西南寧530001)

第一次全國(guó)水利普查是一項(xiàng)重大的國(guó)情國(guó)力調(diào)查，是國(guó)家資源環(huán)境調(diào)查的重要組成部分［1－2］，目的是全面查清我國(guó)江河湖泊的基本情況，掌握水資源開(kāi)發(fā)利用及保護(hù)現(xiàn)狀，摸清經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)水資源的需求，了解水利行業(yè)能力建設(shè)狀況，建立國(guó)家基礎(chǔ)水信息平臺(tái)，為國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供可靠的基礎(chǔ)水信息支撐和保障。近年來(lái)，“3S”技術(shù)發(fā)展迅速，以其實(shí)時(shí)、快速、高效和自動(dòng)化的特點(diǎn)在多個(gè)行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，并取得了很好的效果。本研究將“3S”技術(shù)和Google Earth 在廣西第一次全國(guó)水利普查中的應(yīng)用情況進(jìn)行了總結(jié)，并對(duì)其在水土保持工作中的應(yīng)用前景提出了一些自己的看法。

1 廣西第一次全國(guó)水利普查方案

1．1 水利普查概況

廣西第一次全國(guó)水利普查主要采用1 ∶1 萬(wàn)地形圖作為基本數(shù)據(jù)源，以分辨率高、現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)的遙感影像作為補(bǔ)充，即當(dāng)野外調(diào)查單元無(wú)法進(jìn)入時(shí)，采取遙感解譯進(jìn)行野外調(diào)查單元的調(diào)繪，其中遙感數(shù)據(jù)為SPOT 數(shù)字正射影像，時(shí)相為2007—2009年，分辨率為2．5 m。廣西充分利用2009年全國(guó)第二次土地調(diào)查數(shù)據(jù)等資料，應(yīng)用“3S”技術(shù)，以野外實(shí)地調(diào)繪為主、室內(nèi)判讀解譯為輔，采用綜合調(diào)繪法最終完成了普查工作。

1．2 技術(shù)路線和工作流程

廣西第一次全國(guó)水利普查的技術(shù)路線是:以ArcGIS 為平臺(tái)，將經(jīng)過(guò)處理的1 ∶1 萬(wàn)地形圖制作成A4 圖幅的野外調(diào)查單元工作底圖，作為野外實(shí)地調(diào)繪的工作底圖;在野外，以GPS 為引導(dǎo)，根據(jù)工作底圖上的經(jīng)緯度準(zhǔn)確到達(dá)調(diào)查單元，通過(guò)實(shí)地勘察，確定土地利用類型;用GPS 準(zhǔn)確定位，確定地塊邊界，完成地類邊界的勾繪。其技術(shù)路線和工作流程見(jiàn)圖1。

2 “3S”技術(shù)在廣西水利普查中的應(yīng)用

2．1 ArcGIS 在廣西水利普查中的應(yīng)用

(1)在野外調(diào)查單元工作底圖制作中的應(yīng)用。根據(jù)水土保持技術(shù)要求，選擇ArcGIS 作為制作野外調(diào)查單元工作底圖的GIS 平臺(tái)。野外調(diào)查單元是指在野外進(jìn)行水蝕指標(biāo)調(diào)查的空間范圍，平原區(qū)為1 km ×1 km 網(wǎng)格，丘陵區(qū)和山區(qū)為0．2～3．0 km2［1］，地理位置根據(jù)1 ∶1 萬(wàn)地形圖確定。外業(yè)調(diào)查重點(diǎn)是利用GPS 技術(shù)確定野外調(diào)查單元的具體位置，參照工作底圖和實(shí)際地形，尋找勾繪地塊邊界的起始位置，依次勾繪地塊邊界。

圖1 水土保持措施普查技術(shù)路線與工作流程［1］

野外調(diào)查單元工作底圖具體制作方法是:首先利用光柵圖矢量化軟件R2V 在1 ∶1 萬(wàn)地形圖上矢量化調(diào)查單元邊界、等高線和重要參考物，然后將矢量化好的邊界線、等高線等shapefile 文件加入到ArcGIS 中，配上經(jīng)緯度網(wǎng)格線、比例尺、圖名、繪圖人、審核人、日期等，輸出保存為圖片格式文件，并以野外調(diào)查單元編號(hào)命名。處理流程如圖2。

圖2 數(shù)據(jù)處理流程

(2)在野外調(diào)查成果建庫(kù)中的應(yīng)用。完成野外調(diào)查單元調(diào)繪后，由縣級(jí)普查機(jī)構(gòu)對(duì)野外調(diào)查清繪圖進(jìn)行掃描，并用Arc-GIS 對(duì)其進(jìn)行配準(zhǔn)。配準(zhǔn)過(guò)程中盡量選取有代表性的特征點(diǎn)，如河流拐彎處、道路交叉點(diǎn)等，如果野外調(diào)查單元是規(guī)則網(wǎng)格，那么選擇網(wǎng)格4 個(gè)角點(diǎn)進(jìn)行配準(zhǔn)就可以了。配準(zhǔn)完成后，存為一幅新的圖片，用于后期調(diào)查成果的矢量化。在矢量化過(guò)程中，要建好數(shù)據(jù)的屬性結(jié)構(gòu)，完成屬性數(shù)據(jù)的錄入工作。地塊屬性錄入就是根據(jù)清繪圖中劃定的地塊邊界，先將其矢量化為線要素，再經(jīng)過(guò)拓?fù)錂z查，將其轉(zhuǎn)化為面要素，然后根據(jù)外業(yè)調(diào)查填寫的表格數(shù)據(jù)，將對(duì)應(yīng)的屬性錄入到相應(yīng)的地塊中，完成屬性數(shù)據(jù)的錄入工作。矢量化工作完成后，整理好其他資料進(jìn)行數(shù)據(jù)上報(bào)。野外調(diào)查成果建庫(kù)流程見(jiàn)圖3。

圖3 野外調(diào)查成果建庫(kù)流程

2．2 RS 在野外調(diào)查單元調(diào)繪中的應(yīng)用

不同于傳統(tǒng)的方法，RS 具有以下特點(diǎn):探測(cè)范圍廣，數(shù)據(jù)采集速度快;能動(dòng)態(tài)反映地面事物的變化，并將原有資料快速更新;獲取信息受限制小，精度高，用時(shí)短，批量生產(chǎn)成本低;成果以數(shù)字形式保存，易于攜帶、保存和修改等?；诖耍覀兛梢猿浞掷肦S 的這些優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行野外調(diào)查單元調(diào)繪。此次外業(yè)調(diào)查為全野外調(diào)查，當(dāng)遇到無(wú)法進(jìn)入的野外調(diào)查單元時(shí)，可以采用RS 技術(shù)對(duì)調(diào)查單元進(jìn)行遙感解譯。遙感解譯得到的野外調(diào)繪成果可信度很高，基本滿足了精度要求。

2．3 GPS 在野外調(diào)查單元調(diào)繪中的應(yīng)用

此次野外調(diào)繪要求每個(gè)作業(yè)人員事先設(shè)計(jì)好調(diào)查路線，方便野外調(diào)查單元的定位，要走到、看到、問(wèn)到、做到，根據(jù)工作底圖將地物現(xiàn)狀準(zhǔn)確無(wú)誤地勾繪出來(lái)。具體來(lái)說(shuō)，采用全野外實(shí)地調(diào)查方法，根據(jù)以1 ∶1 萬(wàn)地形圖為數(shù)據(jù)源制成的野外調(diào)查單元工作底圖，用GPS 作引導(dǎo)，準(zhǔn)確定位地類邊界，并記錄地類信息。此外，拍攝特定地類的近景特寫，以便后期查閱核實(shí)。

3 Google Earth 在廣西水利普查中的應(yīng)用

隨著Google Earth 的日益發(fā)展，其應(yīng)用的領(lǐng)域越來(lái)越廣，不僅是因?yàn)镚oogle Earth 集成了RS、GIS 和GPS 3 種高新技術(shù)的功能，更重要的一點(diǎn)是目前它對(duì)所有用戶是完全免費(fèi)的。因此，Google Earth 在各領(lǐng)域有許多成功的應(yīng)用實(shí)例，如陳強(qiáng)等［3］將Google Earth 應(yīng)用到地震應(yīng)急中，倪忠云等［4］將Google Earth應(yīng)用到成都市功能分區(qū)研究中，都取得了很好的效果。

基于此，將Google Earth 應(yīng)用到廣西第一次全國(guó)水利普查中具有重要的意義，能給我們的工作帶來(lái)極大的便利。Google Earth 在水利普查中主要用在3 個(gè)方面:第一，能夠方便地獲取野外調(diào)查單元的位置信息;第二，可以在野外調(diào)查單元質(zhì)量控制階段對(duì)野外勾繪地物進(jìn)行檢查;第三，在無(wú)法進(jìn)入野外調(diào)查單元的情況下，可利用其提供的影像資料進(jìn)行遙感解譯，完成調(diào)查單元的野外調(diào)繪。

4 總結(jié)與展望

基于“3S”技術(shù)和Google Earth 開(kāi)展廣西第一次全國(guó)水利普查的實(shí)踐表明:第一，與傳統(tǒng)制圖方式相比，使用“3S”技術(shù)能夠簡(jiǎn)化制圖流程，縮短制作工作底圖所需時(shí)間，同時(shí)在底圖精度和地圖美化上也有較大改善;第二，利用“3S”技術(shù)能夠縮短遙感影像內(nèi)業(yè)解譯的時(shí)間，提高精度，節(jié)約成本;第三，利用“3S”技術(shù)可以提高野外調(diào)繪精度，準(zhǔn)確勾繪地塊邊界、位置和大小，并且保證了后期矢量化成果的精度;第四，空間技術(shù)、傳感器技術(shù)、衛(wèi)星定位與導(dǎo)航技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)相結(jié)合是大勢(shì)所趨［5］，采用“3S”技術(shù)符合第一次全國(guó)水利普查的技術(shù)要求;第五，利用Google Earth 可以方便地為我們查找路線和感興趣的影像，在水土保持外業(yè)調(diào)查中發(fā)揮了重要的作用。

“3S”技術(shù)在土地資源調(diào)查、城市規(guī)劃、生態(tài)環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、海岸帶監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域都發(fā)揮了重要的作用。但是，目前在“3S”技術(shù)的應(yīng)用上還存在一些不完善的地方，尤其是在野外使用GPS時(shí)，GPS 的定位與實(shí)際位置往往會(huì)有100 m 左右的誤差，在進(jìn)行地塊清繪時(shí)需進(jìn)行人工干預(yù)才能找到準(zhǔn)確的位置。這個(gè)誤差是在坐標(biāo)轉(zhuǎn)換時(shí)產(chǎn)生的，目前的技術(shù)手段還無(wú)法消減，雖然可以通過(guò)計(jì)算進(jìn)行糾正，但是使用起來(lái)很麻煩。除此之外，受衛(wèi)星信號(hào)的影響，在山區(qū)和空間遮擋物較多的地區(qū)，GPS 的定位精度不是很高。隨著國(guó)產(chǎn)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)射成功，相信在不久的將來(lái)，使用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)定位能夠有效解決精度問(wèn)題，進(jìn)一步提高工作效率。筆者相信，隨著“3S”技術(shù)的不斷發(fā)展和在水土保持領(lǐng)域應(yīng)用的不斷深入，“3S”技術(shù)在水土保持領(lǐng)域的應(yīng)用前景將十分廣闊，也必將推動(dòng)我國(guó)水土保持研究工作的深入發(fā)展。

［1］國(guó)務(wù)院第一次全國(guó)水利普查領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室．第一次全國(guó)水利普查培訓(xùn)教材之六——水土保持情況普查［M］．北京:中國(guó)水利水電出版社，2010:1，65，176．

［2］曾祥坤，王仰麟，李貴才．中國(guó)城市水土保持研究綜述［J］．地理科學(xué)進(jìn)展，2010，29(5):586－592．

［3］陳強(qiáng)，姜立新，帥向華．Google Earth 在地震應(yīng)急中的應(yīng)用［J］．地震，2008，28(1):121－127．

［4］倪忠云，雷方貴，楊武年，等．Google Earth 在成都市功能分區(qū)研究中的應(yīng)用［J］．國(guó)土資源科技管理，2007，24(4):121－124．

［5］汪亞峰，盧玉東，盧喜平，等．GIS 在水土保持研究中的應(yīng)用［J］．農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息，2004(12):6－9．