地理國情地表覆蓋與土地利用數(shù)據(jù)間差異性分析方法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

朱雪虹，張書亮,2，儲(chǔ)征偉

(1. 南京師范大學(xué)虛擬地理環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210023； 2. 江蘇省地理信息資源開發(fā)與利用協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210023； 3. 南京市測(cè)繪勘察研究院股份有限公司，江蘇 南京 210019)

目前，地理國情普查工作已經(jīng)全面完成，各地區(qū)均建立了包含地形地貌、遙感影像、遙感影像解譯樣本、地表覆蓋、地理國情要素、專題數(shù)據(jù)、地理國情統(tǒng)計(jì)分析成果等內(nèi)容的地理國情普查數(shù)據(jù)庫。地表覆蓋數(shù)據(jù)是地理國情普查的重要成果之一[1]，包含耕地、園地、林地、草地、道路、房屋建筑(區(qū))、水域等10類要素[2-3]，也是地理國情監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。土地利用數(shù)據(jù)是在第二次全國土地調(diào)查的基礎(chǔ)上，每年進(jìn)行外業(yè)調(diào)查與變更的數(shù)據(jù)成果，包含耕地、園地、林地、草地、交通運(yùn)輸用地、水域及水利設(shè)施用地、城鎮(zhèn)村及工礦用地等8類要素[4]。

地表覆蓋數(shù)據(jù)與土地利用數(shù)據(jù)覆蓋地區(qū)自然地表，其結(jié)果具有較強(qiáng)的現(xiàn)勢(shì)性意義。然而，由于數(shù)據(jù)來源不同、差異明顯，缺乏相應(yīng)的分析方法與技術(shù)，目前其變化發(fā)現(xiàn)仍停留在人工階段，無法滿足政府部門在國情分析與評(píng)價(jià)、地理國情監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用需求。因此，本文分析地理國情地表覆蓋數(shù)據(jù)與土地利用地類圖斑數(shù)據(jù)間的差異性，構(gòu)建分類映射體系，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)兩類數(shù)據(jù)間的差異性分析方法，滿足相關(guān)政府部門對(duì)數(shù)據(jù)演變與內(nèi)涵解讀的迫切需求，為地理國情監(jiān)測(cè)提供方法與數(shù)據(jù)支撐。

1　兩類數(shù)據(jù)的差異性分析

本文從數(shù)據(jù)分層組織、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、屬性結(jié)構(gòu)與分類體系4個(gè)方面分析地表覆蓋數(shù)據(jù)與土地利用數(shù)據(jù)的差異。

(1) 數(shù)據(jù)分層：地表覆蓋數(shù)據(jù)與土地利用數(shù)據(jù)分層組織見表1。由表1可知，土地利用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在地類圖斑、線狀地物等圖層中。其中地類圖斑與地表覆蓋同為面狀要素，覆蓋地區(qū)自然地表，具有較強(qiáng)的可比性。因此本文選擇二者為對(duì)象，進(jìn)行進(jìn)一步的差異性分析與試驗(yàn)。

表1　數(shù)據(jù)分層組織

(2) 數(shù)學(xué)基礎(chǔ)：地表覆蓋數(shù)據(jù)采用2000國家大地坐標(biāo)系與地理坐標(biāo)[2]；地類圖斑數(shù)據(jù)采用1980西安坐標(biāo)系，投影方式采用高斯-克呂格投影，按3°分帶[4]。

(3) 屬性結(jié)構(gòu)：地表覆蓋數(shù)據(jù)屬性結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，僅地理國情信息分類碼與生產(chǎn)標(biāo)記信息2個(gè)字段[5]；地類圖斑數(shù)據(jù)屬性豐富，包括標(biāo)識(shí)碼、要素代碼、圖斑預(yù)編號(hào)、圖斑編號(hào)、地類編碼、地類名稱、權(quán)屬性質(zhì)、扣除類型、扣除地類編碼、扣除地類系數(shù)、圖斑面積、線狀地物面積、零星地物面積、扣除地類面積、圖斑地類面積、變更記錄號(hào)、變更日期及權(quán)屬單位、坐落單位信息等字段[6]。

(4) 分類體系：地表覆蓋包含耕地、園地、林地、草地、道路、房屋建筑(區(qū))、構(gòu)筑物、人工堆掘地、荒漠與裸露地表、水域，其分類依據(jù)地表自然營造物和人工建造物的自然屬性或狀況，采用三級(jí)分類，其中一級(jí)類10個(gè)，二級(jí)類45個(gè)，三級(jí)類87個(gè)；土地利用包含耕地、園地、林地、草地、交通運(yùn)輸用地、城鎮(zhèn)村及工礦用地、其他土地、水域及水利設(shè)施用地，其分類側(cè)重于土地的社會(huì)屬性即人類對(duì)土地的利用方式和目的意圖，采用二級(jí)分類，其中一級(jí)類8個(gè)，二級(jí)類40個(gè)。

地表覆蓋與地類圖斑數(shù)據(jù)在數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、屬性結(jié)構(gòu)、分類體系上均存在一定差異，其中分類體系差異對(duì)分析結(jié)果影響最大。為了實(shí)現(xiàn)兩者的精確對(duì)比與分析，需要建立兩者分類的映射關(guān)系。

2　分類映射方法

本文通過分析地表覆蓋與土地利用的一級(jí)類定義，建立兩者一級(jí)類間的映射關(guān)系如圖1所示。然后研究具有對(duì)應(yīng)關(guān)系的一級(jí)類下全部子類的定義與采集要求，建立子類的映射關(guān)系。

以耕地為例，地表覆蓋旱地中基本包含了土地利用分類中的水澆地和旱地，即不區(qū)分這兩種具體類型，泛指種植旱生、旱作農(nóng)作物的耕地。因此，土地利用中的水田與地表覆蓋中的水田對(duì)應(yīng)，旱地、水澆地與地表覆蓋中的旱地對(duì)應(yīng)。

圖1　一級(jí)類映射關(guān)系

按照上述方法，對(duì)地表覆蓋共87個(gè)三級(jí)類與土地利用共40個(gè)二級(jí)類進(jìn)行分析，以地類數(shù)量較少的土地利用類型為基準(zhǔn)，分析土地利用某一類型對(duì)應(yīng)的地表覆蓋類型，建立分類映射關(guān)系見表2。表2中，土地利用37類均存在一或多個(gè)地表覆蓋類型與之對(duì)應(yīng)，3類無對(duì)應(yīng)地表覆蓋類型；地表覆蓋中60個(gè)三級(jí)類有對(duì)應(yīng)的土地利用類型，27個(gè)無對(duì)應(yīng)類型。由于地表覆蓋三級(jí)類數(shù)量較多，如地表覆蓋中二級(jí)類可與土地利用二級(jí)類對(duì)應(yīng)，則不再列出該二級(jí)類下三級(jí)類。

3　試驗(yàn)驗(yàn)證

3.1　試驗(yàn)數(shù)據(jù)

本文以江蘇省某縣為例，其地表覆蓋數(shù)據(jù)由測(cè)繪地理信息部門提供，于2015年6月30日完成時(shí)點(diǎn)更新，涵蓋共59個(gè)三級(jí)類，一級(jí)類分布如圖2所示。土地利用數(shù)據(jù)由國土部門提供，采用2014年變更調(diào)查成果地類圖斑數(shù)據(jù)，涵蓋共23個(gè)二級(jí)類，一級(jí)類分布如圖3所示。

圖2　地表覆蓋分布圖

土地利用類型對(duì)應(yīng)地表覆蓋類型土地利用類型對(duì)應(yīng)地表覆蓋類型耕地園地林地草地交通運(yùn)輸用地水田水澆地旱地果園茶園其他園地有林地灌木林地其他林地天然草地人工牧草地其他草地鐵路用地公路用地街巷用地農(nóng)村道路機(jī)場(chǎng)用地港口碼頭管道運(yùn)輸水田旱地果園茶園桑園、橡膠園、花圃、其他園地竹林、喬木林灌木林疏林、苗圃、人工幼林天然草地牧草地其他人工草地鐵路、護(hù)坡灌草、綠化林地、綠化草地、其他硬化地表、房屋建筑區(qū)、廣場(chǎng)路面、護(hù)坡灌草、綠化林地、綠化草地路面、綠化林地、綠化草地、停車場(chǎng)路面、護(hù)坡灌草、綠化林地、綠化草地停機(jī)坪與跑道、綠化草地、房屋建筑區(qū)其他硬化地表無對(duì)應(yīng)水域及水利設(shè)施用地其他土地城鎮(zhèn)村及工礦用地河流湖泊水庫坑塘沿海灘涂?jī)?nèi)陸灘涂溝渠水工建筑用地冰川及永久冰雪設(shè)施農(nóng)用地空閑地田坎鹽堿地沼澤地沙地裸地城市建制鎮(zhèn)村莊采礦用地風(fēng)景名勝及特殊用地水面水面水面水面荒漠與裸露地表、水面、草地、林地水渠、林地水工設(shè)施、房屋建筑區(qū)冰川與常年積雪溫室大棚、房屋建筑區(qū)、場(chǎng)院無對(duì)應(yīng)碾壓踩踏地表鹽堿地表泥土地表沙質(zhì)地表礫石地表房屋建筑區(qū)、道路、綠化林地、綠化草地房屋建筑區(qū)、道路、綠化林地、綠化草地露天采掘場(chǎng)、尾礦堆放物無對(duì)應(yīng)

圖3　土地利用分布

3.2　方法實(shí)現(xiàn)

本文基于地理國情地表覆蓋與土地利用地類圖斑數(shù)據(jù)間的差異性分析結(jié)果，構(gòu)建了兩者分類的映射體系，設(shè)計(jì)地理處理、分類映射與統(tǒng)計(jì)分析服務(wù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)差異性分析方法與軟件，提供兩類數(shù)據(jù)圖層疊置、分類映射、在線生成分析報(bào)告等功能，系統(tǒng)界面如圖4所示。

通過軟件對(duì)該縣地理國情地表覆蓋數(shù)據(jù)與地類圖斑數(shù)據(jù)進(jìn)行差異性分析，形成分析報(bào)告。報(bào)告內(nèi)容包括如表3的地表覆蓋與土地利用中一級(jí)類面積、占比與兩者對(duì)應(yīng)類間的差值、重合面積與重合率，如表4的地表覆蓋對(duì)應(yīng)的土地利用類型統(tǒng)計(jì)表及土地利用類型流向表等統(tǒng)計(jì)結(jié)果，直觀、定量地描述了由2014年土地利用地類圖斑數(shù)據(jù)至2015年地理國情地表覆蓋數(shù)據(jù)的演變情況，實(shí)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)源的地理國情監(jiān)測(cè)，為國情分析評(píng)價(jià)提供定量化數(shù)據(jù)支撐。

圖4　系統(tǒng)界面

4　結(jié)　語

本文面向地理國情地表覆蓋與土地利用地類圖斑數(shù)據(jù)，構(gòu)建了二者的分類映射體系，開發(fā)軟件實(shí)現(xiàn)了兩類數(shù)據(jù)間的差異性分析，并自動(dòng)生成分析報(bào)告提供數(shù)據(jù)演變量化描述。其中，兩類數(shù)據(jù)部分地類語義差異較大，應(yīng)根據(jù)地類語義合理選擇其他專題數(shù)據(jù)進(jìn)行差異性分析，為政府部門決策提供更精確的數(shù)據(jù)支撐。未來可嘗試多角度、多層次、多手段分析地理國情普查成果與其他專題數(shù)據(jù)的差異性。

表3　一級(jí)類統(tǒng)計(jì)

表4　地表覆蓋對(duì)應(yīng)的土地利用類型統(tǒng)計(jì)　km2

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