基于3S技術(shù)的海城市地表信息的提取

摘 要：利用遙感和地理信息系統(tǒng)技術(shù)分析了衛(wèi)星遙感影像的各種地物影像特征信息，采用直接判讀法與綜合分析法相結(jié)合的解譯方法，對海城市的土地利用類型地表信息進行了綜合解譯。實現(xiàn)了海城地表信息的分類查詢、面積計算、專題圖制作等功能。該成果為分析海城市的土地利用、水土流失等動態(tài)變化提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：土地利用；解譯；遙感影像；Arc View

中圖分類號：S127 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20160332073

1 前言

Arc View是由ESRI（美國環(huán)境系統(tǒng)研究所）公司研發(fā)能夠提供使用者對地理信息系統(tǒng)（GIS）進行組織管理、顯示、存儲、編輯、修改、查詢、分析等，并提供交互式制圖功能的CIS軟件。該軟件為用戶提供了一個簡便有效使用地理數(shù)據(jù)的方法，是目前最為常用的GIS初級桌面軟件之一。利用其大量的符號和強大的地圖功能，用戶能夠方便地創(chuàng)建高質(zhì)量地圖。Arc View主要技術(shù)特點體現(xiàn)在其面向?qū)ο?、?shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)管理方便及具有空間分析的功能[1]。遙感（RS）作為一條取得實時地理信息和建立其數(shù)據(jù)庫的高效途徑，為GIS提供了實時、直觀、準確的地理信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，是GIS重要信息源之一，此外RS獲取的信息資源需要借助于GIS加以科學管理和有效利用[2]。本研究以海城市2005年的衛(wèi)星遙感映像為數(shù)據(jù)源，利用GPS建立用于解譯的實地標志地物并進行野外現(xiàn)場校驗，以ArcView3.2為主要工具，對海城市的地表信息加以提取，實現(xiàn)了海城市地表信息的分類查詢、面積計算、專題圖制作等功能。

2 研究區(qū)概況

海城市位于遼寧省南部，處于遼東半島與內(nèi)陸的連接地帶，東接本溪及邊城丹東，北靠鋼都鞍山和省會沈陽，西依油城盤錦，南鄰港口城市營口和大連。地處E122°18′～123°08′，N40°29′～41°11′之間。東西長80km，南北寬44km。海城全境面積為2732km2。海城市地貌復雜，全市范圍內(nèi)東南高、西北低，由東向南向西北傾斜，地貌類型有洼地、平原、丘陵、山地。海城市東部為丘陵山地區(qū)，海拔在60～500m之間；西部主要為平原，由最高海拔60m呈緩坡逐漸綿延至太子河、渾河平原。

3 基于3S技術(shù)的海城市地表信息提取

3.1 地表信息提取準備

3.1.1 基礎(chǔ)資料的準備

本研究所用的基本資料有：衛(wèi)星遙感獲取的2005年海城陸地衛(wèi)星影像，行政界限圖、水系圖、海城地區(qū)的相關(guān)調(diào)查資料，比例尺較大的紙質(zhì)地圖。對海城地表具體信息進行人工現(xiàn)場勘查，利用手持GPS接收機對不同地表進行點位標定，并記錄標定點的經(jīng)度、緯度及周圍自然特征，利用相機拍攝其周圍地物，將點位編號與所拍攝照片一一對應。在標定點位中，應有目的性選擇典型的地物。

3.1.2 解譯方法的選取

影像解譯也稱判讀或判釋，是從遙感影像中提取各種信息的基本過程。實際運用中主要采用直接判讀法、相關(guān)分析法、分層分析法、綜合分析法4種方法[3]。本次探討運用了直接判讀法并結(jié)合綜合分析法進行解譯。因為直接判讀法簡單省時、便于操作，綜合分析法則會提高信息判讀提取精度和準確度，兩者結(jié)合可以使地表信息判讀簡單方便，減少工作量，提高解譯精度。直接判讀法是依據(jù)地表類型特征在遙感影像上的不同顯示特點而建立直接解譯標志[4]。綜合分析法就是綜合遙感數(shù)據(jù)、地形圖、歷史調(diào)查資料、現(xiàn)場圖片資料以及實地走訪調(diào)查資料，利用地理地圖學、林學、生態(tài)生物學等有關(guān)專業(yè)知識進行綜合判別分析，結(jié)合遙感與非遙感信息，通過綜合對照分析，來確定不同類型地表屬性特點及邊界。

3.1.3 解譯標志的建立

3.1.3.1 海城地表分類系統(tǒng)建立

建立地表信息分類系統(tǒng)是本研究的關(guān)鍵步驟，它對遙感影像的處理、判讀和成品地圖的繪制均有重要影響。土地類型分類以“全國土地利用分類系統(tǒng)”標準為基礎(chǔ)框架結(jié)合海城區(qū)域具體情況及相關(guān)資料，建立了海城地表信息分類判讀代碼，具體劃分為林地、草地、水域、城鎮(zhèn)農(nóng)村居民地、建設(shè)用地、沼澤、裸巖礫地、水田、旱地等幾大類。海城市地表土地分類解譯代碼如表1所示。

3.1.3.2 直接判讀法建立解譯標志

在遙感影像判釋時，利用解譯標志來表現(xiàn)不同的遙感影像特征。建立解譯標志對準確判釋地表信息、提高區(qū)域劃分準確度尤為關(guān)鍵，它可以更大程度地縮小現(xiàn)場調(diào)查的工作時間和強度，從而提高信息提取效率。判讀時，根據(jù)遙感影像顯示特性，即區(qū)域大小、形狀、陰影、顏色、色調(diào)、圖案、紋理及邊界、位置及布局建立海城地區(qū)主要地表土地類型解譯標志，如表2所示。

3.1.3.3 通過GPS建立解譯標志

為了使對海城市土地利用類型的判讀結(jié)果更準確，利用手持GPS接收機的現(xiàn)場實地調(diào)查資料，選取不同的地表特征中具有代表性的8個標定點及對應的照片，利用菜單中Project命令將其變換成統(tǒng)一識別的等面積割圓錐投影坐標系統(tǒng)[5]，然后再轉(zhuǎn)化成能夠被ArcView3.2識別的COVER點文件，最后將其覆蓋在遙感影像數(shù)據(jù)層上，作為輔助的解譯標志。

3.2 基于Arc View 3.2遙感影像解譯過程

在Arc View 3.2軟件系統(tǒng)中，通過添加遙感圖像操作將其調(diào)入作為底層基礎(chǔ)信息圖，利用遙感以形象的特征，結(jié)合其他相關(guān)各類非遙感信息數(shù)據(jù)，利用地理學、生態(tài)學相關(guān)知識，進行由表及里、由此及彼、去偽存真的綜合分析和邏輯推理的方法判別土地類型，利用操作鼠標直接細致而準確地勾畫出相同影像特征斑塊的輪廓邊緣作為土地類型邊界線，同時標上系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫識別點位，依據(jù)已確定的解譯標志，編輯輸入相應屬性，建立遙感影像屬性數(shù)據(jù)庫。本研究歷時約2個月，共勾畫了3888個土地利用斑塊。

Arc View 3.2軟件系統(tǒng)中設(shè)定了3種不同的操作圖層：Point、Line與Polygon，用來分別繪制類型代碼等點狀標注，公路、鐵路、河流等線狀要素，草原、坑塘湖泊等面狀要素。上述各個圖層都是一個相對獨立的視圖專題，即Shape file文件。本研究中，由于不同土地利用類型斑塊界線關(guān)系復雜、形式多樣，在繪制輪廓時不能連續(xù)操作完成。鑒于上述原因為方便斑塊輪廓的繪制，對多邊形要素的繪制也設(shè)置為Line圖層來表達[6]。

3.3 解譯成果的驗證

為了驗證解譯結(jié)果精確性，初步判讀完成后，利用GPS手持機去現(xiàn)場實地驗證。隨機定位若干驗證點，并記錄了各點的經(jīng)、緯度及其周圍的地形地貌特征。然后將其轉(zhuǎn)成Arc View 3.2解譯遙感影像時所設(shè)置的坐標系統(tǒng)，并進行配準，再將配準后文件疊加在影像判讀后的圖層上，檢驗驗證點的屬性特征是否與對應位置解譯屬性相同，若相同則說明判讀準確，不同則需修正[7]。本研究的解譯成果見圖1。

3.4 地表信息查詢

3.4.1 屬性查詢

以Arc View 3.2為操作平臺，利用已建立的海城地表信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫能夠?qū)崿F(xiàn)對不同圖層（點、線、面）和解譯區(qū)域范圍內(nèi)不同地物屬性進行查詢操作。例如可以根據(jù)某類地物的位置而查詢其對應的屬性信息，也可根據(jù)特定的屬性查詢對應的地物在域內(nèi)的分布情況等。激活海城土地利用主題，鼠標單擊“Identify（查詢）”命令對需要查詢的點、線、圖斑等對應屬性信息進行查詢操作。鼠標在“Identify”命令下單擊查詢點、線、圖斑等地物時，會以彈出對話框的形式給出該地物所對應的土地利用類型名稱、編碼和面積等信息，并且能夠調(diào)出該地物所對應的地貌特征信息及圖片，查詢區(qū)域以高亮度顯示。該系統(tǒng)能夠使使用者方便快捷直觀地獲得研究區(qū)域內(nèi)的各種地理信息，進而提高相應工作效率。

3.4.2 建立熱鏈接查詢信息

利用Arc View 3.2軟件提取海城地表信息后，建立了相應的圖形及屬性數(shù)據(jù)庫，并通過建立熱連接來查詢對應圖片信息。這樣不僅生動而且更加直觀。例如：首先鼠標單擊 “點圖層”使其處于激活狀態(tài)，打開與“點對象”所對應的屬性信息表，選擇菜單中“Start edit”命令。再通過“Theme properties”將點對象鏈接到圖片。再建立一個字段寫入對應圖片路徑然后保存。運行Arc View，就可通過點擊“hot link”命令查詢相應點的圖片信息。通過熱連接建立的某點數(shù)碼信息查詢見圖2。

3.4.3 面積計算

利用Arc View 3.2軟件統(tǒng)計生成了海城市不同地類面積匯總數(shù)據(jù)，根據(jù)其相應類型的屬性得出面積數(shù)據(jù)及匯總。根據(jù)面積統(tǒng)計結(jié)果進而分析海城市的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)、土地利用現(xiàn)狀、水土流失狀況等。比如想要知道研究區(qū)林地的總面積，可進行如下操作：單擊土地利用主題使之處于當前狀態(tài)，在工具欄中選擇“Open theme table”命令，打開屬性表。點擊“Query Builder”命令，出現(xiàn)條件統(tǒng)計對話框，雙擊“Landhe_id”字段然后點“=”再雙擊“21”ID代碼，點“OK”就能夠篩選出區(qū)內(nèi)所有林地記錄。然后在“Field”菜單下選“Calculate”命令，在對話框中單擊“Shape”輸入“.returnarea”計算式得出所選地塊面積。再在“Field”菜單下選“Statistics”命令得出林地面積匯總。

通過同樣的操作形成土地利用類型面積匯總表見表3。通過數(shù)據(jù)分析，得出了海城市土地利用定量數(shù)據(jù)，如海城市森林覆蓋率為21.7%。該數(shù)據(jù)為海城市土地管理部門優(yōu)化配置土地資源提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3.4.4 繪制專題地圖

通過Arc View 3.2的圖版功能可以繪制“專題地圖”，首先單擊圖版窗口，設(shè)置成品圖所需格式，加入土地利用圖層數(shù)據(jù)，設(shè)置指向標、圖例等完成專題地圖繪制。專題地圖能夠直觀地展現(xiàn)海城市土地利用類型現(xiàn)狀，為海城市土地管理提供地圖數(shù)據(jù)庫資料。海城市土地利用類型專題地圖見圖3。

4 結(jié)論

本文基于3S技術(shù)對海城市的高空間分辨率衛(wèi)星影像進行了地表信息的提取，主要采用了直接判讀法與綜合分析法相結(jié)合的解譯方法。結(jié)果表明，該方法充分發(fā)揮了專家的經(jīng)驗，又利用計算機自動分類方法的一些優(yōu)點。但這種判讀方式也存在著一些缺點，比如耗費時間精力等。因此為實現(xiàn)高空間分辨率遙感影像的全自動智能、高精度判譯，還需要積極的探索與研究。

參考文獻

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作者簡介：陳東（1984-），男，遼寧沈陽人。工程師，主要從事水土保持及3S技術(shù)應用。