貴州省地表遙感覆蓋物在名稱和分類上的勘誤與釋義標準*

袁曉冬，馬良瑞，李 龍

(1貴州師范大學 繼續(xù)教育學院，貴州 貴陽 550001；2貴州師范大學 GIS與遙感重點實驗室，貴州 貴陽 550001；3貴州師范大學 地理與環(huán)境科學學院，貴州 貴陽 550001)

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貴州省地表遙感覆蓋物在名稱和分類上的勘誤與釋義標準*

袁曉冬1，2，馬良瑞2，3，李 龍3

(1貴州師范大學 繼續(xù)教育學院，貴州 貴陽 550001；2貴州師范大學GIS與遙感重點實驗室，貴州 貴陽 550001；3貴州師范大學 地理與環(huán)境科學學院，貴州 貴陽 550001)

目前國內應用遙感領域中，所采用的地表遙感分類辦法種類繁多、獨立性強、命名理由和習慣不一、標準化差：一方面來源于國外傳感器所匹配的分類框架在尺度和制度上與國內沿襲不一需要重新擬定，另一方面也來源于研究者疏于嚴謹、精確的邏輯框架。從而造成各研究中指代不明，數(shù)據(jù)意義不明確，甚至在統(tǒng)計上出現(xiàn)矛盾和錯誤，不僅限制了各研究的科學性同時也阻礙了各數(shù)據(jù)之間的交流、參照和比對。研究以貴州省為案例，統(tǒng)計并分析現(xiàn)有的各類地表覆蓋研究中出現(xiàn)的分類系列、名稱及其釋義，找出并改正各地物分類和命名在邏輯與方法上出現(xiàn)的混亂、矛盾和錯誤，并將標準化后的地類系列、名稱和釋義標準擬為意見建議，供其它研究參考和借鑒。

遙感數(shù)據(jù)分類框架，土地利用/覆蓋，地物，貴州

0 引言

地表覆蓋/土地利用分類標準是遙感偵測地表情況的重要基石也是解譯過程中各種地物判定的依據(jù)，科學地建立地表覆蓋的體系，明確各地物之間的特征、差異和歸屬情況是遙感和應用遙感研究的重要組成部分。根據(jù)體系內指示的地表覆蓋物的數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分析才能具有一定清晰、客觀、準確、嚴謹?shù)目茖W涵義，才能為科研工作者、規(guī)劃和政策制定者提供可信、可靠的環(huán)境證據(jù)。

大尺度遙感數(shù)據(jù)一般指中低分辨率下，應用于區(qū)域尺度研究的遙感數(shù)據(jù)，例如目前國際、國內上使用率最廣的基于美國LANDSAT衛(wèi)星的TM遙感數(shù)據(jù)[1]，這類傳感器和遙感影像源一般都配有相應的覆蓋分類框架，但由于這些傳感器和其分類標準是基于全球尺度建立的[1]，因而在下行尺度上這類框架實際只能起到分類的系統(tǒng)性參考和對地物、地類命名的注釋作用。我國的土地利用現(xiàn)狀分類標準(GB/T 21010-2007)[2]雖立足于國內實情，但非基于遙感影像源的分類標準，在地物的獨立性分類[3-6]和識別解譯上與遙感分類體系有所區(qū)別。我國學界內對分類框架的專題研究相對較少，重視程度相對其它遙感技術環(huán)節(jié)較低，所以在當前理論基礎不足、實踐經(jīng)驗不夠的狀況下往往造成各類研究中逐漸出現(xiàn)了種類繁多、自成一家的分類條目和框架體系。

在這樣的背景下，各制定者對當?shù)丨h(huán)境的經(jīng)驗、對地表反射特性的知識水平、對當?shù)刂脖唤Y構的把握、遙感影像源的分辨率和分類參照系、研究目的，乃至制定者本人的嚴謹程度、語言習慣、思維和策略上的組織慣性等，都會對覆蓋分類系統(tǒng)的構建，系統(tǒng)中各類目的定義和釋義造成分歧和錯誤。這無論對于研究的目的性、科學性都大打折扣，而且嚴重限制了各類型、各學科、各地域、各時間段的不同研究之間的比較、借鑒甚至數(shù)據(jù)分析參考，為跨學科綜合研究、專題性研究的開展和深入制造了根源性的障礙。同時，在應用層面上也與未來各地理、環(huán)境行業(yè)在大數(shù)據(jù)整合和數(shù)據(jù)共享的數(shù)據(jù)標準導向相沖突。因此對現(xiàn)有分類方法和策略的梳理、分析，建立較為嚴謹?shù)膮^(qū)域性分類系統(tǒng)框架，明確區(qū)域尺度上地物種類、相互關系、相對性關系并給出科學合理的釋義具有重要意義。

貴州省因地貌和地物的多樣性和代表性是研究地表覆蓋結構和分類標準的典型區(qū)域，其覆被構成多樣、分布交雜、影響地表覆蓋的各種環(huán)境和政策因素高度交織，地表覆蓋變化特征明顯，研究樣本先例較多。本研究旨在對先例中出現(xiàn)的地表覆被種類及其釋義進行梳理和分析，找出分類中存在的問題，并聯(lián)系國際通用的分類辦法和國家土地分類標準就各地物之間屬性差異度和命名獨立性作出嚴謹?shù)呐凶x和科學合理的解釋，統(tǒng)一地類分類策略和在專業(yè)術語的使用上的標準。中國內陸地區(qū)的各區(qū)各系列土地利用/覆蓋種類和地貌特征在貴州省都有一定程度的體現(xiàn)，將該區(qū)域作為研究案例具有一定的啟示和參考價值。

1 基于統(tǒng)計特征的區(qū)域地表覆蓋背景

在中國知網(wǎng)、貴州地方文獻數(shù)據(jù)庫和斯普林格數(shù)據(jù)庫，根據(jù)中英關鍵詞“貴州”、“土地利用/覆蓋”、“遙感“或“Guizhou”、“l(fā)and use”、“l(fā)and cover”、“remote sensing”檢索出貴州省域內利用遙感資源進行土地利用覆蓋調查的論文和研究報告，提取文中其地表覆蓋框架，通過歸檔和統(tǒng)計，略去只有各別性出現(xiàn)(小于4次)的地物(表1)，集成得到貴州省地表覆蓋背景數(shù)據(jù)，據(jù)此可以對眾學者針對研究區(qū)地表覆蓋結構的大致觀點、經(jīng)驗和傾向進行定量分析。

表1 文獻中貴州省地物種類統(tǒng)計

當檢索出的每種地物名稱詞頻越高，反映了該地類名稱與釋義的相似點越多、公認程度和標準度相對更高，分類策略和覆蓋系統(tǒng)框架越接近；反之則反映出該地物的定義和分類方法相對較為孤立，被采納度和適用度較弱。表1可以看出“城市”、“草地”、“林地”、“裸巖地”等地物的名稱相對較為常規(guī)，較高頻率的采用度反映出框架建立者對這些名詞及對應的釋義分歧較少；而被冠之以“人工表面”、“林灌”、“茶園”、“人工林”、“經(jīng)果林”、“自然保留地”等地物名稱的使用度較少，詞義相對冷僻，各框架制定者對該名詞所代表地物的通識度較低。

圖1 地物出現(xiàn)次數(shù)

由于上述檢索得到的30個地物數(shù)量眾多，名稱易混，邏輯關系不明，不方便進行統(tǒng)計和邏輯上的分析和對比，需要進行詞義上的歸類歸納處理。根據(jù)統(tǒng)計詞頻所反映出的貴州省當?shù)氐乇砀采w類別與結構，考慮到國家土地利用分類框架的結構指導，并對比國際上接受度最廣、最長的經(jīng)典Anderson土地遙感分類系統(tǒng)[1]，本研究將上述地物根據(jù)名稱屬性歸類：將文獻中出現(xiàn)的建設用地、城市和人工表面可歸為表示建設用地類；農業(yè)用地、耕地、旱地、水田被歸為表示農田類；草地、牧草地、高/中/低密度草地可歸為表示草地類；灌木、灌草、灌叢、林灌和茶園被歸為表示灌木地類；林地、有林地、人工林、喬木、森林、經(jīng)果林可歸為表示林地類；荒地、未利用地、生態(tài)用地、自然保留地、裸巖地被歸為荒地類；水域和水體可歸為表示水域地類；濕地和其它地類不做歸類。

由歸類后的離散地物點統(tǒng)計圖1可以看出，統(tǒng)計點的分布呈現(xiàn)出兩種形態(tài)，一種為低頻率統(tǒng)計點密集排列，一種為高頻率統(tǒng)計點孤立出現(xiàn)，這樣的特征暗示了當歸類地類中地物點之間距離越近，地物在命名與釋義上的多樣性越高，也繼而暗示了在各貴州省地表覆蓋框架之間，屬下所包含的各地類、地物在命名與釋義之間可能出現(xiàn)的混亂和矛盾程度。下面將以每一地物種類為單位，精確分析地物名稱及名稱的多樣性折射出地物命名和釋義上的矛盾和錯誤。

2 貴州現(xiàn)有地表覆蓋分類系列、名稱及釋義問題

2.1 建設用地類

文獻中用來表示建設用地的地物名有三種，分別為“建設用地”，“城市”和“人工表面”。其中城市的使用率相對最高，人工表面使用率最低，但這三者所代表的地物類型并無本質區(qū)別，相互之間并無釋義上的矛盾，與國標GB/T 21010-2007和經(jīng)典Anderson框架中所代表建設用地類的一級地類“城市/建設用地”屬性相同。

2.2 農業(yè)地類

文獻中以農業(yè)地類出現(xiàn)的地物共有4種，分別為“農業(yè)用地”，“耕地”，“旱地”和“水田”，在使用頻次上非常接近。

從字義上講，“農業(yè)用地”包括了“耕地”，“旱地”和“水田”和其它類型的農業(yè)用地，“耕地”包括了“旱地”和“水田”和其他類型的耕作土地。農業(yè)用地(agricultural land的直譯名)的稱謂在經(jīng)典Anderson框架所代表的國外分類體系中，還涵蓋了果園，灌木類的種植園，牧草地，草場/農場等，是受國外文化、經(jīng)濟體系和土地所有權沿襲而成的，一般而言只包括“旱地”、“水田”等的農業(yè)地類以“農業(yè)用地”的名稱命名顯然不太合適。

從影像的反射特征來看，果園、灌木種植園等地物反射的基本光譜特征與喬木和灌木的反射特征并無二致，牧草地和草場/農場與草類的反射特征相同，而耕地和旱地是可以從遙感影像特征中被區(qū)別開來的，因而從地物的獨立屬性原則出發(fā)，為確保地物的釋義和分類框架的邏輯性，將“耕地”作為“旱地”和“水田”為代表的農業(yè)地類名稱更為合理、精確、嚴謹和科學。

2.3 草地類

文獻中以草地類出現(xiàn)的地物共有3種，分別為“草地”、“牧草地”和“高/中/低密度草地”(高/中/低密度草地在文獻中是分別獨立作為地類名出現(xiàn)的，由于皆為同時出現(xiàn)所以將其合并為一類地物名)，其中“草地”出現(xiàn)頻率最高，“高/中/低密度草地”次之，“牧草地”較少。值得注意的是“牧草地”雖然使用較少，但與國標GB/T 21010-2007中的“人工牧草地”名稱較為接近。

從命名的邏輯法則上看，“草地”是通過地物的天然屬性進行定義和命名，“高/中/低密度草地”是對草地物進一步采取類別上區(qū)分和命名，“牧草地”偏向對地物的用途進行定義和命名?！安莸亍睆脑~義上涵蓋了天然草地和人工草地，“高/中/低密度草地”也包括所有的天然草地和人工草地而“牧草地”在名稱和其釋義上有明顯的混亂和矛盾。

值得注意的是“牧草地”雖然使用較少，與經(jīng)典Anderson框架所代表的國外分類體系中pasture的直譯名相同，也與國家分類標準中的“人工牧草地”名稱較為接近。“牧草地”可能指草地和牧草地的集合，也可能指放牧的草地而涵蓋人工牧草地和天然牧草地，亦可能是“人工牧草地”的混淆產物。檢索出的17篇出現(xiàn)“牧草地”的文獻中，沒有一篇對“牧草地”進行釋義。有11篇獨立出現(xiàn)，據(jù)邏輯可以視為與 “草地”地類名等同，有6篇與“草地”地物同時出現(xiàn)，可能指草地中的牧草地，也有可能指“人工牧草地”。由此可見“牧草地”在命名和釋義上非常容易造成誤解和混淆，已有的命名甚至在其自身的覆蓋框架內也出現(xiàn)矛盾。

從影像的反射特征來看，在保證高解譯精度的前提下，從區(qū)域尺度的遙感影像中是無法準確分辨“高/中/低密度草地”的，尤其三者的分界線在高分辨率的遙感影像中精確度仍非常有限，以密度作為地類劃分標準是明顯不適合的，也不具有明確的意義。因此“高/中/低密度草地”在邏輯上最多只能作為“草地”地類在分類中的二級地類。而不借助地面調查或其它數(shù)據(jù)的協(xié)助，區(qū)域尺度的影像只能判別出天然和人工草地的總體而無法區(qū)別，因而綜合來看，草地作為草地類地物是最為合適的，其涵義也最為明確和嚴謹。

2.4 灌木地類

文獻中以灌木地類出現(xiàn)的地物共有5種，分別為：“灌木”、“灌草”、“灌叢”、“林灌”和“茶園”，其中“灌木”出現(xiàn)頻率最高，“灌草”、“灌叢”較低，而“林灌”和“茶園”最少。

從字義上來看，“灌木”、“灌草”、“灌叢”、“林灌”與“茶園”的區(qū)別在于前者命名依靠地物屬性進行區(qū)分和命名，后者以地物被利用的方式命名?！肮嗄尽薄ⅰ肮嗖荨?、“灌叢”極容易被混淆，“灌木”、“灌叢”可以被視為灌木叢的簡稱，“灌叢”亦可被視為“灌草叢”的簡稱，而灌草叢并非廣為采納的專業(yè)術語，林灌和灌木叢本質屬性來看并無明顯區(qū)別。

從影像的反射特征來看，“灌木”地類明顯有別于草地類和林地類覆蓋，但“灌木”地物較難進行更進一步地細分，因此在灌木地類的一級地類名稱上，名稱“灌木林地”具有較好的代表性和準確性。而在灌木的二級分類上，如果沒有它詳細的參考資料是無從對灌木中木本植物和草本植物的稀疏程度進行判別和劃分。在國標GB/T 21010-2007中灌木地類被劃歸為林地的二級地類中，對灌木的劃分無更詳細的標準和依據(jù)，而在國際經(jīng)典Anderson框架中灌木地類與非牧場的草地地類一同劃歸為草場(range land)。

考慮到貴州省具有大面積灌木地類，絕大部分屬于次生灌木且由于特殊的環(huán)境條件較難自然演替至喬木林地，因此無論從該覆蓋類型所占總地物類型的比重、總面積比重、遙感影像的判別度、地物的獨立分辨程度和詞義的精確度、代表性和區(qū)分度上看，灌木地類以灌木林地為名單獨立為一類一級地類是科學合理的。

綜合來看，灌木有別且獨立于喬木，因此那些被解讀為“林灌”的地類或應劃歸為林地類或應劃歸為灌木類；而灌木也有別且獨立于草本植物，因此那些被解讀為“灌叢、灌草或灌草從”的地類或應劃歸為草地或應劃歸為灌木；在灌木林地的二級分類下，可根據(jù)灌木林使用方式分為天然灌木林地和茶園等或根據(jù)木本和草本植被的比例進一步按照成份區(qū)分。

2.5 林地類

文獻中以林地類出現(xiàn)的地物共有7種，“林地”出現(xiàn)次數(shù)相對較多，“人工林”、“經(jīng)果林”和“育林地”相對較少。除了“經(jīng)果林”、“人工林”和“育林地”其它四類林地類地物幾乎都未同時在一篇文獻中出現(xiàn)，意味著 “林地”、“有林地”、“喬木”和“森林”具有相同的內涵，都代表同一種地物。

從詞義上來看，以上4種地類在字面上區(qū)別不大只是命名多樣性的結果，不容易產生歧義從而引起統(tǒng)計上的錯誤?！叭斯ち帧笔菫橛袆e于天然形成的林地而命名；“育林地”與“人工林”較為接近，但包括未成林的土地，其地表覆蓋物有可能與灌木林地，草地等地類相同；“經(jīng)果林”指種植經(jīng)濟類喬木的林地，包括經(jīng)濟林和果林，從屬于人工林的范疇。從影像特征來看，人工林地與天然林地之間的區(qū)別較小，不依據(jù)其它資料輔助解譯難以準確識別，因此更無法再將經(jīng)果林和其它林地類從人工林中區(qū)別出來；育林地在遙感影像上呈現(xiàn)出裸地或荒地而非林地的地物反射特征。

綜合來看，地表覆蓋是地物的直接客觀反映，未成林的土地無論從影像特征和生態(tài)作用角度都與林地完全不同，不應與喬木覆蓋土地產生混淆，國際經(jīng)典Anderson框架也將真實地物反射情況進行屬性上的判定和歸類作為地物識別和分類的基礎。由于灌木和喬木兩者具有對應性質，語義明確，當灌木林地獨立于林地類而單獨列為一類地類，林地和有林地便不適合作為林地類地物的代表名稱；森林由于組成林分更為復雜，概念更為籠統(tǒng)和不明也不適合作為該地類的代表名稱，將喬木林地作為林地類的一級地類名稱更為精確、科學與合理。在二級地類下，可根據(jù)輔助資料和研究目的將喬木林地分為人工喬木林地和天然喬木林地，也可根據(jù)使用屬性將人工喬木林地繼而分為人工生態(tài)喬木林地和經(jīng)果喬木林地，天然喬木林可進而分為原生天然喬木林和次生天然喬木林。

2.6 荒地類

文獻中以荒地類出現(xiàn)的地物共有5種，“裸巖地”占有絕大部分的出現(xiàn)頻率。

從詞義上來看，“荒地”意為荒蕪之地，可能包括人為的對土地的荒蕪和自然下荒蕪狀態(tài)的土地，“荒地”內涵蓋了地物“裸巖地”。與“荒地”詞義較近的“未利用地”是從土地利用角度闡明該土地荒蕪，無法或尚未被利用，但由于有相當大面積的土地，例如沙漠海灘鹽堿地是短期人類無法利用的土地，因而國際上土地覆蓋/利用框架內是不存在“未利用地”這一邏輯概念的。“生態(tài)用地”和“自然保留地”的命名和詞義有賴于解釋，在解釋和前提不同下會產生較大的不同，并不適合作為客觀地物的表述?！奥銕r地”的概念顧名思義，簡單明了，在國內外廣都為接受。從影像特征上來看，由于屬性和釋義不明，生態(tài)用地和自然保留地不具有明確的地物屬性，因而無法從影像屬性上將其獨立于其它地類并準確識別。工礦用地，采石場等荒地地類反射特征與裸巖地相同，加之規(guī)模有限無法單獨識別提取，包涵于喀斯特石漠化形成的裸巖地之中。由于貴州無沙漠、灘涂等不同類型的荒地類土地，加之喀斯特石漠化景觀高度發(fā)育，呈現(xiàn)荒地特征的“裸巖地” 影像特征明顯，因而將裸巖地單獨作為一類地類甚至替代荒地作為荒地類的一級地類是符合邏輯的。

2.7 水域類

“水域”和“水體”出現(xiàn)頻率大致相同，詞義之間無歧義，但從遙感影像來看，水利設施和水庫水面無法被提取因而被包涵在了水域類地類中，因而命名上，水域比水體更適合作為水域類地類的一級地物名稱。

2.8 濕地類

“濕地”雖然詞義清晰且無其它同用名稱與之混淆，但由于水田實質屬于人工濕地并劃歸為農業(yè)地類，因而“濕地”地物實則為自然濕地，應以自然濕地作為該地類地物名稱最為精確和嚴謹。

3 結論

本文通過對貴州省土地覆蓋框架與其地類進行梳理，發(fā)現(xiàn)各研究皆建立了相對獨立的土地覆蓋框架和地類名稱并缺少對其自定系統(tǒng)和地類的解釋，限制了數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間的橫向比較，有礙研究之間的比較和繼續(xù)深入，甚至由于其地類名稱語焉不詳和各自定地類缺乏命名的獨立性和科學性，從而產生邏輯矛盾和混亂，以致無從對研究數(shù)據(jù)準確了解。本研究通過數(shù)學分析檢索結果，對產生邏輯矛盾和混亂的地類名詞精確定位，繼而從詞性詞義和衛(wèi)星遙感影像特征兩個方面對其矛盾和混亂之處分別進行探討和分析，以地類命名的獨立性、精確性、代表性、科學性和嚴謹性為標準，取精去糟，并比對國家土地利用標準和國際通用的分類框架中的地物屬性和釋義，建立了一套既針對貴州省地表情況和地物特征的地類系列和標準釋義，又能跨體系與國家土地利用標準和國際分類框架下的各地類進行數(shù)據(jù)比較和分析。本研究是針對地物遙感分類系列和在地物名詞釋義上的一次率先的、標準化嘗試，不僅對貴州省本地的地表覆蓋檢測和研究有直接的意義，同時對國內其它地區(qū)在覆蓋分類系列的建立和地物名稱的命名提供參考和借鑒。

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Corrigendum and definition standards of names and classification of land cover based on remote sensing in Guizhou*

YUAN Xiaodong1，2，MA Liangrui2，3，LI Long3

(1DepartmentofAdultEducation，GuizhouNormalUniversity，Guiyang55001，China；2KeyLaboratoryofGISandRemoteSensing，GuizhouNormalUniversity，Guiyang55001，China；3DepartmentofGeographyandEnvironmentalScience，GuizhouNormalUniversity，Guiyang55001，China)

Nowadays，there are many classification methods of remote sensing，which are isolated from each other and poor in standardization.Such situation is a result of the differences between domestic and imported remote sensing classification systems，as well as the negligence of researchers.Such situation would cause contradictions and mistakes in statistics，reduce the reliability of studies，and inhibit academic communication and comparison.In this study，we sorted out and analyzed the existing classifications，names and definitions in land cover researches in Guizhou，found out and corrected the contradictions and mistakes in the logic and the method of classification and naming of ground features，and proposed the standard classifications，names and definitions for the reference of future researchers.

remote sensing data classification，land use/cover，ground features，Guizhou

S

A

2016-08-29；

2016-09-08

國家自然科學基金“亞喀斯特準生態(tài)脆弱區(qū)自然特征、演替狀況與生態(tài)”(41161002)。

袁曉冬(1986-)，男，碩士，從事應用遙感，喀斯特地區(qū)自然及人文地理等研究。