基于3S技術(shù)的國(guó)土資源綜合調(diào)查方法研究——以黑龍江省為例

初 禹，丁宇雪

（1．中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，湖北 武漢430074；2．黑龍江省地質(zhì)調(diào)查研究總院，黑龍江 哈爾濱150036）

黑龍江省國(guó)土資源綜合調(diào)查是在充分收集已有調(diào)查成果資料基礎(chǔ)上，以最新衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)為主要數(shù)據(jù)源，開(kāi)展黑龍江省陸域自然資源、生態(tài)環(huán)境遙感調(diào)查與監(jiān)測(cè)，建立黑龍江省遙感綜合調(diào)查信息系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)技術(shù)體系，形成黑龍江省陸域自然資源與生態(tài)地質(zhì)環(huán)境本底數(shù)據(jù)和年度動(dòng)態(tài)變化數(shù)據(jù)，為黑龍江省自然資源管護(hù)和生態(tài)地質(zhì)環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 國(guó)土資源遙感調(diào)查體系建立

黑龍江省面積較大，研究?jī)?nèi)容復(fù)雜，涉及領(lǐng)域較多。因此，必須要有完善的技術(shù)路線和工作方法設(shè)計(jì)，同時(shí)充分考慮對(duì)衛(wèi)星數(shù)據(jù)的要求。

此次工作本著：堅(jiān)持“統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)獲取與制作、統(tǒng)一的技術(shù)流程、統(tǒng)一的質(zhì)量控制、統(tǒng)一的成果表達(dá)”的原則。緊密圍繞目標(biāo)任務(wù)，在系統(tǒng)地分析利用前人已有工作成果的基礎(chǔ)上，以最新國(guó)產(chǎn)高分?jǐn)?shù)據(jù)為基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，多期次遙感數(shù)據(jù)為監(jiān)測(cè)對(duì)比數(shù)據(jù)，采用遙感圖像處理、人機(jī)交互式解譯與實(shí)地驗(yàn)證方式相結(jié)合的信息提取方法，開(kāi)展黑龍江省多要素、多尺度國(guó)土遙感綜合調(diào)查工作，形成系列專題圖件與成果數(shù)據(jù)，為自然資源與生態(tài)地質(zhì)環(huán)境管護(hù)、地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)與國(guó)防建設(shè)提供基礎(chǔ)資料與決策支撐。具體工作流程見(jiàn)圖1。

圖1 工作流程

2 調(diào)查方法

全面收集和研究黑龍江省以往研究成果，包括土地、林業(yè)資料、地質(zhì)資料及環(huán)境資料等。按總體設(shè)計(jì)技術(shù)要求開(kāi)展項(xiàng)目工作，結(jié)合工作區(qū)特點(diǎn)探索有效工作途徑，進(jìn)行專題遙感信息提取方法的相關(guān)研究，充分發(fā)揮3S的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。利用GIS平臺(tái)，開(kāi)展室內(nèi)遙感信息提取，采用GPS技術(shù)，協(xié)助開(kāi)展野外調(diào)查工作。加強(qiáng)各種資料的綜合分析研究和成果圖件規(guī)范化工作，編寫(xiě)階段成果報(bào)告及相關(guān)圖表。

2．1 資料收集

1）收集黑龍江省的自然地理、地質(zhì)環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等資料。

2）收集黑龍江省最新的土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)。

3）黑龍江省土地利用變更調(diào)查遙感數(shù)據(jù)和當(dāng)年最新的遙感影像數(shù)據(jù)。

2．2 野外踏勘，建立解譯標(biāo)志

野外踏勘目的是從整體上對(duì)工作區(qū)進(jìn)行概略了解，對(duì)室內(nèi)收集的有關(guān)資料進(jìn)行必要的驗(yàn)證，同時(shí)了解工作區(qū)的自然地理、地形地貌、植被覆蓋、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、道路交通等工作條件概況。

野外踏勘的內(nèi)容有：

參考有關(guān)資料，初步建立解譯標(biāo)志，擬定野外踏勘路線和踏勘內(nèi)容。

重點(diǎn)選擇不同類型調(diào)查目標(biāo)，以穿越路線進(jìn)行踏勘，完善工作區(qū)遙感圖像解譯標(biāo)志。每個(gè)區(qū)選擇至少1條貫穿全區(qū)的踏勘路線。詳細(xì)了解工作區(qū)的野外工作條件，為實(shí)地調(diào)查工作的開(kāi)展提供必要的有關(guān)地形、道路、解譯標(biāo)志、安全保障等背景資料。

2．3 信息提取

在正確建立解譯標(biāo)志的基礎(chǔ)上，采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)提取和人機(jī)交互解譯相結(jié)合的方式，在原始分辨率影像上解譯

在本次項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，以MAPGIS、ARCGIS軟件作為國(guó)土資源遙感綜合信息提取平臺(tái)，通過(guò)室內(nèi)解譯與實(shí)地驗(yàn)證的方式建立遙感數(shù)據(jù)自然資源大類（包括耕地、園地、林地、草地、地表水、其他土地、礦產(chǎn)、地下水、其他等9大類約30多亞類）、生態(tài)地質(zhì)環(huán)境（包括荒漠化、濕地2個(gè)主要因子約10多個(gè)亞類）、第四紀(jì)地質(zhì)（包括地貌、第四系、新構(gòu)造和活動(dòng)斷裂3大類約10多個(gè)亞類）因子解譯標(biāo)志，以人機(jī)交互式解譯方式為主同時(shí)利用DEM數(shù)據(jù)建立的礦區(qū)三維景觀圖輔助進(jìn)行工作區(qū)內(nèi)的礦山開(kāi)發(fā)占地信息進(jìn)行提取，并實(shí)現(xiàn)了專題因子信息解譯提取、分類編碼與編圖等工作。

1）人機(jī)交互解譯法。以ARCGIS、MAPGIS、ERDAS軟件作為黑龍江省國(guó)土遙感綜合調(diào)查項(xiàng)目提取的平臺(tái)，建立不同分辨率數(shù)據(jù)遙感解譯標(biāo)志，分別提取自然資源大類（包括耕地、園地、林地、草地、地表水、其他土地、礦產(chǎn)、地下水、其他等9大類約30多亞類）、生態(tài)地質(zhì)環(huán)境（包括荒漠化、濕地和海岸帶3個(gè)主要因子約10多個(gè)亞類）、第四紀(jì)地質(zhì)（包括地貌、第四系、新構(gòu)造和活動(dòng)斷裂3大類約10多個(gè)亞類）因子分布現(xiàn)狀信息，實(shí)現(xiàn)專題因子信息解譯提取、分類編碼與編圖。

2）圖像增強(qiáng)處理法。圖像增強(qiáng)處理是對(duì)解譯目標(biāo)信息實(shí)施針對(duì)性增強(qiáng)處理的一種方法。根據(jù)以往應(yīng)用效果，主要選擇波段組合法、比值組合法、主成分分析法、HIS彩色空間變換法和融合技術(shù)是本次研究采用的圖像增強(qiáng)處理方法。

3）數(shù)字DEM插值技術(shù)。通過(guò)商用專業(yè)遙感軟件ERDAS將IRS－P5立體像對(duì)制成DEM。一方面用于對(duì)遙感影像正射糾正，另一方面用于制作三維遙感影像，在三維場(chǎng)景模似、地形觀察、目標(biāo)識(shí)別、輔助解譯等方面發(fā)揮積極作用。

4）圖像解譯與野外調(diào)查相結(jié)合。由于遙感圖像復(fù)雜性和多解性，存在同物異譜和異物同譜現(xiàn)象，僅依據(jù)遙感圖像信息準(zhǔn)確判定自然資源因子、生態(tài)地質(zhì)環(huán)境、第四紀(jì)地質(zhì)等因子，必須配合野外實(shí)地調(diào)查，解決室內(nèi)遙感圖像解譯過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的新問(wèn)題或難以判別的問(wèn)題，檢查解譯標(biāo)志準(zhǔn)確性、可靠性和穩(wěn)定性。采用以路線調(diào)查為主，以點(diǎn)帶面，有針對(duì)性、目的性，務(wù)實(shí)、高效，有機(jī)地進(jìn)行野外生態(tài)地質(zhì)調(diào)查。

野外調(diào)查時(shí)，使用全球定位系統(tǒng)，配合最新軟件系統(tǒng)，使野外調(diào)查數(shù)據(jù)系統(tǒng)、規(guī)范、實(shí)時(shí)和真實(shí)可靠。

5遙感技術(shù)與GIS技術(shù)相結(jié)合 遙感圖像處理、解譯、計(jì)算和成果圖件制作等與GIS技術(shù)密切相關(guān)，GIS應(yīng)用技術(shù)和水平，直接影響到遙感圖像質(zhì)量、解譯質(zhì)量和速度、動(dòng)態(tài)變化研究、圖件展示和最終成果質(zhì)量和水平。因此，整個(gè)研究過(guò)程都須在GIS技術(shù)支持下進(jìn)行。

2．4 實(shí)地調(diào)查

實(shí)地調(diào)查目的是從整體上對(duì)自然資源大類、生態(tài)地質(zhì)環(huán)境、第四紀(jì)地質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查和了解，對(duì)室內(nèi)信息提取成果進(jìn)行必要的驗(yàn)證和檢查。

實(shí)地調(diào)查的內(nèi)容如下：

1）驗(yàn)證信息提取的可靠性，實(shí)地核查有疑問(wèn)的信息。

2）結(jié)合室內(nèi)工作內(nèi)容，完善解譯標(biāo)志，補(bǔ)充遺漏，修改錯(cuò)判信息。

3）參考實(shí)地調(diào)查內(nèi)容，完善各種數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)。實(shí)地調(diào)查的方法和要求：

野外調(diào)查驗(yàn)證采取了點(diǎn)、線、面相結(jié)合的方法，對(duì)室內(nèi)解譯成果進(jìn)行實(shí)地驗(yàn)證。室內(nèi)解譯效果較好的地段主要以點(diǎn)驗(yàn)證為主；解譯效果中等的地段布置了具有一定代表性的路線進(jìn)行驗(yàn)證；解譯效果較差的地段采用面驗(yàn)證方式。

2．5 國(guó)土遙感綜合調(diào)查與編圖

根據(jù)黑龍江省資源類型和分布特點(diǎn)，分別開(kāi)展1∶5萬(wàn)、1∶25萬(wàn)、1∶100萬(wàn)3個(gè)比例尺自然資源大類、生態(tài)地質(zhì)環(huán)境、第四紀(jì)地質(zhì)的綜合調(diào)查與編圖工作。

2．5．1 自然資源分類體系

參考前人分類標(biāo)準(zhǔn)，地表地物分類唯一性、一致性和遙感圖像可解譯性等，將自然資源分為耕地、園地、林地、草地、地表水、其他土地、礦產(chǎn)資源、地下水和其他。地下水資源本次不做詳細(xì)調(diào)查，以資料收集為主。

2．5．2 生態(tài)地質(zhì)環(huán)境分類體系

1）荒漠、荒漠化的分類?；哪?、荒漠化分類體系在國(guó)家環(huán)保部、國(guó)家林業(yè)局、中科院等權(quán)威機(jī)構(gòu)分類體系的基礎(chǔ)上，結(jié)合本次遙感調(diào)查的主要任務(wù)及要求，根據(jù)荒漠化土地的成因類型可劃分為沙質(zhì)荒漠化、水蝕荒漠化、鹽堿質(zhì)荒漠化和工礦型荒漠化等4個(gè)一級(jí)類，并將沙質(zhì)荒漠化、水蝕荒漠化、鹽堿質(zhì)荒漠化3個(gè)亞類，根據(jù)強(qiáng)度劃分輕度、中度和重度荒漠化3個(gè)級(jí)別。

2）濕地概念及分類。將濕地分為天然濕地和人工濕地，天然濕地進(jìn)一步分為河流濕地、湖泊濕地、沼澤濕地、海岸帶濕地4亞類；人工濕地進(jìn)一步分為水庫(kù) 溝渠 養(yǎng)殖場(chǎng) 水稻田等12亞類

2．5．3 第四紀(jì)地質(zhì)分類體系

1）地貌。參考中國(guó)地貌制圖編制《規(guī)范》中的地貌類型分類原則，同時(shí)考慮地貌分類與區(qū)域資源環(huán)境的密切關(guān)系，采用成因－成因形態(tài)－物質(zhì)形態(tài)－微地貌形態(tài)的四級(jí)分類方案。重點(diǎn)突出物質(zhì)形態(tài)地貌單元對(duì)生態(tài)地質(zhì)環(huán)境變化的控制關(guān)系與規(guī)律。

2）第四系。按照成因類型，將第四系劃分沖積堆積（al）、洪積堆積（pl）、沖洪積堆積（apl）、殘積堆積（el）、堆積（dl）、、殘坡積堆積（edl）、湖積堆積（l）、沼澤堆積（h）、冰川堆積（gl）、冰水堆積（f gl）、火山堆積（vl）、風(fēng)積（eol）、海積堆積（m）、化學(xué)堆積（ch）和生物堆積（o）等成因類型。

3）新構(gòu)造斷裂。系指第四紀(jì)形成或繼承活動(dòng)的斷裂。按照斷裂規(guī)模采用巖石圈斷裂、區(qū)域性斷裂和一般斷裂三級(jí)分類方案。

2．6 成果圖件及報(bào)告編制

1）成果圖件編制。利用2014年度土地變更調(diào)查使用的遙感數(shù)據(jù)為主要數(shù)據(jù)源，補(bǔ)充國(guó)產(chǎn)高分遙感數(shù)據(jù)，對(duì)比更新2007年全國(guó)生態(tài)地質(zhì)環(huán)境遙感調(diào)查數(shù)據(jù)，2007年全國(guó)生態(tài)地質(zhì)環(huán)境遙感調(diào)查數(shù)據(jù)沒(méi)有的因子，如耕地、林地、草地等，收集全國(guó)土地變更數(shù)據(jù)，修編和遙感補(bǔ)充解譯，形成2014年自然資源和生態(tài)地質(zhì)環(huán)境本底數(shù)據(jù)。

2）統(tǒng)計(jì)分析、報(bào)告編寫(xiě)。對(duì)所提取的信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并寫(xiě)出相應(yīng)的研究報(bào)告。報(bào)告以工作區(qū)內(nèi)真實(shí)情況出發(fā)，客觀闡述工作方法，反映實(shí)際問(wèn)題，并針對(duì)問(wèn)題提出相關(guān)建議。

2．7 綜合研究

綜合研究是本項(xiàng)目工作重點(diǎn)之一。開(kāi)展本省陸域自然資源、區(qū)域生態(tài)地質(zhì)環(huán)境遙感調(diào)查與監(jiān)測(cè)成果綜合研究。

從我省區(qū)自然資源和生態(tài)地質(zhì)環(huán)境特征出發(fā)，綜合研究包括自然資源、生態(tài)地質(zhì)環(huán)境因子分布現(xiàn)狀和時(shí)空變化規(guī)律；研究現(xiàn)代人類活動(dòng)對(duì)自然資源開(kāi)發(fā)利用對(duì)生態(tài)地質(zhì)環(huán)境影響；第四紀(jì)地質(zhì)背景對(duì)自然資源分布、利用和對(duì)生態(tài)地質(zhì)環(huán)境的制約；研究在全球變化的大背景下，自然資源、人類活動(dòng)和生態(tài)地質(zhì)環(huán)境之間耦合關(guān)系，為國(guó)家和區(qū)域自然資源管控提供科學(xué)依據(jù)。

綜合研究是提高項(xiàng)目質(zhì)量和提升成果的有效途徑，加強(qiáng)綜合研究不僅最大限度發(fā)揮專家和技術(shù)人員智慧，充分利用和挖掘基礎(chǔ)調(diào)查數(shù)據(jù)中的包涵的人與自然、人與環(huán)境信息。

2．8 成果數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)

完成黑龍江省陸域自然資源調(diào)查和生態(tài)地質(zhì)環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)專題因子系列成果圖件的制作 包括黑龍江省陸域1∶25萬(wàn)、重點(diǎn)區(qū)1∶5萬(wàn)自然資源、生態(tài)地質(zhì)環(huán)境專題因子系列成果圖件、黑龍江省1∶100萬(wàn)自然資源、生態(tài)地質(zhì)環(huán)境專題因子系列成果圖件，完成資料整理及數(shù)據(jù)錄入，建立黑龍江省自然資源調(diào)查、區(qū)域生態(tài)地質(zhì)環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)專題因子成果數(shù)據(jù)庫(kù)。

3 方法研究

考慮黑龍江省的特殊地域性質(zhì)，需要解決一些項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中將會(huì)出現(xiàn)的關(guān)鍵問(wèn)題和技術(shù)難題。具體擬解決問(wèn)題如下：

1）基于國(guó)產(chǎn)遙感圖像制圖方法研究。國(guó)產(chǎn)高分遙感數(shù)據(jù)是新遙感數(shù)據(jù)，特別是高分一號(hào)和剛發(fā)射的高分二號(hào)數(shù)據(jù)。傳感器各波段信息特征、組合及其優(yōu)劣有待進(jìn)一步探究。由于我省部分地區(qū)高山及峽谷地勢(shì)起伏強(qiáng)烈，造成遙感影像境外部分控制精度受到一定程度的影響。

針對(duì)項(xiàng)目采用的國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星－高分?jǐn)?shù)據(jù)、資源一號(hào)02C數(shù)據(jù)特點(diǎn)，如何高效地開(kāi)展影像制圖是一項(xiàng)需要探討的工作。目前常用的圖像處理軟件尚未有針對(duì)國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)的處理模型。同時(shí)，總結(jié)以往處理該類型數(shù)據(jù)的部分經(jīng)驗(yàn)，該數(shù)據(jù)存在局部位置錯(cuò)位，灰度值丟失等現(xiàn)象，如何在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，采取有效手段進(jìn)行修正也是目前亟待解決的問(wèn)題。

2）提高自然資源、生態(tài)地質(zhì)環(huán)境、第四紀(jì)地質(zhì)等方面的解譯成果準(zhǔn)確性。根據(jù)建設(shè)生態(tài)文明和管護(hù)自然資源的需求，自然資源、生態(tài)地質(zhì)環(huán)境、第四紀(jì)地質(zhì)是本項(xiàng)目年度遙感調(diào)查的主要內(nèi)容。由于工作區(qū)部分地區(qū)自然交通條件較差，且多為原始森林覆蓋區(qū)，給實(shí)地調(diào)查造成一定的困難。因此，如何利用現(xiàn)有的工作手段提高上述解譯精度是開(kāi)展本次調(diào)查工作需要突破的重點(diǎn)問(wèn)題之一。

3）根據(jù)不同的衛(wèi)星數(shù)據(jù)挖掘相關(guān)信息。黑龍江省陸域范圍較廣闊，高分辨率的遙感數(shù)據(jù)只分布在地級(jí)市等城市。大部分縣市級(jí)行政區(qū)獲取數(shù)據(jù)為中等分辨率數(shù)據(jù)。遙感調(diào)查和監(jiān)測(cè)，特別是統(tǒng)一分類標(biāo)準(zhǔn)和體系下得到的數(shù)據(jù)，如何從數(shù)據(jù)中提取同一解譯精度的目標(biāo)地物，同樣是一個(gè)難題。

4）開(kāi)展區(qū)域生態(tài)地質(zhì)環(huán)境綜合研究。分別以流域、地貌、氣候等為背景單元，結(jié)合全省及重點(diǎn)地區(qū)調(diào)查成果為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過(guò)空間分析、關(guān)聯(lián)分析等方法進(jìn)行綜合研究。研究?jī)?nèi)容主要包括各個(gè)專題因子分布現(xiàn)狀及其變化規(guī)律，與新構(gòu)造、地形、地貌、第四系關(guān)系、人類活動(dòng)影響等。研究不同流域、不同區(qū)段、不同地貌單元之間變化的異同，不同生態(tài)環(huán)境因子之間的異同。研究新構(gòu)造、活動(dòng)斷裂、第四紀(jì)地質(zhì)對(duì)本地區(qū)生態(tài)地質(zhì)環(huán)境的控制和影響。人類活動(dòng)對(duì)界河生態(tài)環(huán)境和河道演變的影響和反饋。通過(guò)對(duì)比，追溯圖本地區(qū)各因子變化的主要因素，研究其變化規(guī)律，并預(yù)測(cè)未來(lái)發(fā)展方向。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)開(kāi)展黑龍江省國(guó)土資源遙感調(diào)查工作，綜合研究自然資源和生態(tài)地質(zhì)環(huán)境分布規(guī)律，全面、準(zhǔn)確地掌握黑龍江省陸域范圍內(nèi)主要自然資源和生態(tài)地質(zhì)環(huán)境因子類型、數(shù)量、質(zhì)量與空間分布狀況，形成黑龍江省自然資源與生態(tài)地質(zhì)環(huán)境本底數(shù)據(jù)和變化趨勢(shì)，為我省乃至全國(guó)生態(tài)文明建設(shè)和自然資源管護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

［1］ 方錚，葛潔，王勇．基于SPOT5衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的正射影像生產(chǎn)技術(shù)研究［J］．測(cè)繪工程，2012，21（3）：58－62．

［2］ 初禹，侯建國(guó)，王少華．基于遙感和GIS的礦產(chǎn)資源多目標(biāo)監(jiān)測(cè)方法［J］．測(cè)繪工程，2014，23（6）：50－55．

［3］ 鄧吉秋，鮑光淑．基于GIS的湖南省國(guó)土資源遙感綜合調(diào)查系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)［J］．中南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)卷，2003，34（2）：192－195．

［4］ 張勤．基于信息融合的移動(dòng)機(jī)器人三維環(huán)境建模技術(shù)研究［D］．北京：北京郵電大學(xué)，2013．

［5］ 張永生．I MU／DGPS輔助航空攝影測(cè)量原理、方法與實(shí)踐［D］．武漢：武漢大學(xué)，2005．

［6］ 吳靜，靳奉祥，王健．基于三維激光掃描數(shù)據(jù)的建筑物三維建模［J］．測(cè)繪工程，2007，16（5）：57－60．