基于地理國(guó)情普查與土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)融合分析研究
——以黃河三角洲地區(qū)數(shù)據(jù)為例

李國(guó)華，關(guān)梅，江娜，祝明然

(1.山東省國(guó)土測(cè)繪院,山東 濟(jì)南 250013；2.山東省第一次全國(guó)地理國(guó)情普查領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室，山東 濟(jì)南 250013;3.山東省第三次土地調(diào)查領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室，山東 濟(jì)南 250013;4.山東省自然資源廳，山東 濟(jì)南 250014)

0 引言

黃河三角洲區(qū)位條件優(yōu)越。該區(qū)域位于京津冀都市圈與山東半島的結(jié)合部，和遼寧沿海經(jīng)濟(jì)帶隔海相望，處于長(zhǎng)三角和珠三角產(chǎn)業(yè)向北梯次轉(zhuǎn)移的中間地帶。具有吸引各方投資、加快開放開發(fā)的戰(zhàn)略區(qū)位優(yōu)勢(shì)。

土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)和地理國(guó)情普查數(shù)據(jù)在成果運(yùn)用上有著明顯的區(qū)別，土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)側(cè)重于管理屬性，是為了滿足土地管理，突出體現(xiàn)土地利用狀況[1]。兩類數(shù)據(jù)具有一定的獨(dú)立性，也具有很強(qiáng)的互補(bǔ)性，分析研究?jī)深悢?shù)據(jù)，可以從多個(gè)維度客觀校核土地利用現(xiàn)狀的真實(shí)狀況。地表覆蓋數(shù)據(jù)是“所見即所得”，根據(jù)遙感影像中的紋理、光譜特征，依據(jù)分類標(biāo)準(zhǔn)如實(shí)采集數(shù)據(jù)[2]。通過(guò)地表覆蓋數(shù)據(jù)和土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)的空間疊加，可以查清土地利用圖斑的地表覆蓋情況，準(zhǔn)確定位耕地撂荒，臨時(shí)種植等地類，掌握批而未用、未批先用等多種情況，為土地用途的管制、耕地占補(bǔ)平衡、基本農(nóng)田保護(hù)、農(nóng)業(yè)設(shè)施發(fā)展規(guī)模評(píng)估，農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整等，提供決策支持和數(shù)據(jù)支撐，對(duì)落實(shí)最嚴(yán)格的耕地保護(hù)制度，實(shí)現(xiàn)國(guó)土資源節(jié)約集約利用，具有重要的應(yīng)用意義[3]。開展地理國(guó)情普查數(shù)據(jù)和土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)對(duì)比分析對(duì)于自然資源管理，特別是探索正在開展的第三次國(guó)土調(diào)查及地理國(guó)情監(jiān)測(cè)工作融合銜接具有借鑒意義。

1 技術(shù)方法

地理國(guó)情普查成果數(shù)據(jù)與土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)在內(nèi)容分類上不是一個(gè)體系，差異較大。對(duì)比分析中，主要采用以土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)為參考，將地理國(guó)情普查數(shù)據(jù)分類體系對(duì)應(yīng)到土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)體系中[4]。一種方法采用全覆蓋對(duì)應(yīng)。土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)中的“DLTB”層采用場(chǎng)模型，將整個(gè)區(qū)域無(wú)縫覆蓋[4]；地理國(guó)情普查數(shù)據(jù)中的地表覆蓋分類數(shù)據(jù)“LCA”層也是實(shí)現(xiàn)地表無(wú)縫覆蓋[5-7]。對(duì)于無(wú)法一一對(duì)應(yīng)的類別，根據(jù)“主要對(duì)應(yīng)”的原則，進(jìn)行地類對(duì)比。對(duì)于不同土地利用現(xiàn)狀類別數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)到國(guó)情普查中相同的類別時(shí)，類別面積不重復(fù)計(jì)算、不漏算。以全覆蓋做全局對(duì)比，結(jié)合土地利用現(xiàn)狀的其他數(shù)據(jù)、地理國(guó)情要素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)類比對(duì)、專題比對(duì)。第二種方法采用以指標(biāo)體系中分類含義為基礎(chǔ)，兼顧實(shí)際情況。將兩個(gè)分類體系建立對(duì)照關(guān)系時(shí)，以各類別的定義為依據(jù)，不同的大類，包含同樣的子類；相同的子類，分到不同的大類中。第三種方法是根據(jù)子類逐級(jí)合并。由于兩個(gè)分類體系的大類含義不一致，以大類直接進(jìn)行對(duì)比與實(shí)際差別較大，就采用以土地利用現(xiàn)狀分類大類為基礎(chǔ)，對(duì)普查數(shù)據(jù)二、三級(jí)類重新歸類，形成與土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)意義上綜合的“大類”。

在進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比時(shí)，遵循以內(nèi)容含義一致的原則。在對(duì)比過(guò)程中，根據(jù)兩個(gè)分類體系對(duì)應(yīng)地物的定義制作對(duì)照關(guān)系表。對(duì)比過(guò)程中，地理區(qū)界范圍嚴(yán)格保持一致。在統(tǒng)計(jì)各類地物面積時(shí)采用相同的方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，避免由于統(tǒng)計(jì)方法不同引起的誤差[8]。

1.1 資料收集與分析

1.1.1 土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)

土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)是在土地調(diào)查成果的基礎(chǔ)上，采用相應(yīng)的技術(shù)方法對(duì)土地登記和土地統(tǒng)計(jì)的內(nèi)容進(jìn)行整理，包括年度變更登記和年度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。主要包括圖斑的地類、位置、面積、分布等狀況，用于匯總查清各類土地的結(jié)構(gòu)、分布和利用現(xiàn)狀等。土地調(diào)查依據(jù)土地利用現(xiàn)狀分類標(biāo)準(zhǔn)，按照土地用途、經(jīng)營(yíng)特點(diǎn)、利用方式和覆蓋特征等指標(biāo)進(jìn)行分類，一級(jí)類主要按土地用途劃分，二級(jí)類按經(jīng)營(yíng)特點(diǎn)、利用方式和覆蓋特征進(jìn)行續(xù)分，是一種復(fù)雜的綜合分類。土地調(diào)查數(shù)據(jù)側(cè)重于土地的社會(huì)屬性[9]。

該文采用2013年全國(guó)土地變更調(diào)查與遙感監(jiān)測(cè)工作形成的土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，分類體系是采用的《土地利用現(xiàn)狀分類》GB/T 21010-2007。該數(shù)據(jù)包括位置、范圍、地類等信息。數(shù)據(jù)采用西安80坐標(biāo)系，數(shù)據(jù)成果的現(xiàn)勢(shì)性為2013年12月。

1.1.2 地理國(guó)情普查數(shù)據(jù)

地理國(guó)情普查內(nèi)容與指標(biāo)是以基礎(chǔ)地理信息現(xiàn)有分類體系為基礎(chǔ)，參考相關(guān)專業(yè)部門開展的普查(調(diào)查、監(jiān)測(cè))內(nèi)容分類，結(jié)合地理國(guó)情的分析和應(yīng)用需求，在內(nèi)容與指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上進(jìn)行了適當(dāng)?shù)臄U(kuò)充和細(xì)化。地理國(guó)情普查的分類對(duì)象主要包括地表形態(tài)、地表覆蓋和重要地理國(guó)情要素三個(gè)方面。其中地表覆蓋分類信息反映地表自然營(yíng)造物和人工建造物的自然屬性狀況[10]。其中地表覆蓋分類數(shù)據(jù)主要采集指標(biāo)為400 m2，城市地區(qū)采用細(xì)化指標(biāo)[9]。該文所述的地理國(guó)情普查數(shù)據(jù)采用分辨率為0.5 m的遙感影像，參考基礎(chǔ)測(cè)繪和部門專題數(shù)據(jù)，采集生成，精度優(yōu)于1∶10 000基礎(chǔ)測(cè)繪數(shù)據(jù)[11-12]。數(shù)據(jù)現(xiàn)勢(shì)性為2014—2015年。地理國(guó)情普查與土地變更調(diào)查數(shù)據(jù)對(duì)比見表1。

表1 地理國(guó)情普查與土地變更調(diào)查數(shù)據(jù)對(duì)比

1.2 數(shù)據(jù)對(duì)比

基于相同的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，把數(shù)據(jù)統(tǒng)一到CGCS2000坐標(biāo)系統(tǒng)下，疊加兩類數(shù)據(jù)，進(jìn)行空間信息分類，采用成分分析法、層次分析法、系統(tǒng)聚類分析、判別分析等，對(duì)線狀地物求長(zhǎng)度、曲率、方向[13-14]；對(duì)面狀地物求面積、周長(zhǎng)、形狀、曲率等進(jìn)行分析，求幾何體的質(zhì)心；空間實(shí)體間的距離等。必要時(shí)采用人機(jī)相互的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，研究分析兩類數(shù)據(jù)的異同。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

采用橢球面積和長(zhǎng)度，空間量算，比值分析，疊加分析和區(qū)域分析法[15]，統(tǒng)計(jì)指標(biāo)的分類主要是一級(jí)分類指標(biāo)的對(duì)比分析。

2 數(shù)據(jù)分析

對(duì)地表覆蓋分類一級(jí)類中的耕地、園地、林地、草地、交通運(yùn)輸用地、水域水利設(shè)施用地、其他土地、城鎮(zhèn)村及工礦用地等8大類與土地利用現(xiàn)狀相關(guān)分類進(jìn)行了對(duì)比。分別從LCA層的對(duì)應(yīng)面積、重合面積、重合占比、重合占覆蓋比和差值率等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，具體結(jié)果見表2和表3,分析結(jié)果見圖1、圖2。

表2 黃三角地表覆蓋分類與土地利用一級(jí)類統(tǒng)計(jì)符合情況(km2)

表3 黃三角區(qū)域土地變更與地表覆蓋各地類構(gòu)成比例

圖1 覆蓋分類據(jù)與土地利用分類數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)情況統(tǒng)計(jì)

圖2 覆蓋分類與土地利用分類數(shù)據(jù)空間重合比例統(tǒng)計(jì)

從圖1和圖2可見，耕地和城鎮(zhèn)村及工礦用地重合比例較高。兩類數(shù)據(jù)中，土地利用現(xiàn)狀中的耕地、園地、水域及水利設(shè)施用地、其他土地的面積均大于地表覆蓋分類數(shù)據(jù)；而林地和草地的面積明顯偏小，如圖3所示。兩類數(shù)據(jù)各地類構(gòu)成比例詳見表3。

圖3 地表覆蓋分類數(shù)據(jù)與土地變更調(diào)查各類面積差異情況

圖4 黃三角土地與地表覆蓋分類一級(jí)類構(gòu)成情況

從一級(jí)類構(gòu)成占比分析可以看出，地表覆蓋與土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)中，耕地、園地、林地混合情況較為嚴(yán)重，但三類的總量基本一致，土地利用現(xiàn)狀中三者占比為52.1%，地表覆蓋中三者為52.9%；草地、水域水利、其他土地等混分較為嚴(yán)重，但是三者的總量基本平衡，土地利用現(xiàn)狀中為30.9%，地表覆蓋中為29.2%，詳見圖4、圖5和圖6。重合度在沿海地區(qū)向內(nèi)陸地區(qū)逐漸增大，沿海地區(qū)不一致圖斑占比較大，反映出土地利用情況復(fù)雜，詳見圖7、圖8。

圖5 黃三角土地與地表一級(jí)類構(gòu)成情況

圖6 黃三角地表覆蓋一級(jí)類構(gòu)成情況

圖7 黃三角區(qū)域土地與覆蓋數(shù)據(jù)重合情況

圖8 黃三角區(qū)域土地與覆蓋數(shù)據(jù)不一致情況

3 結(jié)果分析

(1)土地利用現(xiàn)狀與地表覆蓋分類數(shù)據(jù)的整體重合率為62.1%，其中，耕地重合率最高，為77.8%；其次為城鎮(zhèn)村及工礦用地，為71.8%。其他土地重合率最低，僅為6.4%。園地、林地、草地以及其他土地對(duì)應(yīng)情況不同區(qū)縣差異較大。這幾類數(shù)據(jù)在土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)中面積較小，對(duì)于差異反映敏感，且這些類別中，DLTB與LCA數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系不明確，存在“多對(duì)多”情況。

(2)地表覆蓋分類數(shù)據(jù)中的林地、草地、交通運(yùn)輸用地以及城鎮(zhèn)村及工礦用地面積大于土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)；而耕地、園地、水域水利設(shè)施用地以及其他土地等的面積均為土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)大于地表覆蓋分類數(shù)據(jù)。其中，草地面積差異最大。

(3)從各一級(jí)類構(gòu)成占比來(lái)看，LCA層與DLTB層數(shù)據(jù)中，耕地、園地、林地混合情況較為嚴(yán)重，但三類的總量基本一致，土地中三者占比為52.1%，覆蓋中三者為52.9%；草地、水域水利、其他土地等混分較為嚴(yán)重，但是三者的總量基本平衡，DLTB層中為30.9%，LCA層中為29.2%。

(4)重合關(guān)系受時(shí)間因素影響不大。因?yàn)楦饕患?jí)類面積基數(shù)較大，變化數(shù)據(jù)相對(duì)來(lái)說(shuō)較小，差異僅在小數(shù)點(diǎn)后體現(xiàn)。

4 結(jié)論分析

4.1 定義體系的差異性

兩類數(shù)據(jù)對(duì)于同一地類的定義并不完全一致，如土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)中水域及水利設(shè)施用地比地表覆蓋中的水域范圍更大一些，包括水面以及水利設(shè)施用地等。土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)中的水面采集時(shí)強(qiáng)調(diào)的是常水位線，而地表覆蓋分類數(shù)據(jù)采集時(shí)更強(qiáng)調(diào)水體覆蓋。因此，水域水利設(shè)施中，灘涂、水工建設(shè)用地可能為耕地、草地等，灘涂可能為其他土地中的荒漠與裸露地表。交通設(shè)施用地中的道路定義也不一致，土地利用中的道路不僅包括路面范圍，還包括設(shè)計(jì)內(nèi)的路堤、路塹、道溝、停靠站、林木以及直接為其服務(wù)的附屬設(shè)施用地；而在國(guó)情普查中，路面僅包括了路面范圍；按照立體覆蓋原則，若路面被樹木遮擋，優(yōu)先采集為林地。鹽堿地、林地、草地、園地等大多地類定義并不完全一致。

4.2 地域特點(diǎn)與數(shù)據(jù)歸類原則不一致

地理國(guó)情普查更加側(cè)重自然屬性，而土地利用現(xiàn)狀則更側(cè)重土地的利用方式、土地用途、經(jīng)營(yíng)特點(diǎn)、管理特性等因素。這樣，由于季節(jié)、經(jīng)濟(jì)利益、暫時(shí)需要等原因，可能臨時(shí)改變土地用途，但并不改變土地地類；而在國(guó)情普查中，則根據(jù)其自然地表覆蓋情況歸類。特別是耕地中的旱地，如果臨時(shí)種植樹木，可能暫時(shí)仍采集為耕地，但是在地表覆蓋中采集為林地。這個(gè)在人工幼林、苗圃中有比較明顯的體現(xiàn)。

4.3 數(shù)據(jù)采集尺度、綜合原則不一致

對(duì)于地表覆蓋中夠指標(biāo)采集的狹長(zhǎng)條帶狀的草地、道路路面、碾壓踩踏地表等地物，在土地利用中通常就近歸并入相應(yīng)的土地利用類別中。土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)中對(duì)于城鎮(zhèn)區(qū)域采集范圍線，不采集居民區(qū)內(nèi)部的綠化林用地、草地等，直接歸入建設(shè)用地，在地理國(guó)情普查中都要細(xì)分，房屋建筑(區(qū))需采集房屋最小外輪廓。因此，城鎮(zhèn)工礦用地內(nèi)部的草地、林地、水域水利設(shè)施用地比例較高。值得注意的是，城鎮(zhèn)工礦內(nèi)部草地中占比高的并不是綠化草地，而是天然草地占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

4.4 兩類數(shù)據(jù)指標(biāo)體系差異，致使地類無(wú)法一一對(duì)應(yīng)

兩類數(shù)據(jù)非一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，存在一對(duì)多、多對(duì)一、多對(duì)多的各種各樣對(duì)應(yīng)關(guān)系，造成兩類數(shù)據(jù)對(duì)比關(guān)系存在差異。如土地利用中的其他土地由設(shè)施農(nóng)用地和鹽堿地構(gòu)成，而設(shè)施農(nóng)用地在地表覆蓋分類中與場(chǎng)院進(jìn)行了對(duì)應(yīng)，含義并不完全一致，部分區(qū)域?qū)?yīng)于房屋建筑區(qū)；鹽堿地對(duì)應(yīng)為天然草地，天然草地已與其他草地有對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此，土地利用現(xiàn)狀中的其他土地的范疇遠(yuǎn)大于地表覆蓋分類數(shù)據(jù)，導(dǎo)致兩類數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系較差，這也是造成覆蓋中草地占比較高的原因。