基于高分辨遙感影像的土地整理技術(shù)研究

夏昆

摘 要：衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)具有現(xiàn)勢性好、時空分辨率高等優(yōu)點，能及時、準確、快速地反映土地利用變化情況。該文基于作者長期從事土地整理工作的相關(guān)工作經(jīng)驗，詳細介紹了QuickBird高分影像在土地整理大中比例尺地形圖測繪方面的總體思路和實施過程，這對新技術(shù)條件下土地調(diào)查和整理的應用實踐提供了重要借鑒。

關(guān)鍵詞：高分辨率遙感 土地利用調(diào)查 土地整理

中圖分類號：P208 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）03（c）-0012-02

“十分珍惜和合理利用土地，切實保護耕地”是我國的基本國策。當前我國正處在全面構(gòu)建和諧社會、推進新農(nóng)村、加快城鎮(zhèn)化進程的新形勢下，人地矛盾越來越突出。土地開發(fā)整理能有效增加耕地面積，提高耕地質(zhì)量，改善農(nóng)村農(nóng)業(yè)環(huán)境，是緩和人地矛盾，協(xié)調(diào)人與自然，實現(xiàn)土地資源可持續(xù)發(fā)展的有效措施，具有十分重要的現(xiàn)實意義。土地開發(fā)整理的前期規(guī)劃實施必須通過調(diào)查和測繪項目區(qū)的地形圖，因此，如何快速高效地開展項目區(qū)的地形圖測繪在土地開發(fā)整理中占據(jù)著極其重要的位置。隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，衛(wèi)星遙感技術(shù)得到了突破性進展，隨著商用衛(wèi)星IKONOS，QuickBird相繼發(fā)射成功，衛(wèi)星遙感突破了米級空間分辨率的局限，極大地促進了各應用行業(yè)的科技進步和管理水平。高分辨率衛(wèi)星籍管理等工作。遙感在國土資源調(diào)查評價、土地利用動態(tài)監(jiān)測、土地更新調(diào)查以及大中比例尺地形圖測繪等方面已取得顯著成績。該文主要介紹高分辨率遙感數(shù)據(jù)在土地整理工作中大中比例尺地形圖測繪方面的應用。

1 衛(wèi)星遙感技術(shù)在土地整理中地形圖測繪上的優(yōu)勢

早期的土地整理使用的基礎圖件為數(shù)年前的土地利用現(xiàn)狀圖，已經(jīng)變化的土地利用情況則采用實地調(diào)查的方式進行部分變更，以變更后的土地利用現(xiàn)狀圖為底圖進行土地整理規(guī)劃和設計。由于土地利用現(xiàn)狀圖存在精度不足及時效性的限制，同時受客觀條件及主觀因素影響，規(guī)劃和設計的精度較低。目前的土地整理項目對項目區(qū)地形圖的精度和現(xiàn)勢性要求都較高，單靠野外數(shù)字化采集數(shù)據(jù)方法可靠、精度也較高，但外業(yè)工作量大，且在地貌起伏大、植被覆蓋好的地段施測困難。應用衛(wèi)星遙感技術(shù)可以充分發(fā)揮遙感技術(shù)的優(yōu)越性，能夠快速及時獲取土地整理區(qū)域的多時相數(shù)據(jù)，最大程度地保證監(jiān)測的及時性及現(xiàn)勢性，有效降低人為因素干擾，客觀反映實際情況，減少地形、地貌、海拔、氣候等自然因素的影響，最大程度地節(jié)省人力、物力和財力。隨著高分辨率遙感影像的普遍應用以及遙感數(shù)字影像分類技術(shù)的發(fā)展，在專業(yè)的地理信息系統(tǒng)軟件平臺下，通過人機交互解譯，根據(jù)影像中各地類、地物的色調(diào)、形狀、陰影、紋理、位置和大小等特征，可直接勾繪出土地整理區(qū)域內(nèi)各地類地物邊界，同時賦予所勾繪的地物各種屬性，以便進行下一步的數(shù)據(jù)統(tǒng)計與匯總工作，使工作效率大大提高，這一技術(shù)方法具有周期短、精度高、可操作性強、信息提取和更新速度快等特點。

2 研究方法

2.1 總體思路

2.1.1 數(shù)據(jù)源的選擇

首先要根據(jù)實際需要購買遙感影像數(shù)據(jù)源。影像分辨率是決定影像精度的一個重要指標，影像精度要滿足相應比例尺地圖對于影像識別能力和成圖精度要求，同時又要考慮成本。冗余的分辨率會增加衛(wèi)星影像購買成本和加重數(shù)據(jù)處理的負擔；而若分辨率達不到一定要求，就無法判讀細小的地物、降低衛(wèi)星影像圖視覺上形象、逼真的效果，滿足不了成圖精度。因此我們在選擇數(shù)據(jù)源時，并不是分辨率越高就越好，而是要針對現(xiàn)實情況，綜合考慮成本、數(shù)據(jù)的可得性、成圖比例尺等因素。QuickBird遙感影像，重訪周期1～6d，現(xiàn)勢性好，地面分辨率高（全色波段為0.61m，多光譜為2.44m），空間紋理清晰息。其多光譜波段光譜信息豐富，進行屏幕矢量化時，成圖比例尺可達1：10 000或1：5 000；全色波段分辨率高達0.61m，但因影像上地物顏色比較一致，無法準確分辨地面復雜地物。因此，有必要進行二者之間的數(shù)據(jù)融合，在保留QuickBird多光譜影像豐富的光譜信息的前提下提高其分辨率，增強圖像的視覺效果，提高地物判讀準確性，一般來說，融合后的數(shù)據(jù)可以滿足精度1：2 000比例尺圖件成圖的需要。圖1是部分融合后的QuickBird影像圖。

其次，遙感影像分辨率的選擇除了考慮不同比尺成圖對影像分辨率的要求，還要考慮現(xiàn)有可獲的遙感影像產(chǎn)品規(guī)格，在好幾種遙感數(shù)據(jù)都能滿足成圖比例尺的情況下，要考慮的是數(shù)據(jù)源的穩(wěn)定性、性價比以及選擇這種衛(wèi)星的何種等級的數(shù)據(jù)產(chǎn)品。再次，遙感影像的拍攝時間、拍攝時的天氣狀況也是選擇數(shù)據(jù)源時要考慮的。在土地整理工作中制作項目區(qū)地形圖，為保證現(xiàn)勢性，我們要盡量使用最新日期拍攝的數(shù)據(jù)為保證地面地物不被遮蓋，要盡量選擇無云或云量盡可能少的數(shù)據(jù)源。

2.1.2 遙感數(shù)據(jù)處理

這里所說的遙感數(shù)據(jù)處理是指供應商提供的影像到提供給作業(yè)員進行影像解譯之間的一系列處理，影像處理的質(zhì)量也直接影響更新精度。影像提供給用戶之前一般都會根據(jù)用戶的要求進行各種不同級別的處理。作為地形圖測繪，首先是 要將影像處理成正射影像，這時就需要供應商提供IA級的處理（經(jīng)過輻射校正、CCD探測器陣列均衡化處理），其它校正由用戶完成。遙感數(shù)據(jù)處理是以ERDAS、ENVI等專業(yè)圖像處理軟件、高配置計算機為平臺，通過對衛(wèi)星數(shù)據(jù)光譜特性的分析和圖像增強處理，達到有用信息豐富、可解譯性強的數(shù)字化過程。值得說明的是，在對遙感影像進行正射校正時，包括控制點選擇、糾正模型選取、幾何糾正精度檢查等。糾正計算的方法主要有物理模型、多項式和逐微分糾正幾種方式。多項式的校正精度與地面控制點（即GCP）的精度、分布和數(shù)量及校正影像的范圍有關(guān) ，對于二次多項式來說，適當?shù)卦黾覩CP的數(shù)量可提高幾何精校正精度。GCP的均勻分布以及GCP的位置精度高，均可提高幾何校正精度。若GCP太少或其自身的定位誤差大，或分布不均勻，都會給整個圖像校正帶來較大影響。在實際工作中，也可以采用RTK技術(shù)野外采集控制點的方法來對遙感影像進行校正。

2.2 實現(xiàn)過程

2.2.1 室內(nèi)解譯

解譯標志是遙感圖象上能直接反映和判別地物信息的影像特征，它是室內(nèi)解譯的依據(jù)。主要從目標地物的大小、形狀、陰影、色調(diào)、紋理、圖型和位置與周圍的關(guān)系等推斷出目標地物的屬性等相關(guān)信息。外業(yè)調(diào)查是內(nèi)業(yè)解譯的基礎。通過實地調(diào)查，了解研究區(qū)的自然、社會、經(jīng)濟狀況和水土流失特點、水土保持治理措施等情況，并建立實際地類與影像的對應關(guān)系，即影像解譯標志。對于QuickBird這樣的高分辨率影像的解譯標志比較好判斷，從圖像上基本可以辨別出地物類別。我們在土地整理工作的實際操作也只需要將居民點、道路、溝渠、林地、園地、旱地等地類特征直接沿影像特征的邊緣準確勾劃出地類界線，進行圖斑勾繪。如圖2所示。

在進行室內(nèi)解譯時主要遵循以下原則：（1）多尺度宏觀原則：在詳細解譯之前，首先對影像總體輪廓和研究區(qū)生態(tài)概況進行研究，以獲取整個研究區(qū)宏觀生態(tài)分布類型。（2）先易后難，循序漸進原則：整個遙感圖像目視解譯工作往往比較復雜，反復枯燥，工作量較大，需要有足夠的耐心，可遵循先易后難，循序漸進的原則。

2.2.2 外業(yè)調(diào)繪

室內(nèi)解譯過程結(jié)束后，要將解譯結(jié)果帶到野外進行實地驗證 ，驗證的主要內(nèi)容是檢查解譯圖各圖斑的劃分與實際情況的一致性和范圍界限的準確性，對解譯有誤的地方重新進行解譯與修改；利用GPS先布設好圖根控制點，實測控制點坐標，采集圖斑實地邊界和新增線狀地物的坐標數(shù)據(jù)及相關(guān)幾何數(shù)據(jù)，并實地調(diào)查該變化圖斑的位置、土地利用狀況等屬性，將其填寫外業(yè)記錄表上，并繪制外業(yè)調(diào)繪圖。

2.2.3 地形圖的制作

將野外采集的各種數(shù)據(jù)上傳至電腦中，在GIS平臺下利用數(shù)字成圖系統(tǒng)，對變化圖斑和新增圖斑以及新增線狀地物進行矢量勾繪，并建立完整的拓撲關(guān)系，利用軟件相關(guān)功能計算出圖斑變化面積，再根據(jù)外業(yè)調(diào)查、量測情況，經(jīng)過添加高程信息，進而編繪生成地形圖。主要技術(shù)流程見圖3。

3 應用中要注意的問題

在利用高分辨率遙感影像數(shù)據(jù)進行土地整理的地形圖制作時，有以下兩點問題需要注意：（1）目前土地利用數(shù)據(jù)信息或圖斑變化主要依靠目視解譯方法來判讀，造成了它易受人為因素影響的局限性，例如：一條干涸的小河流就有可能在衛(wèi)星遙感圖上被誤判為一條沙石路；公路兩側(cè)的干溝渠被誤判為道路等，這就要求作業(yè)人員具有豐富的專業(yè)知識和作業(yè)經(jīng)驗。（2）室內(nèi)解譯完成之后一定要進行外業(yè)調(diào)繪，尤其是一些新增的線狀地物或零星地物，決不能主觀臆斷，一些在圖上難以判斷的圖斑必須到實地去調(diào)查是否變化及測量變化前后的面積，其位置無法在圖上直接標出時必須進行實地的野外測量。

4 結(jié)語

隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，遙感技術(shù)將成為土地調(diào)查的重要手段，高分辨率遙感影像數(shù)據(jù)具有現(xiàn)勢性好、空間與時間分辨率高等優(yōu)點，能及時、準確、快速地反映土地利用變化情況，將成為獲取土地利用變化的重要信息源。與傳統(tǒng)的土地調(diào)查方法比較，利用高分辨率遙感影像調(diào)查具有快速、省時、省力等特點，能基本滿足現(xiàn)代土地利用調(diào)查的需要。

參考文獻

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