卫星遥感在土地开发及土地保护中的应用

卫星遥感在土地开发及土地保护中的应用

1、我国土地利用现状和国土资源调查形势

我国可利用土地资源的人均占有量不足世界平均值的1/3，且耕地数量仍以数十万公顷的速度逐年减少，耕地资源短缺的矛盾日益突出。要做到社会的稳定和经济的可持续发展，必须保证耕地的拥有总量，开发利用的动态平衡。21世纪以来，遥感特别是高分辨率遥感技术取得了突飞猛进的发展，遥感技术在土地资源调查和监测检测领域的应用进入了实用化和业务化的新阶段。1996年，全国50万以上人口城市的土地利用遥感动态监测全面开展;1999年国土资源大调查中，土地资源遥感动态监测被列为重点项目之一，所取得的监测成果在国土资源管理乃至社会经济发展中都得到了广泛应用，成效显著。在国家组织实施的“金土工程”和第二次全国土地调查工作中，遥感技术将作为核心技术和主要调查方法发挥及其重要的作用。

2、卫星遥感技术在土地调查、监测中的应用

(1)卫星遥感技术服务(RS)与全球定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)的融合在土地调查中的应用。在《土地利用更新调查暂行规定》明确指出：“依据有关技术规定和要求，在土地利用现状调查和土地变更调查的基础上，以利用航空航天遥感和计算机等现代化技术为主，外业实地调查为辅，对现有的土地利用调查成果进行全面更新，做到图、数和实地相一致。”将RS、GPS、GIS有机融合是现代土地调查技术的关键。首先利用航空航天遥感获取各种影像及波谱数据资料作为各项工作的基础数据源;然后利用GPS技术对RS资料进行像控纠正，解决RS数据精度问题;最后以GIS的强大数据库管理功能作为RS资料的管理平台，建立相应地块的属性信息，建立完整的数据库。可到地理国情监测云平台查询有关卫星数据的研究。

(2)土地利用遥感动态监测。土地利用遥感动态监测是充分发挥遥感技术优势的一项先进技术。通过定期重复对地观测，使得遥感技术具有对土地利用变化进行动态监测的技术能力。利用两个时点的遥感图像，能够直观地发现土地利用的变化状况，从而便宜捷地获取土地变化的地类、位置和面积等信息，这是其他技术方法无可比拟的。

在整个土地开发整理的过程中．测绘始终贯穿于工程的前期和后期 ．土地整理测绘是开展土地整理项目的前期行为．通过获取项目的位置、数量、形状等各种地理要素为土地整理开发提供整体规划．以满足土地整理的可行性开发和实施。

测绘技术并不同于平常所指的地形测量。它是通过前期对整个地理区域的地形地貌通过测绘．最终形成一张土地现状地形图。为整体发展提供规划 因此测绘工作比地形测量工作更细致，更具体．同时更讲究方法，它直接关系到工程项目概(预)算的准确性，在科学决策、节约投资、规范工程行为等方面有着不可低估的作用 无论在土地开发整理的哪个阶段。都离不开测绘技术 不同的阶段对测绘数据的要求各不相同。因此能够为正确决策提供大量的基础信息数据支持。

土地利用动态遥感监测外业调查记录表自动填写技术研究

1 引 言

随着遥感数据空间分辨率的提高，遥感技术在土地资源管理领域的应用得到日益加强。利用高分辨遥感数据进行年度或若干年度变化监测，每个县平均能检测的图斑数量显著增加，例如2002年度土地利用动态遥感监测项目大规模应用SPOT-5数据，通过遥感手段能够监测到的变化图斑剧烈增加（约为往年的3～5倍）；应用SPOT-5数据辅助更新土地利用现状图要求提取遥感影像与基年土地利用现状图所有不一致图斑，每个城市平均不一致图斑约2000～3000个。然而，以往外业调查记录表图斑号、图幅号、面积、变化前后地类等栏目，通常是作业员在图像处理软件的支持下进行，工作量大、灵活性差且容易漏号重号等，有时还容易造成图表不一致等现象。基于种种弊端，本文在对外业调查记录表各表项进行详细分析的基础上，探索了外业调查记录表自动填写技术。

2 外业调查记录表分析

外业调查记录表表项包括基础项和扩展项，基础项包括图斑号、图幅号、中心点坐标、实地是否变化、变化前后地类、监测面积、实地面积、线状地物宽度等，扩展项包括监测与变更调查差异原因、是否属于小城镇建设、是否在规模控制线内、是否符合规划、是否经过审批等。基础项表征变化图斑空间位置、变化类型及面积等特性，是所有监测任务共同需要设置的表项，扩展项是针对特定监测目标设置的表项，随监测任务不同而有所变化。由此可见，变化图斑由其空间属性、自然属性和社会属性共同组成，其中空间属性或能通过空间分析得到的自然属性和社会属性，可以通过计算机处理实现自动填写，该类表项大体可以分为三类：Ⅰ类，纯空间属性，如图幅号、中心点坐标、面积等；Ⅱ类，随空间分布呈规律性变化属性，如图斑号，遵循自左至右、从上到下顺序编号；Ⅲ类，通过空间分析能够得到的自然属性和社会属性，如对于已建土地利用数据库地区，通过将变化图斑与土地利用数据库进行空间叠加分析，可以得到变化前地类（自然属性），通过将审批地块与变化图斑进行空间叠加分析，可以得到是否已经审批（社会属性）。以2003年土地利用动态遥感监测外业调查记录表（表1）为例，能够实现自动填写的表项包括：Ⅰ类包括第2、4、5、10、14项，Ⅱ类包括第3项，对于已建土地利用数据库地区Ⅲ类包括第8项，其他各表项由于不涉及上述三类，尚无法实现自动填写。

表1 2003年度土地利用动态遥感监测外业调查记录表（三）

3 外业调查记录表自动填写技术

3.1 中心点坐标自动填写

中心点坐标是唯一标识变化图斑精确空间位置的表项，通过中心点坐标可以准确定位变化图斑，以便与其他专题图件的比较分析或使用GPS进行导航定位。中心点坐标是GIS空间数据库的重要元素，可以通过GIS编程接口提取，如ARC/GIS软件封装的vba类库中centroid.x，centroid.y属性值即表示中心点坐标，其伪语言可描述如下：

土地资源监测调查工程论文集[2]

3.2 图斑自动编号

为了便于外业调查，即能够在DOM影像上快速定位外业调查记录表中对应图斑，因此，图斑编号一般在监测区内呈规律性变化，近几年采用从左到右，自上而下的顺序编号，图斑自动编号的设计思想为在获取中心点坐标（X，Y）的基础上，在特定编号单元内，将各个图斑按Y 坐标大小排序，再按X坐标大小排序，并根据图斑所在顺序号对图斑号进行赋值，起始数值可由用户定义或从1开始。伪语言描述如下：

声明部分：

procedure initial；//系统初始化，设定当前TABLE，并赋给公共变量bm；

procedure inputtiaojian//输入编号条件：切割矢量层的间隔和开始编号的起始树，分别赋给变量jg和qs中；

procedure set（str：string）；//其他数值设置到当前行的str字段中；

function get（str：string）：string；//得到当前行的str字段值；

procedure setindexname（‘xh’；‘zxd_x’）；//数据表先按xh字段排序，然后按zxd_x排序，排序方法用为起泡法；

执行部分：

土地资源监测调查工程论文集[2]

3.3 图幅号自动计算

为了减少实地调查工作量，经常需要通过比对土地利用现状图等专题图件，确定图斑某些属性，如已完成土地变更调查地区，可通过土地调查图件，确定部分变化前后地类和面积。变化图斑图幅号是查找对应专题图件的重要途径。图幅号是按照一定经差和纬差分割而成，可以由图幅内任一坐标唯一确定，图幅号自动计算的设计思想为首先分别获取该图幅经向和纬向最大值（xmax，ymax）、最小值（xmin，ymin），并求其平均值（0.5（xmax+xmin），0.5（ymax+ymin））作为图幅号计算点，以避免当图幅为梯形时，计算点虽在经向和纬向最大值、最小值组成的矩形内但不在该分幅内的现象。伪语言描述如下：

声明部分：

procedure gettable（china）//根据地形图的编号是以1∶100万、1∶10万、1∶1万三个层次的编号为基础，按照不同的经差、纬差得出各分幅的左上右下点摸的大地坐标，存入表china中，并与各个标准分幅的图幅号一一对应。

Function isrange（zxd_x，zxd_y，china（i））：Boolean；//该自定函数表示中心点坐标是否在china表中的第Ⅰ条记录范围内；

执行部分：

土地资源监测调查工程论文集[2]

if isrange（zxd_x，zxd_y，china（i））then//if 中心点坐标在china表中的第I条记录范围内 then 将第Ⅰ条记录中的tfh值赋给对应的TFH属性；

土地资源监测调查工程论文集[2]

3.4 面积自动量算

以往面积量算采用计算像元数的方法，精度较低且极易造成图表不一致。通过矢量管理变化图斑，可以通过建立拓朴关系自动得到，但部分系统不支持拓朴关系，图斑面积仍需编程实现，因此本文对面积的自动量算进行了探索。面积计算一般采用辛普森公式计算，但一般GIS系统封装了该函数，如arcgis软件内部自带的vba类库中的iarea类。面积自动量算的设计思想为，按从上到下逐行扫描空间属性表，获取当前空间对象句柄，并提取其area属性，无area属性可提取多边形顶点集（（x1，y1），（x2，y2），……（xn，yn））属性，应用辛普森公式（s=∑（xi+1-xi）（yi+1+yi）/2）计算面积，伪语言描述如下：

土地资源监测调查工程论文集[2]

3.5 变化前地类自动填写

已建立土地利用数据库地区，可以通过土地利用数据库与变化图斑的空间分析获取变化前地类，即在GIS系统的支持下，对土地利用数据库与变化图斑进行交（Intersection）运算，运算结果使变化图斑同时继承（Inherit）了土地利用数据库属性，包括地类等与该图斑相关的所有属性。土地利用数据库与变化图斑交运算包括两种情形：Ⅰ，变化图斑完全在土地利用数据库对应图斑内或重合（重叠），交运算结果只发生属性继承，见图1；Ⅱ，变化图斑跨若干土地利用数据库图斑（相交），此时，交运算结果发生属性继承，同时进行图斑分割，确保了变化前、后地类的一一对应关系，见图2。

图1 变化图斑在土地利用数据库对应图斑内或重合

图2 变化图斑跨若干土地利用数据库图斑

3.6 其他栏目的自动填写

其他栏目指前述通过空间分析能够得到的自然属性和社会属性，包括是否在规模控制线内、是否符合规划、是否经过审批等属性。为了保证空间分析的准确性，必须将相关基础图件与提取图斑的基准影像进行精确配准，并提取相关要素，如在土地利用总体规划图提取规模控制线、建设用地分区界线，在建设用地审批底图上提取审批地块界线等，上述提取的要素必须为面状要素，对于非面状要素在空间分析前须先转换成面状要素，并增加“图斑内部”属性，并统一赋值“1”。经过上述处理后，将提取的变化图斑与对应专题图斑层进行空间叠加（Overlay）运算，运算结果使变化图斑继承（Inherit）了专题图斑层属性，如果“图斑内部”属性为1，则该图斑在规模控制线内、符合规划或已经经过审批，如“图斑内部”属性为NULL，则该图斑在规模控制线外、与规划不符或未经过审批。专题图斑层与变化图斑交运算包括变化图斑在对应图斑内或重合（重叠）、变化图斑跨若干图斑（相交）、变化图斑无对应图斑（相离）等三种情形。当变化图斑跨若干图斑时，同时进行图斑分割，确保了变化图斑属性的唯一性。

4 外业调查记录表自动填写系统

基于上述思想，应用GEODATABASE空间数据库为后台，delphi6为前台开发工具，应用object pascal语言，结构化查询语言等开发了外业调查自动填写系统（图3）。该系统的特点是在完成外业调查记录表自动填写的同时，实现图斑的自动编号，图表联动，图斑编号灵活，可以按标准分幅或辖区编号，起始编号可以从1开始，也可按用户自定义。

该系统已经成功地应用于徐州市、乌鲁木齐市、襄樊市、佳木斯市辅助更新土地利用现状图外业调查记录表的自动填写，四个城市辅助更新土地利用现状图基本情况见表2。

表2 徐州、乌鲁木齐市、襄樊市、佳木斯市变化图斑基本情况统计表

图3 外业调查自动填写系统界面

徐州市、乌鲁木齐市、襄樊市、佳木斯市等四个城市试验表明，平均每个城市仅需10分钟即可实现图斑编号，并完成序号、图斑号、中心点坐标、图幅号、监测面积、变化前地类等栏目的自动填写，而采用以往人机交互法仅图斑编号一项每个城市约需5～6工・天，且很难避免重号、漏号等现象，当涉及图斑增删需要重编号时，还需2～3工・天。而运用本系统，仅需重新运行一次；此外，以往人机交互法很难保持图表一致，图表一致性是土地利用动态遥感监测项目成果质量控制的重要环节，不仅耗费作业时间，同时也给成果检查增加了难度，而运用本系统，图表可严格保持一致。

综上所述，运用该系统大大提高了外业调查记录表的填写效率，完全避免了由于主观因素引起的各种错误。

5 结 论

为适应遥感技术发展和满足土地资源行政管理需求，监测关键环节能否实现自动化是制约土地利用动态遥感监测产业化发展的重要因素。外业调查在整个监测工作中起着承上启下作用，直接影响监测成果的应用，而制作高质量的遥感监测图件和表格，并严格保持一致是决定外业调查成败的关键。本文提出的外业调查记录表自动填写技术，提高了作业效率，避免了人为因素引起的错误，确保了图、表一致，将极大地缩减监测工期，提高监测成果质量。