㈠ 基於高解析度遙感影像的土地利用資料庫建設
王文卿
（河南省國土資源廳信息中心 鄭州 450016）
摘 要：針對目前國家級和省級國土資源管理對現勢性土地利用數據的要求，在高解析度遙感影像處理、基於遙感影像的土地利用信息提取及資料庫建設等方面開展有益的嘗試，以便為國土資源管理提供快速、准確的土地利用信息，為國土資源的管理提供基礎信息服務和輔助決策工具。
關鍵詞：高解析度遙感影像 土地利用 資料庫
0 前 言
我國人多地少，耕地資源稀缺，當前又處於工業化城鎮化快速發展時期，耕地保護與建設用地需求的矛盾進一步凸顯，充分發揮技術優勢、及時掌握現勢性土地利用現狀，關繫到控制布局和調控經濟杠桿作用發揮的效率問題。位於我國南北交界的河南省擁有平原、丘陵、山區三種地形，本文利用法國 SPOT 5 衛星影像數據，在河南省開展全省基於遙感影像信息的土地利用資料庫試點建設，快速獲取國家級、省級國土資源管理所需要的土地利用現狀。
1 試點地區及遙感影像數據源基本情況
河南省位於黃河中下游地區，面積 16.7 萬平方千米，其中山地和丘陵共 7.4 萬平方千米，平原和盆地共 9.3 萬平方千米。採用覆蓋河南全省范圍的解析度為 2.5 m 的法國 SPOT 5 數據源，數據獲取時間為 2005～2007 年。數據共計 79 景，數據質量良好，基本滿足一般條件下影像分類的要求。但由於影像接收時間跨度大，且多集中於春季和秋季，由於河南省季節分明的特點，因此，覆蓋全省的影像存在著明顯的色彩差異問題。
2 遙感影像數據處理
單景全色與多光譜數據是同步接收到的，其圖形的幾何相關性較好，影像處理採用先配准融合、後糾正的順序 , 主要包括影像的配准、融合、正射糾正和鑲嵌、裁切等。
2.1 影像配准
影像配准採用 ERDAS 軟體中相對配準的方法，多光譜數據採用 XS2（紅）、XS3（綠）、XS1（藍）波段組合形式，重采樣採用雙線性內插法，以景為配准單元，以 SPOT 5 全色數據為配准基礎，均勻選取配准控制點。對接收側視角和地勢起伏較大的個別區域增加控制點採集密度。
2.2 影像融合
採用乘積變換融合法和 ANDORRE 融合方法對全色和多譜兩種空間解析度的數據進行合成，融合後影像採用調整直方圖、USM 銳化、色彩平衡、色度飽和度調整和反差增強等手段改善影像的視覺效果，使整景影像色彩真實、均勻、清晰，並且強化紋理等專題信息。
2.3 影像正射校正
影像正射校正採用 ERDAS 軟體的 LPS 正射模塊，利用 SPOT 5 物理模型，每景採集 25 個像控點均勻分布於整景影像，各相鄰景影像重疊區有 2 個以上公共像控點。正射校正以實測像控點和 1∶5 萬 DEM 為校正基礎 , 以景為單元，對融合後的數據進行正射校正。
2.4 影像鑲嵌
影像鑲嵌以工作區為單元，在景與景之間鑲嵌線盡量選取線狀地物或圖斑邊界等明顯分界處，盡量避開雲、霧及其他質量相對較差的區域，使鑲嵌後的影像色彩過渡自然，無裂縫、模糊和重影現象。
2.5 數字正射影像圖製作
數字正射影像圖（DOM）製作採用 Image Info 工具，按照 1∶1 萬標准分幅進行裁切，覆蓋完整的縣級行政轄區。依據《高解析度影像數據處理及資料庫建設技術要求》，利用 MapGIS 下分幅進行圖幅整飾。
3 基於遙感影像的土地利用信息提取
3.1 河南省土地利用遙感信息分類
結合河南省土地利用特點，本文制定了適用於河南省全省轄區的「基於遙感的土地利用分類」，將土地利用類型分為 3 個一級類，10 個二級類，5 個三級類，分類及相應含義見表 1。
表 1 基於遙感的河南省土地利用遙感信息分類
3.2 土地利用信息提取
以縣級行政轄區為單元，將鄉級及以上行政界線套疊在正射影像圖上，結合樣本影像信息並參考已有的土地利用資料庫和土地利用詳查資料，採用目視解譯方法提取土地利用現狀信息，同時建立遙感解譯標志。建立遙感影像解譯標志有助於縮小不同人員解譯的差異，提高解譯的准確性。本文採用的 SPOT 5 遙感影像的地面解析度較高，因此，多數地物比較直觀，易於判讀。典型地類照片如圖 1 所示。
圖 1 典型地類照片
本文使用的數據源大部分為春、夏時相，因此，植被一般為綠色；耕地多呈綠色或淺綠色；水域呈深藍或黑色；居民地多呈較規則的黑灰和灰白相間色；農村居民地則呈規則或不規則的綠和灰白相間色；鐵路、公路多呈深灰或淺灰色。
地物的細部色調常呈現出有規律的紋理。塑料地膜育秧、蔬菜大棚、畜禽養殖場多為水平排列的條狀紋理，但園地更為規則；林帶、園林地的北側或西側一般會有陰影，而耕地沒有。另外，根據有些地類常出現在特定的位置，可以利用此特徵把色調、紋理相近的地類區分開來。如坑塘多出現在農村居民點內部及河流附近，工礦用地大多分布在公路、鐵路兩側。
4 基於遙感影像信息土地利用資料庫建設
基於遙感影像信息土地利用資料庫建設，以縣（市、區）為單位，結合河南實際，制定了「高解析度遙感影像數據處理及資料庫建設技術要求」、「省級基於遙感影像 1∶1 萬土地利用資料庫標准」等。在標准中定義了基於遙感影像的土地分類、文件命名規則、數據分層以及滿足建庫需要的屬性數據結構。數據建庫按照要求將矢量數據分別建立縣級政區、地類圖斑、線狀地物、行政界線、地面控制點、地類界線、注記、樣本圖斑線、不一致圖斑線等數據層，並對照標准，逐層輸入屬性內容，建立分縣的基於遙感影像信息的土地利用資料庫。
4.1 多元數據復合
利用已建成的土地利用資料庫與正射影像數據疊加，參考資料庫地類屬性數據，根據遙感數據的光譜和空間特徵，通過人機交互方式，採集土地利用現狀信息。對於未建成土地利用資料庫的區域，對收集到的土地利用現狀圖掃描、糾正、投影變換後與正射影像套合，輔助提取土地利用現狀信息。
4.2 數據採集
（1）將原土地現狀資料庫行政界線與 DOM 影像套合，以影像為基準，修正行政界限。
（2）最小上圖圖斑面積：耕地和農村居民點為 3 mm×3 mm, 其他地類為 3 mm×5 mm。
（3）線狀地物：寬度小於 30 m 的鐵路、公路、河流等，沿影像輪廓中心線勾繪，大於等於30 m 的按圖斑處理，當線狀地物寬度變化大於 20％時，分段標記。
（4）河流：河流寬度為常水位線水面寬度 , 以原土地利用資料庫數據或正射影像為准。
（5）公路林帶：公路兩側寬度大於等於 30 m 的林帶，按實際寬度標繪。公路寬度小於 30 m，而單側林帶寬度大於 30 m 的情況，則將公路按線狀地物標識、而林帶按實際寬度勾繪。
4.3 數據分層
按照《省級基於遙感影像 1∶1 萬土地利用資料庫標准》的分層和命名規則將矢量數據分別建立縣級政區、地類圖斑、線狀地物、行政界線、地面控制點、地類界線、注記、樣本圖斑線、不一致圖斑線等數據層。
4.4 建立數據字典
全國民政部門行政編碼標准中省級、省轄市、縣級行政區的行政代碼長度均為 2 位，鄉級及行政村級政區代碼均為 3 位。MapGIS 軟體中縣級行政區、市級行政區合並統稱為「縣級行政區」。因此，省級行政區代碼為 2 位，縣級行政代碼為 4 位，鄉級和村級行政代碼為 3 位。
4.5 建立接合圖表
接圖表根據大地坐標建立索引，記錄了每個圖幅的圖名、圖號、經度、緯度等信息，是標准圖幅輸出的依據。
4.6 建立工程
以縣級行政轄區為單位，對采編的行政轄區、行政界線、地類圖斑、線狀地物、地類界線、注記、影像、DEM 等文件進行數據整理入庫，建立土地利用信息管理資料庫。
5 基於遙感影像信息的土地利用分類面積對比分析
以縣為單位將基於影像提取的土地利用分類面積與原土地利用資料庫面積進行比較分析，以檢驗基於影像提取地類信息的准確度。分別抽取東部平原地區 2 個縣、丘陵地區 2 個縣、山區 2個縣為例，以相對誤差進行對比分析（表 2）。
計算公式：相對誤差 =［（遙感資料庫面積－原土地資料庫面積）/ 原土地資料庫面積］×100%
表 2 分類面積相對誤差
由表 2 可見，公路、鐵路、建制鎮、居民點面積相對較大，但其占整體面積的權重較小（合計小於 16%）；其他各二級類面積相對誤差都小於 20％，尤其以山區吻合最好（相對誤差小於10%），平原次之（相對誤差小於 15%），丘陵較差（相對誤差小於 20%）。各縣（區）轄區面積誤差都小於 3％。
6 結 論
（1）高解析度遙感影像信息不僅可分辨耕地等一級類，分辨部分二級類也基本正確。本次基於遙感土地利用信息提取經外業驗證，確定圖斑正確率較高，不確定圖斑正確率較低，平原較山區提取的准確率高，影像質量較好的信息提取的准確率也較高。地類不同提取的准確率也不同。建設用地在遙感影像上較易判讀；耕地、園林地，由於受影像接收時間的影響，季節不同反應波譜也不同，且丘陵地區耕地與荒草地邊界區分不明顯，正確率較低。
檢查結果顯示，土地利用資料庫中，土地利用遙感分類結果正確率達 97% 以上，尤其是耕地和居民點等地類正確率高，達 99% 以上。
（2）利用高解析度遙感影像建立國家級、省級管理部門使用的土地利用現狀資料庫技術可行。在 MapGIS 軟體下對利用高解析度遙感影像信息土地利用資料庫工程文件進行檢查，檢查項目包括：圖形與影像套合精度、相鄰圖幅接邊精度、屬性數據正確性、各圖層要素拓撲和邏輯錯誤檢查等。經檢查，數據採集精度誤差小於 0.2 mm，相鄰圖幅接邊誤差小於 0.1 mm, 圖形數據、屬性結構及內容均符合技術設計和標准要求，資料庫運行正常能夠輸出相關報表。
將基於遙感影像信息土地利用資料庫與原詳查土地利用資料庫抽查對比，二者分類面積相對誤差對應率為 80％以上，因此利用遙感影像信息建設土地利用資料庫基本可行。
參 考 文 獻
國家測繪局.2007.基礎地理信息數字產品 1∶10000、1∶50000 生產技術規程［M］.北京：測繪出版社
國土資源部.2000.TD/T 1010—1999 土地利用動態遙感監測規程［S］.北京：地質出版社
國土資源部.2008.TD/T 1016—2007 土地利用資料庫標准［S］.北京：中國標准出版社
廖克，城夕芳，吳建生，等.2006.高解析度衛星遙感影像在土地利用變化動態監測中的應用［J］.測繪科學，（6）：11～15
（原載《測繪科學》2009 年第 10 期）