臨夏、甘南、定西3市（州）地表變化發(fā)現(xiàn)研究

馬斗斗

（32016部隊，甘肅 蘭州 730000）

隨著遙感技術(shù)的不斷發(fā)展，遙感影像應(yīng)用的不斷深入，利用遙感影像進(jìn)行變化發(fā)現(xiàn)的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大，變化發(fā)現(xiàn)在自然資源監(jiān)測中的應(yīng)用也越來越大。變化發(fā)現(xiàn)已應(yīng)用于耕地、森林、草地、濕地、水資源等自然資源調(diào)查監(jiān)測以及國土空間生態(tài)修復(fù)監(jiān)管、土地礦產(chǎn)衛(wèi)片執(zhí)法等領(lǐng)域。

為了制定適合區(qū)域特點的地理信息數(shù)據(jù)快速更新方案，更好地服務(wù)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)生產(chǎn)，服務(wù)自然資源調(diào)查監(jiān)測，進(jìn)行地表變化研究。圍繞甘肅省自然資源重點工作，選取臨夏、甘南、定西3市開展地表變化發(fā)現(xiàn)研究工作。以歷年來省級基礎(chǔ)測繪DOM 成果和DLG 成果為基礎(chǔ)底圖，以2021—2022年高分辨率衛(wèi)星影像為基礎(chǔ)，利用變化發(fā)現(xiàn)手段監(jiān)測基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)造成的地形地貌發(fā)生的變化情況，服務(wù)于地理信息數(shù)據(jù)更新[1]、自然資源管理的需要，為自然資源事業(yè)發(fā)展提供基礎(chǔ)支撐服務(wù)。

1 基礎(chǔ)概況

1.1 測區(qū)范圍

測區(qū)包括甘肅省3 個市（州），分別為臨夏回族自治州、甘南藏族自治州、定西市，以及位于3 市（州）中間的太子山天然林保護(hù)區(qū)、蓮花山風(fēng)景林保護(hù)區(qū)。

臨夏回族自治州地處青藏高原東部邊緣小積石山、太子山的北麓，屬隴中黃土高原區(qū)。甘南藏族自治州位于青藏高原東北邊緣，地處青藏高原和黃土高原的過渡地帶。定西市地處黃土高原、甘南高原、隴南山地的交會地帶，屬黃土高原丘陵溝壑區(qū)。

1.2 1:10000基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)

臨夏州、甘南州、定西市1:10000 基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)DLG、數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）、DOM 成果基本覆蓋測區(qū)。該數(shù)據(jù)平面坐標(biāo)系為2000 國家大地坐標(biāo)系，高程基準(zhǔn)為1985 國家高程基準(zhǔn)，地圖投影采用高斯－克呂格投影，按3度分帶。DEM、DOM 均按1:10000 的標(biāo)準(zhǔn)分幅外接矩形外擴(kuò)10 m。

DEM成果格網(wǎng)間距為5 m，精度均滿足1:10000正射影像的生產(chǎn)要求，主要用于衛(wèi)星影像正射糾正時的地形數(shù)據(jù)。

DOM 數(shù)據(jù)格網(wǎng)間距為0.5 m，色彩模式為真彩色RGB，DOM成果數(shù)據(jù)作為影像連接點匹配的底圖數(shù)據(jù)，用于衛(wèi)星影像外參數(shù)解算及糾正后影像精度的檢查。同時作為變化發(fā)現(xiàn)的歷史期影像使用。

DLG 數(shù)據(jù)生產(chǎn)和更新年份跨度較大，時間從2008—2020年，主要作為變化圖斑提取的參考矢量使用。

1.3 衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)

使用的衛(wèi)星遙感影像為2021年7月1日以后的0.8 m 分辨率和2 m 分辨率的衛(wèi)星影像。衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)經(jīng)正射糾正后，作為變化發(fā)現(xiàn)的監(jiān)測期影像使用。

該成果坐標(biāo)系統(tǒng)為2000國家大地坐標(biāo)系、1985國家高程基準(zhǔn)。采用高斯-克呂格投影，按6°分帶；投影帶的中央經(jīng)線與赤道的交點向西平移500 km后的點為投影帶坐標(biāo)原點，不加投影帶號。影像成果為按縣域裁切的真彩色融合影像（即3 波段RGB），單通道像素8 位設(shè)定，RGB 模式的3 通道為24位。

2 變化發(fā)現(xiàn)技術(shù)流程

采用人工對比變化發(fā)現(xiàn)和自動變化發(fā)現(xiàn)相結(jié)合的手段獲取臨夏、甘南、定西3市（州）地表變化情況。

人工對比變化發(fā)現(xiàn)是在現(xiàn)有1:10000 基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)DOM 成果的基礎(chǔ)上，利用2021 年以后的最新衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，進(jìn)行人工目視對比發(fā)現(xiàn)變化區(qū)域，提取變化圖斑，并結(jié)合已有的1:10000基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)DLG 成果，排除DLG 中已更新的圖斑，得到地理信息數(shù)據(jù)的變化情況。

自動變化發(fā)現(xiàn)采用全地類變化發(fā)現(xiàn)的方法，基于新、舊時期影像進(jìn)行自動變化發(fā)現(xiàn)[2]，以偽圖斑去除為輔助，進(jìn)行變化檢測，主要檢測基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)造成的地形地貌變化，再利用已有的1:10000 基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)DLG 成果，進(jìn)行人工對比和補(bǔ)充，獲取最終變化情況。

技術(shù)流程如圖1所示，具體如下：

圖1 變化發(fā)現(xiàn)技術(shù)流程

（1）資料分析整理。分析和整理測區(qū)1:10000基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，包括分析最新DLG數(shù)據(jù)生產(chǎn)時間、DOM 生產(chǎn)時間，整理和合并1:10000 DLG 數(shù)據(jù)，整理測區(qū)DEM、DOM及控制資料，對獲取的2021年以后遙感影像質(zhì)量進(jìn)行分析，分析測區(qū)地物主要變化類型等。

（2）影像糾正。根據(jù)需要對獲取的遙感影像進(jìn)行糾正，利用已有DEM、DOM 數(shù)據(jù)進(jìn)行整景正射影像糾正和縣域影像鑲嵌處理；糾正完成后主要利用已有的DOM進(jìn)行精度檢測，并利用實測的外業(yè)控制點、收集或轉(zhuǎn)刺的各種已有控制點成果進(jìn)行補(bǔ)充檢測[3]。

（3）人工對比變化發(fā)現(xiàn)。利用1:10000 DOM 成果和最新的遙感影像成果進(jìn)行人工目視對比變化發(fā)現(xiàn)，獲取變化圖斑[4]。

（4）自動變化發(fā)現(xiàn)。利用1:10000 DOM 成果和最新的遙感影像成果，進(jìn)行自動變化發(fā)現(xiàn)[5]。

（5）外業(yè)核實和樣本采集。對疑似變化圖斑進(jìn)行外業(yè)核實和外業(yè)樣本采集，對典型樣本更新樣本庫。

（6）構(gòu)建樣本庫。利用自動變化發(fā)現(xiàn)和人工對比變化發(fā)現(xiàn)結(jié)果，人工提取部分圖斑作為樣本[6]，或人工勾畫樣本、導(dǎo)入已有的變化圖斑作為樣本，制作樣本庫。

（7）模型訓(xùn)練及變化發(fā)現(xiàn)。利用樣本庫對變化模型和算法進(jìn)行反復(fù)訓(xùn)練，獲取優(yōu)化的模型和算法[7]。利用優(yōu)化模型對前、后期影像進(jìn)行變化發(fā)現(xiàn)。

（8）偽圖斑去除及矢量編輯。對獲取的變化發(fā)現(xiàn)采用技術(shù)方法進(jìn)行偽變化圖斑去除，對獲取的變化圖斑進(jìn)行矢量編輯[8]。

（9）剔除DLG 已更新圖斑。對變化圖斑，結(jié)合已有的1:10000 基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)DLG 成果，排除DLG 數(shù)據(jù)中已更新的圖斑，經(jīng)質(zhì)量檢測后，生成變化發(fā)現(xiàn)成果。

（10）統(tǒng)計分析。對變化發(fā)現(xiàn)成果進(jìn)行分類統(tǒng)計，編寫報告。

3 變化結(jié)果統(tǒng)計分析

各縣區(qū)的變化圖斑統(tǒng)計情況見表1。

表1 變化圖斑統(tǒng)計情況

（1）根據(jù)變化圖斑地域分布可知，臨夏州變化面積較大，定西市、甘南州變化面積較小。甘南州變化圖斑中，由于黃河的季節(jié)性變化和牧民飼養(yǎng)牲畜場所的變化占的比重較大，如瑪曲縣、碌曲縣、夏河縣，實際基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)導(dǎo)致的變化較小。東鄉(xiāng)族自治縣、廣河縣、康樂縣、岷縣變化圖斑較零碎，圖斑數(shù)量多，面積小。臨夏市、臨夏縣、安定區(qū)變化圖斑少，但面積大。變化圖斑主要分布在黃河、洮河、渭河、大夏河、祖厲河沿岸，國道、省道沿線、城區(qū)等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)。

（2）根據(jù)變化圖斑地類分布分析可知，主要變化地類為亂掘地施工區(qū)、居民區(qū)、溫室大棚、岸灘，其次為鋪裝公路、光伏設(shè)施、大車路、空地、飼養(yǎng)場、其他建筑設(shè)施。

亂掘地施工區(qū)變化主要集中在安定區(qū)、臨洮縣、臨夏市、積石山保安族東鄉(xiāng)族撒拉族自治縣、臨夏縣。居民區(qū)變化主要集中在東鄉(xiāng)族自治縣、廣河縣、積石山保安族東鄉(xiāng)族撒拉族自治縣、康樂縣、通渭縣、安定區(qū)。溫室大棚變化主要集中在臨夏縣、臨夏市。岸灘變化主要集中在瑪曲縣、永靖縣，主要為黃河、劉家峽水庫的季節(jié)性變化導(dǎo)致。鋪裝公路變化主要集中在東鄉(xiāng)族自治縣、通渭縣、夏河縣、臨夏縣。光伏設(shè)施變化主要集中在通渭縣、臨洮縣。大車路變化主要集中在瑪曲縣、夏河縣。空地變化在各縣區(qū)分布較為均勻。飼養(yǎng)場、儲煤場、預(yù)制場、打谷場變化主要集中在瑪曲縣、碌曲縣、夏河縣，主要為牧民飼養(yǎng)牲畜場所的變化。其他建筑設(shè)施變化主要集中在東鄉(xiāng)族自治縣、臨洮縣。

4 結(jié)語

通過對臨夏、甘南、定西3 市（州）地表變化研究，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、交通便利地區(qū)，如臨夏州，變化圖斑數(shù)量多、面積大，主要變化地類集中在居民地及附屬設(shè)施和交通。經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)，如甘南州，變化圖斑數(shù)量少、面積小，主要變化地類集中在水系和居民地及附屬設(shè)施，因甘南州作為黃河重要水源補(bǔ)給生態(tài)功能區(qū)，加強(qiáng)生態(tài)保護(hù)，水系的變化面積最大。

根據(jù)變化發(fā)現(xiàn)結(jié)果和特點，可以有針對性地制定如下基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)更新方案。

（1）針對重點變化要素的進(jìn)行增量更新方案，根據(jù)地表變化檢測情況，分析統(tǒng)計發(fā)生變化的重點要素，如新增道路、居民區(qū)等，確定重點變化要素類型和范圍，以進(jìn)行快速更新。

（2）基于變化圖斑的增量更新方案，是在變化檢測解譯圖斑的基礎(chǔ)上，利用變化檢測圖斑和已有的DLG數(shù)據(jù)、優(yōu)于1 m高分辨率影像，基于變化圖斑和高分辨率影像，通過影像解譯的方法逐個圖斑采集地物要素，更新基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)。

快速更新方案是針對區(qū)域變化的類型和分布進(jìn)行有針對性的更新，提高數(shù)據(jù)更新的目的性和工作效率，提升了地理信息數(shù)據(jù)更新和服務(wù)自然資源管理的能力。