RS和GIS在土地利用更新調查中的應用

李廣生，王文杰，王彥良

（河南省地質測繪總院，河南 鄭州450006）

RS和GIS在土地利用更新調查中的應用

李廣生，王文杰，王彥良

（河南省地質測繪總院，河南 鄭州450006）

土地利用更新調查是保持土地利用調查成果的現勢性的重要手段，傳統的更新調查方法周期長、精度低且費用較高。近年來RS、GIS技術的迅速發展，為土地利用調查提供了新的調查手段。RS具有宏觀性、及時性、動態性及多光譜等優點，GIS具有強大的空間分析和數據管理功能。通過對RS和GIS集成技術的分析研究，利用SPOT－5數據進行遙感解譯、影像判讀，采用Map GIS作為數據管理平臺，詳細闡述RS、GIS相結合的技術手段在土地利用更新調查中的具體應用。

土地利用更新調查；RS；GIS

土地利用更新調查（簡稱土地更新調查或更新調查）指采用不小于土地利用現狀調查（簡稱土地詳查）基礎圖件比例尺的現勢性強的遙感資料制作的正射影像圖及相同比例尺最新測繪的地形圖作為土地更新調查工作底圖，參考土地詳查和土地變更調查的圖件、數據等有關資料，查清土地利用現狀的分類、分布、數量、面積和土地所有權狀況，在此基礎上建設或更新土地利用數據庫，對土地詳查和土地變更調查成果進行全面更新的調查［1］。

土地利用更新調查是我國國土資源管理的基礎性工作之一。一方面，它保持了土地利用調查成果的現勢性，滿足土地利用數據庫建設、土地利用規劃及集體土地所有權發證工作的需要；另一方面，它也是土地主管部門制定土地利用政策及對土地利用現狀進行監測的依據。

近年來，迅速發展的遙感（RS）技術為土地資源調查提供了更為及時、有效的技術手段。由于其具有宏觀性、及時性、動態性及多光譜等優點［2］，并結合計算機快速處理的特點，是常規土地調查技術所無法比擬的；地理信息系統（GIS）由于其強大的空間分析、管理功能為土地利用提供了強大的數據庫管理功能。將遙感（RS）技術和地理信息系統（GIS）技術結合起來，實現RS、GIS的集成是目前土地資源調查和動態監測的主要發展趨勢［3－4］。在土地利用現狀調查中引入RS和GIS技術，大大提高了工作效率，從而形成了利用遙感技術（RS）發現土地利用變化信息，利用地理信息系統技術（GIS）進行土地利用現狀數據庫更新與管理的運行機制。

1 RS和GIS集成技術

遙感與地理信息系統集成是當前3S應用系統開發中的一個難點，一般而言，遙感為地理信息系統提供主要的信息源，GIS是管理、處理和分析應用空間數據的平臺，遙感與地理信息系統集成的目標在于充分利用RS和GIS各自的特點，快速、準確地實現遙感數據與地理信息數據集成和融合分析，為管理和決策提供服務。遙感系統普遍采用以像元為單元的柵格格式存儲，而GIS主要以點、線、面（多邊形）為單元的圖形矢量格式存儲，因此，兩者集成分析的關鍵是解決柵格數據和矢量數據的接口問題。要方便、有效地實現RS與GIS集成，主要方法是GIS軟件開發平臺中需包含高效的柵格數據分析功能，或者GIS軟件能夠與第三方提供的柵格數據分析軟件之間實現很好的數據通信，這也是GIS應用系統中專業應用模型與GIS有效集成所必須解決的問題［5］。

對于RS與GIS的一體化集成，國外有關專家提出了3個發展階段：①分散集成模式，2個系統雖彼此獨立，但相互之間可以通過數據通訊而聯系在一起，即以中間文件為數據交換格式連接GIS和RS分析軟件；②2個軟件模式具有共同的用戶界面，做到表面上無縫的結合，數據傳輸則在內部通過特征碼相結合，這只是某種思想和方法的合一，并非將系統完全融合；③具有復合處理功能的軟件體，即具有矢、柵一體化管理的、高度集成的融合分析軟件。

2．1 技術路線

利用現勢性好的航天、航空正射影像圖為基礎調查資料，經圖像處理后，與原有土地利用現狀圖套合對比，進行預判分析，再通過外業實地調繪、補充調查和內業圖數整理，更新土地利用現狀圖，建設或更新土地利用現狀數據庫。

2．2 工作流程

采用RS技術和GIS技術集成的辦法，以GIS為技術平臺，RS影像為工作底圖，外業實地調查為依據，土地利用數據庫為參考，解譯土地利用變更情況。工作流程如圖2所示。

2 基于RS和GIS的土地利用更新調查

基于RS和GIS的土地利用更新調查以近期現勢性強的航空或航天正射影像圖作為工作底圖并配以同比例尺最新地形圖作為輔助資料，并結合野外實地調查的手段對土地利用狀況進行調查，按照國土資源部最新的三級分類標準對土地進行分類，最后建立土地利用數據庫。

考慮到項目技術要求、軟件集成特點、經費的投入以及土地利用更新調查最終要實現數據格式的統一，工作選用在國土部門廣泛應用的MAPGIS為集成平臺，利用遙感處理軟件PCI對遙感影像進行前期的處理，最后利用基于MAPGIS二次開發的土地利用數據庫管理系統進行數據建庫。集成模式如圖1所示。

圖2 土地利用更新調查工作流程

3 應用遙感技術（RS）發現和提取土地變化信息

圖1 RS與GIS集成示意圖

遙感（RS）技術包括航空攝影和衛星遙感技術，調查如果使用省國土資源廳統一提供的航空正射影像圖，可以直接引用；如果采用航天遙感數據，應根據有關規定進行數據處理。本文以SPOT－5 2．5 m分辨率全波段數據為例，介紹土地利用更新調查工作中RS的應用與處理流程。

3．1 RS影像處理

利用PCI在土地利用更新調查中主要對遙感影像作如下工作：

1）影像校正。為了將RS數據與GIS數據實現套合，必須將遙感影像投影到需要的地理坐標系中。利用地形圖可采用二階多項式法等校正方法對遙感影像進行校正，控制點的選取最好在道路交叉點、河流岔口等不隨時間變化的地物上。

2）影像增強處理。目的是為了增強局部反差突出紋理細節，并盡可能降低噪聲。首先采用線形拉伸的方法增強圖像反差，調整視覺效果；然后用高通濾波器對SPOT影像進行銳化處理以增強紋理細節。

3．2 建立遙感解譯標志

傳統的人工目視解譯和計算機自動分類遙感解譯方法分別存在耗時多、周期長和分類精度低的弊端，很難滿足實際需要。現代計算機技術的迅猛發展給我們提供了新的方法—在計算機屏幕上進行遙感影像的人工目視解譯，即遙感影像的屏幕數字化解譯。這種方法提高了定位和定性的精度，同時解譯結果可以直接進入地理信息系統中。為了統一解譯標準，提高解譯精度，建立了遙感解譯標志，部分解譯標志如表1所示。

表1 土地利用遙感解譯判讀標志

3．3 利用遙感正射影像圖進行內業預判

1）界線處理。將縣級以上行政界線按照民政部門核準的勘界成果，轉繪到原土地詳查圖上；根據縣（市）相關文件，標繪出變化的行政界線、權屬界線；行政、權屬界線沒有變化或有爭議的，使用原詳查成果。

2）套合對比判讀。將航空或航天數據與原土地利用現狀圖或數據庫進行套合。通過人機交互或目視判讀，提取地類信息。地類邊界以影像為準，地類屬性參考原土地詳查結果。矢量化方法及精度符合土地利用數據庫建設要求。

3）根據判讀確定調查原則。通過與原土地利用現狀圖或數據庫的對比，形成4種調查原則（如圖3所示）。①一致：對于一致的情況，直接使用原有資料；②少調查：對于影像基本與原有資料符合的情況，采取較少范圍地進行調查；③多調查：對于影像數據與原有資料有較大差異的情況，采取多調查的原則；④變更漏或新增地物：對以前變更調查有所遺漏的情況，采取對遺漏區域重新全面調查。

圖3 利用遙感監測與原土地變更調查對照

4 GIS軟件制圖與數據建庫

GIS系統平臺選用武漢中地公司的MAPGIS，利用MAPGIS對工作底圖進行圖形化處理，利用“MAPGIS土地利用數據庫管理系統”進行數據建庫。

4．1 土地利用現狀圖的分層矢量化

1）行政界線圖層。包含整個某市城區和郊區的市界、區界、縣界、鄉界和行政村界，及農、林、牧、漁場界，居民地外的廠礦、企事業單位的土地所有權界線和使用權屬界線，還包含飛地、爭議地的界線。根據標準圖式把界線按規定設計成相應的線型，并按相應的圖層，逐一矢量化。

2）線狀地物圖層。包含所有1 m、10 m的道路、河流。當線狀有變化時，需要在變化處切斷，每一條線狀都必須是一條完整的線串并注有一個寬度。道路、河流存放在不同的圖層。

3）地類圖斑層。以行政村為單位，矢量化該村的所有的地類圖斑，并在圖斑內注記地類代碼。行政界線可以作為地類界線，線狀地物一般不作地類界線，需要作為地類界線時要求重新矢量化該段線。一個村有幾塊時，可以分成幾個文件，文件名需標注清1、2、3等。一個村里有另外一個村的大片土地時，需要把此塊地剔除出來，不能當作飛地處理。爭議地放在鄰近的村處理。圖斑和地類代碼按不同的圖層存放。

4）零星地物圖層。根據外業調查手薄和掃描圖，把所有的零星地物按實測的面積用圓圈標繪相應的位置上。

4．2 利用“MAPGIS土地利用數據庫管理系統”建數據庫

1）建立數據字典。利用“MAPGIS土地利用數據庫管理系統”軟件把全市的鄉、鎮、村，各農牧、林場等行政單位按行政級別從大到小，根據有關部門制定的單位行政編碼建立數據字典。

2）給圖斑賦屬性。根據數據字典把已經構成面的地類圖斑文件導入“MAPGIS土地利用數據庫管理系統”。先利用其圖型編輯功能統一賦予各個圖斑的權屬、地類、性質等屬性；然后再修改各塊飛地、爭議地的權屬和性質。

所有的已構面地類圖斑文件預處理完成后，把其合成一個文件。經圖形相加、減等運算后，把重疊或開天窗的地方處理掉，然后對圖斑進行自動編號（所有的編號都是唯一的）。

3）在圖斑中加入線狀及零星地物屬性。將DGN格式的線狀地物圖和零星地物圖導入MAPGIS并與其圖斑屬性相關聯。經過數據編輯和處理，自動把關聯的線狀地物和零星地物的扣除面積賦給各個耕地地類圖斑的屬性庫。

4）扣除耕地田埂面積。根據要求在不同的坡度下賦予耕地地類圖斑相應的田埂系數，根據此田埂系數，自動生成各個圖斑的毛面積和凈面積。

5）面積匯總、出臺賬和成果圖。利用“MAPGIS土地利用數據庫管理系統”軟件的匯總統計功能，形成最終的各種臺賬、匯總表。最后對圖形進行整飾，打印出各種土地利用現狀圖。

5 結束語

土地利用變更是土地管理中最基礎、最重要的環節。常規的土地變更調查方法，獲取數據周期長而且精度差，數據和圖件的管理、傳輸、分析手段落后，無法提供及時準確、全方位的信息。本次調查中所采用的RS、GIS相結合的方法，既發揮了RS獲取數據速度快、精度高、范圍廣的特點，又發揮了GIS對數據管理與分析的優勢。在縮短調查時間的同時，保證調查精度，節省調查費用。而且應用一體化技術得到的土地利用專題圖很好地把RS的柵格影像與GIS的矢量數據結合在一起，可以更加直觀地反映土地利用的變化狀況。

［1］歐名豪．土地利用管理［M］．北京：中國農業出版社，2002．

［2］鄧良基．遙感基礎與應用［M］．北京：中國農業出版社，2002．

［3］毛政元，李霖．“3S”集成及其應用［J］．華中師范大學學報，2002，36（3）：385－388．

［4］潘瑜春，王紀華．基于GIS和RS的應用分析系統集成研究［J］．計算機工程，2005，31（15）：44－46．

The application of RS ＆GIS into changes in land

LI Guang－sheng，WANG Wen－jie，WANG Yan－liang
（Henan Geological Institute of Surveying and Mapping，Zhengzhou 450006，China）

The updating investigation of land use is a current important means to keep the land use survey but traditional investigation updating method requires the investigation of long period，high cost and low precision．In recent years，the rapid development of the technology of RS，GIS，for the land use survey provides new means of investigation．Based on the RS and GIS integration analysis，elaborated RS，GIS combination technology in updating investigation of land is used in specific applications．

updated land utilization survey；RS；GIS

P237；P208

A

1006－7949（2012）03－0074－04

2011－07－09

李廣生（1967－），男，工程師．

［責任編輯張德福］