基于地理國情監(jiān)測的地表覆蓋數(shù)據(jù)更新方法研究

李文輝 柳躍東 劉偉

摘 要：“十三五”期間及以后主要是在“十二五”的基礎(chǔ)上，形成定期常態(tài)地理國情信息監(jiān)測機(jī)制，實(shí)施定期常態(tài)性監(jiān)測，持續(xù)對全國范圍的自然、生態(tài)等地理環(huán)境要素進(jìn)行空間化、定量化、常態(tài)化監(jiān)測，因此地表覆蓋數(shù)據(jù)更新方法的研究對提高生產(chǎn)效率有極大的幫助。清華山維的EPS軟件通過數(shù)據(jù)比對賦值ChangeType值，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)生產(chǎn)的半自動化。

關(guān)鍵詞：地理國情監(jiān)測；常態(tài)化；ChangeType值；數(shù)據(jù)生產(chǎn)半自動化

0 引言

2013年2月，國務(wù)院印發(fā)《關(guān)于開展第一次全國地理國情普查的通知》（國發(fā)〔2013〕9號），在全國開展建國以來首次地理國情普查。2015年8月，我省第一次全國地理國情普查數(shù)據(jù)采集全面完成，形成覆蓋全省陸域和33座有人居住海島的普查數(shù)據(jù)，為開展常態(tài)化地理國情監(jiān)測奠定基礎(chǔ)。

按照國務(wù)院對地理國情監(jiān)測工作總體部署和測繪地理信息事業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展需要，從2016年起地理國情信息獲取進(jìn)入常態(tài)化監(jiān)測階段，構(gòu)建功能完備的地理國情動態(tài)監(jiān)測與綜合信息分析發(fā)布系統(tǒng)，形成常態(tài)化地理國情監(jiān)測機(jī)制，提供地理國情信息業(yè)務(wù)化、常態(tài)化服務(wù)。

地理國情監(jiān)測是社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展對地理信息工作提出的新要求。因自然和人為的因素，地球環(huán)境隨著時間的推移不斷改變，探究與監(jiān)測地球環(huán)境變化一直是人類追求的目標(biāo)[1-3]。地理國情監(jiān)測已成為測繪工作的新使命、新戰(zhàn)略、新起點(diǎn)，是時代發(fā)展的必然要求[4]，以往地理國情監(jiān)測地表覆蓋數(shù)據(jù)更新方法不足，導(dǎo)致工作效率不能大幅提高，本文通過對實(shí)驗區(qū)數(shù)據(jù)的研究尋求地表覆蓋數(shù)據(jù)的新的更新方法。

1 實(shí)驗區(qū)概況

微山縣位于山東省南部，地處山東、江蘇兩省三市九個縣市區(qū)結(jié)合部，是山東的“南大門”。地處東徑116°34′～117°24′，北緯34°27′～35°20′，南北長120千米，東西寬8～30千米，總面積1770.0平方千米。

微山縣屬暖溫帶季風(fēng)型大陸性氣候。年均氣溫13.7攝氏度，極端最高氣溫40.5℃，最低氣溫-22.3℃。年均降水量79.7毫米。無霜期年均205天。

微山縣水域面積大，當(dāng)?shù)刂饕N植蓮藕，搞水產(chǎn)養(yǎng)殖也較多，水田和旱地輪種現(xiàn)象普遍。

2 實(shí)驗區(qū)數(shù)據(jù)

2.1 總體原則和技術(shù)路線

1）以山東省2016年基礎(chǔ)性地理國（省）情監(jiān)測成果為基礎(chǔ)，利用航空航天影像的豐富信息，依據(jù)權(quán)威部門的行業(yè)專題資料，參照省級基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，按照“承前啟后、承上啟下、全面覆蓋、規(guī)范一致、內(nèi)業(yè)為主、外業(yè)為輔”的原則組織實(shí)施[8]。

以2017年6月30日作為時間點(diǎn)，以國家測繪地理信息局統(tǒng)一提供的2016年基礎(chǔ)性監(jiān)測成果數(shù)據(jù)作為監(jiān)測本底數(shù)據(jù)，參考山東省第一次全國地理國情普查成果和2016年山東省基礎(chǔ)性地理省情監(jiān)測數(shù)據(jù)，基于遙感影像數(shù)據(jù)，結(jié)合多行業(yè)專題數(shù)據(jù)，識別變化區(qū)域，通過遙感影像解譯、變化信息采集、外業(yè)調(diào)查核查、數(shù)據(jù)編輯與整理等，采集變化信息，制作元數(shù)據(jù)、遙感影像解譯樣本數(shù)據(jù)，對2016年監(jiān)測成果數(shù)據(jù)進(jìn)行更新，完成監(jiān)測數(shù)據(jù)入庫、統(tǒng)計分析，形成2017年基礎(chǔ)性地理省情監(jiān)測的系列數(shù)據(jù)、報告和圖件成果。

2）技術(shù)路線

2.2 地表覆蓋數(shù)據(jù)采集

1）變化區(qū)域識別方法

利用預(yù)處理后的本底數(shù)據(jù)疊加監(jiān)測新影像采用人工識別方法進(jìn)行變化區(qū)域的識別，提取出變化信息的范圍和地表分類以及省情要素的變化。

2）變化區(qū)域的識別方式

（1）本底數(shù)據(jù)TAG值已有賦值為“1”“3”“5”“161”“163”“164”，通過修改原TAG值或新增字段的方法，以區(qū)別監(jiān)測階段變化和新增地表分類，一可以方便外業(yè)調(diào)查核查，二可以方便過程和最終級檢查及后期變化區(qū)域的工作量統(tǒng)計。

（2）重點(diǎn)針對房屋建筑、庫塘、水渠、道路等人工地類變化以及顯著的植被、水域變化等，進(jìn)行了補(bǔ)充采集。同時重點(diǎn)監(jiān)測了上期監(jiān)測成果中處于變化或覆蓋狀態(tài)不穩(wěn)定的地物類別，建筑工地以及非人工建造類別變更為人工建造類別、建造強(qiáng)度發(fā)生顯著或根本變化的類別、大面積的植被覆蓋顯著變化等，如人工幼林、建筑工地、人工堆掘地、農(nóng)作物套種（間種）、碾壓踩踏地表等[5-7]。

2.3 變化區(qū)域地表覆蓋采集

1）變化區(qū)域識別工序保證全面、正確，避免了實(shí)際發(fā)生變化而未識別出造成的遺漏，以及由于影像質(zhì)量等因素導(dǎo)致的偽變化識別為真實(shí)變化。

2）重點(diǎn)關(guān)注了影像發(fā)生變化的內(nèi)容，對于影像未發(fā)生變化，但普查階段成果數(shù)據(jù)采集中明顯不符合實(shí)際地物狀況的，也一并進(jìn)行了更新。

3）城鎮(zhèn)及城鄉(xiāng)結(jié)合部一般變化較大且情況較為復(fù)雜，監(jiān)測工作量和難度較大，變化區(qū)域識別與采集、外業(yè)調(diào)查核查、內(nèi)業(yè)編輯與整理及兩級檢查時，劃定為了特別關(guān)注區(qū)域，并作為檢查重點(diǎn)，安排技術(shù)水平相對高的作業(yè)人員進(jìn)行內(nèi)業(yè)采集和外業(yè)調(diào)查，以此避免出現(xiàn)遺漏、錯誤等現(xiàn)象。

4）變化區(qū)域為新生型圖斑時，采集了所有達(dá)到相應(yīng)地表覆蓋類型的最小圖斑指標(biāo)和歸類要求的圖斑；伸縮型的變化圖斑，當(dāng)?shù)乇砀采w分類界線的采集誤差大于5米時，對原有圖斑進(jìn)行了更新修改，并按要求對更新修改后的圖斑重新賦TAG 值：“171”“173”“174”。

5）針對跨越不同時相影像的變化要素，以主要影像數(shù)據(jù)源為準(zhǔn)進(jìn)行了采集，確保了該要素時相一致性。

6）對于實(shí)地與影像不一致的地表分類，原則上按影像進(jìn)行地表覆蓋分類，但實(shí)際作業(yè)中經(jīng)外業(yè)調(diào)查核查后的均進(jìn)行了更新修改。

7）對耕地、園地、林地、草地、水面、裸露地表等覆蓋類型，由于生長周期、季節(jié)變換等引起的交替和重復(fù)性變化，對邊界線變化超過5米的進(jìn)行了更新。

8）普查階段被樹木遮蓋的房屋建筑，監(jiān)測階段影像清晰可見的全部進(jìn)行了完整采集。

9）對于監(jiān)測時發(fā)生變化的地表覆蓋分類圖斑均按地理省情監(jiān)測要求的指標(biāo)進(jìn)行了采集。如建筑工地細(xì)分到三級類等。

2.4.地表覆蓋變化信息的記錄

在任務(wù)區(qū)監(jiān)測生產(chǎn)過程中，地表覆蓋變化信息的記錄按如下原則進(jìn)行：

1）對于伸縮型變化的圖斑，保持FEATID屬性值與本底數(shù)據(jù)中發(fā)生伸縮變化的圖斑一致，“變化類型（ChangeType）”賦值為1。

2）對于新生型變化的圖斑，其FEATID 屬性的值為空或默認(rèn)值，“變化類型（ChangeType）”賦值為2。

3）對于監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)的前期數(shù)據(jù)明顯有誤的圖斑，“變化類型（ChangeType）”賦值為9。

4）對于消失的地表覆蓋圖斑未作記錄。

2.5 數(shù)據(jù)更新

針對采集流程和采集要求首先是對地表覆蓋數(shù)據(jù)進(jìn)行圖形更新，再進(jìn)行屬性更新。

1）圖形更新

利用預(yù)處理后的本底數(shù)據(jù)疊加監(jiān)測新影像在ArcGIS軟件中利用編輯工具的整形和裁剪面工具對與影像不符的圖斑進(jìn)行切割，周圍有同地類的就進(jìn)行合并，沒有的夠指標(biāo)的就產(chǎn)生新的地類。如圖2、圖3。

2）屬性更新

在圖形更新完成后ArcGIS軟件中可以對屬性進(jìn)行修改，需要賦值的屬性項主要是TAG值和ChangeType值，對于內(nèi)業(yè)判定的疑似變化區(qū)域，以及內(nèi)業(yè)雖能識別出變化但不能識別具體變化類型的區(qū)域，內(nèi)業(yè)進(jìn)行了TAG為172的標(biāo)注或者標(biāo)出問

題圈，需要外業(yè)調(diào)查核查完成地類確定，經(jīng)過外業(yè)核實(shí)后的TAG值改為173，剩下的內(nèi)業(yè)直接判定的為171。而ChangeType的賦值是個大工程量，對試點(diǎn)區(qū)而言一共7萬個圖斑，變化圖斑占30%-40%，也就是變化圖斑個數(shù)為2.1萬-2.8萬，手動維護(hù)的話需要單人6個小時，但是采用清華山維的EPS軟件的數(shù)據(jù)比對，通過變化數(shù)據(jù)與本地數(shù)據(jù)的空間對比自動進(jìn)行ChangeType賦值，只需用半個小時，并且錯誤個數(shù)為260個，錯誤率僅為0.01%，大大提高了工作效率。如圖4。

3 結(jié)論

采用上述更新方法不僅能提高工作效率，而且錯誤率還低，因此此種方法在后續(xù)25個任務(wù)區(qū)的地理國情監(jiān)測中得到了廣泛的推廣和應(yīng)用，使得該項目按期保質(zhì)的完成了驗收工作。

實(shí)施基礎(chǔ)性地理國情監(jiān)測是貫徹落實(shí)《測繪法》及國務(wù)院要求的重大舉措，地理省情監(jiān)測是利國利民的大事，目前作業(yè)過程中需要人工干預(yù)的工作量還是很大，另外影像的清晰度和獲取時相對地表覆蓋數(shù)據(jù)的采集也有很大關(guān)系，今后可以通過軟件的自動化減少人工干預(yù)的程度來提高工作效率。

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作者簡介：

李文輝（1982-），女，山東煙臺人，工程師，主要從事航空攝影測量和遙感影像解譯工作。