SPOT5衛(wèi)星影像在土地更新調(diào)查中的應(yīng)用

秦勇智

摘要：采用SPOT5遙感影像，從土地調(diào)查實際出發(fā)，解譯土地地類光譜特征，通過對地類光譜信息進(jìn)行外業(yè)調(diào)查核實，修正初步解譯結(jié)果，確認(rèn)室內(nèi)判讀可信度，節(jié)省了外業(yè)調(diào)查的時間，提高工作效率，保證調(diào)查結(jié)果的可靠性，為今后土地調(diào)查提供一種新方法。

1.前言

土地更新調(diào)查是采用先進(jìn)技術(shù)方法，在現(xiàn)有土地調(diào)查的基礎(chǔ)上，按照統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，全面查清轄區(qū)范圍內(nèi)的土地利用狀況，國家直接掌握準(zhǔn)確的轄區(qū)土地數(shù)據(jù)，推進(jìn)土地登記發(fā)證的覆蓋面，并建立和完善土地調(diào)查、統(tǒng)計和登記制度，實現(xiàn)成果信息化管理與共享，滿足經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展及國土資源管理的需要。

土地更新調(diào)查的主要任務(wù)是，在轄區(qū)范圍內(nèi)利用遙感等先進(jìn)技術(shù)，以正射影像圖為基礎(chǔ)，逐地塊實地調(diào)查土地的地類和面積，掌握轄區(qū)耕地、園地、林地、工業(yè)用地、基礎(chǔ)設(shè)施用地、金融商業(yè)服務(wù)、開發(fā)園區(qū)、房地產(chǎn)以及未利用土地等各類用地的分布和利用狀況；逐地塊調(diào)查轄區(qū)城鄉(xiāng)各類土地的所有權(quán)和使用權(quán)狀況，掌握國有土地使用權(quán)和農(nóng)村集體土地所有權(quán)狀況；調(diào)查轄區(qū)基本農(nóng)田的數(shù)量、分布和保護(hù)狀況，對每一塊基本農(nóng)田上圖、登記、造冊；建立互聯(lián)共享的覆蓋國家、省、市（地）、縣四級的集影像、圖形、地類、面積和權(quán)屬為一體的土地調(diào)查數(shù)據(jù)庫；建立土地資源變化信息的調(diào)查統(tǒng)計、及時監(jiān)測與快速更新機(jī)制。因此，在土地調(diào)查工作中引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)手段非常必要。

利用遙感圖像，以正射影像圖為基礎(chǔ)，進(jìn)行土地更新調(diào)查的工作方法已經(jīng)確定，主要有計算機(jī)圖像自動處理、人工解譯以及計算機(jī)與人工交互解譯等方法，最常用的還是人工解譯，其最大優(yōu)點是成本低、精度高、不受計算機(jī)軟硬件以及其他條件的限制。但是在工作中發(fā)現(xiàn)由于遙感存在著“同物異譜”、“同譜異物”的現(xiàn)象，在實際應(yīng)用中也存在著一定的問題和不足。有些土地類型在遙感圖像上可以清晰地分辨，但是有些土地類型無法確定屬性甚至是邊界。

2.SPOT 5概述

衛(wèi)星遙感資料具有反映地面信息豐富、覆蓋面積大、實時性強(qiáng)、可周期性獲得、費(fèi)用相對較低等特點。不同分辨率的遙感數(shù)據(jù)在土地利用調(diào)查應(yīng)用的范圍有很大的差異，SPOT 5衛(wèi)星資料的地面分辨率高，適合進(jìn)行土地利用調(diào)查及動態(tài)監(jiān)測。

SPOT 5衛(wèi)星于格林威治時間2002年5月4日1時31分由阿麗婭娜四號火箭成功發(fā)射，進(jìn)入近極地太陽同步軌道。衛(wèi)星上搭載有一種成像裝置，包括有高分辨幾何成像儀（HRG）、植被探測器（VEGETATION）和高分辨率立體成像儀（HRS）。SPOT 5采用了由法國國家空間技術(shù)研究中心專利所有的全新概念的Supermode成像處理技術(shù)，其全色影像分辨率為2.5米，多光譜影像分辨率為10米。其中2.5米分辨率的彩色影像可以在1：10000-1：5000的尺度上滿足對農(nóng)村土地調(diào)查和城鎮(zhèn)土地調(diào)查進(jìn)行管理與應(yīng)用。SPOT5衛(wèi)星性能如表一所示。

3.SPOT 5用于土地更新調(diào)查的技術(shù)路線

這次調(diào)查采用SPOT 5遙感影像，首先對圖像進(jìn)行處理，即先對SPOT 5全色影像進(jìn)行圖像糾正，以及圖像的增強(qiáng)和變換，并將糾正后的全色影像與SPOT 5多光譜影像進(jìn)行圖像配準(zhǔn)。最后將2，5米分辨率的SPOT 5全色影像和10米分辨率的多光譜影像進(jìn)行融合。

對影像進(jìn)行幾何糾正是為了將影像坐標(biāo)對應(yīng)到地面坐標(biāo)，同時用數(shù)字高程模型改正影像因地形起伏而引起的變形，從而大幅度提高定量遙感的精度。圖像增強(qiáng)是為了突出圖像中的某些信息，同時抑制或去除某些不需要的信息來提高遙感圖像質(zhì)量的處理方法。圖像增強(qiáng)和變換可以改善圖像質(zhì)量，突出圖像中目標(biāo)地物的特征，使之更適于人的目視判讀與分析。圖像的配準(zhǔn)是將同一區(qū)域里一幅圖像對另一幅圖像的校準(zhǔn)，以使兩幅圖像中的同名像元配準(zhǔn)。融合的方法有主成分變換融合、乘積變換融合、比值變換融合、IHS變換融合等。

圖像的處理能將遙感影像納入一定的地理坐標(biāo)系統(tǒng)中，使其與地面地物建立幾何聯(lián)系，提高清晰度、精度和可靠度，增強(qiáng)解譯和監(jiān)測能力。其技術(shù)路線如圖1所示。

SPOT 5遙感影像應(yīng)用于土地調(diào)查中，主要作用是通過人工解譯，根據(jù)土地更新調(diào)查土地分類勾繪圖斑。其流程圖如圖2所示。

4.SPOT 5影像的解譯及分析

圖像解譯是根據(jù)遙感圖像的光譜特征，空間特征，時間特征，按照解譯者的認(rèn)識程度，或自信程度和準(zhǔn)確度，逐步進(jìn)行目標(biāo)的探測，識別和鑒定的過程。根據(jù)遙感影像的色與形，可具體劃分為遙感解譯的以下幾個基本要素：

（1）色調(diào)或顏色指圖像的相對明暗程，在彩色圖像上色調(diào)表現(xiàn)為顏色；

（2）陰影，指因傾斜照射，地物自身遮擋能源而造或的影像上的暗色調(diào)；

（3）大小，指地物尺寸，面積，體積在圖像上的記錄；

（4）形狀，指地圖目標(biāo)的外形，輪廓；

（5）紋理，即圖像的細(xì)部結(jié)構(gòu)，指圖像上色調(diào)變化的頻率；

（6）圖案，即圖形結(jié)構(gòu)，指個體目標(biāo)重復(fù)排列的空間形式；

（7）位置，指地理位置，它反映地物所處的地點與環(huán)境；

（8）組合，指某些目標(biāo)的特殊表現(xiàn)和空間組合關(guān)系。

遙感圖像的解譯具有復(fù)雜性，主要體現(xiàn)在三個方面：①地物波譜特征是復(fù)雜的，本身也是因時因地在變化著；②自然界存在著大量“同物異譜”與“異物同譜”現(xiàn)象；③地物的時空屬性和地學(xué)規(guī)律時錯綜復(fù)雜的，各要素，各類別之間的關(guān)系是多種類型的。

這些使得遙感解譯具有多解性和不確定性，隨不同地區(qū)，不同時段等多種因素而變化，下面以2007年呼和浩特市賽罕區(qū)為例，討論SPOT5影像的圖像解譯的準(zhǔn)確度。

通過SPOT 5圖像來勾繪地類圖斑，對不同的用地類型其判讀的準(zhǔn)確性也不同，以土地更新調(diào)查土地分類為標(biāo)準(zhǔn)，可分為以下幾種情況：

4.1影像上能夠確定變化圖斑的邊界和屬性：

建制鎮(zhèn)（202），村莊（203），采礦用地（204），公路用地（102）等，其中農(nóng)村居民點一般周圍是綠色的耕地，而房子呈現(xiàn)淺色，有規(guī)則的聚集在一起，能夠較清晰地分辨出邊界，并確定其屬性；部分獨立工礦用地，特別是工業(yè)區(qū)，其圖斑的面積較大，形狀規(guī)則，也能用遙感進(jìn)行準(zhǔn)確的判讀；公路一般呈淺灰色線狀，從遙感影像圖上能夠很容易地分辨出來，此次調(diào)查中，呼和浩特市利用遙感影像做了土地調(diào)查，二環(huán)路和繞城高速利用遙感影像進(jìn)行調(diào)查，定界準(zhǔn)確，值得注意的是大部分的農(nóng)村道路（路寬<20米）用遙感影像進(jìn)行調(diào)查時，需要到實地丈量寬度。

如圖3所示，建制鎮(zhèn)、村莊的邊界清晰可辨，可以準(zhǔn)確地判斷出用地類型，道路也可以很準(zhǔn)確的確定位置。

4.2影像上能夠發(fā)現(xiàn)圖斑，確定其邊界，不能確定其屬性：

在呼和浩特市的調(diào)查中，這種情況出現(xiàn)較多的是設(shè)施農(nóng)業(yè)用地（122），農(nóng)村宅基地（072），它們在遙感影像圖上紋理很像，無法進(jìn)行區(qū)分，確定其屬性。對于這種情況，采用的方法是由遙感影像確定地區(qū)，然后到實地調(diào)查屬性。

圖4為呼和浩特市賽罕區(qū)金河鎮(zhèn)的遙感影像圖的一部分，圖中為在遙感圖上發(fā)現(xiàn)的圖斑，但是無法確定其屬性。經(jīng)過實地的檢核，得到各變化圖斑的屬性，如圖4中標(biāo)注所示。

4.3影像上不能確定變化的邊界和屬性：

對于由耕地變?yōu)楣麍@（021），有林地（031），其他林地（033），等的情況，在遙感影像圖上無法判讀，可以通過GPS到現(xiàn)場測量。

圖5為呼和浩特市的部分遙感影像圖，為到實地發(fā)現(xiàn)的農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整部分，其中有苗圃和果園的種植物，在遙感圖像圖上既無法確定邊界，也不法確定其屬性。

4.4影像上能確定變化的邊界和屬性，實地又發(fā)生了變化：

圖6為呼和浩特市賽罕區(qū)黑土凹村的遙感影像的一部分，從中可看出，該圖斑土地利用現(xiàn)狀為水澆地（012），從遙感圖像上發(fā)現(xiàn)大部分已經(jīng)變?yōu)楣I(yè)用地（061），但是到實地調(diào)查時，發(fā)現(xiàn)在影像圖上還是水澆地（012）的部分同樣變?yōu)楣I(yè)用地（061）。因此，利用遙感影像判讀的圖斑必須要到實地進(jìn)行核實，以確定其變化的面積和屬性。

4.5利用影像光譜特征預(yù)判地類：

建立影像判讀標(biāo)志，為不同地類的判讀提供支持。SPOT5全色波段數(shù)據(jù)與多光譜數(shù)據(jù)融合形成的彩色DOM，其地物的影像特征更加明晰，有利于識別和提取土地類型。呼和浩特市賽罕區(qū)主要地類的影像判讀標(biāo)志以SPOT5影像光譜特征為判讀依據(jù)。詳情如下：

（1）耕地

耕地大多呈長方形或梯形等規(guī)則形圖案，在影像上其色調(diào)隨著農(nóng)作物的覆蓋度、土壤濕度的不同而變化。干燥而沒有作物的耕地為淺綠色發(fā)白色，土壤濕度愈大或作物覆蓋程度愈高，色調(diào)愈暗。水澆地田塊一般呈整齊的長方形，田壟筆直，常有小畦塊。洪灌區(qū)通常有各級渠道互相連接，井灌渠在田塊邊常有白色井房。水澆地有作物或灌水后，其影像呈深綠色，干而元作物時影像發(fā)白。旱地田塊一般比較大，無灌溉設(shè)施，形狀各異，色調(diào)呈綠色發(fā)白。溝谷中的耕地呈狹長形，山坡上的坡耕地呈扇狀或階梯狀。菜地呈柵欄狀小格形，色調(diào)較暗，多分布于農(nóng)村居民點附近，大面積的菜地有水渠和獨立房等附屬物。

（2）園地

園地在影像上表現(xiàn)為深綠色，呈長方形等規(guī)則圖形，一般面積較小，果園則有綠色顆粒。判讀時應(yīng)借助于原有的土地利用現(xiàn)狀變更圖及其它資料。

（3）林地

有林地一般呈深綠色顆粒狀且密集成片，在稀疏處露出灰白色空地，呈無規(guī)則狀分布。疏林地樹冠在影像上呈顆粒狀，分布比較稀少，林中空地明顯可見。灌木林和未成林造林地在影像上難以分辨，需進(jìn)行實地調(diào)查。

（4）草地

草地在影像上呈綠色，天然草地一般邊緣不整齊，呈不規(guī)則形狀，顏色隨草的覆蓋度和土壤含水量不同而不同，一般植被覆蓋度和土壤含水量高，色深；反之則色淺。人工草地影像呈均勻深綠色，紋理光滑平坦，邊緣比較整齊，有人工作用的痕跡。

（5）居民點

居民點在影像上形狀比較規(guī)則，內(nèi)有規(guī)則道路，建筑物頂部一般發(fā)白色，四周發(fā)綠。其中城鎮(zhèn)居民點房屋排列比較整齊、規(guī)則，有明顯的街區(qū)，農(nóng)村居民點分布零散，規(guī)模小。

（6）道路

道路在影像上呈線條狀，色調(diào)隨路面的顏色、濕度、光滑程度而變，由淺到深。鐵路呈灰白色，轉(zhuǎn)彎處曲率半徑大，呈圓滑弧形。瀝青路面呈深灰或灰黑色。水泥、砂石路面呈灰白或白色，兩邊常有護(hù)路林帶，山區(qū)公路常呈迂回曲折形狀。土路呈現(xiàn)極細(xì)的灰白色線條。

（7）水域

河流在影像上表現(xiàn)為不同寬度的彎曲帶狀，色調(diào)深藍(lán)色，兩側(cè)多有灘涂、耕地、林地，其水面呈均勻的灰黑色或黑色。

判讀參考對照表如下：

5.應(yīng)用效果分析

（1）呼和浩特市賽罕區(qū)地類豐富、圖斑形狀較規(guī)則，面積較大，利于人工解譯。對邊界和屬性都確定的部分，遙感圖像上直接對其進(jìn)行勾繪；邊界確定，屬性不確定的部分，到實地進(jìn)行調(diào)查；屬性確定，邊界不確定和邊界和屬性都不確定的部分，則到實地進(jìn)行測量和調(diào)查。

（2）對農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整部分，SPOT5目前還沒有很好的辦法來解決，可以利用全球定位系統(tǒng)（GPS）到現(xiàn)場進(jìn)行測量。

（3）對于城鄉(xiāng)結(jié)合部分變化特別快的地區(qū)，遙感影像圖的現(xiàn)勢性可能稍差，特別是在影像圖上判斷為剛剛開始建設(shè)或即將要建設(shè)的地區(qū)，一定要到現(xiàn)場進(jìn)行核實。

（4）土地調(diào)查中，可以采用遙感（RS）與全球定位系統(tǒng)（GPS）相結(jié)合的方法，先利用RS發(fā)現(xiàn)并勾繪圖斑，再利用GPS測量在遙感圖像上不能準(zhǔn)確判讀的圖斑。

（5）應(yīng)用MAPGIS軟件影像解譯制作的巧報鎮(zhèn)土地利用現(xiàn)狀圖及各鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地利用更新調(diào)查面積統(tǒng)計表；如下圖（7）

6.應(yīng)用總結(jié)

過去的土地調(diào)查主要采用人工調(diào)查的方法，投入大、周期長、而且精度較低。SPOT5的分辨率較高，用它作為數(shù)據(jù)源，通過人工解譯的方法進(jìn)行土地調(diào)查，室內(nèi)判讀基本上可以判讀所有圖斑，實地檢核與GPS測量作為補(bǔ)充，整個調(diào)查的周期較短，成果可靠、成本相對較低，判讀的圖斑可以直接人數(shù)據(jù)庫。因此用SPOT5進(jìn)行土地調(diào)查是一種使用快捷并且值得推廣的方法。