航空遙感技術(shù)在林改宗地勘界中的研究與應(yīng)用

鄒杰

（廣西壯族自治區(qū)柳州市林業(yè)局，廣西 柳州 545001）

1 引言

“遙感”（Remote sensing）就是遠(yuǎn)距離不接觸“物體”而獲得其信息［1］。目前RS與GIS技術(shù)已廣泛應(yīng)用于森林資源信息管理、森林經(jīng)營優(yōu)化決策、林業(yè)專題制圖、精準(zhǔn)林業(yè)等諸多方面［2］，從遙感平臺上看，遙感可分為航天遙感、航空遙感和地面遙感3種。航攝像片可以真實(shí)、客觀地反映地表面的一切景觀，具有十分豐富的信息［3］?；诟叻直媛屎綌z影像圖制作的數(shù)字正射影像圖（Digital Orthophoto Map，縮寫DOM）與矢量地形圖結(jié)合，就可以精確描繪林地邊界。

柳州市集體林地總面積為110.2hm2，是廣西林業(yè)大市。其北部的三江侗族自治縣、融水苗族自治縣、融安縣三縣集體林地總面積達(dá)75.1hm2，山高坡陡，溝壑縱橫，交通不便，高溫多雨，環(huán)境條件惡劣，林改外業(yè)勘界難度極大，要以傳統(tǒng)方式全面完成林改勘界工作，任務(wù)十分艱巨。利用航空正射影像圖與GIS技術(shù)相結(jié)合開展外業(yè)勘界和內(nèi)業(yè)工作，能有效解決勘界難問題。

2 航空遙感技術(shù)的應(yīng)用分析

2.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的獲取

2.1.1 1∶1萬電子矢量化地形圖

地形圖指的是地表起伏形態(tài)和地物位置、形狀在水平面上的投影圖，其繪制的主要內(nèi)容為圖名、圖號、圖廓、各類地物、地貌及其屬性注記的表示等［4］。1：10 000地形圖是林權(quán)外業(yè)勘查定界的基礎(chǔ)資料，也是確保調(diào)查精度的關(guān)鍵。采用的是1986年版地形圖的矢量化地形圖。

2.1.2 1∶1萬高分辨率航攝影像圖的正射影像圖

能夠得到的最新航攝正射影像圖是2006年秋冬季彩色航片，1m精度，比例尺為1：10 000，圖幅與國家規(guī)定的1：10 000地形圖一致；分辨率高，可以清楚辨認(rèn)出林中小路和單株樹冠。地形圖和正射影像圖統(tǒng)一為北京54坐標(biāo)系。

2.2 影像圖的判讀

正確進(jìn)行判讀是航片應(yīng)用的基礎(chǔ)。在比例尺較大的航片上，各種植被類型、植物群落或樹種，都有其一定的影像特征，可以運(yùn)用形狀、大小、色調(diào)、陰影和影紋結(jié)構(gòu)等直接判讀標(biāo)志加以描述或量測，從而區(qū)分出不同的地塊，確定宗地邊界。

2.2.1 影像圖的倒轉(zhuǎn)

在ArcGIS中打開正射影像圖，旋轉(zhuǎn)180°后可以顯示出豐富的立體信息（圖1），與同圖幅號的地形圖1∶1疊加后即可作為描繪邊界的基礎(chǔ)（圖2）。

圖1 倒轉(zhuǎn)后的航空正射影像

圖2 疊加地形圖并倒轉(zhuǎn)后的航空正射影像

2.2.2 地形地貌的影像特征

村莊（房屋）呈現(xiàn)較深色的規(guī)則形狀；山脊、山坡和溝谷呈明顯的地貌特征；秋冬季水田里的作物已收割，呈灰白色，有田埂分隔，表現(xiàn)為明顯的塊狀。

2.2.3 主要植被類型的影像特征

在遙感圖像上，各種植被類型表現(xiàn)為一定的影像色調(diào)和影紋結(jié)構(gòu)特征［5］。影像圖中，杉樹為深綠色，樹冠呈圓錐形；而松樹呈橢圓形；毛竹色調(diào)較淺，放大比例尺后可以看到梢部的彎曲；灌叢多呈密集的細(xì)粒狀結(jié)構(gòu)，顏色淺，高度較低等。

2.3 林權(quán)證信息管理補(bǔ)充系統(tǒng)

廣西林業(yè)勘測設(shè)計(jì)院以ArcGIS9.2為平臺開發(fā)了“林權(quán)證信息管理系統(tǒng)”，但是“林權(quán)證管理信息系統(tǒng)”不能實(shí)現(xiàn)正射影像圖的倒轉(zhuǎn)，影響判讀和勾繪的效果。柳州市林改辦同樣基于ArcGIS平臺開發(fā)了“林權(quán)證作息管理補(bǔ)充系統(tǒng)”，包含6個功能模塊。

（1）地圖管理模塊，可以加載工程文檔文件（.mxd），添加地圖數(shù)據(jù)，并可保存修改。

（2）地圖旋轉(zhuǎn)模塊，在顯示地圖后，用戶可以設(shè)置任意旋轉(zhuǎn)角度或者每次將地圖旋轉(zhuǎn)180°。

（3）地圖瀏覽模塊，包括放大、縮小、漫游、前一視圖、后一視圖、平移、全圖等功能，方便用戶瀏覽地圖。

（4）圖層管理控制模塊，可以讓用戶加載圖層文件，包括shape文件、柵格圖等，也可以從當(dāng)前地圖中移除任一圖層。

（5）地圖編輯模塊，具備常用的繪圖功能。

（6）其他功能模塊，包含識別功能，測量工具，全屏工具，選擇元素工具，查找工具，選擇要素工具，清除選擇要素工具等。

2.4 正射影像圖疊加地形圖后的宗地圖勾繪

2.4.1 工程文檔文件的準(zhǔn)備

（1）利用廣西“林權(quán)證信息管理系統(tǒng)”中“勘界圖描繪邊界”功能依次打開宗地所在區(qū)域的航空正射影像圖、電子矢量化地形圖（二者有相同的圖幅編號），打開宗地所在地的單位圖層和宗地圖層，打開縣界、鄉(xiāng)界、退耕還林界、公益林小班界等矢量圖層，設(shè)置臨時投影，調(diào)整矢量化地形圖的透明度，保存為工程文檔文件（.mdx），退出。

（2）在“林權(quán)證信息管理補(bǔ)充系統(tǒng)”中打開前面保存的工程文檔文件，設(shè)置投影，旋轉(zhuǎn)180°，重新保存?？稍谘a(bǔ)充系統(tǒng)中直接進(jìn)行宗地圖勾繪或是退出后在“林權(quán)證信息管理系統(tǒng)”中打開進(jìn)行宗地勾繪。

2.4.2 宗地圖勾繪

（1）對宗地權(quán)利人的簡單判讀培訓(xùn)。由于航空正射影像圖實(shí)際上是糾正后的彩色航空照片，因而技術(shù)人員只需對宗地權(quán)利人進(jìn)行簡單的講解和引導(dǎo)，權(quán)利人就可找到其宗地的大致位置，再根據(jù)周圍明顯的地物標(biāo)志和植被特征即可把宗地界線準(zhǔn)確地指認(rèn)出來。

（2）勾繪邊界。以村民小組為單位把宗地權(quán)利人召集到一起，打開工程文檔文件，利用高分辨率投影儀投影，調(diào)整比例尺，隱藏矢量化地形圖，權(quán)利人在影像圖上指認(rèn)宗地邊界，技術(shù)人員直接在宗地圖層上進(jìn)行勾繪。勾繪過程中隨時打開地形圖進(jìn)行山脊、溝谷位置的微調(diào)。勾繪完畢，利用“林權(quán)證信息管理補(bǔ)充系統(tǒng)”自動查找周邊權(quán)利人并輸出“邊界確認(rèn)表”，權(quán)利人簽字蓋指模。

2.5 與傳統(tǒng)勘界方法的精度比較

傳統(tǒng)的外業(yè)勾圖方法是由技術(shù)人員打印地形圖在野外采用對坡勾繪的辦法，由林權(quán)權(quán)利人指出宗地邊界，技術(shù)員在現(xiàn)場勾繪，回到室內(nèi)后再進(jìn)行矢量化。難以準(zhǔn)確定位的地方，還要到實(shí)地使用GPS采點(diǎn)。由于人在視覺上必然存在的0.5mm誤差［6］，對應(yīng)地面實(shí)際距離達(dá)5m，不可避免地降低了宗地勾繪的精度。

正射影像圖是利用DEM對遙感影像（單色或彩色），經(jīng)逐像元進(jìn)行輻射改正、微分糾正和鑲嵌，并按規(guī)定圖幅范圍裁剪生成的形象數(shù)據(jù)，帶有公里格網(wǎng)、圖廓（內(nèi)、外）整飾和注記的平面圖［7］。DOM 同時具有地圖幾何精度和影像特征，糾正了攝影像片傾斜與高度的位移［1］。因而航空正射影像圖疊加地形圖勾圖與傳統(tǒng)外業(yè)勾圖對比，前者定位更準(zhǔn)確，勘界精度更高。

潘海波等曾研究過基于Quick Bird衛(wèi)星圖像的正射影像圖勾圖與傳統(tǒng)的基于地形圖勾圖方法精度比較［8］，結(jié)論是QB衛(wèi)星影像定位精度更高。

3 結(jié)語

采用高分辨率大比例尺航空正射影像圖與電子矢量化地形圖疊加進(jìn)行林改外業(yè)勘界，滿足宗地勾圖的需要，相對于傳統(tǒng)紙質(zhì)地形圖對坡勾繪再矢量化的勾圖方法，精度更高。不受天氣狀況影響，省時、省力，效率是傳統(tǒng)方法的6～8倍。

對于傳統(tǒng)方法只能聯(lián)戶勾圖的小宗地，采用影像圖勾繪可以精確定位并描繪邊界，影像圖分辨率越高可勾繪面積越小。在實(shí)際應(yīng)用中，放大比例尺到1：2 000時能精確勾繪出面積0.006 67hm2（0.1畝）的宗地。

不能完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)勾圖方法。對于權(quán)利人不能在圖上確定的邊界，仍需輔以GPS實(shí)地定位。應(yīng)用有一定的局限性。首先影像圖反映的是航片拍攝時的地面情況，有滯后性，如果是時間較久的航片或是拍攝后地形地貌已發(fā)生改變的則不能使用；其次是權(quán)利人對自己的林地邊界熟悉程度制約使用效果。一般說來，山區(qū)縣林業(yè)收入在農(nóng)民收入中占較大比重，使用效果較好。平原縣人均林地面積少，林地產(chǎn)生的收益在農(nóng)民收入中所占比重小，傳統(tǒng)方法較為適用。

［1］趙時英.遙感應(yīng)用分析原理與方法［M］.北京：科學(xué)出版社，2003.

［2］溫小榮，彭世揆.地理信息系統(tǒng)在我國林業(yè)應(yīng)用上的進(jìn)展［J］.南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2005，29（2）：73～78.

［3］韓麗榮.利用單張航空像片制作正射影像更新矢量圖形數(shù)據(jù)的方法［J］.測繪通報，2002（5）：29～31.

［4］魏旭東.中比例尺地形圖數(shù)字化方法研究［J］.測繪與空間地理信息，2006，29（1）：57～58.

［5］劉王君，賈琇明.遙感圖像植被判讀與土壤判讀［J］.科技情報開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2005，6（15）：141～143.

［6］張曉明，李曉莉，廖振修，等.測量學(xué)［M］.合肥：合肥工業(yè)大學(xué)出版社，2007.

［7］官云蘭.基于ERDAS IMAGINE的數(shù)字正射影像圖的制作［J］.測繪通報，2005（12）：31～33.

［8］潘海波，岳彩榮，崔同琦.基于QB衛(wèi)星影像和地形圖的林地宗地勾繪精度比較［J］.林業(yè)調(diào)查通報，2009，1（34）：40～44.