村鎮(zhèn)退化廢棄地遙感監(jiān)測方法初探

王忠武，劉 新，劉順喜，馮永忠，何宇華，張?zhí)熘?/p>

（1.中國土地勘測規(guī)劃院，北京 100035；2.甘肅省國土資源規(guī)劃研究院，甘肅蘭州 730000）

村鎮(zhèn)退化廢棄地遙感監(jiān)測方法初探

王忠武1，劉 新2，劉順喜1，馮永忠2，何宇華1，張?zhí)熘?

（1.中國土地勘測規(guī)劃院，北京 100035；2.甘肅省國土資源規(guī)劃研究院，甘肅蘭州 730000）

研究目的：開展村鎮(zhèn)退化廢棄地遙感監(jiān)測技術(shù)分析，為村鎮(zhèn)退化廢棄地遙感快速監(jiān)測奠定技術(shù)基礎(chǔ)。研究方法：選擇甘肅省白銀市平川區(qū)作為研究區(qū)域，設(shè)計研究區(qū)內(nèi)典型村鎮(zhèn)退化廢棄地類型，建立不同類型村鎮(zhèn)退化廢棄地的高分辨率遙感影像特征，提出利用遙感手段快速監(jiān)測村鎮(zhèn)退化廢棄地的技術(shù)流程，詳細描述了其技術(shù)方法，進而闡述村鎮(zhèn)退化廢棄地快速監(jiān)測移動作業(yè)平臺的詳細功能需求。研究結(jié)果：研究區(qū)典型村鎮(zhèn)退化廢棄地在退化廢棄前后的遙感影像特征和實地特征均有顯著差別，本文的技術(shù)流程和方法可以服務(wù)于村鎮(zhèn)退化廢棄地的快速遙感監(jiān)測。研究結(jié)論：采用遙感手段監(jiān)測村鎮(zhèn)退化廢棄地在技術(shù)上是可行的。

土地信息；村鎮(zhèn)退化廢棄地；遙感；監(jiān)測

隨著人口的持續(xù)增長、工業(yè)化城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，中國經(jīng)濟社會發(fā)展與土地資源短缺的矛盾日益突出[1]，一方面旨在促進經(jīng)濟社會持續(xù)較快發(fā)展的擴大內(nèi)需帶來用地需求的快速增長，另一方面后備土地資源較為短缺。村鎮(zhèn)退化廢棄地通常是指以前（高效）利用過，現(xiàn)在由于各種人為因素或自然因素而造成退化、廢棄的土地。過去粗獷型土地利用方式以及部分地區(qū)惡劣自然條件，造成當前土地節(jié)約集約利用程度不高、土地退化的現(xiàn)象廣泛存在。掌握村鎮(zhèn)退化廢棄地的基礎(chǔ)信息，科學管理并合理利用這類土地，將能有效服務(wù)于土地應(yīng)用潛力挖掘和土地節(jié)約集約利用，緩解用地需求壓力。

當前，村鎮(zhèn)退化廢棄地分類和遙感監(jiān)測技術(shù)方法的研究較少。在村鎮(zhèn)退化廢棄地分類研究方面，張緒良根據(jù)西部地區(qū)土地退化原因設(shè)計了沙化退化土地、鹽漬化退化土地等典型退化土地類型[2]，劉撫英從地上、地下、周邊三個方面對工業(yè)廢棄地類型進行了詳細劃分[3]。這些文獻僅根據(jù)部分退化土地或廢棄地的產(chǎn)生原因進行了初步分類研究，未對村鎮(zhèn)退化廢棄地進行綜合研究，沒有形成統(tǒng)一分類。因而，需要綜合考慮研究區(qū)退化、廢棄土地的產(chǎn)生原因和特點，設(shè)計村鎮(zhèn)退化廢棄地統(tǒng)一類型。村鎮(zhèn)退化廢棄地類型研究的不足，造成各類村鎮(zhèn)退化廢棄地遙感快速監(jiān)測技術(shù)研究的缺乏，主要針對在利用遙感技術(shù)進行荒漠化土地、沙化土地等占地面積較大的退化土地監(jiān)測方法研究方面[4-5]，大量工作集中于基于像素光譜特征的人機交互解譯或計算機自動解譯方法。然而，這類方法對于廢棄村鎮(zhèn)、廢棄工礦等占地面積較小、紋理和輪廓特征顯著的退化廢棄地土地監(jiān)測難以適用，有必要對此進行擴展，分析基于光譜、紋理、輪廓等特征及地面目標信息對不同村鎮(zhèn)退化廢棄地進行解譯的可行性，并結(jié)合當前土地利用調(diào)查監(jiān)測技術(shù)流程，提出村鎮(zhèn)退化廢棄地遙感監(jiān)測的技術(shù)流程和方法。本文將選擇典型研究區(qū)，分析村鎮(zhèn)退化廢棄地的產(chǎn)生原因和特點，設(shè)計研究區(qū)村鎮(zhèn)退化廢棄地類型，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)不同村鎮(zhèn)退化廢棄地類型的影像與實地特征，探討利用遙感手段快速監(jiān)測村鎮(zhèn)退化廢棄地的技術(shù)流程，同時開展村鎮(zhèn)退化廢棄地快速監(jiān)測移動作業(yè)平臺系統(tǒng)功能需求分析與實現(xiàn)，為村鎮(zhèn)退化廢棄地遙感快速監(jiān)測奠定重要技術(shù)基礎(chǔ)。

1 研究區(qū)村鎮(zhèn)退化廢棄地類型與特點

1.1 研究區(qū)概況

平川區(qū)位于甘肅省白銀市中部偏北，騰格里沙漠邊緣。南北與靖遠縣毗連，西與景泰縣相鄰，東南接會寧縣，東北接寧夏回族自治區(qū)海原縣。全區(qū)面積1993 km2。地理位置東經(jīng)104°24′17″—105°25′14″，北緯36°19′46″—36°59′44″。區(qū)內(nèi)地勢東南高西北低，呈階梯狀多臺階地形，中部及西部盆地主要為洪積平川，東南部為溝谷山地，海拔為1347—2858m。屬溫帶大陸性干旱氣候，年平均氣溫9.0℃，年平均降水量235.5mm，年平均蒸發(fā)量1595.4mm，平均風速1.1m/s，無霜期平均為143天。全區(qū)轄4鄉(xiāng)、3鎮(zhèn)、4個街道辦事處，總?cè)丝?0.8萬。平川區(qū)特殊的地形、地貌、氣候、人口分布等因素的綜合作用形成了不同類型村鎮(zhèn)退化廢棄地。

1.2 村鎮(zhèn)退化廢棄地類型

根據(jù)自然或人為因素引起土地退化和廢棄的情況，平川區(qū)的村鎮(zhèn)退化廢棄地類型大體可分為5類。（1）沙化土地（30A）：在強烈的風蝕作用下，過度農(nóng)墾、放牧，過度利用地表水、地下水資源和過度樵采而引起土地沙化[2]。（2）鹽漬化土地（30B）：干旱、半干旱地區(qū)，地下水埋藏淺、礦化度高，蒸發(fā)強烈，或由于灌溉不當導(dǎo)致鹽分表聚，形成次生鹽漬化[2]。（3）工礦廢棄地（30C）：工礦生產(chǎn)過程中破壞的、未經(jīng)處理而直接影響失去原來功能而廢棄的用地及用地上的設(shè)施，包括采場、排土場、尾礦區(qū)、采掘沉陷區(qū)[3]。（4）村鎮(zhèn)廢棄地（30D）：由于社會、自然等原因引起的無人（少人）居住、布局分散、不具歷史保留價值、公共服務(wù)設(shè)置配套不完善的舊村鎮(zhèn)或舊集體用地。（5）其他廢棄地（30E）：除以上類型外，其他廢棄地。

1.3 村鎮(zhèn)退化廢棄地的特點

表1（封三）所示（遙感影像為QuickBird高分辨率真彩色合成影像，為了便于全局顯示，圖像經(jīng)過適當縮放）為不同村鎮(zhèn)退化廢棄地的實地和影像特征。根據(jù)遙感影像和實地調(diào)研，發(fā)現(xiàn)：（1）沙化土地實地特征為表層沙覆蓋，有零星耐沙指示植被（駱駝蓬等）生長狀況較好；主要影像特征為相對于未沙化退化的土地，影像亮度偏高，且在真彩色合成影像上表現(xiàn)出當?shù)靥赜械募t色沙土色調(diào)。（2）鹽漬化土地實地特征為存在于局部低洼并鹽漬聚集地帶，土地表層鹽堿積聚，有零星耐鹽堿指示植被（野枸杞、堿材等）稀疏分布，主要影像特征是相對于未鹽漬化退化的土地，影像亮度較高，色調(diào)呈不規(guī)則的白色。（3）工礦廢棄地的實地特征為無明顯生產(chǎn)活動痕跡，工礦廢棄地（煤礦）主要影像特征為影像上無明顯鏟車、傳輸皮帶等采礦挖掘和傳輸設(shè)施。工礦廢棄地（磚瓦窯）主要影像特征為影像上堆場無堆放的成品或半成品，以及產(chǎn)品運輸設(shè)備。（4）村鎮(zhèn)廢棄地的實地特征為無明顯居民生活跡象，主要影像特征為房屋、院墻可能呈現(xiàn)殘墻斷垣，無（少）人員活動、無（少）生活配套。（5）其他廢棄地，例如廢棄軍事用地、宗教用地等，其主要特征為用地范圍內(nèi)房屋、設(shè)施等沒有居民使用跡象?？梢?，不同村鎮(zhèn)退化廢棄地在高分辨率遙感影像上退化廢棄前后表現(xiàn)出截然不同的特征，可以借助遙感手段并輔以獨特解譯標志，開展快速監(jiān)測。

2 村鎮(zhèn)退化廢棄地遙感監(jiān)測技術(shù)流程

村鎮(zhèn)退化廢棄地的界定十分復(fù)雜，不僅與建、構(gòu)筑物的使用者、土地的生產(chǎn)活動狀況等微觀的社會因素有較大關(guān)系，而且與地形地貌、氣象氣候等宏觀的自然因素也有直接聯(lián)系。因此，在利用遙感技術(shù)開展村鎮(zhèn)退化廢棄地監(jiān)測時，必須向上兼容，使用高分辨率遙感影像，同時提供充足的先驗知識輔助作業(yè)人員判斷。為此，本文參考土地調(diào)查監(jiān)測的通用技術(shù)流程[6-8]，設(shè)計了基于高分辨率遙感影像的“解譯標志建立—內(nèi)業(yè)信息提取—外業(yè)核查—內(nèi)業(yè)整理”村鎮(zhèn)退化廢棄地遙感監(jiān)測技術(shù)流程（圖1）。

圖1 村鎮(zhèn)退化廢棄地遙感監(jiān)測技術(shù)流程Fig.1 W orkflow ofmonitoring brown field by remote sensing technology

2.1 解譯標志庫建立

利用高分辨率光學遙感影像，由經(jīng)驗豐富的作業(yè)人員開展研究區(qū)村鎮(zhèn)退化廢棄地目視判讀解譯工作，每類村鎮(zhèn)退化廢棄地截取部分有代表性的村鎮(zhèn)退化廢棄地周圍一定范圍的遙感影像作為影像解譯標志，同時拍攝實地照片，補充其光譜、紋理等與其他用地類型有顯著特征差異的定性描述性文字，按照建庫格式要求存入數(shù)據(jù)庫，建立研究區(qū)村鎮(zhèn)退化廢棄地的解譯標志庫，格式如表2所示。

2.2 內(nèi)業(yè)信息提取

采用QuickBird、IKONOS、WorldView-1、WorldView-2、GeoEye-1等高分辨率光學遙感影像數(shù)據(jù)源，首先對遙感影像進行正射糾正、接邊、色彩調(diào)整、鑲嵌處理，按一定界線剪裁生產(chǎn)研究區(qū)的土地利用遙感影像圖。然后采用波段組合彩色合成技術(shù)，拉伸村鎮(zhèn)退化廢棄地與其它背景的特征差距，實現(xiàn)針對遙感影像的定向特征增強。最后依據(jù)解譯標志庫提供的解譯標志和定性描述等先驗知識，參考其他輔助資料，對比解譯標志和遙感影像，采用人機交互和計算機自動分類相結(jié)合的方法，按照表3所示圖斑屬性表格式，提取村鎮(zhèn)退化廢棄地圖斑。

2.3 外業(yè)信息核查

導(dǎo)出內(nèi)業(yè)監(jiān)測圖斑，外業(yè)核定內(nèi)業(yè)無法確定的監(jiān)測圖斑，補充調(diào)查遺漏圖斑。逐個監(jiān)測圖斑實地核查退化廢棄前后地類和范圍，根據(jù)每個監(jiān)測圖斑變化前后地類均須單一的原則，合并、拆分、修訂監(jiān)測圖斑界線，現(xiàn)場拍攝每個圖斑的實地照片，填寫現(xiàn)場核查說明文字，完成村鎮(zhèn)退化廢棄地監(jiān)測圖斑之記的記錄工作，監(jiān)測圖斑之記格式如表4所示。

2.4 成果整理

導(dǎo)出外業(yè)核查圖斑至內(nèi)業(yè)計算機，根據(jù)需要修訂監(jiān)測圖斑邊界和屬性，形成村鎮(zhèn)退化廢棄地監(jiān)測矢量數(shù)據(jù)層、屬性表，按研究區(qū)退化廢棄地類型統(tǒng)計并匯總監(jiān)測圖斑成果，完成成果整理。村鎮(zhèn)退化廢棄地監(jiān)測圖斑統(tǒng)計表和匯總表如表5和表6所示。

表2 解譯標志庫格式Tab.2 Database form of interpreting reference

表3 村鎮(zhèn)退化廢棄地圖斑屬性表Tab.3 Spot-attribution form for monitoring the brown field

表4 村鎮(zhèn)退化廢棄地監(jiān)測圖斑之記Tab.4 Spot-recording form for monitoring degraded and scraped land

表5 村鎮(zhèn)退化廢棄地監(jiān)測圖斑統(tǒng)計表Tab.5 Stastistical form for monitoring the brown field

表6 村鎮(zhèn)退化廢棄地監(jiān)測圖斑匯總表Tab.6 Summarizing form for monitoring the brown field

3 移動作業(yè)平臺設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)功能需求

移動作業(yè)平臺主要用于所有內(nèi)業(yè)監(jiān)測圖斑的快速便捷核查，因而需充分利用GPS/PDA移動平臺的技術(shù)優(yōu)勢，基于軟件工程的思想，采用軟件總線的研發(fā)模式，達到界面友好、便捷實用、功能穩(wěn)定和擴展性強的特點。根據(jù)村鎮(zhèn)退化廢棄地監(jiān)測要求，該平臺應(yīng)提供外業(yè)核查工程文件創(chuàng)建、工程數(shù)據(jù)管理與參數(shù)設(shè)置、目標地塊導(dǎo)航、現(xiàn)場調(diào)繪與信息采集、成果輸出統(tǒng)計等功能，以滿足如圖2所示工作流程圖作業(yè)要求。

外業(yè)核查工程文件創(chuàng)建功能包括：利用工程文件創(chuàng)建工具或移動平臺，設(shè)置工程配置文件和數(shù)據(jù)交換標準，創(chuàng)建村鎮(zhèn)退化廢棄地外業(yè)核查工程文件。

工程數(shù)據(jù)管理與參數(shù)設(shè)置功能包括：加載和制作外業(yè)核查工作包、管理外業(yè)核查工作圖層，控制工程圖層數(shù)據(jù)顯示內(nèi)容、疊加關(guān)系、顯示風格等；設(shè)置地圖瀏覽、GPS定位與校準、影像實地平面精度檢核等參數(shù)。

目標地塊導(dǎo)航功能包括單目標導(dǎo)航、多目標導(dǎo)航和清除導(dǎo)航。單目標導(dǎo)航功能通過選擇目標圖斑的圖斑號查找確定目標圖斑。根據(jù)給出的與當前位置點的距離、方向、導(dǎo)航目標點或目標圖斑中心點設(shè)置標識、導(dǎo)航距離等確定導(dǎo)航信息。多目標導(dǎo)航功能通過屬性搜索定位查找未完成核查的圖斑，根據(jù)提示列表選擇圖斑進行導(dǎo)航定位，根據(jù)圖斑標識和最短路徑確定多目標導(dǎo)航信息。清除導(dǎo)航功能通過中止導(dǎo)航清除地圖上的導(dǎo)航標識。

圖2 移動作業(yè)平臺工作流程圖Fig.2 W orkflow of themobile operation platform for monitoring the brown field

現(xiàn)場調(diào)繪與信息采集功能包含圖斑邊界快速采集、圖斑影像塊采集、現(xiàn)場照片采集、屬性核實編輯、屬性核實確認等步驟。圖斑邊界快速采集功能包括采用PDA遙感影像調(diào)繪技術(shù)和GPS現(xiàn)場采集技術(shù)，利用GPS測量、屏幕調(diào)繪、傳統(tǒng)測量方法的補測、實時編輯等功能，采集圖斑邊界。圖斑影像塊采集功能包括選擇目標圖斑，利用系統(tǒng)提供的功能截取目標圖斑周圍一定范圍的影像?，F(xiàn)場照片采集功能包括利用系統(tǒng)提供的現(xiàn)場照相功能，拍攝圖斑實地照片。屬性核實編輯功能包括對監(jiān)測圖斑的退化廢棄類型、實際地類、照片等屬性進行采集和編輯。屬性核實確認功能包括屬性編輯結(jié)束后，根據(jù)系統(tǒng)自動檢查必填字段是否滿足要求，完成屬性核實確認工作。

成果輸出統(tǒng)計功能包括監(jiān)測成果導(dǎo)出、圖斑統(tǒng)計表生成和圖斑匯總表生成。按照成果提交要求和統(tǒng)計匯總模板，輸出監(jiān)測成果。

3.2 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

根據(jù)以上功能需求，結(jié)合當前PDA用于土地調(diào)查監(jiān)測方面的成熟度，筆者在Windows Mobile 5操作系統(tǒng)、Microsoft ActiveSync 4.x、Microsoft.NET Framework 2.0等軟件支持環(huán)境下，開發(fā)了村鎮(zhèn)退化廢棄地遙感監(jiān)測外業(yè)移動作業(yè)平臺系統(tǒng)，同時開發(fā)基于PC機器的內(nèi)業(yè)處理軟件。系統(tǒng)功能框架圖如圖3所示。

其中，外業(yè)移動作業(yè)平臺完成退化廢棄地的外業(yè)核實與數(shù)據(jù)采集工作，包括工程數(shù)據(jù)管理與參數(shù)設(shè)置、目標地塊導(dǎo)航、現(xiàn)場調(diào)繪與信息采集等功能模塊。內(nèi)業(yè)處理軟件是運行于PC機上，配合外業(yè)移動作業(yè)平臺使用，主要完成外業(yè)調(diào)查包的生成和統(tǒng)計報表生成等內(nèi)業(yè)工作。

4 結(jié)語

本文提出了村鎮(zhèn)退化廢棄地遙感快速監(jiān)測的技術(shù)流程，開展了村鎮(zhèn)退化廢棄地遙感監(jiān)測移動作業(yè)平臺系統(tǒng)功能需求分析與實現(xiàn)。首先，在選定甘肅省白銀市平川區(qū)作為典型研究區(qū)的基礎(chǔ)上，通過建立研究區(qū)村鎮(zhèn)退化廢棄地分類體系，依據(jù)沙化土地、鹽漬化土地、工礦廢棄地、村鎮(zhèn)廢棄地、其他廢棄地等5類村鎮(zhèn)退化廢棄地的實際表現(xiàn)與高分辨率影像特征，結(jié)合現(xiàn)有土地調(diào)查監(jiān)測的基本技術(shù)流程，提出了利用遙感手段快速監(jiān)測村鎮(zhèn)退化廢棄地的技術(shù)流程，分析表明采用解譯標志先驗信息、遙感影像和實地采集信息的遙感手段監(jiān)測村鎮(zhèn)退化廢棄地是在技術(shù)上是可行的。其次，從外業(yè)核查工程文件創(chuàng)建、工程數(shù)據(jù)管理與參數(shù)設(shè)置、目標地塊導(dǎo)航、現(xiàn)場調(diào)繪與信息采集、成果輸出統(tǒng)計等方面分析的移動作業(yè)平臺系統(tǒng)功能需求，實現(xiàn)了由外業(yè)移動作業(yè)平臺和內(nèi)業(yè)處理軟件構(gòu)成的移動作業(yè)平臺系統(tǒng)，為后續(xù)村鎮(zhèn)退化廢棄地遙感監(jiān)測示范應(yīng)用奠定了堅實基礎(chǔ)。

圖3 移動作業(yè)平臺系統(tǒng)功能框架圖Fig.3 Functioning framework of themobile operation platform

（

）：

［1］張曉玲，劉康，蔡玉梅.堅守18億畝耕地紅線不動搖［J］.求是，2009，（21）：43-45.

［2］張緒良.中國西部地區(qū)土地退化的現(xiàn)狀及對策［J］.青島大學師范學院學報，2000，17（2）：67-68.

［3］劉撫英.中國礦業(yè)城市工業(yè)廢棄地協(xié)同再生對策研究［D］.北京：清華大學，2007.

［4］李亞云，楊秀春，朱曉華，等.遙感技術(shù)在中國土地荒漠化監(jiān)測中的應(yīng)用研究［J］.地理科學進展，2009，28（1）：55-62.

［5］王曉慧，李增元，高志海.沙化土地遙感監(jiān)測研究現(xiàn)狀［J］.林業(yè)科學，2008，44（7）：90-96.

［6］國務(wù)院第二次全國土地調(diào)查領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室.2009年全國”一張圖”工程建設(shè)技術(shù)規(guī)定、總體技術(shù)方案、監(jiān)理細則［S］.2009，9.

［7］中華人民共和國國土資源部.土地利用動態(tài)遙感監(jiān)測規(guī)程［S］.TD/T 1010-1999.

［8］中華人民共和國國土資源部.第二次全國土地調(diào)查技術(shù)規(guī)程［S］.TD/T 1014-2007.

Prelim inary Study on M onitoring the Rural Brown Field Through Remote Sensing Technology

WANG Zhong-wu1,LIU Xin2,LIU Shun-xi1,FENG Yong-zhong2,HE Yu-hua1,ZHANG Tian-zhong2
（1.China Land Surveying&Planning Institute,Beijing 100035,China;2.Gansu Land Resource Survey and Planning Institute,Lanzhou 730000,China）

The purpose of this paper is to explore the method of monitoring the rural brown field through remote sensing technology.Method used was case study.Taking Pingchuan district in Baiyin city of Gansu province as an example,the paper introduced five typical types of brown field,summarized the feature of each type based on high resolution remote sensing images,proposed a workflow for monitoring the rural brown field using remote sensing technology,and explained the detailed functions of a useful operation software.The result showed that every plot of brown field had distinguished features of change regarding both the high resolution remote sensing imagery and field survey.The paper concluded that the way ofmonitoring brown field by remote sensing technology was technologically feasible.

land information;rural brown field;remote sensing;monitoring

TP751

A

1001-8158（2012）01-0075-07

2010-11-04

2010-12-10

新一輪國土資源大調(diào)查專項土地資源調(diào)查監(jiān)測工程，土地利用調(diào)查技術(shù)方法研究項目，土地資源調(diào)查監(jiān)測遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)集成研究課題（DDC10-10.2）。

王忠武（1983-），男，湖北洪湖人，博士，工程師。主要研究方向為土地遙感、遙感圖像處理的技術(shù)與應(yīng)用。E-mail:ripewzw0514@126.com