地理國(guó)情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)生產(chǎn)中的技術(shù)要點(diǎn)探討

邱程錦

(江蘇省基礎(chǔ)地理信息中心，江蘇 南京 210000)

山水林田湖草是生命共同體，是我國(guó)生態(tài)文明建設(shè)的重要組成部分。開(kāi)展常態(tài)化地理國(guó)情監(jiān)測(cè)，可持續(xù)監(jiān)測(cè)山水林田湖草的變化情況，直觀反映水草豐茂期地表各類自然資源的變化情況，更好地服務(wù)于耕地種植狀況監(jiān)測(cè)、生態(tài)保護(hù)修復(fù)效果評(píng)價(jià)、督察執(zhí)法監(jiān)管等[1]。目前，江蘇省已完成第一次地理國(guó)情普查和2016—2019年地理國(guó)情監(jiān)測(cè)工作，2020年地理國(guó)情監(jiān)測(cè)工作已經(jīng)進(jìn)入收尾階段。

作者在負(fù)責(zé)了2019、2020年度江蘇省鎮(zhèn)江市地理國(guó)情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)生產(chǎn)，全程參與了鎮(zhèn)江市地理國(guó)情數(shù)據(jù)采集更新、數(shù)據(jù)兩級(jí)檢查、質(zhì)檢軟件構(gòu)建、全省數(shù)據(jù)建庫(kù)等工作的基礎(chǔ)上，對(duì)比了2016—2020年采集內(nèi)容與要求的異同點(diǎn)，對(duì)地理國(guó)情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)生產(chǎn)過(guò)程中使用的技術(shù)方法和需重點(diǎn)關(guān)注的項(xiàng)目進(jìn)行了梳理，為后續(xù)地理國(guó)情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的高效生產(chǎn)和質(zhì)量提升奠定基礎(chǔ)。

1 地理國(guó)情監(jiān)測(cè)內(nèi)容與更新流程

地理國(guó)情監(jiān)測(cè)的內(nèi)容主要包括地表覆蓋分類、地理國(guó)情要素的變化信息采集、遙感影像解譯樣本與元數(shù)據(jù)的制作以及相關(guān)技術(shù)文檔的編制等工作。這些工作的技術(shù)要求和指標(biāo)均按《地理國(guó)情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)技術(shù)規(guī)定》[2]、《地理國(guó)情監(jiān)測(cè)內(nèi)容與指標(biāo)》[3]執(zhí)行，生產(chǎn)流程如圖1所示。

圖1 地理國(guó)情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)生產(chǎn)流程圖

對(duì)比歷年監(jiān)測(cè)情況，2020年度地理國(guó)情監(jiān)測(cè)新增了部分內(nèi)容：(1)新增3個(gè)圖層：UV_LCRT(植被覆蓋專題圖層)、UV_LCRW(地表水面覆蓋專題圖層)、UV_SPCP(農(nóng)作物種植情況調(diào)查樣點(diǎn)數(shù)據(jù)層)；(2)地表覆蓋新增2個(gè)代碼: 荒地草被03B1、工地草被03B2；(3)國(guó)情要素新增2個(gè)代碼：太陽(yáng)能發(fā)電場(chǎng)0771、風(fēng)力發(fā)電塔0772。本文將重點(diǎn)對(duì)地表覆蓋新增內(nèi)容的采集和重要地理國(guó)情要素的更新進(jìn)行分析。

2 基礎(chǔ)地表覆蓋更新

2020年江蘇省基礎(chǔ)地表覆蓋采集內(nèi)容基本與歷年監(jiān)測(cè)一致，主要包括8個(gè)大類：種植土地、林草覆蓋、房屋建筑(區(qū))、鐵路與道路、構(gòu)筑物、人工堆掘地、裸露地表、水域。其中，部分地類名稱發(fā)生變化，新增了1個(gè)二級(jí)類“其他草被”，2個(gè)三級(jí)類“荒地草被”和“工地草被”。

在生產(chǎn)與檢查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，工地草被與建筑工地(083類)容易混淆。經(jīng)過(guò)與國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心、江蘇省測(cè)繪產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站溝通，結(jié)合江蘇省實(shí)際情況，認(rèn)定工地草被判定如下：工地草被不僅限于本底是施工工地的情況，應(yīng)結(jié)合實(shí)地發(fā)展，考慮開(kāi)發(fā)與規(guī)劃程度、四周路網(wǎng)建設(shè)等，一般位于城區(qū)、開(kāi)發(fā)區(qū)、城郊結(jié)合部等區(qū)域。例如：城區(qū)或城鎮(zhèn)邊緣，政府已完成拆遷、征地，地塊大多被道路合圍，部分地塊政府已出讓并打圍，外業(yè)調(diào)查發(fā)現(xiàn)有周邊居民有臨時(shí)種植(政府或相關(guān)使用權(quán)擁有單位一般會(huì)定期清除)蔬菜、糧食作物的情況，地表覆蓋宜按照工地草被處理。本底為建筑工地類的圖斑在本次更新中可按圖2判別。

圖2 本底為建筑工地類圖斑更新情況圖

另外，對(duì)于本底為種植土地，如果2020年影像顯示未耕種，但田塊紋理、排灌設(shè)施等符合耕地表達(dá)，優(yōu)先以荒地草被過(guò)渡，在撂荒兩年以后再以高覆蓋草被表示。

3 專題地表覆蓋采集

3.1 農(nóng)作物種植情況調(diào)查樣點(diǎn)

新增SPCP層主要目的是為后期開(kāi)展農(nóng)作物種植情況遙感監(jiān)測(cè)做資料準(zhǔn)備。針對(duì)當(dāng)?shù)卦诒O(jiān)測(cè)期內(nèi)種植、成熟或收獲的各類主要種植作物類型，選擇了種植單一農(nóng)作物連片面積超過(guò)1公頃的樣地，采用內(nèi)外業(yè)相結(jié)合的方式獲取農(nóng)作物種植情況樣點(diǎn)數(shù)據(jù)。樣點(diǎn)選擇的具體方法如下：(1)內(nèi)業(yè)提取測(cè)區(qū)內(nèi)的單一種植土地面積大于1公頃的圖斑；(2)以10 km2為一個(gè)單元格制作本測(cè)區(qū)農(nóng)作物樣點(diǎn)格網(wǎng)；(3)選擇格網(wǎng)內(nèi)提取的圖斑進(jìn)行樣點(diǎn)采集，確保均勻分布；采集的定位點(diǎn)離同類作物種植地塊邊緣的距離一般大于50 m，小于200 m；外業(yè)核查作物類型(一季稻、玉米等)。

3.2 植被覆蓋專題

針對(duì)房屋建筑區(qū)(包括CC碼為0511、0512、0521和0522)圖斑范圍，采用人工解譯的方法，依據(jù)影像對(duì)樹(shù)木形成的立體覆蓋按照樹(shù)冠覆蓋范圍以200 m2為最小圖斑面積指標(biāo)，提取植被覆蓋專題圖斑，存儲(chǔ)在LCRT數(shù)據(jù)層。樹(shù)冠覆蓋圖斑的CC碼統(tǒng)一采用“綠化林地”類型的編碼(0360)。對(duì)在0511、 0512、0521、0522圖斑范圍內(nèi)的樹(shù)冠均可提取，不區(qū)分是林地還是園地。

植被覆蓋專題圖斑提取時(shí)使用了人工解譯和自動(dòng)提取兩種方式。人工解譯是以現(xiàn)勢(shì)性最好的影像為依據(jù)，人工采集房屋建筑區(qū)范圍內(nèi)的樹(shù)冠覆蓋范圍(主要用于首件等時(shí)間較緊的測(cè)區(qū))。自動(dòng)提取是通過(guò)計(jì)算NDVI指數(shù)，反演樹(shù)冠的NDVI值范圍自動(dòng)進(jìn)行提取[4]，經(jīng)過(guò)裁切、濾波、平滑、合并小面等處理，由人工檢查后形成最終植被覆蓋專題數(shù)據(jù)。采取自動(dòng)提取時(shí)應(yīng)注意，屋頂綠化或樹(shù)冠下實(shí)際是房屋的情況應(yīng)進(jìn)行排除。通過(guò)與人工解譯成果的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，自動(dòng)提取方式所獲得的成果精度比人工采集正確性更高，效率更高，后續(xù)的植被覆蓋專題采集可采用自動(dòng)提取方式進(jìn)行。

3.3 地表水面覆蓋專題

地表水面覆蓋專題提取也有人工解譯和自動(dòng)提取兩種方式。通知實(shí)驗(yàn)分析，自動(dòng)提取方式會(huì)將陰影誤提取為水面[5]，精度不夠高，后續(xù)還需大量人工對(duì)邊界進(jìn)行處理，故在生產(chǎn)中以人工解譯方法為主。針對(duì)地表水，按照影像反映的水面覆蓋范圍，以 400 m2為基本采集指標(biāo)，提取影像上反映的地表液態(tài)水覆蓋的范圍，存儲(chǔ)在UV_LCRW數(shù)據(jù)層。

專題水面覆蓋層應(yīng)把握兩個(gè)原則：(1)只表示影像上是水面的部分，立體覆蓋遮擋水面不表示，水生植物不表示，浮游植物應(yīng)表示；(2)應(yīng)排除水田、固化池、施工地上臨時(shí)積水坑等。

4 地理國(guó)情要素更新

2020年江蘇省地理國(guó)情要素采集內(nèi)容基本與歷年監(jiān)測(cè)一致，主要包括：地理單元、交通網(wǎng)絡(luò)、全集水網(wǎng)、構(gòu)筑物等，其中，在構(gòu)筑物中新增2個(gè)三級(jí)類“太陽(yáng)能發(fā)電場(chǎng)”和“風(fēng)力發(fā)電塔”。在采集太陽(yáng)能發(fā)電場(chǎng)時(shí)，利用了地表覆蓋數(shù)據(jù)中標(biāo)注為“光伏”的地表覆蓋圖斑信息，并根據(jù)2020年影像進(jìn)行了補(bǔ)充采集。風(fēng)力發(fā)電塔主要從江蘇省“十三五”第一輪1∶10000 DLG數(shù)據(jù)中提取，再根據(jù)2020年影像進(jìn)行補(bǔ)充采集。

除新增內(nèi)容外，2020年江蘇省地理國(guó)情要素更新還重點(diǎn)關(guān)注以下四個(gè)方面：

(1)對(duì)重要地理國(guó)情要素逐要素檢查更新。國(guó)家第一次質(zhì)量監(jiān)督抽查和首件產(chǎn)品驗(yàn)收時(shí)，均發(fā)現(xiàn)部分高等級(jí)道路屬性與影像不符合，部分隔離帶超過(guò)10 m的道路沒(méi)有按雙線采集。本次監(jiān)測(cè)時(shí)按影像修改了本底數(shù)據(jù)中高速、國(guó)、省、縣、鄉(xiāng)道的路寬、車道數(shù)不符問(wèn)題，檢查了五級(jí)及五級(jí)以上的河流及相通的湖泊、水庫(kù)的屬性的正確性，對(duì)歷年監(jiān)測(cè)中遺留的行政區(qū)劃調(diào)整問(wèn)題與民政等相關(guān)部門進(jìn)行了確認(rèn)。

(2)對(duì)全集水網(wǎng)進(jìn)行更新。全集水網(wǎng)的更新開(kāi)始于2019年，2019年江蘇省抽取各作業(yè)單位人員進(jìn)行了集中處理，沒(méi)有分配給各個(gè)測(cè)區(qū)分別更新。首件產(chǎn)品驗(yàn)收時(shí)，個(gè)別作業(yè)單位未對(duì)全集水網(wǎng)進(jìn)行更新或更新不到位，本次監(jiān)測(cè)需按測(cè)區(qū)對(duì)全集水網(wǎng)進(jìn)行全面更新，此項(xiàng)是驗(yàn)收單位重點(diǎn)檢查的項(xiàng)目。

(3)對(duì)城市道路的類型屬性進(jìn)行梳理。歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中，多數(shù)測(cè)區(qū)的城市道路沒(méi)有完整構(gòu)網(wǎng)，主干道、次干道、支路劃分較混亂，本次更新依據(jù)參考資料與城市整體布局情況，對(duì)城市路網(wǎng)和道路類型進(jìn)行了整理，使其滿足技術(shù)規(guī)定要求。

(4)核對(duì)了地理國(guó)情要素與地表覆蓋之間的邏輯一致性。地理國(guó)情要素與地表覆蓋之間的邏輯一致性是各級(jí)檢查重點(diǎn)關(guān)注的項(xiàng)目，如國(guó)情要素的水面不能小于地表覆蓋的水面，堤壩、橋梁與道路應(yīng)完全重合等，本次監(jiān)測(cè)應(yīng)重點(diǎn)對(duì)此項(xiàng)進(jìn)行更新修正。

以上問(wèn)題雖然有些是本底一直存在的，但新一輪的更新中應(yīng)盡改則改，盡量不遺留予下一輪監(jiān)測(cè)。

5 結(jié)語(yǔ)

地理國(guó)情監(jiān)測(cè)是自然資源部《自然資源調(diào)查監(jiān)測(cè)體系構(gòu)建總體方案》中重點(diǎn)監(jiān)測(cè)內(nèi)容。目前，地理國(guó)情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)已廣泛應(yīng)用于生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)、城鎮(zhèn)擴(kuò)展監(jiān)測(cè)、農(nóng)作物種植情況監(jiān)測(cè)等工作中，其生產(chǎn)效率與質(zhì)量直接決定了后續(xù)監(jiān)測(cè)成果的現(xiàn)勢(shì)性和準(zhǔn)確性。本文基于筆者多年地理國(guó)情監(jiān)測(cè)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了2020年地理國(guó)情監(jiān)測(cè)新增內(nèi)容的采集更新技術(shù)方法，并歸納了地理國(guó)情要素更新中需要重點(diǎn)關(guān)注的事項(xiàng)，能夠?yàn)楹罄m(xù)地理國(guó)情監(jiān)測(cè)工作的高效開(kāi)展和質(zhì)量控制提供參考。