地理國情普查外業(yè)核查工作流程的設(shè)計與實現(xiàn)

徐勘，孫立堅，周群強，張旭敏

（1.國家測繪地理信息局 第二地形測量隊，西安 710054；2.中國測繪科學(xué)研究院，北京 100830）

1 引 言

第一次全國地理國情普查利用高分辨率航空航天遙感影像數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)和其他專題數(shù)據(jù)等，采用多源信息輔助判讀與解譯、自動處理與人機交互解譯、外業(yè)調(diào)查與核查等方法，開展全國地表覆蓋、重要地理國情要素的普查與建庫，在測繪地理信息技術(shù)發(fā)展進(jìn)程中具有里程碑式的意義。外業(yè)核查基于高分影像資料和其他專業(yè)資料，一般來說在條件允許的情況下采用“先內(nèi)業(yè)、再外業(yè)、再內(nèi)業(yè)”的流程，先由內(nèi)業(yè)解譯采集，外業(yè)依據(jù)內(nèi)業(yè)判讀情況，制訂核查路線，重點核查內(nèi)業(yè)疑問圖斑，核查內(nèi)業(yè)判讀圖斑的正確性。外業(yè)核查作為連接內(nèi)業(yè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在保證普查數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、權(quán)威性方面起到?jīng)Q定性作用。

2 外業(yè)核查的內(nèi)容與流程

2.1 核查目的

外業(yè)核查工作以內(nèi)業(yè)解譯成果為基礎(chǔ)，采用數(shù)字調(diào)查系統(tǒng)或其他有效方式，核查內(nèi)業(yè)采集的地表覆蓋分類和地理國情要素的信息，檢驗遙感影像解譯采集的正確率；對內(nèi)業(yè)分類、圖斑邊界、屬性和內(nèi)業(yè)無法準(zhǔn)確確定類型的疑問圖斑，開展外業(yè)實地核實認(rèn)定，對新增和發(fā)生變化的國情信息分類要素和圖斑補充調(diào)繪和實地定位；建立地物類型遙感解譯樣本，指導(dǎo)自動分類與人工解譯；檢查普查成果的質(zhì)量和精度，確保普查成果數(shù)據(jù)的真實性和準(zhǔn)確性。

2.2 核查任務(wù)

外業(yè)核查的任務(wù)主要包括核查區(qū)域內(nèi)《地理國情普查內(nèi)容與指標(biāo)》（GDPJ01－2013）所涉及的所有內(nèi)容；補充完善內(nèi)業(yè)分類、圖斑邊界、屬性和內(nèi)業(yè)無法準(zhǔn)確確定類型的疑問圖斑的相關(guān)內(nèi)容；補測遙感影像獲取后新增或發(fā)生變化的地理國情要素和地表覆蓋類型。

2.3 核查方法

根據(jù)核查區(qū)域特點、核查內(nèi)容以及實際使用的技術(shù)手段確定外業(yè)核查方式。主要的核查方式有：采用數(shù)字核查系統(tǒng)的方式、采用紙質(zhì)核查底圖配合便攜電腦的方式、采用紙質(zhì)核查底圖外業(yè)標(biāo)繪內(nèi)業(yè)整理方式。

2.4 核查歸類原則

（1）“所見即所得”原則

看到哪種地表類型就表示哪種地類。

（2）“自然優(yōu)先”原則

植被覆蓋、裸露地表等類型中實地核查難以區(qū)分人工和自然的類型，一般采用“自然優(yōu)先”的原則進(jìn)行歸類。

（3）“預(yù)見性”原則

對于正在發(fā)生變化且變化周期較短的類型，如即將完工的建筑工地等在普查時點規(guī)定的時間，按照通常規(guī)律可預(yù)見變?yōu)榱硪环N類型。但采集信息時依據(jù)的影像或當(dāng)前的狀態(tài)不能完全體現(xiàn)將來時點時的狀態(tài)。這種情況可采用兩種方式處理：

①按照預(yù)見的時點時狀態(tài)進(jìn)行采集，采集時建議做出特殊標(biāo)記，以利于后期時點統(tǒng)一時做重點核查；

②按照影像反映的狀態(tài)進(jìn)行采集，采集時做特殊標(biāo)記，后期時點統(tǒng)一進(jìn)行核查。

“預(yù)見”需要一定的領(lǐng)域知識，該方法不宜濫用，一般建議采用第二種方式處理這種情況。

（4）“立體覆蓋”原則

對于不同高低植被立體覆蓋的范圍以頂層樹冠的優(yōu)勢類型確定其植被覆蓋類型。

對于樹冠遮蔽道路、樹冠遮蔽溝渠的情況，地表覆蓋中按照植被歸類；地理要素中按照道路和溝渠的要求采集。

對于高架橋，不考慮路下的情況，地表覆蓋中按照上層道路歸入路面。

橋面跨越大面積的水面，應(yīng)歸入水體類型；跨越峽谷，應(yīng)按照地面的實際覆蓋歸類。

（5）“就近就大”原則

達(dá)不到地表覆蓋分類最小圖斑面積的，可以面積占絕對優(yōu)勢的類型為主就近就大歸并，不以“零星地類”方式表示。

內(nèi)外業(yè)一體化工作一般遵從“內(nèi)業(yè)→外業(yè)→內(nèi)業(yè)”的流程，圖1即為內(nèi)外業(yè)一體化核查工作流程圖。

3 外業(yè)核查關(guān)鍵技術(shù)

3.1 圖斑TAG屬性判定準(zhǔn)則

TAG，即生產(chǎn)標(biāo)記信息，用于標(biāo)記生產(chǎn)過程中與圖斑狀態(tài)有關(guān)的信息。取值范圍為1～5，具體含義如下：

“1”表示該圖斑經(jīng)內(nèi)業(yè)判讀確定其覆蓋類型；

“2”表示該圖斑在內(nèi)業(yè)判讀中存在疑問或無法確定覆蓋類型，需進(jìn)行外業(yè)調(diào)查；

“3”表示該圖斑經(jīng)過了外業(yè)核查；

“4”表示該圖斑類型目前處于變化中，需在后期時點統(tǒng)一時做重點核查；

“5”表示該圖斑已經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)時點核準(zhǔn)工作。

國情普查（地表覆蓋）中影像的內(nèi)業(yè)判讀解譯，一是計算機自動分類，人工解譯編輯整理；另一種是基于DLG和專題數(shù)據(jù)的人工解譯編輯。

解譯編輯中，每一個圖斑的解譯信息，都通過TAG屬性表達(dá)出來，比如內(nèi)業(yè)判讀可以確定覆蓋類型的，標(biāo)記信息為“1”；不能確定覆蓋類型或有疑問的圖斑標(biāo)記為“2”。理論上講，內(nèi)業(yè)解譯成果中TAG屬性標(biāo)注大多是“1”和“2”，只有極少數(shù)圖斑為“4”。這樣，內(nèi)業(yè)判讀解譯情況下工序能有一個很清楚的了解，外業(yè)核查也有了針對性。經(jīng)外業(yè)核查過的圖斑，TAG屬性值也相應(yīng)地將修改為“3”，這樣，不管對后期編輯整理，還是過程檢查，都不會產(chǎn)生歧義，特別是對于“同譜異物”或“異譜同物”等容易混淆的圖斑。

3.2 遙感解譯樣本數(shù)據(jù)采集方法

解譯樣本數(shù)據(jù)由地面照片和遙感影像實例，一對一或多對一對應(yīng)組成。兩類數(shù)據(jù)從不同方面反映地物影像的形態(tài)特征，相互印證，幫助解譯工作者更高效認(rèn)知遙感影像所包含的信息。地面照片采集可以預(yù)先設(shè)計路線，確定拍攝位置，也可以對典型性地物和具有代表性的覆蓋類型隨機拍攝。按照技術(shù)要求，核查區(qū)域范圍超過1000km2，每種覆蓋類型不少于15個，特殊困難地區(qū)每種覆蓋類型采樣點數(shù)量不少于3個。一般情況下，核查區(qū)域內(nèi)的各種類型（植被、土質(zhì)等）應(yīng)該全覆蓋，采樣點應(yīng)盡可能均勻分布。

地面照片反映的地表季相或覆蓋狀態(tài)應(yīng)盡可能與遙感影像的時相接近。如果季相差別較大，需確保通過照片判別出的地物或覆蓋狀態(tài)與影像上判別出的一致，否則不應(yīng)作為樣本保留。內(nèi)業(yè)判讀有疑問 （TAG屬性為“2”）的圖斑，以及外業(yè)發(fā)現(xiàn)分類錯誤的圖斑，可以采集解譯樣本數(shù)據(jù)。對內(nèi)業(yè)較確定（TAG屬性為“1”）的圖斑，也可核查采集。

拍攝地面照片盡可能水平持相機，保持正常姿態(tài)。盡量拍攝200m以內(nèi)景物，以避免所拍照片與遙感影像實例間對應(yīng)關(guān)系失真。確需遠(yuǎn)距離拍攝的，估測拍攝距離，相應(yīng)記錄，以供參考。

采集地面照片應(yīng)記錄技術(shù)規(guī)定要求的18種屬性信息。推薦使用能自動記錄相機姿態(tài)參數(shù)和成像參數(shù)信息的一體化外業(yè)調(diào)繪核查系統(tǒng)，其大部分信息均可自動記錄并形成報表。所使用相機不能自動記錄，可通過相應(yīng)專業(yè)軟件讀取EXIF信息。其中，拍攝點位置定位精度一般應(yīng)控制在15m之內(nèi)，方位角精度小于5°。

遙感影像實例采集，要根據(jù)地面照片相關(guān)屬性值，手工或自動完成遙感影像裁切、拍攝點位置標(biāo)繪，以及地面照片視野范圍標(biāo)繪。其中，遙感影像必須裁切，后兩項內(nèi)容技術(shù)規(guī)定不做強制要求。遙感影像裁切范圍依據(jù)地面照片姿態(tài)信息，從已經(jīng)正射處理的影像數(shù)據(jù)源中裁切511像素×511像素大小的高分辨率遙感影像，盡量將所拍主體置于影像中間，保持拍攝點位于實例范圍內(nèi)。遠(yuǎn)距離拍攝的地面照片，可將裁切范圍擴展至1023像素×1023像素大小。對于超遠(yuǎn)距離拍攝的冰川、長年積雪照片，不要求拍攝點位于實例范圍內(nèi)。

解譯樣本數(shù)據(jù)可以根據(jù)其內(nèi)容、屬性特點采用文件、數(shù)據(jù)庫等多種方式存儲管理。

4 外業(yè)核查過程

4.1 制作外業(yè)數(shù)字核查底圖

外業(yè)核查底圖（也稱外業(yè)工作底圖）的內(nèi)容包括內(nèi)業(yè)解譯難以判別需要外業(yè)核查的地表覆蓋圖斑數(shù)據(jù)及其詳細(xì)標(biāo)識、源自權(quán)威資料的準(zhǔn)確的地名數(shù)據(jù)、需要核查的地理國情要素實體數(shù)據(jù)。

在內(nèi)業(yè)解譯成果基礎(chǔ)上，對內(nèi)業(yè)疑問圖斑（TAG屬性為“2”）做出標(biāo)記，或采用特定文字形式、涂鴉等方式詳細(xì)表達(dá)。對內(nèi)業(yè)判讀確定的圖斑（TAG屬性為“1”），使用代碼、地圖符號形式表達(dá)。核查底圖內(nèi)容的選取與表示應(yīng)該層次清楚，定性、定位準(zhǔn)確，各類注記、線化、符號等清晰易讀。

在這些基礎(chǔ)上，疊加經(jīng)融合的彩色正射影像DOM、空間專題信息，和上面已經(jīng)符號化的內(nèi)業(yè)采集的矢量數(shù)據(jù)，形成外業(yè)數(shù)字核查底圖。

4.2 外業(yè)核查線路設(shè)計

以核查底圖為基礎(chǔ)，以對內(nèi)業(yè)疑問圖斑全覆蓋為原則，結(jié)合任務(wù)區(qū)各類地表覆蓋特征和地理要素分布特征，充分考慮遙感數(shù)據(jù)源的時相特征，結(jié)合內(nèi)業(yè)技術(shù)人員解譯過程的反饋意見，制定切實可行的核查路線，分析當(dāng)?shù)氐乩憝h(huán)境，選擇具有代表性地物或覆蓋類型作為比例抽樣，對內(nèi)業(yè)判讀作校驗，統(tǒng)計判讀錯誤率，為后期圖幅整體質(zhì)量評價提供依據(jù)。

核查線路要能全面反映任務(wù)區(qū)內(nèi)各類地表覆蓋特征和地理要素分布特征。參考部分地區(qū)在過去已完成的有關(guān)野外地理信息成果資料，綜合考慮經(jīng)濟、人力條件，充分考慮任務(wù)區(qū)域交通狀況以及自然、人文因素，設(shè)計一條合理、現(xiàn)實方案，從而達(dá)到預(yù)期的目的。

4.3 實地核查

實地核查在底圖的基礎(chǔ)上，按照預(yù)先設(shè)計的核查路線，采用分層抽樣的方法，抽取重點疑問類型圖斑進(jìn)行全面核查。根據(jù)既定的野外判別標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合專業(yè)人員的豐富知識經(jīng)驗，現(xiàn)場判別覆蓋類型、地物邊界、地物屬性等具體核查內(nèi)容。對已經(jīng)外業(yè)核查過的圖斑，其TAG屬性標(biāo)注應(yīng)相應(yīng)修改為“3”，避免數(shù)據(jù)整理和質(zhì)檢對影像與圖斑的錯誤理解。

沿途重點關(guān)注外業(yè)工作底圖標(biāo)示的疑問圖斑，現(xiàn)場實地確定覆蓋類別、范圍邊界及其相關(guān)屬性，必要時拍攝地面照片。遇到作業(yè)區(qū)域比較特殊的地表覆蓋類型和地理國情要素，應(yīng)及時停下來，現(xiàn)場標(biāo)注、定位，準(zhǔn)確經(jīng)緯度信息，開展遙感影像解譯樣本數(shù)據(jù)的采集工作。核查時應(yīng)開啟定位設(shè)備，記錄野外核查工作軌跡。核查軌跡以核查單元為單位，可以作適度編輯。實地已發(fā)生變化的圖斑（地物），能現(xiàn)場調(diào)繪清楚的現(xiàn)場調(diào)繪清楚，并采集范圍邊線。正在變化中的圖斑（地物），可以預(yù)見性表示的盡量預(yù)見性表示，能判別的屬性應(yīng)現(xiàn)場判定，將TAG屬性值填寫為“4”，以便于在核查時點前統(tǒng)一重點核查。

地表覆蓋分類核查時還應(yīng)注意前后時相影像發(fā)生變化或?qū)嵉馗采w與影像不一致、屬性變化的部分，仔細(xì)判別確認(rèn)新的地類范圍及屬性。不夠指標(biāo)要求的圖斑，按照“就近就大”原則合并至周圍圖斑。

地理國情要素的外業(yè)核查，實地調(diào)查國情要素的實體、范圍、屬性、要素間相互關(guān)系以及要素與地表覆蓋圖斑的關(guān)系，根據(jù)實際情況適當(dāng)修改和增刪。對內(nèi)業(yè)采集時缺失的地物屬性，如鄉(xiāng)級及以上公路的名稱、等級等，河流流向等進(jìn)行補充、完善、修改。

4.4 形成外業(yè)核查成果

外業(yè)核查成果包括數(shù)據(jù)成果和外業(yè)核查報告。

數(shù)據(jù)成果有核查軌跡數(shù)據(jù)、經(jīng)過核查的地表覆蓋分類數(shù)據(jù)和地理國情要素及其屬性數(shù)據(jù)、整理完成的遙感解譯樣本數(shù)據(jù)。需要說明的是，所有這些數(shù)據(jù)，都是以核查軌跡為紅線串接而成。實際檢查中發(fā)現(xiàn)，往往有違背核查軌跡的核查圖斑、地面照片，這些都是與事實違背的。

外業(yè)核查報告包含有：核查總體情況說明、外業(yè)核查發(fā)現(xiàn)內(nèi)業(yè)解譯存在的主要問題、核查圖斑與要素情況統(tǒng)計、解譯樣本數(shù)據(jù)采集情況等。

5 外業(yè)核查中幾個具體案例分析

案例1：在南方經(jīng)濟比較發(fā)達(dá)地區(qū)，有一類用圍護(hù)物圈起來的圖斑，實地面積很大，有的有施工跡象，有的沒有任何施工跡象，圍護(hù)物里邊有旱地、有草地等，實地處理很有難度。對于有施工跡象的，按照實際情況預(yù)見性地以建筑工地表達(dá)，能表示至三級類的應(yīng)盡量表示至三級類。后一種情況，應(yīng)該調(diào)查清楚，確定在時點前內(nèi)不會施工，應(yīng)基于“所見即所得”原則以實地狀況表示。對于圍護(hù)物里邊的草地，不易區(qū)分天然草地與人工草地的，宜以“自然優(yōu)先”原則認(rèn)定為天然草地。

案例2：實際工作時，遇到一類圖斑，遙感影像反映為林地，實地也符合林地特征，樹冠很豐富，目測樹齡也在十年之上。但是經(jīng)調(diào)查，其是以出售為目的，而且已經(jīng)部分售出。據(jù)此，初步認(rèn)定符合苗圃特點，后經(jīng)詳細(xì)巡查，林木排列整齊，樹木種植均勻。最終判斷確定為苗圃。

案例3：內(nèi)業(yè)檢查時，偶然發(fā)現(xiàn)一塊圖斑，圖面表達(dá)為“0890”，即其他人工堆掘地，其TAG屬性沒有賦值。無法認(rèn)定是否經(jīng)過外業(yè)核查。遙感影像上，能反映出部分地面特征，遙感影像光譜特征和紋理具備人工堆掘地的特征。了解到此圖斑已經(jīng)過外業(yè)核查，詢問核查者本人了解到，核查者看到此處確是有人工堆掘的特征，但是經(jīng)過和當(dāng)?shù)毓芾聿块T溝通，此處為用戶拓展路面的建筑工地（實地的確看不到與施工有關(guān)的車輛、設(shè)備），認(rèn)定圖斑分類錯誤，應(yīng)為0833（道路建筑工地）。

6 結(jié)束語

本文詳細(xì)敘述了基于地理國情要素和地表覆蓋對象的外業(yè)核查工作的內(nèi)容、關(guān)鍵技術(shù)及實施過程；介紹了TAG屬性值判定準(zhǔn)則及實施過程中采用的遙感解譯樣本采樣方法；提出了對圖斑引入TAG屬性來表示內(nèi)外業(yè)過程中圖斑核查狀態(tài)的變化。地理國情普查外業(yè)核查實施過程證明TAG屬性在核查底圖的制作及實地核查中起到了重要作用，有效地提高了內(nèi)外業(yè)工作的溝通效果，避免了數(shù)據(jù)整理和質(zhì)檢對影像與圖斑的錯誤理解。外業(yè)核查工作是保障地理國情普查數(shù)據(jù)質(zhì)量的關(guān)鍵步驟，了解相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)并掌握地理國情普查外業(yè)核查工作的實施工程對高質(zhì)量地完成外業(yè)調(diào)查工作具有重要指導(dǎo)意義。

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