RS和GIS在土地利用更新調(diào)查中的應(yīng)用

李廣生，王文杰，王彥良

（河南省地質(zhì)測繪總院，河南 鄭州450006）

RS和GIS在土地利用更新調(diào)查中的應(yīng)用

李廣生，王文杰，王彥良

（河南省地質(zhì)測繪總院，河南 鄭州450006）

土地利用更新調(diào)查是保持土地利用調(diào)查成果的現(xiàn)勢性的重要手段，傳統(tǒng)的更新調(diào)查方法周期長、精度低且費(fèi)用較高。近年來RS、GIS技術(shù)的迅速發(fā)展，為土地利用調(diào)查提供了新的調(diào)查手段。RS具有宏觀性、及時(shí)性、動(dòng)態(tài)性及多光譜等優(yōu)點(diǎn)，GIS具有強(qiáng)大的空間分析和數(shù)據(jù)管理功能。通過對RS和GIS集成技術(shù)的分析研究，利用SPOT－5數(shù)據(jù)進(jìn)行遙感解譯、影像判讀，采用Map GIS作為數(shù)據(jù)管理平臺，詳細(xì)闡述RS、GIS相結(jié)合的技術(shù)手段在土地利用更新調(diào)查中的具體應(yīng)用。

土地利用更新調(diào)查；RS；GIS

土地利用更新調(diào)查（簡稱土地更新調(diào)查或更新調(diào)查）指采用不小于土地利用現(xiàn)狀調(diào)查（簡稱土地詳查）基礎(chǔ)圖件比例尺的現(xiàn)勢性強(qiáng)的遙感資料制作的正射影像圖及相同比例尺最新測繪的地形圖作為土地更新調(diào)查工作底圖，參考土地詳查和土地變更調(diào)查的圖件、數(shù)據(jù)等有關(guān)資料，查清土地利用現(xiàn)狀的分類、分布、數(shù)量、面積和土地所有權(quán)狀況，在此基礎(chǔ)上建設(shè)或更新土地利用數(shù)據(jù)庫，對土地詳查和土地變更調(diào)查成果進(jìn)行全面更新的調(diào)查［1］。

土地利用更新調(diào)查是我國國土資源管理的基礎(chǔ)性工作之一。一方面，它保持了土地利用調(diào)查成果的現(xiàn)勢性，滿足土地利用數(shù)據(jù)庫建設(shè)、土地利用規(guī)劃及集體土地所有權(quán)發(fā)證工作的需要；另一方面，它也是土地主管部門制定土地利用政策及對土地利用現(xiàn)狀進(jìn)行監(jiān)測的依據(jù)。

近年來，迅速發(fā)展的遙感（RS）技術(shù)為土地資源調(diào)查提供了更為及時(shí)、有效的技術(shù)手段。由于其具有宏觀性、及時(shí)性、動(dòng)態(tài)性及多光譜等優(yōu)點(diǎn)［2］，并結(jié)合計(jì)算機(jī)快速處理的特點(diǎn)，是常規(guī)土地調(diào)查技術(shù)所無法比擬的；地理信息系統(tǒng)（GIS）由于其強(qiáng)大的空間分析、管理功能為土地利用提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫管理功能。將遙感（RS）技術(shù)和地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)RS、GIS的集成是目前土地資源調(diào)查和動(dòng)態(tài)監(jiān)測的主要發(fā)展趨勢［3－4］。在土地利用現(xiàn)狀調(diào)查中引入RS和GIS技術(shù)，大大提高了工作效率，從而形成了利用遙感技術(shù)（RS）發(fā)現(xiàn)土地利用變化信息，利用地理信息系統(tǒng)技術(shù)（GIS）進(jìn)行土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫更新與管理的運(yùn)行機(jī)制。

1 RS和GIS集成技術(shù)

遙感與地理信息系統(tǒng)集成是當(dāng)前3S應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)中的一個(gè)難點(diǎn)，一般而言，遙感為地理信息系統(tǒng)提供主要的信息源，GIS是管理、處理和分析應(yīng)用空間數(shù)據(jù)的平臺，遙感與地理信息系統(tǒng)集成的目標(biāo)在于充分利用RS和GIS各自的特點(diǎn)，快速、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)遙感數(shù)據(jù)與地理信息數(shù)據(jù)集成和融合分析，為管理和決策提供服務(wù)。遙感系統(tǒng)普遍采用以像元為單元的柵格格式存儲，而GIS主要以點(diǎn)、線、面（多邊形）為單元的圖形矢量格式存儲，因此，兩者集成分析的關(guān)鍵是解決柵格數(shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù)的接口問題。要方便、有效地實(shí)現(xiàn)RS與GIS集成，主要方法是GIS軟件開發(fā)平臺中需包含高效的柵格數(shù)據(jù)分析功能，或者GIS軟件能夠與第三方提供的柵格數(shù)據(jù)分析軟件之間實(shí)現(xiàn)很好的數(shù)據(jù)通信，這也是GIS應(yīng)用系統(tǒng)中專業(yè)應(yīng)用模型與GIS有效集成所必須解決的問題［5］。

對于RS與GIS的一體化集成，國外有關(guān)專家提出了3個(gè)發(fā)展階段：①分散集成模式，2個(gè)系統(tǒng)雖彼此獨(dú)立，但相互之間可以通過數(shù)據(jù)通訊而聯(lián)系在一起，即以中間文件為數(shù)據(jù)交換格式連接GIS和RS分析軟件；②2個(gè)軟件模式具有共同的用戶界面，做到表面上無縫的結(jié)合，數(shù)據(jù)傳輸則在內(nèi)部通過特征碼相結(jié)合，這只是某種思想和方法的合一，并非將系統(tǒng)完全融合；③具有復(fù)合處理功能的軟件體，即具有矢、柵一體化管理的、高度集成的融合分析軟件。

2．1 技術(shù)路線

利用現(xiàn)勢性好的航天、航空正射影像圖為基礎(chǔ)調(diào)查資料，經(jīng)圖像處理后，與原有土地利用現(xiàn)狀圖套合對比，進(jìn)行預(yù)判分析，再通過外業(yè)實(shí)地調(diào)繪、補(bǔ)充調(diào)查和內(nèi)業(yè)圖數(shù)整理，更新土地利用現(xiàn)狀圖，建設(shè)或更新土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫。

2．2 工作流程

采用RS技術(shù)和GIS技術(shù)集成的辦法，以GIS為技術(shù)平臺，RS影像為工作底圖，外業(yè)實(shí)地調(diào)查為依據(jù)，土地利用數(shù)據(jù)庫為參考，解譯土地利用變更情況。工作流程如圖2所示。

2 基于RS和GIS的土地利用更新調(diào)查

基于RS和GIS的土地利用更新調(diào)查以近期現(xiàn)勢性強(qiáng)的航空或航天正射影像圖作為工作底圖并配以同比例尺最新地形圖作為輔助資料，并結(jié)合野外實(shí)地調(diào)查的手段對土地利用狀況進(jìn)行調(diào)查，按照國土資源部最新的三級分類標(biāo)準(zhǔn)對土地進(jìn)行分類，最后建立土地利用數(shù)據(jù)庫。

考慮到項(xiàng)目技術(shù)要求、軟件集成特點(diǎn)、經(jīng)費(fèi)的投入以及土地利用更新調(diào)查最終要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)格式的統(tǒng)一，工作選用在國土部門廣泛應(yīng)用的MAPGIS為集成平臺，利用遙感處理軟件PCI對遙感影像進(jìn)行前期的處理，最后利用基于MAPGIS二次開發(fā)的土地利用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)建庫。集成模式如圖1所示。

圖2 土地利用更新調(diào)查工作流程

3 應(yīng)用遙感技術(shù)（RS）發(fā)現(xiàn)和提取土地變化信息

圖1 RS與GIS集成示意圖

遙感（RS）技術(shù)包括航空攝影和衛(wèi)星遙感技術(shù)，調(diào)查如果使用省國土資源廳統(tǒng)一提供的航空正射影像圖，可以直接引用；如果采用航天遙感數(shù)據(jù)，應(yīng)根據(jù)有關(guān)規(guī)定進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。本文以SPOT－5 2．5 m分辨率全波段數(shù)據(jù)為例，介紹土地利用更新調(diào)查工作中RS的應(yīng)用與處理流程。

3．1 RS影像處理

利用PCI在土地利用更新調(diào)查中主要對遙感影像作如下工作：

1）影像校正。為了將RS數(shù)據(jù)與GIS數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)套合，必須將遙感影像投影到需要的地理坐標(biāo)系中。利用地形圖可采用二階多項(xiàng)式法等校正方法對遙感影像進(jìn)行校正，控制點(diǎn)的選取最好在道路交叉點(diǎn)、河流岔口等不隨時(shí)間變化的地物上。

2）影像增強(qiáng)處理。目的是為了增強(qiáng)局部反差突出紋理細(xì)節(jié)，并盡可能降低噪聲。首先采用線形拉伸的方法增強(qiáng)圖像反差，調(diào)整視覺效果；然后用高通濾波器對SPOT影像進(jìn)行銳化處理以增強(qiáng)紋理細(xì)節(jié)。

3．2 建立遙感解譯標(biāo)志

傳統(tǒng)的人工目視解譯和計(jì)算機(jī)自動(dòng)分類遙感解譯方法分別存在耗時(shí)多、周期長和分類精度低的弊端，很難滿足實(shí)際需要。現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展給我們提供了新的方法—在計(jì)算機(jī)屏幕上進(jìn)行遙感影像的人工目視解譯，即遙感影像的屏幕數(shù)字化解譯。這種方法提高了定位和定性的精度，同時(shí)解譯結(jié)果可以直接進(jìn)入地理信息系統(tǒng)中。為了統(tǒng)一解譯標(biāo)準(zhǔn)，提高解譯精度，建立了遙感解譯標(biāo)志，部分解譯標(biāo)志如表1所示。

表1 土地利用遙感解譯判讀標(biāo)志

3．3 利用遙感正射影像圖進(jìn)行內(nèi)業(yè)預(yù)判

1）界線處理。將縣級以上行政界線按照民政部門核準(zhǔn)的勘界成果，轉(zhuǎn)繪到原土地詳查圖上；根據(jù)縣（市）相關(guān)文件，標(biāo)繪出變化的行政界線、權(quán)屬界線；行政、權(quán)屬界線沒有變化或有爭議的，使用原詳查成果。

2）套合對比判讀。將航空或航天數(shù)據(jù)與原土地利用現(xiàn)狀圖或數(shù)據(jù)庫進(jìn)行套合。通過人機(jī)交互或目視判讀，提取地類信息。地類邊界以影像為準(zhǔn)，地類屬性參考原土地詳查結(jié)果。矢量化方法及精度符合土地利用數(shù)據(jù)庫建設(shè)要求。

3）根據(jù)判讀確定調(diào)查原則。通過與原土地利用現(xiàn)狀圖或數(shù)據(jù)庫的對比，形成4種調(diào)查原則（如圖3所示）。①一致：對于一致的情況，直接使用原有資料；②少調(diào)查：對于影像基本與原有資料符合的情況，采取較少范圍地進(jìn)行調(diào)查；③多調(diào)查：對于影像數(shù)據(jù)與原有資料有較大差異的情況，采取多調(diào)查的原則；④變更漏或新增地物：對以前變更調(diào)查有所遺漏的情況，采取對遺漏區(qū)域重新全面調(diào)查。

圖3 利用遙感監(jiān)測與原土地變更調(diào)查對照

4 GIS軟件制圖與數(shù)據(jù)建庫

GIS系統(tǒng)平臺選用武漢中地公司的MAPGIS，利用MAPGIS對工作底圖進(jìn)行圖形化處理，利用“MAPGIS土地利用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)”進(jìn)行數(shù)據(jù)建庫。

4．1 土地利用現(xiàn)狀圖的分層矢量化

1）行政界線圖層。包含整個(gè)某市城區(qū)和郊區(qū)的市界、區(qū)界、縣界、鄉(xiāng)界和行政村界，及農(nóng)、林、牧、漁場界，居民地外的廠礦、企事業(yè)單位的土地所有權(quán)界線和使用權(quán)屬界線，還包含飛地、爭議地的界線。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)圖式把界線按規(guī)定設(shè)計(jì)成相應(yīng)的線型，并按相應(yīng)的圖層，逐一矢量化。

2）線狀地物圖層。包含所有1 m、10 m的道路、河流。當(dāng)線狀有變化時(shí)，需要在變化處切斷，每一條線狀都必須是一條完整的線串并注有一個(gè)寬度。道路、河流存放在不同的圖層。

3）地類圖斑層。以行政村為單位，矢量化該村的所有的地類圖斑，并在圖斑內(nèi)注記地類代碼。行政界線可以作為地類界線，線狀地物一般不作地類界線，需要作為地類界線時(shí)要求重新矢量化該段線。一個(gè)村有幾塊時(shí)，可以分成幾個(gè)文件，文件名需標(biāo)注清1、2、3等。一個(gè)村里有另外一個(gè)村的大片土地時(shí)，需要把此塊地剔除出來，不能當(dāng)作飛地處理。爭議地放在鄰近的村處理。圖斑和地類代碼按不同的圖層存放。

4）零星地物圖層。根據(jù)外業(yè)調(diào)查手薄和掃描圖，把所有的零星地物按實(shí)測的面積用圓圈標(biāo)繪相應(yīng)的位置上。

4．2 利用“MAPGIS土地利用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)”建數(shù)據(jù)庫

1）建立數(shù)據(jù)字典。利用“MAPGIS土地利用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)”軟件把全市的鄉(xiāng)、鎮(zhèn)、村，各農(nóng)牧、林場等行政單位按行政級別從大到小，根據(jù)有關(guān)部門制定的單位行政編碼建立數(shù)據(jù)字典。

2）給圖斑賦屬性。根據(jù)數(shù)據(jù)字典把已經(jīng)構(gòu)成面的地類圖斑文件導(dǎo)入“MAPGIS土地利用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)”。先利用其圖型編輯功能統(tǒng)一賦予各個(gè)圖斑的權(quán)屬、地類、性質(zhì)等屬性；然后再修改各塊飛地、爭議地的權(quán)屬和性質(zhì)。

所有的已構(gòu)面地類圖斑文件預(yù)處理完成后，把其合成一個(gè)文件。經(jīng)圖形相加、減等運(yùn)算后，把重疊或開天窗的地方處理掉，然后對圖斑進(jìn)行自動(dòng)編號（所有的編號都是唯一的）。

3）在圖斑中加入線狀及零星地物屬性。將DGN格式的線狀地物圖和零星地物圖導(dǎo)入MAPGIS并與其圖斑屬性相關(guān)聯(lián)。經(jīng)過數(shù)據(jù)編輯和處理，自動(dòng)把關(guān)聯(lián)的線狀地物和零星地物的扣除面積賦給各個(gè)耕地地類圖斑的屬性庫。

4）扣除耕地田埂面積。根據(jù)要求在不同的坡度下賦予耕地地類圖斑相應(yīng)的田埂系數(shù)，根據(jù)此田埂系數(shù)，自動(dòng)生成各個(gè)圖斑的毛面積和凈面積。

5）面積匯總、出臺賬和成果圖。利用“MAPGIS土地利用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)”軟件的匯總統(tǒng)計(jì)功能，形成最終的各種臺賬、匯總表。最后對圖形進(jìn)行整飾，打印出各種土地利用現(xiàn)狀圖。

5 結(jié)束語

土地利用變更是土地管理中最基礎(chǔ)、最重要的環(huán)節(jié)。常規(guī)的土地變更調(diào)查方法，獲取數(shù)據(jù)周期長而且精度差，數(shù)據(jù)和圖件的管理、傳輸、分析手段落后，無法提供及時(shí)準(zhǔn)確、全方位的信息。本次調(diào)查中所采用的RS、GIS相結(jié)合的方法，既發(fā)揮了RS獲取數(shù)據(jù)速度快、精度高、范圍廣的特點(diǎn)，又發(fā)揮了GIS對數(shù)據(jù)管理與分析的優(yōu)勢。在縮短調(diào)查時(shí)間的同時(shí)，保證調(diào)查精度，節(jié)省調(diào)查費(fèi)用。而且應(yīng)用一體化技術(shù)得到的土地利用專題圖很好地把RS的柵格影像與GIS的矢量數(shù)據(jù)結(jié)合在一起，可以更加直觀地反映土地利用的變化狀況。

［1］歐名豪．土地利用管理［M］．北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2002．

［2］鄧良基．遙感基礎(chǔ)與應(yīng)用［M］．北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2002．

［3］毛政元，李霖．“3S”集成及其應(yīng)用［J］．華中師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，36（3）：385－388．

［4］潘瑜春，王紀(jì)華．基于GIS和RS的應(yīng)用分析系統(tǒng)集成研究［J］．計(jì)算機(jī)工程，2005，31（15）：44－46．

The application of RS ＆GIS into changes in land

LI Guang－sheng，WANG Wen－jie，WANG Yan－liang
（Henan Geological Institute of Surveying and Mapping，Zhengzhou 450006，China）

The updating investigation of land use is a current important means to keep the land use survey but traditional investigation updating method requires the investigation of long period，high cost and low precision．In recent years，the rapid development of the technology of RS，GIS，for the land use survey provides new means of investigation．Based on the RS and GIS integration analysis，elaborated RS，GIS combination technology in updating investigation of land is used in specific applications．

updated land utilization survey；RS；GIS

P237；P208

A

1006－7949（2012）03－0074－04

2011－07－09

李廣生（1967－），男，工程師．

［責(zé)任編輯張德福］