基于地理國情普查成果的環(huán)境監(jiān)測實踐

劉燕娟

摘要：生態(tài)環(huán)境的現(xiàn)狀已更加得到人們的重視，相關(guān)的保護工作已漸漸處于戰(zhàn)略性地位。此文將對生態(tài)環(huán)境監(jiān)測研究成果進行簡要的闡述，再結(jié)合《全國生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與評價技術(shù)方案》的技術(shù)標準，以地理國情普查以及監(jiān)測成果為基礎(chǔ)，通過結(jié)合專業(yè)數(shù)據(jù)、專業(yè)的作業(yè)流程——影像處理、數(shù)據(jù)融合與消除、變化信息檢測和數(shù)據(jù)更新、野外核查、生態(tài)環(huán)境狀況指標計算等，開展區(qū)域性生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與評價，促進測繪地理信息成果的科學應用。

關(guān)鍵詞：生態(tài)環(huán)境;監(jiān)測;地理國情;變化信息檢測

Practice of Environmental Monitoring Based on the Results of Geographical Conditions Census

LIU Yanjuan

（Guangxi Basic Geographic Information Center， Nanning， Guangxi Zhuang Autonomous Region， 530023 China）

Abstract： The current situation of ecological environment has been paid more and more attention， and the related protection work has gradually been in a strategic position. This paper will briefly describe the research results of ecological environment monitoring， and then combined with the technical standards of "national ecological environment monitoring and evaluation technology program"， based on the geographical conditions census and monitoring results， through the combination of professional data， professional operation process image processing， data fusion and elimination， change information detection and data update， field verification， ecological environment monitoring In order to promote the scientific application of the results of Surveying and mapping geographic information.

Key Words： Ecological environment; Monitoring; Geographical conditions; Change information detection

十八大報告中首次提出了“經(jīng)濟建設、政治建設、文化建設、社會建設、生態(tài)文明建設”五位一體建設的建設方向，其中生態(tài)文明建設，更是讓我們?nèi)伺c自然、人與生態(tài)的關(guān)系朝著更加和諧的方向發(fā)展。生態(tài)文明建設的第一步就是對生態(tài)環(huán)境進行評估，然而在相應的生態(tài)環(huán)境評價中，其所采用的土地利用數(shù)據(jù)仍然不夠精細，最終會影響到評估的準確性^[1]?；诖耍疚南然仡櫧陙韺W術(shù)界對生態(tài)環(huán)境監(jiān)測的相關(guān)研究成果，繼而探索基于地理國情普查成果的廣西生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與評價，通過結(jié)合專業(yè)數(shù)據(jù)、專業(yè)的作業(yè)流程，運用影像處理、數(shù)據(jù)融合與消除、變化信息檢測和數(shù)據(jù)更新、野外核查、生態(tài)環(huán)境狀況指標計算等功能，提高評價工作的科學性、規(guī)范性和高效性^[2]。

“廣西生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與評價”項目主要來源于自治區(qū)環(huán)境監(jiān)測中心站，是自治區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與評價工作的重要組成部分，主要是基于最新的高分辨率衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)，開展自治區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀和動態(tài)變化監(jiān)測，并對其動態(tài)變化趨勢進行分析評價，以持續(xù)推進自治區(qū)生態(tài)文明建設。

1 項目的主要目標與任務

本項目的主要目標是利用2016年廣西衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)解譯結(jié)果，計算獲取2016年廣西土地利用/覆蓋分布和2015年至2016年廣西土地利用/覆蓋分布的動態(tài)變化;根據(jù)《生態(tài)環(huán)境狀況評價技術(shù)規(guī)范》（HJ/T192-2006）規(guī)定的生態(tài)環(huán)境狀況評價的指標體系、計算方法和分組標準、土地利用/覆蓋提取結(jié)果對廣西生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進行評價，確定2015～2016年間廣西生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化幅度和趨勢，從空間上分析廣西生態(tài)環(huán)境質(zhì)量發(fā)展情況，為制定生態(tài)保護和發(fā)展的對策提供科學依據(jù)^[3]。

本項目工作任務主要有：第一，2015年全區(qū)土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)矢量坐標轉(zhuǎn)換、信息抽取、圖斑處理、代碼分類等;第二，2016年高分影像正射校正、融合、鑲嵌、勻光勻色、分縣裁切等;第三，全區(qū)重點功能區(qū)縣變化信息提取、數(shù)據(jù)更新;第四，全區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況指標結(jié)構(gòu)特點的分析;第五，全區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況的評價，形成最終的數(shù)據(jù)成果^[4]。

此項目的監(jiān)測范圍為廣西壯族自治區(qū)行政區(qū)域所轄范圍的110個縣（區(qū)）。

2 采用的數(shù)據(jù)及技術(shù)方法

2.1 數(shù)據(jù)資料分析

（1）全區(qū)2015年土地利用數(shù)據(jù)

由自治區(qū)環(huán)境監(jiān)測中心站提供的2015年土地利用數(shù)據(jù)包含廣西全區(qū)110個縣（區(qū)）的數(shù)據(jù)，坐標系為1980西安直角坐標，3度帶，數(shù)據(jù)格式為MDB，需經(jīng)過坐標轉(zhuǎn)換、代碼轉(zhuǎn)換，制作出2015年生態(tài)環(huán)境遙感土地利用底圖。

（2）全區(qū)2016年最新衛(wèi)星影像

2016年最新的高分1號、高分2號衛(wèi)星影像，覆蓋全廣西重點生態(tài)功能區(qū)縣，坐標系為WGS84，高分1號影像分辨率全色波段2米、多光譜8米，高分2號影像分辨率全色波段1米、多光譜4米，可用于識別變化圖斑。

（3）全區(qū)2015年國情普查數(shù)據(jù)

2015年國情普查數(shù)據(jù)中的LCA（地表覆蓋）層，其坐標系為2000國家大地坐標系，3度帶，數(shù)據(jù)格式為GDB，可用于提取耕地類、草地類等三級類作為參考數(shù)據(jù)。

2.2 研究技術(shù)標準及技術(shù)流程

項目嚴格依照《全國生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與評價技術(shù)方案》的標準要求進行實施。主要技術(shù)流程如圖1所示。

2.2.1 坐標系及投影參數(shù)

廣西生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與評價中所有影像數(shù)據(jù)、土地利用/覆被數(shù)據(jù)的坐標系和投影類型及參數(shù)如下^[5]：坐標系：WGS84。投影方式：Albers Conical Equa投影，中央經(jīng)線為東經(jīng)110°，雙標準緯線為北緯 25°和北緯47°，起始緯度12°，中央經(jīng)線偏差和起始點偏差都為 0 。

2.2.2 影像處理

影像處理包含幾何精校正、融合、鑲嵌、勻光勻色、分縣裁切等內(nèi)容。

（1）幾何精糾正

幾何精糾正使用ERDAS精糾正模塊，糾正模型為3次多項式，重采樣方法選用 Bilinear采樣，使用影像到矢量的精糾正方法，控制點選在道路交叉處、田角、橋梁兩端等具有明顯目標位置的點位，控制點均勻，布滿整景影像，對誤差進行計算，誤差范圍在2米以內(nèi)，誤差過大的刪除。倘若糾正后的整景影像大部分地區(qū)偏差過大的，加入DEM進行正射糾正^[6]。

（2） 影像融合

高分影像包含多波段和全色波段，對影像進行融合。

（3）鑲嵌和分縣裁剪

分景影像得到后，進行分縣影像鑲嵌和裁剪，挑選覆蓋各縣域的影像，利用縣域境界對影像進行裁剪，在ERDAS鑲嵌模塊下進行影像拼接。拼接方式使用基于權(quán)重的方法，利用多邊形工具對拼接線手動修改，拼接線兩側(cè)盡可能多選用相同紋理的地物（道路、水域、林地等等），設置勻光、勻色和直方圖匹配參數(shù)，完成鑲嵌。

2.2.3 信息提取

信息抽取主要利用專題數(shù)據(jù)將代碼分類中不能細分的類別進行二級、三級分類，完成2015年生態(tài)遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)底圖的制作。

（1）耕地提取

在耕地中，水田細分為山區(qū)、平原、丘陵和坡地水田，旱地細分為山區(qū)、平原、丘陵和坡地旱地。在土地利用類型中并無以上幾種類型，考慮到其與地形地貌有關(guān)，使用空間分析方法對其進行分類。

（2）草地提取

根據(jù)2015年全區(qū)地理國情普查數(shù)據(jù)分析和實地外業(yè)調(diào)繪情況，全區(qū)并無低覆蓋草和高覆蓋草類別，土地利用中的草類直接轉(zhuǎn)化為生態(tài)遙感監(jiān)測高覆蓋草類別。

（3）建成區(qū)和非建成區(qū)建設用地提取

利用2016年廣西全區(qū)建成區(qū)范圍（市縣范圍）進行空間選擇：將建成區(qū)范圍內(nèi)的建制鎮(zhèn)轉(zhuǎn)化為城鎮(zhèn)用地，非建成區(qū)的建制鎮(zhèn)轉(zhuǎn)化為農(nóng)村居民點。建成區(qū)范圍內(nèi)的風景名勝用地及特殊用地轉(zhuǎn)化為城鎮(zhèn)用地，非建成區(qū)的風景名勝用地及特殊用地轉(zhuǎn)化為公共建設用地。

2.2.4 數(shù)據(jù)融合與消除

（1）矢量數(shù)據(jù)融合

使用ArcGIS融合工具，融合鄰斑同碼圖斑，融合時不創(chuàng)建多部件要素。

（2）矢量數(shù)據(jù)消除

使用ArcGIS消除工具，對兩大類數(shù)據(jù)分別進行零碎圖斑消除：一類：耕地、林地、草地、未利用地;二類：水域、農(nóng)村居民點和工礦用地。其中，一類數(shù)據(jù)圖斑面積、二類數(shù)據(jù)中水庫坑塘圖斑面積、城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民點圖斑面積按指標要求進行消除;公交建設用地、河渠不做消除操作。

2.2.5變化信息檢測和數(shù)據(jù)更新

（1）矢量數(shù)據(jù)命名方式和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

各縣（區(qū)）文件夾包含2015年數(shù)據(jù)、2016年數(shù)據(jù)、動態(tài)圖層數(shù)據(jù)，文件夾以縣（區(qū)）名稱命名，文件夾下各數(shù)據(jù)命名方式：2015年數(shù)據(jù)：ld2015.shp，2016年數(shù)據(jù)ld2016.shp，動態(tài)圖層數(shù)據(jù)dt+縣代碼.shp （如：dt450124.shp）。

（2） 變化信息檢測

變化信息檢測基于2015年生態(tài)遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)和2016年影像數(shù)據(jù)進行，使用的總體原則是從城鎮(zhèn)到鄉(xiāng)鎮(zhèn)，從道路到耕地，從耕地到林地，主要圍繞人類活動頻繁向自然地貌或耕地擴張的區(qū)域。使用人工識別方法，建立解譯對照表，在ArcGIS中創(chuàng)建活動數(shù)據(jù)層（update層），用于勾繪、編輯變化區(qū)域。

（3） 數(shù)據(jù)更新

2016年數(shù)據(jù)制作，使用ArcGIS更新工具，將活動數(shù)據(jù)層更新到2016年數(shù)據(jù)。動態(tài)圖層數(shù)據(jù)制作，使用ArcGIS相交工具，將活動圖層數(shù)據(jù)與2015年數(shù)據(jù)相交，生成動態(tài)圖層數(shù)據(jù)，刪除多余字段。

2.2.6野外核查

野外核查的目標主要有三個：（1）根據(jù)廣西自然分類、人類活動的特征以及本次信息提取過程中遇到的問題，選擇有代表性的路線來修正判讀過程中出現(xiàn)的誤判，檢驗本次遙感判讀的正確率，并對判讀數(shù)據(jù)進行內(nèi)業(yè)修正;（2）通過選擇有代表性的地物類型，建立遙感影像野外標志數(shù)據(jù)庫;（3）結(jié)合生態(tài)調(diào)查典型案例分析，收集能反映區(qū)域生態(tài)功能、生態(tài)問題的野外相片、錄相資料，為生態(tài)環(huán)境深度分析提供素材。

2.2.7 生態(tài)環(huán)境狀況指標結(jié)構(gòu)特點分析

（1）生物豐度指數(shù)

生物豐度指數(shù)指通過單位面積上不同生態(tài)系統(tǒng)類型在生物物種數(shù)量上的差異，間接地反映被評價區(qū)域內(nèi)生物豐度的豐貧程度。指數(shù)值大，表明被評價區(qū)域內(nèi)的物種種群及數(shù)量較為豐富。

（2）植被覆蓋指數(shù)

植被覆蓋指數(shù)指被評價區(qū)域內(nèi)林地、草地、農(nóng)田、建設用地和未利用地五種類型的面積被評價區(qū)域面積的百分比，用于反映被評價區(qū)域植被覆蓋的程度。

（3）水網(wǎng)密度指數(shù)

水網(wǎng)密度指數(shù)指被評價區(qū)域內(nèi)河流總長度、水域面積和水資源量占被評價區(qū)域面積的百分比，用于反映被評價區(qū)域水的豐富程度。指數(shù)值越大，表明被評價區(qū)域內(nèi)的水越豐富。

（4）土地退化指數(shù)

土地退化指數(shù)是指被評價區(qū)域內(nèi)風蝕、水蝕、重力侵蝕、凍融侵蝕和工程侵蝕的面積占被評價區(qū)域面積的百分比，用于反映被評價區(qū)域內(nèi)土地退化程度。指數(shù)值越小，表明被評價區(qū)域內(nèi)的土壤遭受的侵蝕越嚴重。

（5）環(huán)境質(zhì)量指數(shù)

環(huán)境質(zhì)量指數(shù)指被評價區(qū)域內(nèi)受納污染物負荷，用于反映評價區(qū)域所承受的環(huán)境污染壓力。指數(shù)值越大，所承受的環(huán)境污染壓力相對較小。

（6） 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)

生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)（EI）是由生物豐度指數(shù)、植被覆蓋度指數(shù)、水網(wǎng)密度指數(shù)、土地退化指數(shù)、環(huán)境質(zhì)量指數(shù)等通過加權(quán)求和而到的一個數(shù)值，其數(shù)值的大小可反映被評價區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的好壞程度。

根據(jù)生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)，將生態(tài)環(huán)境分為五級，即優(yōu)、良、一般、較差、差。變化度分級分四級，即無明顯變化、略有變化、明顯變化、顯著變化。

3 結(jié)語

本文詳細地介紹了基于地理國情普查成果的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與評價的影像處理、數(shù)據(jù)融合與消除、變化信息檢測和數(shù)據(jù)更新、野外核查、生態(tài)環(huán)境狀況指標計算等流程，此工作流程已在廣西范圍內(nèi)開展的生態(tài)環(huán)境評價與監(jiān)測中得到實踐，并取得顯著的成效，也以此為我國其他地區(qū)基于地理國情監(jiān)測成果開展生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與評價工作提供些許借鑒。

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