利用Google影像輔助林地年度變更遙感判讀的方法

趙雪磊

（遼寧省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，遼寧 沈陽(yáng)110122）

遼寧省林地年度變更是在全省林地 “一張圖”基礎(chǔ)上，綜合最新森林資源清查數(shù)據(jù)（一類清查）、全省森林資源檔案數(shù)據(jù)、土地利用總體規(guī)劃、第二次全國(guó)土地調(diào)查成果、收集林地經(jīng)營(yíng)管理等原因?qū)е铝值刈兓馁Y源，通過(guò)遙感判讀區(qū)劃，現(xiàn)地調(diào)查核實(shí)等技術(shù)手段，掌握林地變化的空間分布于管理屬性變化信息，更新林地“一張圖”數(shù)據(jù)庫(kù)，產(chǎn)出林地變更調(diào)查成果。遼寧省于2016年初全面開(kāi)展全省縣級(jí)林地年度變更工作，本文將詳細(xì)介紹遼寧省林地年度變更影像數(shù)據(jù)的現(xiàn)狀及如何利用Google影像輔助林地年度變更遙感判讀。

1 遼寧省林地年度變更影像數(shù)據(jù)現(xiàn)狀

林地年度變更工作是遙感判讀區(qū)劃為主，現(xiàn)地核實(shí)調(diào)查為輔。因此遙感影像的數(shù)據(jù)質(zhì)量直接影像整個(gè)林地年度變更工作的精度和質(zhì)量。遼寧省使用的前期影像數(shù)據(jù)為2007年7月至2008年7月間的航拍影像數(shù)據(jù)，影像分辨率0.5米，真彩色，數(shù)據(jù)質(zhì)量較高，坐標(biāo)系統(tǒng)為XIAN1980。本期影像數(shù)據(jù)為國(guó)家林業(yè)局統(tǒng)一下發(fā)的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，以高分一號(hào)、高分二號(hào)衛(wèi)星影像為主，還有少量的資源三號(hào)衛(wèi)星影像，影像分辨率1米到2米，假彩色，數(shù)據(jù)質(zhì)量一般，坐標(biāo)系統(tǒng)為XIAN1980。

2 Google影像數(shù)據(jù)

Google影像數(shù)據(jù)是衛(wèi)星影像與航拍的數(shù)據(jù)整合，其衛(wèi)星影像部分來(lái)自于美國(guó)DigitalGlobe公司的QuickBird商業(yè)衛(wèi)星與美國(guó)EarthSat公司的陸地衛(wèi)星 （Landsat-7衛(wèi)星居多），航拍部分來(lái)源有BlueSky公司，Sanborn公司等。遼寧省境內(nèi)的Google影像數(shù)據(jù)皆為衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，大部分地區(qū)的影像分辨率可達(dá)到0.5米左右，影像質(zhì)量較高。Google影像的坐標(biāo)系統(tǒng)為WGS84。

3 利用Google影像輔助遙感判讀

Google影像數(shù)據(jù)可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)下載獲取，但其坐標(biāo)系統(tǒng)為WGS84,并不能直接使用，還需要經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理才能使用。

3.1 影像下載及影像處理

Google影像數(shù)據(jù)可使用第三方軟件進(jìn)行下載。本文利用LocalSpace Viewer下載，通過(guò)選擇要素或者繪制圖形來(lái)確定下載范圍，在下載時(shí)可疊加天地圖中文注記，方便下一步的影像判讀。影像下載界面如圖1，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，選擇下載級(jí)數(shù)18級(jí)（分辨率0.6米）既可滿足影像判讀需要，又能保持文件數(shù)據(jù)大小在可控范圍內(nèi)。下載的影像數(shù)據(jù)格式為.TIF，坐標(biāo)系統(tǒng)為WGS84。

3.2 影像數(shù)據(jù)處理

由于下載的Google影像數(shù)據(jù)坐標(biāo)系統(tǒng)為WGS84，而本次林地年度變更使用的坐標(biāo)系統(tǒng)為XIAN80,所以需對(duì)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。本文使用ArcGIS9.3進(jìn)行影像數(shù)據(jù)處理，處理流程為，先清除數(shù)據(jù)本身的投影信息，再結(jié)合前期航拍影像數(shù)據(jù)進(jìn)行影像配準(zhǔn)。

圖1 影像下載界面

3.2.1 清除投影信息

使用ARCToolbox中的定義投影 （Define Projection）工具進(jìn)行投影信息清除。定義投影工具可為指定的要素集或要素類定義坐標(biāo)系統(tǒng)信息，包括投影參數(shù)、大地基準(zhǔn)、橢球體等相關(guān)參數(shù)[1]。

具體方法為，打開(kāi)Define Projection工具，將影像數(shù)據(jù)拖入到輸入欄，在Coordinate System參數(shù)的選擇坐標(biāo)系統(tǒng)窗口點(diǎn)擊Clear按鈕，工具執(zhí)行完成后即可清除投影信息。

3.2.2 影像數(shù)據(jù)配準(zhǔn)

（1）加載工具條。打開(kāi)ArcMap,在菜單欄或工具欄中的空白處單擊右鍵，在打開(kāi)的工具列表中選中Georeferencing。

（2）加載影像數(shù)據(jù)。加載下載的Google影像數(shù)據(jù)和前期航拍影像數(shù)據(jù)，并在Georeferencing工具條的Layer選項(xiàng)中選擇Google影像數(shù)據(jù)為配準(zhǔn)的目標(biāo)圖層。

（3）添加控制點(diǎn)。對(duì)比兩期影像找到同名地物點(diǎn)，使用Georeferencing工具條上的add control point工具添加控制點(diǎn)，且控制點(diǎn)應(yīng)均勻分布在有效圖面上（關(guān)于影像配準(zhǔn)控制點(diǎn)如何選擇本文不作講解）。如控制點(diǎn)添加錯(cuò)誤，可點(diǎn)擊Georeferencing工具條上的View Link Table工具，選中錯(cuò)誤的控制點(diǎn)再點(diǎn)擊刪除按鈕進(jìn)行刪除。這里需要注意的是，由于控制點(diǎn)是一對(duì)坐標(biāo)點(diǎn)，在添加控制點(diǎn)時(shí)，點(diǎn)擊的順序一定不能弄錯(cuò)，第一個(gè)點(diǎn)必須是需要配準(zhǔn)的點(diǎn)位置，第二個(gè)點(diǎn)為參考配準(zhǔn)的點(diǎn)位置，對(duì)本文來(lái)說(shuō)即第一個(gè)點(diǎn)應(yīng)在Google影像上，第二個(gè)點(diǎn)應(yīng)在前期航拍影像上。

（4）配準(zhǔn)方法選擇。Arcgis提供了1st Order Polynomial，2st Order Polynomial，3st Order Polynomial，Adjust，Spline共五種配準(zhǔn)方法，本文選用了 2st Order Polynomial方法 （二次多項(xiàng)式）。2st Order Polynomial是常用的精度較高的配準(zhǔn)方法，多項(xiàng)式糾正是把原始圖像變形看成是某種曲面，輸出圖像為規(guī)則平面。從理論上講，任何曲面都能以適當(dāng)?shù)亩啻味囗?xiàng)式來(lái)擬合，一般用二次多項(xiàng)式就可以對(duì)變形較嚴(yán)重的圖像進(jìn)行糾正，并得到較高的精度。理論上需要6對(duì)控制點(diǎn)就可以實(shí)現(xiàn)配準(zhǔn)，但為了得到比較高的精度，一般要求二次多項(xiàng)式糾正的控制點(diǎn)至少為7對(duì)，適當(dāng)增加控制點(diǎn)的個(gè)數(shù)，可以明顯提高影像配準(zhǔn)的精度。本文添加了10個(gè)控制點(diǎn)，如圖2。

（5）配準(zhǔn)結(jié)果輸出。配準(zhǔn)結(jié)果有兩種輸出方法，一是先在Georeferencing工具條的菜單下點(diǎn)擊Update Georeferencing更新后，再點(diǎn)擊Rectify將配準(zhǔn)后的影像另存（見(jiàn)圖3）。二是直接在ArcMap的圖層

圖2 10個(gè)控制點(diǎn)

列表窗口中選中配準(zhǔn)的圖層，右鍵選擇Data-ExportData將配準(zhǔn)后的影像導(dǎo)出（見(jiàn)圖4）。

4 Google影像輔助判讀

圖3 影像另存

圖4 影像導(dǎo)出

圖5

圖6

影像處理后，將前期遙感數(shù)據(jù)，本期遙感數(shù)據(jù)，Google影像數(shù)據(jù)一起加載到林地變更軟件中，進(jìn)行遙感判讀。在本期影像模糊不清，無(wú)法判定的情況下，可結(jié)合Google影像輔助判讀，如圖5（左邊為本期遙感影像，右邊為Google影像），結(jié)合Google影像可準(zhǔn)確判讀出圖中區(qū)域大部分為高爾夫球場(chǎng)，白色點(diǎn)狀部分為球場(chǎng)沙坑，紅色無(wú)紋理的部分為球場(chǎng)草坪。并且，結(jié)合Google影像也能更準(zhǔn)確的區(qū)劃小班邊界。

相對(duì)于本期遙感影像，Google影像的時(shí)相更新，如圖6（左邊為本期遙感影像，右邊為Google影像），林地被破壞的面積更大，結(jié)合Google影像輔助判讀，能更準(zhǔn)確的反應(yīng)林地的現(xiàn)狀。

5 結(jié)語(yǔ)

使用Google影像輔助林地年度變更遙感判讀，能更準(zhǔn)確的判讀林地地類，更精確的區(qū)劃林地邊界，也能更及時(shí)的反應(yīng)林地現(xiàn)狀，較少外業(yè)核實(shí)調(diào)查的工作量，有利于提高林地年度變更工作的數(shù)據(jù)精度和工作效率。通過(guò)該方法也能在林業(yè)其他工作中應(yīng)用Google影像數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

［1］ArcGIS 學(xué)習(xí)指南-ArcToolbox[M].北京:科學(xué)出版社,2010.