SPOT5衛星影像在土地更新調查中的應用

秦勇智

摘要：采用SPOT5遙感影像，從土地調查實際出發，解譯土地地類光譜特征，通過對地類光譜信息進行外業調查核實，修正初步解譯結果，確認室內判讀可信度，節省了外業調查的時間，提高工作效率，保證調查結果的可靠性，為今后土地調查提供一種新方法。

1.前言

土地更新調查是采用先進技術方法，在現有土地調查的基礎上，按照統一的技術標準，全面查清轄區范圍內的土地利用狀況，國家直接掌握準確的轄區土地數據，推進土地登記發證的覆蓋面，并建立和完善土地調查、統計和登記制度，實現成果信息化管理與共享，滿足經濟社會發展及國土資源管理的需要。

土地更新調查的主要任務是，在轄區范圍內利用遙感等先進技術，以正射影像圖為基礎，逐地塊實地調查土地的地類和面積，掌握轄區耕地、園地、林地、工業用地、基礎設施用地、金融商業服務、開發園區、房地產以及未利用土地等各類用地的分布和利用狀況；逐地塊調查轄區城鄉各類土地的所有權和使用權狀況，掌握國有土地使用權和農村集體土地所有權狀況；調查轄區基本農田的數量、分布和保護狀況，對每一塊基本農田上圖、登記、造冊；建立互聯共享的覆蓋國家、省、市（地）、縣四級的集影像、圖形、地類、面積和權屬為一體的土地調查數據庫；建立土地資源變化信息的調查統計、及時監測與快速更新機制。因此，在土地調查工作中引進先進的技術手段非常必要。

利用遙感圖像，以正射影像圖為基礎，進行土地更新調查的工作方法已經確定，主要有計算機圖像自動處理、人工解譯以及計算機與人工交互解譯等方法，最常用的還是人工解譯，其最大優點是成本低、精度高、不受計算機軟硬件以及其他條件的限制。但是在工作中發現由于遙感存在著“同物異譜”、“同譜異物”的現象，在實際應用中也存在著一定的問題和不足。有些土地類型在遙感圖像上可以清晰地分辨，但是有些土地類型無法確定屬性甚至是邊界。

2.SPOT 5概述

衛星遙感資料具有反映地面信息豐富、覆蓋面積大、實時性強、可周期性獲得、費用相對較低等特點。不同分辨率的遙感數據在土地利用調查應用的范圍有很大的差異，SPOT 5衛星資料的地面分辨率高，適合進行土地利用調查及動態監測。

SPOT 5衛星于格林威治時間2002年5月4日1時31分由阿麗婭娜四號火箭成功發射，進入近極地太陽同步軌道。衛星上搭載有一種成像裝置，包括有高分辨幾何成像儀（HRG）、植被探測器（VEGETATION）和高分辨率立體成像儀（HRS）。SPOT 5采用了由法國國家空間技術研究中心專利所有的全新概念的Supermode成像處理技術，其全色影像分辨率為2.5米，多光譜影像分辨率為10米。其中2.5米分辨率的彩色影像可以在1：10000-1：5000的尺度上滿足對農村土地調查和城鎮土地調查進行管理與應用。SPOT5衛星性能如表一所示。

3.SPOT 5用于土地更新調查的技術路線

這次調查采用SPOT 5遙感影像，首先對圖像進行處理，即先對SPOT 5全色影像進行圖像糾正，以及圖像的增強和變換，并將糾正后的全色影像與SPOT 5多光譜影像進行圖像配準。最后將2，5米分辨率的SPOT 5全色影像和10米分辨率的多光譜影像進行融合。

對影像進行幾何糾正是為了將影像坐標對應到地面坐標，同時用數字高程模型改正影像因地形起伏而引起的變形，從而大幅度提高定量遙感的精度。圖像增強是為了突出圖像中的某些信息，同時抑制或去除某些不需要的信息來提高遙感圖像質量的處理方法。圖像增強和變換可以改善圖像質量，突出圖像中目標地物的特征，使之更適于人的目視判讀與分析。圖像的配準是將同一區域里一幅圖像對另一幅圖像的校準，以使兩幅圖像中的同名像元配準。融合的方法有主成分變換融合、乘積變換融合、比值變換融合、IHS變換融合等。

圖像的處理能將遙感影像納入一定的地理坐標系統中，使其與地面地物建立幾何聯系，提高清晰度、精度和可靠度，增強解譯和監測能力。其技術路線如圖1所示。

SPOT 5遙感影像應用于土地調查中，主要作用是通過人工解譯，根據土地更新調查土地分類勾繪圖斑。其流程圖如圖2所示。

4.SPOT 5影像的解譯及分析

圖像解譯是根據遙感圖像的光譜特征，空間特征，時間特征，按照解譯者的認識程度，或自信程度和準確度，逐步進行目標的探測，識別和鑒定的過程。根據遙感影像的色與形，可具體劃分為遙感解譯的以下幾個基本要素：

（1）色調或顏色指圖像的相對明暗程，在彩色圖像上色調表現為顏色；

（2）陰影，指因傾斜照射，地物自身遮擋能源而造或的影像上的暗色調；

（3）大小，指地物尺寸，面積，體積在圖像上的記錄；

（4）形狀，指地圖目標的外形，輪廓；

（5）紋理，即圖像的細部結構，指圖像上色調變化的頻率；

（6）圖案，即圖形結構，指個體目標重復排列的空間形式；

（7）位置，指地理位置，它反映地物所處的地點與環境；

（8）組合，指某些目標的特殊表現和空間組合關系。

遙感圖像的解譯具有復雜性，主要體現在三個方面：①地物波譜特征是復雜的，本身也是因時因地在變化著；②自然界存在著大量“同物異譜”與“異物同譜”現象；③地物的時空屬性和地學規律時錯綜復雜的，各要素，各類別之間的關系是多種類型的。

這些使得遙感解譯具有多解性和不確定性，隨不同地區，不同時段等多種因素而變化，下面以2007年呼和浩特市賽罕區為例，討論SPOT5影像的圖像解譯的準確度。

通過SPOT 5圖像來勾繪地類圖斑，對不同的用地類型其判讀的準確性也不同，以土地更新調查土地分類為標準，可分為以下幾種情況：

4.1影像上能夠確定變化圖斑的邊界和屬性：

建制鎮（202），村莊（203），采礦用地（204），公路用地（102）等，其中農村居民點一般周圍是綠色的耕地，而房子呈現淺色，有規則的聚集在一起，能夠較清晰地分辨出邊界，并確定其屬性；部分獨立工礦用地，特別是工業區，其圖斑的面積較大，形狀規則，也能用遙感進行準確的判讀；公路一般呈淺灰色線狀，從遙感影像圖上能夠很容易地分辨出來，此次調查中，呼和浩特市利用遙感影像做了土地調查，二環路和繞城高速利用遙感影像進行調查，定界準確，值得注意的是大部分的農村道路（路寬<20米）用遙感影像進行調查時，需要到實地丈量寬度。

如圖3所示，建制鎮、村莊的邊界清晰可辨，可以準確地判斷出用地類型，道路也可以很準確的確定位置。

4.2影像上能夠發現圖斑，確定其邊界，不能確定其屬性：

在呼和浩特市的調查中，這種情況出現較多的是設施農業用地（122），農村宅基地（072），它們在遙感影像圖上紋理很像，無法進行區分，確定其屬性。對于這種情況，采用的方法是由遙感影像確定地區，然后到實地調查屬性。

圖4為呼和浩特市賽罕區金河鎮的遙感影像圖的一部分，圖中為在遙感圖上發現的圖斑，但是無法確定其屬性。經過實地的檢核，得到各變化圖斑的屬性，如圖4中標注所示。

4.3影像上不能確定變化的邊界和屬性：

對于由耕地變為果園（021），有林地（031），其他林地（033），等的情況，在遙感影像圖上無法判讀，可以通過GPS到現場測量。

圖5為呼和浩特市的部分遙感影像圖，為到實地發現的農業結構調整部分，其中有苗圃和果園的種植物，在遙感圖像圖上既無法確定邊界，也不法確定其屬性。

4.4影像上能確定變化的邊界和屬性，實地又發生了變化：

圖6為呼和浩特市賽罕區黑土凹村的遙感影像的一部分，從中可看出，該圖斑土地利用現狀為水澆地（012），從遙感圖像上發現大部分已經變為工業用地（061），但是到實地調查時，發現在影像圖上還是水澆地（012）的部分同樣變為工業用地（061）。因此，利用遙感影像判讀的圖斑必須要到實地進行核實，以確定其變化的面積和屬性。

4.5利用影像光譜特征預判地類：

建立影像判讀標志，為不同地類的判讀提供支持。SPOT5全色波段數據與多光譜數據融合形成的彩色DOM，其地物的影像特征更加明晰，有利于識別和提取土地類型。呼和浩特市賽罕區主要地類的影像判讀標志以SPOT5影像光譜特征為判讀依據。詳情如下：

（1）耕地

耕地大多呈長方形或梯形等規則形圖案，在影像上其色調隨著農作物的覆蓋度、土壤濕度的不同而變化。干燥而沒有作物的耕地為淺綠色發白色，土壤濕度愈大或作物覆蓋程度愈高，色調愈暗。水澆地田塊一般呈整齊的長方形，田壟筆直，常有小畦塊。洪灌區通常有各級渠道互相連接，井灌渠在田塊邊常有白色井房。水澆地有作物或灌水后，其影像呈深綠色，干而元作物時影像發白。旱地田塊一般比較大，無灌溉設施，形狀各異，色調呈綠色發白。溝谷中的耕地呈狹長形，山坡上的坡耕地呈扇狀或階梯狀。菜地呈柵欄狀小格形，色調較暗，多分布于農村居民點附近，大面積的菜地有水渠和獨立房等附屬物。

（2）園地

園地在影像上表現為深綠色，呈長方形等規則圖形，一般面積較小，果園則有綠色顆粒。判讀時應借助于原有的土地利用現狀變更圖及其它資料。

（3）林地

有林地一般呈深綠色顆粒狀且密集成片，在稀疏處露出灰白色空地，呈無規則狀分布。疏林地樹冠在影像上呈顆粒狀，分布比較稀少，林中空地明顯可見。灌木林和未成林造林地在影像上難以分辨，需進行實地調查。

（4）草地

草地在影像上呈綠色，天然草地一般邊緣不整齊，呈不規則形狀，顏色隨草的覆蓋度和土壤含水量不同而不同，一般植被覆蓋度和土壤含水量高，色深；反之則色淺。人工草地影像呈均勻深綠色，紋理光滑平坦，邊緣比較整齊，有人工作用的痕跡。

（5）居民點

居民點在影像上形狀比較規則，內有規則道路，建筑物頂部一般發白色，四周發綠。其中城鎮居民點房屋排列比較整齊、規則，有明顯的街區，農村居民點分布零散，規模小。

（6）道路

道路在影像上呈線條狀，色調隨路面的顏色、濕度、光滑程度而變，由淺到深。鐵路呈灰白色，轉彎處曲率半徑大，呈圓滑弧形。瀝青路面呈深灰或灰黑色。水泥、砂石路面呈灰白或白色，兩邊常有護路林帶，山區公路常呈迂回曲折形狀。土路呈現極細的灰白色線條。

（7）水域

河流在影像上表現為不同寬度的彎曲帶狀，色調深藍色，兩側多有灘涂、耕地、林地，其水面呈均勻的灰黑色或黑色。

判讀參考對照表如下：

5.應用效果分析

（1）呼和浩特市賽罕區地類豐富、圖斑形狀較規則，面積較大，利于人工解譯。對邊界和屬性都確定的部分，遙感圖像上直接對其進行勾繪；邊界確定，屬性不確定的部分，到實地進行調查；屬性確定，邊界不確定和邊界和屬性都不確定的部分，則到實地進行測量和調查。

（2）對農業結構調整部分，SPOT5目前還沒有很好的辦法來解決，可以利用全球定位系統（GPS）到現場進行測量。

（3）對于城鄉結合部分變化特別快的地區，遙感影像圖的現勢性可能稍差，特別是在影像圖上判斷為剛剛開始建設或即將要建設的地區，一定要到現場進行核實。

（4）土地調查中，可以采用遙感（RS）與全球定位系統（GPS）相結合的方法，先利用RS發現并勾繪圖斑，再利用GPS測量在遙感圖像上不能準確判讀的圖斑。

（5）應用MAPGIS軟件影像解譯制作的巧報鎮土地利用現狀圖及各鄉鎮土地利用更新調查面積統計表；如下圖（7）

6.應用總結

過去的土地調查主要采用人工調查的方法，投入大、周期長、而且精度較低。SPOT5的分辨率較高，用它作為數據源，通過人工解譯的方法進行土地調查，室內判讀基本上可以判讀所有圖斑，實地檢核與GPS測量作為補充，整個調查的周期較短，成果可靠、成本相對較低，判讀的圖斑可以直接人數據庫。因此用SPOT5進行土地調查是一種使用快捷并且值得推廣的方法。