基于IKONOS影像的土地利用現(xiàn)狀更新調(diào)查方法

周寧平，廖 明，匡秀梅

（1.常德市規(guī)劃研究中心，湖南常德 415000；2.中測新圖（北京）遙感技術(shù)有限責(zé)任公司，北京 100039）

基于IKONOS影像的土地利用現(xiàn)狀更新調(diào)查方法

周寧平1，廖 明1，匡秀梅2

（1.常德市規(guī)劃研究中心，湖南常德 415000；2.中測新圖（北京）遙感技術(shù)有限責(zé)任公司，北京 100039）

近年來，隨著我國社會和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，土地利用現(xiàn)狀發(fā)生了很大變化，原有土地利用資料已難以滿足土地管理的需求。為了提高土地管理效率和水平，實(shí)現(xiàn)科學(xué)化管理，結(jié)合地方規(guī)劃與國土資源管理現(xiàn)狀，采用現(xiàn)代“3S”技術(shù)，建立集遙感信息以及土地利用信息于一體的土地利用數(shù)據(jù)庫，為地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供現(xiàn)勢、詳實(shí)、準(zhǔn)確的科學(xué)依據(jù)，為國土資源規(guī)劃、保護(hù)、管理和合理利用奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。結(jié)合銀川市土地利用現(xiàn)狀更新調(diào)查項(xiàng)目，論述利用高分辨率衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)——地面分辨率達(dá)1 m的IKONOS影像進(jìn)行土地利用現(xiàn)狀更新調(diào)查的技術(shù)方法。

高分辨率衛(wèi)星影像；IKONOS影像；土地利用更新

土地資源是人類賴以生存的重要自然資源，由于它具有位置固定性、面積的有限性、地域的差異性、利用狀況的多樣性和可變性，決定了土地利用更新調(diào)查是一項(xiàng)龐大復(fù)雜的技術(shù)工程。衛(wèi)星遙感技術(shù)，以其覆蓋面廣、宏觀性強(qiáng)、快速、多時(shí)相、豐富的綜合信息等優(yōu)點(diǎn)，而被人們在土地調(diào)查中廣泛應(yīng)用。特別是近年來，SPOT5、IKONOS和Quick Bird等高分辨率衛(wèi)星影像的市場化推廣，促進(jìn)了該技術(shù)在土地調(diào)查中的應(yīng)用。

“六五”以來，我國在國務(wù)院統(tǒng)一部署下完成了全國縣級土地詳查；東部地區(qū)采用航空遙感為基本方法完成比例尺1∶1萬土地利用調(diào)查制圖；西部地區(qū)采用衛(wèi)星遙感和航空遙感相結(jié)合的方法完成1∶5萬、1∶10萬和1∶20萬土地利用調(diào)查。這些數(shù)據(jù)資料為土地資源的科學(xué)化管理提供了保障。通常情況下，對于1∶1萬土地利用調(diào)查應(yīng)采用航空遙感的方法來獲取高地面分辨率的數(shù)據(jù)源，而在本次項(xiàng)目實(shí)施中，用地面分辨率高達(dá)1m的IKONOS影像取代航空遙感影像進(jìn)行土地利用更新，結(jié)果達(dá)到滿意的精度。

1 項(xiàng)目簡介

根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求，土地利用現(xiàn)狀更新調(diào)查的主要任務(wù)是應(yīng)用高分辨率衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，制作銀川市市轄三區(qū)（興慶區(qū)、金鳳區(qū)、西夏區(qū)）約1 798 km2數(shù)字正射影像（以下簡稱DOM），基于DOM提取土地利用現(xiàn)狀信息，參考土地詳查和土地變更調(diào)查等有關(guān)資料，結(jié)合外業(yè)調(diào)查，將土地利用現(xiàn)狀的分類界線、權(quán)屬界線調(diào)繪到DOM上，在此基礎(chǔ)上完成1∶1萬土地利用現(xiàn)狀圖更新，建立1∶1萬土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫，并進(jìn)行面積量算、統(tǒng)計(jì)和匯總。

該項(xiàng)目共使用IKONOS影像40景，并以3景SPOT5的影像為補(bǔ)充，本文研究的重點(diǎn)在于使用IKONOS影像進(jìn)行土地利用更新的技術(shù)與方法。圖1為IKONOS數(shù)據(jù)的覆蓋情況。

圖1 IKONOS數(shù)據(jù)覆蓋情況

2 技術(shù)路線與方法

2.1 技術(shù)路線

該技術(shù)的基本工作包括：資料的收集、輔助資料的處理、外業(yè)控制測量、數(shù)字正射影像圖（DOM）制作、土地利用現(xiàn)狀圖糾正、土地利用分類信息的提取、外業(yè)調(diào)繪、外業(yè)調(diào)繪成果的補(bǔ)漏修改，數(shù)據(jù)入庫、統(tǒng)計(jì)匯總、出圖、精度評定等關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。技術(shù)流程見圖2。

2.2 技術(shù)方法

2.2.1 外業(yè)控制測量

基于Quick Bird衛(wèi)星影像內(nèi)業(yè)選取控制點(diǎn)，采用靜態(tài)GPS與動態(tài)（RTK）GPS聯(lián)合作業(yè)方法，進(jìn)行外業(yè)控制測量，獲取控制點(diǎn)坐標(biāo)。

外業(yè)控制測量的流程主要有內(nèi)業(yè)選點(diǎn)——外業(yè)測量——坐標(biāo)轉(zhuǎn)換——精度檢查——成果整理，見圖3。

對于IKONOS影像，控制點(diǎn)的設(shè)置密度為6 km2／點(diǎn)，40景影像共選點(diǎn)320個(gè)。共收集并實(shí)地找到可利用國家三角點(diǎn)32個(gè)，靜態(tài)布設(shè)校正點(diǎn)和固定點(diǎn)26個(gè)，動態(tài)測量影像糾正控制點(diǎn)293個(gè)?？刂泣c(diǎn)相對于鄰近的等級控制點(diǎn)的平面位置中誤差與高程中誤差如表1所示。

表1 控制點(diǎn)精度要求m

最后提交的成果應(yīng)包含控制點(diǎn)坐標(biāo)、點(diǎn)之記和點(diǎn)位圖等。

2.2.2 數(shù)字正射影像圖制作

制作高分辨率衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的數(shù)字正射影像圖（Digital Orthophoto Map，簡稱DOM）為土地利用現(xiàn)狀更新調(diào)查提供高精度基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。以1∶1萬（或更大比例尺）數(shù)字柵格地形圖（Digital Raster Graphic，簡稱DRG）和高精度外業(yè)控制點(diǎn)為控制資料，利用數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model，簡稱DEM）對遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行正射糾正、配準(zhǔn)和融合，按照1∶1萬地形圖標(biāo)準(zhǔn)圖幅范圍分幅，疊加圖名、圖幅號、公里格網(wǎng)形成1∶1萬數(shù)字正射影像圖。

具體技術(shù)工序包括：輔助資料處理——外業(yè)控制點(diǎn)加載——全色數(shù)據(jù)糾正——多光譜數(shù)據(jù)配準(zhǔn)——全色與多光譜數(shù)據(jù)融合——接邊與鑲嵌——分幅。其中，輔助資料處理的主要工作有各種紙質(zhì)地形圖、土地利用資料、行政境界圖的掃描，使用photoDRG對其進(jìn)行幾何糾正，柵格圖的數(shù)字化，以及坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換等；全色數(shù)據(jù)糾正和多光譜數(shù)據(jù)配準(zhǔn)均采用ERDAS軟件提供的有理多項(xiàng)式模型進(jìn)行處理，影像采樣間隔1 m；全色與多光譜數(shù)據(jù)的融合可采用主成分分析法、加權(quán)相乘法、IHS變換法等多種方法進(jìn)行；最后經(jīng)接邊、鑲嵌和分幅形成MSI和IMG格式的1∶1萬標(biāo)準(zhǔn)分幅數(shù)字正射影像、GEO－tif和IMG格式全轄區(qū)數(shù)字正射影像等成果。

2.2.3 土地利用數(shù)據(jù)庫建庫

土地利用數(shù)據(jù)庫建庫是整個(gè)土地利用更新調(diào)查工程中最關(guān)鍵的工作。建庫時(shí)，基于MAPGIS6.7平臺開發(fā)的土地利用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，以土地利用現(xiàn)狀圖、土地變更圖和最新地形圖為參考，對DOM進(jìn)行全面解譯，獲取土地利用分類信息。其中地類類別根據(jù)土地利用現(xiàn)狀圖和土地變更圖等資料進(jìn)行確定，地類范圍由DOM準(zhǔn)確定位，對于地類難以判定或范圍不明確的圖斑，作為可疑圖斑供外業(yè)時(shí)重點(diǎn)調(diào)查。由于此次銀川市土地利用更新調(diào)查建庫是在沒有土地利用數(shù)據(jù)庫底庫以及土地利用臺帳和原始土地利用現(xiàn)狀圖覆蓋不完整的條件下進(jìn)行，采用基于高分辨率的衛(wèi)星影像提取土地利用分類信息并結(jié)合外業(yè)調(diào)查獲取地物屬性信息的方法建庫，因而具有與以往的土地利用更新調(diào)查不同的特點(diǎn)，采用的建庫技術(shù)流程如圖4所示。

1）土地利用分類信息內(nèi)業(yè)提取。為提高土地利用信息判讀提取的可靠性，便于檢查和控制判讀質(zhì)量，應(yīng)先建立樣本影像庫，建庫時(shí)一般提取具有代表性和典型性的影像圖斑作為樣本影像，樣本影像必須經(jīng)過外業(yè)調(diào)查進(jìn)行核實(shí)。然后根據(jù)樣本影像庫進(jìn)行土地利用信息分類，分類時(shí)先建立工作區(qū)，方法為以標(biāo)準(zhǔn)圖幅為單元建立工程，建立如表2所示的圖層。

表2 工作區(qū)圖層設(shè)置

在保證數(shù)字正射影像和1∶1萬地形圖二者之間嚴(yán)格配準(zhǔn)的前提下，將數(shù)字正射影像和1∶1萬地形圖添加到工程，當(dāng)配準(zhǔn)誤差超限時(shí)，須分析原因，對DOM或土地利用現(xiàn)狀圖進(jìn)行重新處理。建立工作區(qū)后，然后進(jìn)行分類信息判讀，方法是根據(jù)樣本影像圖斑，參考土地利用現(xiàn)狀圖、1∶1萬地形圖，對DOM影像進(jìn)行解譯。地類劃分按《縣（市）級土地利用規(guī)劃數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)》執(zhí)行，地類共分三級：一級地類又分為農(nóng)用地、建設(shè)用地和未利用土地，以農(nóng)用地為例，又分為耕地、園地、林地、草地和其它農(nóng)用地等二級地類，再進(jìn)一步細(xì)化到第三級地類，如耕地分為灌溉水田、望天田、水澆地、旱地和菜地5類三級地類。圖5為幾處旱地的IKONOS影像。

2）外業(yè)調(diào)繪。利用1∶1萬地形圖、部分標(biāo)準(zhǔn)分幅的土地利用現(xiàn)狀圖和衛(wèi)星遙感正射影像圖，結(jié)合相關(guān)資料，運(yùn)用GPS及先進(jìn)的技術(shù)方法，進(jìn)行野外實(shí)地補(bǔ)充調(diào)查。調(diào)繪的內(nèi)容包括：行政境界和權(quán)屬界線、地類、線狀地物和零星地物等。外業(yè)調(diào)繪的基本方法是：選好站立點(diǎn)、確定方位 、抓住特征地物、判定地物等。具體作業(yè)是以內(nèi)業(yè)提供標(biāo)準(zhǔn)分幅的數(shù)字正射影像紙圖和土地利用分類線畫薄膜圖為工作底圖，借助放大鏡、調(diào)繪夾、測量儀器、皮尺和圖板以及GPS等工具，實(shí)地作業(yè)范圍內(nèi)的土地狀況全部調(diào)查清楚，并正確記錄地物屬性信息和在外業(yè)調(diào)繪薄膜上標(biāo)繪新增和刪減的地類。然后，根據(jù)調(diào)繪的結(jié)果進(jìn)行分類信息、屬性信息的修改，并對修改后的1∶1萬標(biāo)準(zhǔn)分幅的各分層矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行裁切、接邊處理，以及拓?fù)浜瓦壿嬪e(cuò)誤檢查，檢查無誤后對圖斑進(jìn)行拓?fù)錁?gòu)面。

圖5 旱地

3）建立土地利用數(shù)據(jù)庫。土地利用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)主要功能有：數(shù)據(jù)建庫、數(shù)據(jù)編輯、變更處理、查詢統(tǒng)計(jì)、匯總出表、成果輸出、系統(tǒng)維護(hù)。其中數(shù)據(jù)庫部分主要由空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)構(gòu)成?？臻g數(shù)據(jù)包括基礎(chǔ)地理信息（地貌、水文、交通、境界、注記等）和土地利用狀況的圖斑數(shù)據(jù)。屬性數(shù)據(jù)是土地利用詳查成果中的各種表格數(shù)據(jù)和圖形特征的附屬說明信息，包括土地利用分類的地類名稱、面積、行政區(qū)劃、權(quán)屬等。屬性庫包括現(xiàn)勢屬性庫和歷史屬性庫。屬性庫與圖形庫通過圖斑標(biāo)識碼進(jìn)行連接。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)主要分為數(shù)據(jù)輸入輸出、數(shù)據(jù)編輯處理和數(shù)據(jù)管理3個(gè)部分。建庫的主要流程為：同類文件拼接—編輯數(shù)據(jù)字典—新建接圖表—新建工程、項(xiàng)目—數(shù)據(jù)綜合處理—圖幅面積平差—數(shù)據(jù)預(yù)處理。其中數(shù)據(jù)綜合處理是對入庫的數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯錯(cuò)誤檢查和屬性常規(guī)檢查，量算圖斑毛面積，計(jì)算線狀地物的面積；數(shù)據(jù)預(yù)處理是進(jìn)行表格匯總打印輸出的前提，是為匯總輸出和空間分析進(jìn)行數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。

4）統(tǒng)計(jì)匯總。按座落位置對圖斑平差后的平差面積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)匯總?？h（市）級土地利用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)輸出表格的類型有：土地利用現(xiàn)狀變更表、土地統(tǒng)計(jì)臺帳、土地統(tǒng)計(jì)簿、土地變更調(diào)查記錄一覽表、外單位土地面積匯總表、本村集體土地面積匯總表、單位土地面積匯總表和國有集體土地面積匯總表。此外，為滿足國土資源部需求，還制作了下述3種表格：土地利用數(shù)據(jù)變化流向表、更新調(diào)查數(shù)據(jù)審查表和更新調(diào)查情況表。

5）統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析。根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果和變更調(diào)查的數(shù)據(jù)制作土地利用數(shù)據(jù)變化流向表，通過該表可清楚地看出各種地類的增加、減少情況。

2.3 技術(shù)特點(diǎn)

在該技術(shù)的實(shí)施中，體現(xiàn)了以下特點(diǎn)：

1）高分辨率遙感數(shù)據(jù)與土地利用基礎(chǔ)圖件相結(jié)合。以遙感數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，充分利用土地利用現(xiàn)狀圖等基礎(chǔ)圖件，輔助進(jìn)行土地利用現(xiàn)狀分類，盡量提高內(nèi)業(yè)處理精度，減少外業(yè)工作量。

2）計(jì)算機(jī)自動處理技術(shù)與人機(jī)交互相結(jié)合。采用計(jì)算機(jī)自動分類技術(shù)，通過人機(jī)交互，提取土地利用分類信息，提高分類準(zhǔn)確度和效率。

3）外業(yè)和內(nèi)業(yè)緊密結(jié)合。采用GPS技術(shù)手段進(jìn)行全轄區(qū)控制點(diǎn)測量，提供高精度的控制資料，確保DOM成果的精度。通過外業(yè)調(diào)查核實(shí)土地利用分類信息的圖形、屬性等內(nèi)容，獲取最新行政境界和權(quán)屬信息，采用GPS或常規(guī)技術(shù)手段補(bǔ)充遺漏和新增地物，確保土地利用分類信息的準(zhǔn)確性。

4）先試點(diǎn)、后全面開展。為了能夠更準(zhǔn)確掌握遙感衛(wèi)星影像所反映的土地利用分類信息，采取了先試點(diǎn)后全面展開 作業(yè)流程。由于原始土地利用現(xiàn)狀調(diào)查資料陳舊且覆蓋范圍不全，在利用遙感資料進(jìn)行分類信息提取時(shí)，將地類比較豐富的豐登鎮(zhèn)作為試點(diǎn)，內(nèi)業(yè)先結(jié)合各種土地利用分類資料、地形圖根據(jù)不同地類的光譜特征進(jìn)行初步的分類信息提取，然后內(nèi)業(yè)作業(yè)人員在外業(yè)調(diào)繪人員的陪同下，到實(shí)地進(jìn)行勘察，了解外業(yè)調(diào)繪的作業(yè)流程，建立遙感影像光譜特征和所反應(yīng)的實(shí)際地類之間的感性認(rèn)識，并在外業(yè)調(diào)繪成果的基礎(chǔ)上建立銀川市市轄區(qū)土地利用分類信息樣本影像庫作為分類信息解譯參考。

3 應(yīng)用結(jié)果

采用上述方法，歷時(shí)近1年的時(shí)間，共完成銀川市市轄區(qū)興慶區(qū)、金鳳區(qū)、西夏區(qū)約1 800 km2范圍的土地利用現(xiàn)狀更新調(diào)查，建立銀川市市轄區(qū)1∶1萬土地利用數(shù)據(jù)庫。涉及行政權(quán)屬單位175個(gè)，共約22 758個(gè)圖斑，33 502條線狀地物。最終形成的成果包括土地利用數(shù)據(jù)庫及其管理系統(tǒng)、土地利用數(shù)據(jù)庫元數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)分幅土地利用圖，市轄區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地利用圖、土地利用統(tǒng)計(jì)表格等。

精度檢測方法為從經(jīng)過正射糾正的DOM上選取精度檢測點(diǎn)，將此DOM上的坐標(biāo)與GPS外業(yè)實(shí)測得到的坐標(biāo)進(jìn)行比較，得到DOM的精度。在該項(xiàng)目中共選取了133個(gè)檢測點(diǎn)，經(jīng)GPS外業(yè)檢測，這些點(diǎn)的平均中誤差為北1.64 m，東2.38 m，高2.89 m，滿足1∶1萬比例尺級別上的土地利用現(xiàn)狀更新要求。

4 結(jié) 論

銀川市土地利用現(xiàn)狀更新調(diào)查綜合采用RS（遙感）、GIS（地理信息系統(tǒng)）、GPS（全球定位系統(tǒng)）等現(xiàn)代化技術(shù)，建立了集高分辨率衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)、土地利用信息于一體的土地利用數(shù)據(jù)庫。實(shí)踐證明：

1）KONOS高分辨率衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)已完全能滿足1∶1萬比例尺級別上的土地利用現(xiàn)狀更新要求。

2）區(qū)別于以往采用的常規(guī)外業(yè)調(diào)查手段，內(nèi)外業(yè)相結(jié)合的方法不僅大大節(jié)約了人力和時(shí)間，同時(shí)也保證成果的高精度。

3）新型技術(shù)手段為土地利用現(xiàn)狀更新提供了技術(shù)保障：RS技術(shù)提供了多源、快速、周期性的數(shù)據(jù)支持，GPS技術(shù)保證了成果的高精度，GIS技術(shù)為土地利用更新提供了強(qiáng)勁功能，確保系統(tǒng)使用的方便性和持續(xù)性。

另外，該方法還存有以下不足：由于部分影像數(shù)據(jù)獲取時(shí)間較早，造成按調(diào)繪結(jié)果形成的土地利用現(xiàn)狀圖和影像圖不一致；此外不同年代的影像之間也存在接邊困難的情況。因此，建議盡量采用最新的、相同時(shí)相的影像，另外對于土地利用情況變化較快的地區(qū)進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測。

［1］魯?shù)希貉披?論遙感技術(shù)在國土資源調(diào)查中的應(yīng)用［J］.國土資源導(dǎo)刊，2005，2（2）：36－37.

［2］牟緒贊，劉紀(jì)選，王平，等.充分發(fā)揮物化探及遙感在國土資源調(diào)查中的先行作用［J］.中國地質(zhì)，2001，28（2）：1－5.

［3］黨安榮王曉棟陳曉峰張建寶.ERDAS Image遙感圖像處理方法［M］，北京：清華大學(xué)出版社，2003.

The research on the investigating and updating the land－use situation based on IKONOS images

ZHOU Ning－ping1，LIAO Ming1，KUANG Xiu－mei2
（1.Changde City Planning Research Center，Changde 415000，China；2.China TopRS Technology Co.，Ltd，Beijing 100039，China）

Recently，with China’s rapid social and economic development，land utilization present situation has undergone great changes，and the original land use information has been difficult to meet the requirement of land management.In order to improve land management efficiency and management level，to achieve scientific management，combining the local planning and land resources management present situation，uses the modern technology of“3S”to set up remote sensing information and land use information in one of the land use database，for local economy development which provides the potential，detailed，accurate scientific basis for land and resources planning，the protection，management and reasonable use and lay a solid foundation.It unifies the Yinchuan city land use change survey project and discusses the application of high resolution satellite image data－ground resolution up to 1 m IKONOS image in the land use change survey technique.

high resolution satellite image；IKONOS image；land use updating

P208

A

1006－7949（2012）04－0074－04

2011－07－31

周寧平（1976－），男，工程師.

[責(zé)任編輯:張德福］