基于IKONOS影像的土地利用現狀更新調查方法

周寧平，廖 明，匡秀梅

（1.常德市規劃研究中心，湖南常德 415000；2.中測新圖（北京）遙感技術有限責任公司，北京 100039）

基于IKONOS影像的土地利用現狀更新調查方法

周寧平1，廖 明1，匡秀梅2

（1.常德市規劃研究中心，湖南常德 415000；2.中測新圖（北京）遙感技術有限責任公司，北京 100039）

近年來，隨著我國社會和經濟的快速發展，土地利用現狀發生了很大變化，原有土地利用資料已難以滿足土地管理的需求。為了提高土地管理效率和水平，實現科學化管理，結合地方規劃與國土資源管理現狀，采用現代“3S”技術，建立集遙感信息以及土地利用信息于一體的土地利用數據庫，為地方經濟發展提供現勢、詳實、準確的科學依據，為國土資源規劃、保護、管理和合理利用奠定堅實的基礎。結合銀川市土地利用現狀更新調查項目，論述利用高分辨率衛星影像數據——地面分辨率達1 m的IKONOS影像進行土地利用現狀更新調查的技術方法。

高分辨率衛星影像；IKONOS影像；土地利用更新

土地資源是人類賴以生存的重要自然資源，由于它具有位置固定性、面積的有限性、地域的差異性、利用狀況的多樣性和可變性，決定了土地利用更新調查是一項龐大復雜的技術工程。衛星遙感技術，以其覆蓋面廣、宏觀性強、快速、多時相、豐富的綜合信息等優點，而被人們在土地調查中廣泛應用。特別是近年來，SPOT5、IKONOS和Quick Bird等高分辨率衛星影像的市場化推廣，促進了該技術在土地調查中的應用。

“六五”以來，我國在國務院統一部署下完成了全國縣級土地詳查；東部地區采用航空遙感為基本方法完成比例尺1∶1萬土地利用調查制圖；西部地區采用衛星遙感和航空遙感相結合的方法完成1∶5萬、1∶10萬和1∶20萬土地利用調查。這些數據資料為土地資源的科學化管理提供了保障。通常情況下，對于1∶1萬土地利用調查應采用航空遙感的方法來獲取高地面分辨率的數據源，而在本次項目實施中，用地面分辨率高達1m的IKONOS影像取代航空遙感影像進行土地利用更新，結果達到滿意的精度。

1 項目簡介

根據項目設計要求，土地利用現狀更新調查的主要任務是應用高分辨率衛星影像數據，制作銀川市市轄三區（興慶區、金鳳區、西夏區）約1 798 km2數字正射影像（以下簡稱DOM），基于DOM提取土地利用現狀信息，參考土地詳查和土地變更調查等有關資料，結合外業調查，將土地利用現狀的分類界線、權屬界線調繪到DOM上，在此基礎上完成1∶1萬土地利用現狀圖更新，建立1∶1萬土地利用現狀數據庫，并進行面積量算、統計和匯總。

該項目共使用IKONOS影像40景，并以3景SPOT5的影像為補充，本文研究的重點在于使用IKONOS影像進行土地利用更新的技術與方法。圖1為IKONOS數據的覆蓋情況。

圖1 IKONOS數據覆蓋情況

2 技術路線與方法

2.1 技術路線

該技術的基本工作包括：資料的收集、輔助資料的處理、外業控制測量、數字正射影像圖（DOM）制作、土地利用現狀圖糾正、土地利用分類信息的提取、外業調繪、外業調繪成果的補漏修改，數據入庫、統計匯總、出圖、精度評定等關鍵技術環節。技術流程見圖2。

2.2 技術方法

2.2.1 外業控制測量

基于Quick Bird衛星影像內業選取控制點，采用靜態GPS與動態（RTK）GPS聯合作業方法，進行外業控制測量，獲取控制點坐標。

外業控制測量的流程主要有內業選點——外業測量——坐標轉換——精度檢查——成果整理，見圖3。

對于IKONOS影像，控制點的設置密度為6 km2／點，40景影像共選點320個。共收集并實地找到可利用國家三角點32個，靜態布設校正點和固定點26個，動態測量影像糾正控制點293個。控制點相對于鄰近的等級控制點的平面位置中誤差與高程中誤差如表1所示。

表1 控制點精度要求m

最后提交的成果應包含控制點坐標、點之記和點位圖等。

2.2.2 數字正射影像圖制作

制作高分辨率衛星影像數據的數字正射影像圖（Digital Orthophoto Map，簡稱DOM）為土地利用現狀更新調查提供高精度基礎數據。以1∶1萬（或更大比例尺）數字柵格地形圖（Digital Raster Graphic，簡稱DRG）和高精度外業控制點為控制資料，利用數字高程模型（Digital Elevation Model，簡稱DEM）對遙感影像數據進行正射糾正、配準和融合，按照1∶1萬地形圖標準圖幅范圍分幅，疊加圖名、圖幅號、公里格網形成1∶1萬數字正射影像圖。

具體技術工序包括：輔助資料處理——外業控制點加載——全色數據糾正——多光譜數據配準——全色與多光譜數據融合——接邊與鑲嵌——分幅。其中，輔助資料處理的主要工作有各種紙質地形圖、土地利用資料、行政境界圖的掃描，使用photoDRG對其進行幾何糾正，柵格圖的數字化，以及坐標系轉換等；全色數據糾正和多光譜數據配準均采用ERDAS軟件提供的有理多項式模型進行處理，影像采樣間隔1 m；全色與多光譜數據的融合可采用主成分分析法、加權相乘法、IHS變換法等多種方法進行；最后經接邊、鑲嵌和分幅形成MSI和IMG格式的1∶1萬標準分幅數字正射影像、GEO－tif和IMG格式全轄區數字正射影像等成果。

2.2.3 土地利用數據庫建庫

土地利用數據庫建庫是整個土地利用更新調查工程中最關鍵的工作。建庫時，基于MAPGIS6.7平臺開發的土地利用數據庫管理系統，以土地利用現狀圖、土地變更圖和最新地形圖為參考，對DOM進行全面解譯，獲取土地利用分類信息。其中地類類別根據土地利用現狀圖和土地變更圖等資料進行確定，地類范圍由DOM準確定位，對于地類難以判定或范圍不明確的圖斑，作為可疑圖斑供外業時重點調查。由于此次銀川市土地利用更新調查建庫是在沒有土地利用數據庫底庫以及土地利用臺帳和原始土地利用現狀圖覆蓋不完整的條件下進行，采用基于高分辨率的衛星影像提取土地利用分類信息并結合外業調查獲取地物屬性信息的方法建庫，因而具有與以往的土地利用更新調查不同的特點，采用的建庫技術流程如圖4所示。

1）土地利用分類信息內業提取。為提高土地利用信息判讀提取的可靠性，便于檢查和控制判讀質量，應先建立樣本影像庫，建庫時一般提取具有代表性和典型性的影像圖斑作為樣本影像，樣本影像必須經過外業調查進行核實。然后根據樣本影像庫進行土地利用信息分類，分類時先建立工作區，方法為以標準圖幅為單元建立工程，建立如表2所示的圖層。

表2 工作區圖層設置

在保證數字正射影像和1∶1萬地形圖二者之間嚴格配準的前提下，將數字正射影像和1∶1萬地形圖添加到工程，當配準誤差超限時，須分析原因，對DOM或土地利用現狀圖進行重新處理。建立工作區后，然后進行分類信息判讀，方法是根據樣本影像圖斑，參考土地利用現狀圖、1∶1萬地形圖，對DOM影像進行解譯。地類劃分按《縣（市）級土地利用規劃數據庫標準》執行，地類共分三級：一級地類又分為農用地、建設用地和未利用土地，以農用地為例，又分為耕地、園地、林地、草地和其它農用地等二級地類，再進一步細化到第三級地類，如耕地分為灌溉水田、望天田、水澆地、旱地和菜地5類三級地類。圖5為幾處旱地的IKONOS影像。

2）外業調繪。利用1∶1萬地形圖、部分標準分幅的土地利用現狀圖和衛星遙感正射影像圖，結合相關資料，運用GPS及先進的技術方法，進行野外實地補充調查。調繪的內容包括：行政境界和權屬界線、地類、線狀地物和零星地物等。外業調繪的基本方法是：選好站立點、確定方位 、抓住特征地物、判定地物等。具體作業是以內業提供標準分幅的數字正射影像紙圖和土地利用分類線畫薄膜圖為工作底圖，借助放大鏡、調繪夾、測量儀器、皮尺和圖板以及GPS等工具，實地作業范圍內的土地狀況全部調查清楚，并正確記錄地物屬性信息和在外業調繪薄膜上標繪新增和刪減的地類。然后，根據調繪的結果進行分類信息、屬性信息的修改，并對修改后的1∶1萬標準分幅的各分層矢量數據進行裁切、接邊處理，以及拓撲和邏輯錯誤檢查，檢查無誤后對圖斑進行拓撲構面。

圖5 旱地

3）建立土地利用數據庫。土地利用數據庫管理系統主要功能有：數據建庫、數據編輯、變更處理、查詢統計、匯總出表、成果輸出、系統維護。其中數據庫部分主要由空間數據和屬性數據構成。空間數據包括基礎地理信息（地貌、水文、交通、境界、注記等）和土地利用狀況的圖斑數據。屬性數據是土地利用詳查成果中的各種表格數據和圖形特征的附屬說明信息，包括土地利用分類的地類名稱、面積、行政區劃、權屬等。屬性庫包括現勢屬性庫和歷史屬性庫。屬性庫與圖形庫通過圖斑標識碼進行連接。數據庫系統主要分為數據輸入輸出、數據編輯處理和數據管理3個部分。建庫的主要流程為：同類文件拼接—編輯數據字典—新建接圖表—新建工程、項目—數據綜合處理—圖幅面積平差—數據預處理。其中數據綜合處理是對入庫的數據進行邏輯錯誤檢查和屬性常規檢查，量算圖斑毛面積，計算線狀地物的面積；數據預處理是進行表格匯總打印輸出的前提，是為匯總輸出和空間分析進行數據準備。

4）統計匯總。按座落位置對圖斑平差后的平差面積進行統計匯總。縣（市）級土地利用數據庫管理系統輸出表格的類型有：土地利用現狀變更表、土地統計臺帳、土地統計簿、土地變更調查記錄一覽表、外單位土地面積匯總表、本村集體土地面積匯總表、單位土地面積匯總表和國有集體土地面積匯總表。此外，為滿足國土資源部需求，還制作了下述3種表格：土地利用數據變化流向表、更新調查數據審查表和更新調查情況表。

5）統計結果分析。根據統計結果和變更調查的數據制作土地利用數據變化流向表，通過該表可清楚地看出各種地類的增加、減少情況。

2.3 技術特點

在該技術的實施中，體現了以下特點：

1）高分辨率遙感數據與土地利用基礎圖件相結合。以遙感數據為基礎，充分利用土地利用現狀圖等基礎圖件，輔助進行土地利用現狀分類，盡量提高內業處理精度，減少外業工作量。

2）計算機自動處理技術與人機交互相結合。采用計算機自動分類技術，通過人機交互，提取土地利用分類信息，提高分類準確度和效率。

3）外業和內業緊密結合。采用GPS技術手段進行全轄區控制點測量，提供高精度的控制資料，確保DOM成果的精度。通過外業調查核實土地利用分類信息的圖形、屬性等內容，獲取最新行政境界和權屬信息，采用GPS或常規技術手段補充遺漏和新增地物，確保土地利用分類信息的準確性。

4）先試點、后全面開展。為了能夠更準確掌握遙感衛星影像所反映的土地利用分類信息，采取了先試點后全面展開 作業流程。由于原始土地利用現狀調查資料陳舊且覆蓋范圍不全，在利用遙感資料進行分類信息提取時，將地類比較豐富的豐登鎮作為試點，內業先結合各種土地利用分類資料、地形圖根據不同地類的光譜特征進行初步的分類信息提取，然后內業作業人員在外業調繪人員的陪同下，到實地進行勘察，了解外業調繪的作業流程，建立遙感影像光譜特征和所反應的實際地類之間的感性認識，并在外業調繪成果的基礎上建立銀川市市轄區土地利用分類信息樣本影像庫作為分類信息解譯參考。

3 應用結果

采用上述方法，歷時近1年的時間，共完成銀川市市轄區興慶區、金鳳區、西夏區約1 800 km2范圍的土地利用現狀更新調查，建立銀川市市轄區1∶1萬土地利用數據庫。涉及行政權屬單位175個，共約22 758個圖斑，33 502條線狀地物。最終形成的成果包括土地利用數據庫及其管理系統、土地利用數據庫元數據、標準分幅土地利用圖，市轄區、鄉鎮土地利用圖、土地利用統計表格等。

精度檢測方法為從經過正射糾正的DOM上選取精度檢測點，將此DOM上的坐標與GPS外業實測得到的坐標進行比較，得到DOM的精度。在該項目中共選取了133個檢測點，經GPS外業檢測，這些點的平均中誤差為北1.64 m，東2.38 m，高2.89 m，滿足1∶1萬比例尺級別上的土地利用現狀更新要求。

4 結 論

銀川市土地利用現狀更新調查綜合采用RS（遙感）、GIS（地理信息系統）、GPS（全球定位系統）等現代化技術，建立了集高分辨率衛星影像數據、土地利用信息于一體的土地利用數據庫。實踐證明：

1）KONOS高分辨率衛星影像數據已完全能滿足1∶1萬比例尺級別上的土地利用現狀更新要求。

2）區別于以往采用的常規外業調查手段，內外業相結合的方法不僅大大節約了人力和時間，同時也保證成果的高精度。

3）新型技術手段為土地利用現狀更新提供了技術保障：RS技術提供了多源、快速、周期性的數據支持，GPS技術保證了成果的高精度，GIS技術為土地利用更新提供了強勁功能，確保系統使用的方便性和持續性。

另外，該方法還存有以下不足：由于部分影像數據獲取時間較早，造成按調繪結果形成的土地利用現狀圖和影像圖不一致；此外不同年代的影像之間也存在接邊困難的情況。因此，建議盡量采用最新的、相同時相的影像，另外對于土地利用情況變化較快的地區進行動態監測。

［1］魯迪，魏雅麗.論遙感技術在國土資源調查中的應用［J］.國土資源導刊，2005，2（2）：36－37.

［2］牟緒贊，劉紀選，王平，等.充分發揮物化探及遙感在國土資源調查中的先行作用［J］.中國地質，2001，28（2）：1－5.

［3］黨安榮王曉棟陳曉峰張建寶.ERDAS Image遙感圖像處理方法［M］，北京：清華大學出版社，2003.

The research on the investigating and updating the land－use situation based on IKONOS images

ZHOU Ning－ping1，LIAO Ming1，KUANG Xiu－mei2
（1.Changde City Planning Research Center，Changde 415000，China；2.China TopRS Technology Co.，Ltd，Beijing 100039，China）

Recently，with China’s rapid social and economic development，land utilization present situation has undergone great changes，and the original land use information has been difficult to meet the requirement of land management.In order to improve land management efficiency and management level，to achieve scientific management，combining the local planning and land resources management present situation，uses the modern technology of“3S”to set up remote sensing information and land use information in one of the land use database，for local economy development which provides the potential，detailed，accurate scientific basis for land and resources planning，the protection，management and reasonable use and lay a solid foundation.It unifies the Yinchuan city land use change survey project and discusses the application of high resolution satellite image data－ground resolution up to 1 m IKONOS image in the land use change survey technique.

high resolution satellite image；IKONOS image；land use updating

P208

A

1006－7949（2012）04－0074－04

2011－07－31

周寧平（1976－），男，工程師.

[責任編輯:張德福］