基于地理國情監測的地表覆蓋數據更新方法研究

李文輝 柳躍東 劉偉

摘 要：“十三五”期間及以后主要是在“十二五”的基礎上，形成定期常態地理國情信息監測機制，實施定期常態性監測，持續對全國范圍的自然、生態等地理環境要素進行空間化、定量化、常態化監測，因此地表覆蓋數據更新方法的研究對提高生產效率有極大的幫助。清華山維的EPS軟件通過數據比對賦值ChangeType值，實現數據生產的半自動化。

關鍵詞：地理國情監測；常態化；ChangeType值；數據生產半自動化

0 引言

2013年2月，國務院印發《關于開展第一次全國地理國情普查的通知》（國發〔2013〕9號），在全國開展建國以來首次地理國情普查。2015年8月，我省第一次全國地理國情普查數據采集全面完成，形成覆蓋全省陸域和33座有人居住海島的普查數據，為開展常態化地理國情監測奠定基礎。

按照國務院對地理國情監測工作總體部署和測繪地理信息事業轉型發展需要，從2016年起地理國情信息獲取進入常態化監測階段，構建功能完備的地理國情動態監測與綜合信息分析發布系統，形成常態化地理國情監測機制，提供地理國情信息業務化、常態化服務。

地理國情監測是社會經濟發展對地理信息工作提出的新要求。因自然和人為的因素，地球環境隨著時間的推移不斷改變，探究與監測地球環境變化一直是人類追求的目標[1-3]。地理國情監測已成為測繪工作的新使命、新戰略、新起點，是時代發展的必然要求[4]，以往地理國情監測地表覆蓋數據更新方法不足，導致工作效率不能大幅提高，本文通過對實驗區數據的研究尋求地表覆蓋數據的新的更新方法。

1 實驗區概況

微山縣位于山東省南部，地處山東、江蘇兩省三市九個縣市區結合部，是山東的“南大門”。地處東徑116°34′～117°24′，北緯34°27′～35°20′，南北長120千米，東西寬8～30千米，總面積1770.0平方千米。

微山縣屬暖溫帶季風型大陸性氣候。年均氣溫13.7攝氏度，極端最高氣溫40.5℃，最低氣溫-22.3℃。年均降水量79.7毫米。無霜期年均205天。

微山縣水域面積大，當地主要種植蓮藕，搞水產養殖也較多，水田和旱地輪種現象普遍。

2 實驗區數據

2.1 總體原則和技術路線

1）以山東省2016年基礎性地理國（省）情監測成果為基礎，利用航空航天影像的豐富信息，依據權威部門的行業專題資料，參照省級基礎地理信息數據，按照“承前啟后、承上啟下、全面覆蓋、規范一致、內業為主、外業為輔”的原則組織實施[8]。

以2017年6月30日作為時間點，以國家測繪地理信息局統一提供的2016年基礎性監測成果數據作為監測本底數據，參考山東省第一次全國地理國情普查成果和2016年山東省基礎性地理省情監測數據，基于遙感影像數據，結合多行業專題數據，識別變化區域，通過遙感影像解譯、變化信息采集、外業調查核查、數據編輯與整理等，采集變化信息，制作元數據、遙感影像解譯樣本數據，對2016年監測成果數據進行更新，完成監測數據入庫、統計分析，形成2017年基礎性地理省情監測的系列數據、報告和圖件成果。

2）技術路線

2.2 地表覆蓋數據采集

1）變化區域識別方法

利用預處理后的本底數據疊加監測新影像采用人工識別方法進行變化區域的識別，提取出變化信息的范圍和地表分類以及省情要素的變化。

2）變化區域的識別方式

（1）本底數據TAG值已有賦值為“1”“3”“5”“161”“163”“164”，通過修改原TAG值或新增字段的方法，以區別監測階段變化和新增地表分類，一可以方便外業調查核查，二可以方便過程和最終級檢查及后期變化區域的工作量統計。

（2）重點針對房屋建筑、庫塘、水渠、道路等人工地類變化以及顯著的植被、水域變化等，進行了補充采集。同時重點監測了上期監測成果中處于變化或覆蓋狀態不穩定的地物類別，建筑工地以及非人工建造類別變更為人工建造類別、建造強度發生顯著或根本變化的類別、大面積的植被覆蓋顯著變化等，如人工幼林、建筑工地、人工堆掘地、農作物套種（間種）、碾壓踩踏地表等[5-7]。

2.3 變化區域地表覆蓋采集

1）變化區域識別工序保證全面、正確，避免了實際發生變化而未識別出造成的遺漏，以及由于影像質量等因素導致的偽變化識別為真實變化。

2）重點關注了影像發生變化的內容，對于影像未發生變化，但普查階段成果數據采集中明顯不符合實際地物狀況的，也一并進行了更新。

3）城鎮及城鄉結合部一般變化較大且情況較為復雜，監測工作量和難度較大，變化區域識別與采集、外業調查核查、內業編輯與整理及兩級檢查時，劃定為了特別關注區域，并作為檢查重點，安排技術水平相對高的作業人員進行內業采集和外業調查，以此避免出現遺漏、錯誤等現象。

4）變化區域為新生型圖斑時，采集了所有達到相應地表覆蓋類型的最小圖斑指標和歸類要求的圖斑；伸縮型的變化圖斑，當地表覆蓋分類界線的采集誤差大于5米時，對原有圖斑進行了更新修改，并按要求對更新修改后的圖斑重新賦TAG 值：“171”“173”“174”。

5）針對跨越不同時相影像的變化要素，以主要影像數據源為準進行了采集，確保了該要素時相一致性。

6）對于實地與影像不一致的地表分類，原則上按影像進行地表覆蓋分類，但實際作業中經外業調查核查后的均進行了更新修改。

7）對耕地、園地、林地、草地、水面、裸露地表等覆蓋類型，由于生長周期、季節變換等引起的交替和重復性變化，對邊界線變化超過5米的進行了更新。

8）普查階段被樹木遮蓋的房屋建筑，監測階段影像清晰可見的全部進行了完整采集。

9）對于監測時發生變化的地表覆蓋分類圖斑均按地理省情監測要求的指標進行了采集。如建筑工地細分到三級類等。

2.4.地表覆蓋變化信息的記錄

在任務區監測生產過程中，地表覆蓋變化信息的記錄按如下原則進行：

1）對于伸縮型變化的圖斑，保持FEATID屬性值與本底數據中發生伸縮變化的圖斑一致，“變化類型（ChangeType）”賦值為1。

2）對于新生型變化的圖斑，其FEATID 屬性的值為空或默認值，“變化類型（ChangeType）”賦值為2。

3）對于監測過程中發現的前期數據明顯有誤的圖斑，“變化類型（ChangeType）”賦值為9。

4）對于消失的地表覆蓋圖斑未作記錄。

2.5 數據更新

針對采集流程和采集要求首先是對地表覆蓋數據進行圖形更新，再進行屬性更新。

1）圖形更新

利用預處理后的本底數據疊加監測新影像在ArcGIS軟件中利用編輯工具的整形和裁剪面工具對與影像不符的圖斑進行切割，周圍有同地類的就進行合并，沒有的夠指標的就產生新的地類。如圖2、圖3。

2）屬性更新

在圖形更新完成后ArcGIS軟件中可以對屬性進行修改，需要賦值的屬性項主要是TAG值和ChangeType值，對于內業判定的疑似變化區域，以及內業雖能識別出變化但不能識別具體變化類型的區域，內業進行了TAG為172的標注或者標出問

題圈，需要外業調查核查完成地類確定，經過外業核實后的TAG值改為173，剩下的內業直接判定的為171。而ChangeType的賦值是個大工程量，對試點區而言一共7萬個圖斑，變化圖斑占30%-40%，也就是變化圖斑個數為2.1萬-2.8萬，手動維護的話需要單人6個小時，但是采用清華山維的EPS軟件的數據比對，通過變化數據與本地數據的空間對比自動進行ChangeType賦值，只需用半個小時，并且錯誤個數為260個，錯誤率僅為0.01%，大大提高了工作效率。如圖4。

3 結論

采用上述更新方法不僅能提高工作效率，而且錯誤率還低，因此此種方法在后續25個任務區的地理國情監測中得到了廣泛的推廣和應用，使得該項目按期保質的完成了驗收工作。

實施基礎性地理國情監測是貫徹落實《測繪法》及國務院要求的重大舉措，地理省情監測是利國利民的大事，目前作業過程中需要人工干預的工作量還是很大，另外影像的清晰度和獲取時相對地表覆蓋數據的采集也有很大關系，今后可以通過軟件的自動化減少人工干預的程度來提高工作效率。

參考文獻

[1] 楊宇.測繪技術在地理國情監測中的應用[J].現代交際，2015，01（400）：107.

[2] 姚承寬.關于地理國情監測的若干問題探討[G].測繪發展研究動態，2011-04-21.

[3] 李德仁、睦海剛、單杰.論地理國情監測的技術支撐[J].武漢大學學報，2012，37（05）：505-512.

[4] 宋磊、劉向宇.地理省情監測內業實施流程與方法研究[J].科技創新導報，2015，04（10）：29-30.

[5] 程滔、陳會仙.地理國情監測中變化監測若干技術問題研究[J].地理空間信息，2017，15（01）：5-7.

[6] 徐紅.探討關于地理國情監測若干問題的思考[J].工程技術，2016（12），242.

[7] 李汶琪.關于地理國情監測若干問題的思考[J].建筑工程技術與設計，2017（1），115.

[8] 張春明.淺談地理國情監測[J].科技創業月刊，2015（9），28

作者簡介：

李文輝（1982-），女，山東煙臺人，工程師，主要從事航空攝影測量和遙感影像解譯工作。