基于地理國情普查成果的環境監測實踐

劉燕娟

摘要：生態環境的現狀已更加得到人們的重視，相關的保護工作已漸漸處于戰略性地位。此文將對生態環境監測研究成果進行簡要的闡述，再結合《全國生態環境監測與評價技術方案》的技術標準，以地理國情普查以及監測成果為基礎，通過結合專業數據、專業的作業流程——影像處理、數據融合與消除、變化信息檢測和數據更新、野外核查、生態環境狀況指標計算等，開展區域性生態環境監測與評價，促進測繪地理信息成果的科學應用。

關鍵詞：生態環境;監測;地理國情;變化信息檢測

Practice of Environmental Monitoring Based on the Results of Geographical Conditions Census

LIU Yanjuan

（Guangxi Basic Geographic Information Center， Nanning， Guangxi Zhuang Autonomous Region， 530023 China）

Abstract： The current situation of ecological environment has been paid more and more attention， and the related protection work has gradually been in a strategic position. This paper will briefly describe the research results of ecological environment monitoring， and then combined with the technical standards of "national ecological environment monitoring and evaluation technology program"， based on the geographical conditions census and monitoring results， through the combination of professional data， professional operation process image processing， data fusion and elimination， change information detection and data update， field verification， ecological environment monitoring In order to promote the scientific application of the results of Surveying and mapping geographic information.

Key Words： Ecological environment; Monitoring; Geographical conditions; Change information detection

十八大報告中首次提出了“經濟建設、政治建設、文化建設、社會建設、生態文明建設”五位一體建設的建設方向，其中生態文明建設，更是讓我們人與自然、人與生態的關系朝著更加和諧的方向發展。生態文明建設的第一步就是對生態環境進行評估，然而在相應的生態環境評價中，其所采用的土地利用數據仍然不夠精細，最終會影響到評估的準確性^[1]。基于此，本文先回顧近年來學術界對生態環境監測的相關研究成果，繼而探索基于地理國情普查成果的廣西生態環境監測與評價，通過結合專業數據、專業的作業流程，運用影像處理、數據融合與消除、變化信息檢測和數據更新、野外核查、生態環境狀況指標計算等功能，提高評價工作的科學性、規范性和高效性^[2]。

“廣西生態環境監測與評價”項目主要來源于自治區環境監測中心站，是自治區生態環境監測與評價工作的重要組成部分，主要是基于最新的高分辨率衛星遙感影像數據，開展自治區生態環境質量現狀和動態變化監測，并對其動態變化趨勢進行分析評價，以持續推進自治區生態文明建設。

1 項目的主要目標與任務

本項目的主要目標是利用2016年廣西衛星遙感數據解譯結果，計算獲取2016年廣西土地利用/覆蓋分布和2015年至2016年廣西土地利用/覆蓋分布的動態變化;根據《生態環境狀況評價技術規范》（HJ/T192-2006）規定的生態環境狀況評價的指標體系、計算方法和分組標準、土地利用/覆蓋提取結果對廣西生態環境質量進行評價，確定2015～2016年間廣西生態環境質量變化幅度和趨勢，從空間上分析廣西生態環境質量發展情況，為制定生態保護和發展的對策提供科學依據^[3]。

本項目工作任務主要有：第一，2015年全區土地利用現狀數據矢量坐標轉換、信息抽取、圖斑處理、代碼分類等;第二，2016年高分影像正射校正、融合、鑲嵌、勻光勻色、分縣裁切等;第三，全區重點功能區縣變化信息提取、數據更新;第四，全區生態環境狀況指標結構特點的分析;第五，全區生態環境狀況的評價，形成最終的數據成果^[4]。

此項目的監測范圍為廣西壯族自治區行政區域所轄范圍的110個縣（區）。

2 采用的數據及技術方法

2.1 數據資料分析

（1）全區2015年土地利用數據

由自治區環境監測中心站提供的2015年土地利用數據包含廣西全區110個縣（區）的數據，坐標系為1980西安直角坐標，3度帶，數據格式為MDB，需經過坐標轉換、代碼轉換，制作出2015年生態環境遙感土地利用底圖。

（2）全區2016年最新衛星影像

2016年最新的高分1號、高分2號衛星影像，覆蓋全廣西重點生態功能區縣，坐標系為WGS84，高分1號影像分辨率全色波段2米、多光譜8米，高分2號影像分辨率全色波段1米、多光譜4米，可用于識別變化圖斑。

（3）全區2015年國情普查數據

2015年國情普查數據中的LCA（地表覆蓋）層，其坐標系為2000國家大地坐標系，3度帶，數據格式為GDB，可用于提取耕地類、草地類等三級類作為參考數據。

2.2 研究技術標準及技術流程

項目嚴格依照《全國生態環境監測與評價技術方案》的標準要求進行實施。主要技術流程如圖1所示。

2.2.1 坐標系及投影參數

廣西生態環境監測與評價中所有影像數據、土地利用/覆被數據的坐標系和投影類型及參數如下^[5]：坐標系：WGS84。投影方式：Albers Conical Equa投影，中央經線為東經110°，雙標準緯線為北緯 25°和北緯47°，起始緯度12°，中央經線偏差和起始點偏差都為 0 。

2.2.2 影像處理

影像處理包含幾何精校正、融合、鑲嵌、勻光勻色、分縣裁切等內容。

（1）幾何精糾正

幾何精糾正使用ERDAS精糾正模塊，糾正模型為3次多項式，重采樣方法選用 Bilinear采樣，使用影像到矢量的精糾正方法，控制點選在道路交叉處、田角、橋梁兩端等具有明顯目標位置的點位，控制點均勻，布滿整景影像，對誤差進行計算，誤差范圍在2米以內，誤差過大的刪除。倘若糾正后的整景影像大部分地區偏差過大的，加入DEM進行正射糾正^[6]。

（2） 影像融合

高分影像包含多波段和全色波段，對影像進行融合。

（3）鑲嵌和分縣裁剪

分景影像得到后，進行分縣影像鑲嵌和裁剪，挑選覆蓋各縣域的影像，利用縣域境界對影像進行裁剪，在ERDAS鑲嵌模塊下進行影像拼接。拼接方式使用基于權重的方法，利用多邊形工具對拼接線手動修改，拼接線兩側盡可能多選用相同紋理的地物（道路、水域、林地等等），設置勻光、勻色和直方圖匹配參數，完成鑲嵌。

2.2.3 信息提取

信息抽取主要利用專題數據將代碼分類中不能細分的類別進行二級、三級分類，完成2015年生態遙感監測數據底圖的制作。

（1）耕地提取

在耕地中，水田細分為山區、平原、丘陵和坡地水田，旱地細分為山區、平原、丘陵和坡地旱地。在土地利用類型中并無以上幾種類型，考慮到其與地形地貌有關，使用空間分析方法對其進行分類。

（2）草地提取

根據2015年全區地理國情普查數據分析和實地外業調繪情況，全區并無低覆蓋草和高覆蓋草類別，土地利用中的草類直接轉化為生態遙感監測高覆蓋草類別。

（3）建成區和非建成區建設用地提取

利用2016年廣西全區建成區范圍（市縣范圍）進行空間選擇：將建成區范圍內的建制鎮轉化為城鎮用地，非建成區的建制鎮轉化為農村居民點。建成區范圍內的風景名勝用地及特殊用地轉化為城鎮用地，非建成區的風景名勝用地及特殊用地轉化為公共建設用地。

2.2.4 數據融合與消除

（1）矢量數據融合

使用ArcGIS融合工具，融合鄰斑同碼圖斑，融合時不創建多部件要素。

（2）矢量數據消除

使用ArcGIS消除工具，對兩大類數據分別進行零碎圖斑消除：一類：耕地、林地、草地、未利用地;二類：水域、農村居民點和工礦用地。其中，一類數據圖斑面積、二類數據中水庫坑塘圖斑面積、城鎮用地、農村居民點圖斑面積按指標要求進行消除;公交建設用地、河渠不做消除操作。

2.2.5變化信息檢測和數據更新

（1）矢量數據命名方式和數據結構

各縣（區）文件夾包含2015年數據、2016年數據、動態圖層數據，文件夾以縣（區）名稱命名，文件夾下各數據命名方式：2015年數據：ld2015.shp，2016年數據ld2016.shp，動態圖層數據dt+縣代碼.shp （如：dt450124.shp）。

（2） 變化信息檢測

變化信息檢測基于2015年生態遙感監測數據和2016年影像數據進行，使用的總體原則是從城鎮到鄉鎮，從道路到耕地，從耕地到林地，主要圍繞人類活動頻繁向自然地貌或耕地擴張的區域。使用人工識別方法，建立解譯對照表，在ArcGIS中創建活動數據層（update層），用于勾繪、編輯變化區域。

（3） 數據更新

2016年數據制作，使用ArcGIS更新工具，將活動數據層更新到2016年數據。動態圖層數據制作，使用ArcGIS相交工具，將活動圖層數據與2015年數據相交，生成動態圖層數據，刪除多余字段。

2.2.6野外核查

野外核查的目標主要有三個：（1）根據廣西自然分類、人類活動的特征以及本次信息提取過程中遇到的問題，選擇有代表性的路線來修正判讀過程中出現的誤判，檢驗本次遙感判讀的正確率，并對判讀數據進行內業修正;（2）通過選擇有代表性的地物類型，建立遙感影像野外標志數據庫;（3）結合生態調查典型案例分析，收集能反映區域生態功能、生態問題的野外相片、錄相資料，為生態環境深度分析提供素材。

2.2.7 生態環境狀況指標結構特點分析

（1）生物豐度指數

生物豐度指數指通過單位面積上不同生態系統類型在生物物種數量上的差異，間接地反映被評價區域內生物豐度的豐貧程度。指數值大，表明被評價區域內的物種種群及數量較為豐富。

（2）植被覆蓋指數

植被覆蓋指數指被評價區域內林地、草地、農田、建設用地和未利用地五種類型的面積被評價區域面積的百分比，用于反映被評價區域植被覆蓋的程度。

（3）水網密度指數

水網密度指數指被評價區域內河流總長度、水域面積和水資源量占被評價區域面積的百分比，用于反映被評價區域水的豐富程度。指數值越大，表明被評價區域內的水越豐富。

（4）土地退化指數

土地退化指數是指被評價區域內風蝕、水蝕、重力侵蝕、凍融侵蝕和工程侵蝕的面積占被評價區域面積的百分比，用于反映被評價區域內土地退化程度。指數值越小，表明被評價區域內的土壤遭受的侵蝕越嚴重。

（5）環境質量指數

環境質量指數指被評價區域內受納污染物負荷，用于反映評價區域所承受的環境污染壓力。指數值越大，所承受的環境污染壓力相對較小。

（6） 生態環境質量指數

生態環境狀況指數（EI）是由生物豐度指數、植被覆蓋度指數、水網密度指數、土地退化指數、環境質量指數等通過加權求和而到的一個數值，其數值的大小可反映被評價區域生態環境質量的好壞程度。

根據生態環境狀況指數，將生態環境分為五級，即優、良、一般、較差、差。變化度分級分四級，即無明顯變化、略有變化、明顯變化、顯著變化。

3 結語

本文詳細地介紹了基于地理國情普查成果的生態環境監測與評價的影像處理、數據融合與消除、變化信息檢測和數據更新、野外核查、生態環境狀況指標計算等流程，此工作流程已在廣西范圍內開展的生態環境評價與監測中得到實踐，并取得顯著的成效，也以此為我國其他地區基于地理國情監測成果開展生態環境監測與評價工作提供些許借鑒。

參考文獻：

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[2]靳春香，衣強，張巖，郭偉紅，郭華，姚貴奇.地理國情普查數據在河南省區域水土流失動態監測中的應用研究[J].中國水土保持，2019（12）：26-28+32.

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[5]李攀，楊小琴，杜鑫.西藏地理國情普查在線服務系統設計與實現[J].地理空間信息，2019，17（04）：6-10+9.

[6]胡傳文，駱光飛，楊文敬，倪錫春.結合地理國情普查和監測數據的交通網絡發展空間格局監測研究[J].測繪通報，2019（02）：131-136.