航空遙感技術在林改宗地勘界中的研究與應用

鄒杰

（廣西壯族自治區柳州市林業局，廣西 柳州 545001）

1 引言

“遙感”（Remote sensing）就是遠距離不接觸“物體”而獲得其信息［1］。目前RS與GIS技術已廣泛應用于森林資源信息管理、森林經營優化決策、林業專題制圖、精準林業等諸多方面［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、客觀地反映地表面的一切景觀，具有十分豐富的信息［3］。基于高分辨率航攝影像圖制作的數字正射影像圖（Digital Orthophoto Map，縮寫DOM）與矢量地形圖結合，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75.1hm2，山高坡陡，溝壑縱橫，交通不便，高溫多雨，環境條件惡劣，林改外業勘界難度極大，要以傳統方式全面完成林改勘界工作，任務十分艱巨。利用航空正射影像圖與GIS技術相結合開展外業勘界和內業工作，能有效解決勘界難問題。

2 航空遙感技術的應用分析

2.1 基礎數據的獲取

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和地物位置、形狀在水平面上的投影圖，其繪制的主要內容為圖名、圖號、圖廓、各類地物、地貌及其屬性注記的表示等［4］。1：10 000地形圖是林權外業勘查定界的基礎資料，也是確保調查精度的關鍵。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，圖幅與國家規定的1：10 000地形圖一致；分辨率高，可以清楚辨認出林中小路和單株樹冠。地形圖和正射影像圖統一為北京54坐標系。

2.2 影像圖的判讀

正確進行判讀是航片應用的基礎。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，可以運用形狀、大小、色調、陰影和影紋結構等直接判讀標志加以描述或量測，從而區分出不同的地塊，確定宗地邊界。

2.2.1 影像圖的倒轉

在ArcGIS中打開正射影像圖，旋轉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（圖2）。

圖1 倒轉后的航空正射影像

圖2 疊加地形圖并倒轉后的航空正射影像

2.2.2 地形地貌的影像特征

村莊（房屋）呈現較深色的規則形狀；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，各種植被類型表現為一定的影像色調和影紋結構特征［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；灌叢多呈密集的細粒狀結構，顏色淺，高度較低等。

2.3 林權證信息管理補充系統

廣西林業勘測設計院以ArcGIS9.2為平臺開發了“林權證信息管理系統”，但是“林權證管理信息系統”不能實現正射影像圖的倒轉，影響判讀和勾繪的效果。柳州市林改辦同樣基于ArcGIS平臺開發了“林權證作息管理補充系統”，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），添加地圖數據，并可保存修改。

（2）地圖旋轉模塊，在顯示地圖后，用戶可以設置任意旋轉角度或者每次將地圖旋轉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 工程文檔文件的準備

（1）利用廣西“林權證信息管理系統”中“勘界圖描繪邊界”功能依次打開宗地所在區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、鄉界、退耕還林界、公益林小班界等矢量圖層，設置臨時投影，調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“林權證信息管理補充系統”中打開前面保存的工程文檔文件，設置投影，旋轉180°，重新保存。可在補充系統中直接進行宗地圖勾繪或是退出后在“林權證信息管理系統”中打開進行宗地勾繪。

2.4.2 宗地圖勾繪

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

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

2.5 與傳統勘界方法的精度比較

傳統的外業勾圖方法是由技術人員打印地形圖在野外采用對坡勾繪的辦法，由林權權利人指出宗地邊界，技術員在現場勾繪，回到室內后再進行矢量化。難以準確定位的地方，還要到實地使用GPS采點。由于人在視覺上必然存在的0.5mm誤差［6］，對應地面實際距離達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），經逐像元進行輻射改正、微分糾正和鑲嵌，并按規定圖幅范圍裁剪生成的形象數據，帶有公里格網、圖廓（內、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外業勾圖對比，前者定位更準確，勘界精度更高。

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

3 結語

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行林改外業勘界，滿足宗地勾圖的需要，相對于傳統紙質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，效率是傳統方法的6～8倍。

對于傳統方法只能聯戶勾圖的小宗地，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。在實際應用中，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。

不能完全代替傳統勾圖方法。對于權利人不能在圖上確定的邊界，仍需輔以GPS實地定位。應用有一定的局限性。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生改變的則不能使用；其次是權利人對自己的林地邊界熟悉程度制約使用效果。一般說來，山區縣林業收入在農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，林地產生的收益在農民收入中所占比重小，傳統方法較為適用。

［1］趙時英.遙感應用分析原理與方法［M］.北京：科學出版社，2003.

［2］溫小榮，彭世揆.地理信息系統在我國林業應用上的進展［J］.南京林業大學學報：自然科學版，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據的方法［J］.測繪通報，2002（5）：29～31.

［4］魏旭東.中比例尺地形圖數字化方法研究［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］.科技情報開發與經濟，2005，6（15）：141～143.

［6］張曉明，李曉莉，廖振修，等.測量學［M］.合肥：合肥工業大學出版社，2007.

［7］官云蘭.基于ERDAS IMAGINE的數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衛星影像和地形圖的林地宗地勾繪精度比較［J］.林業調查通報，2009，1（34）：40～44.