基于地理國情普查成果的環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)踐

劉燕娟

摘要：生態(tài)環(huán)境的現(xiàn)狀已更加得到人們的重視，相關(guān)的保護(hù)工作已漸漸處于戰(zhàn)略性地位。此文將對(duì)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)研究成果進(jìn)行簡要的闡述，再結(jié)合《全國生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)技術(shù)方案》的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以地理國情普查以及監(jiān)測(cè)成果為基礎(chǔ)，通過結(jié)合專業(yè)數(shù)據(jù)、專業(yè)的作業(yè)流程——影像處理、數(shù)據(jù)融合與消除、變化信息檢測(cè)和數(shù)據(jù)更新、野外核查、生態(tài)環(huán)境狀況指標(biāo)計(jì)算等，開展區(qū)域性生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)，促進(jìn)測(cè)繪地理信息成果的科學(xué)應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：生態(tài)環(huán)境;監(jiān)測(cè);地理國情;變化信息檢測(cè)

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(bào)告中首次提出了“經(jīng)濟(jì)建設(shè)、政治建設(shè)、文化建設(shè)、社會(huì)建設(shè)、生態(tài)文明建設(shè)”五位一體建設(shè)的建設(shè)方向，其中生態(tài)文明建設(shè)，更是讓我們?nèi)伺c自然、人與生態(tài)的關(guān)系朝著更加和諧的方向發(fā)展。生態(tài)文明建設(shè)的第一步就是對(duì)生態(tài)環(huán)境進(jìn)行評(píng)估，然而在相應(yīng)的生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)中，其所采用的土地利用數(shù)據(jù)仍然不夠精細(xì)，最終會(huì)影響到評(píng)估的準(zhǔn)確性^[1]。基于此，本文先回顧近年來學(xué)術(shù)界對(duì)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)的相關(guān)研究成果，繼而探索基于地理國情普查成果的廣西生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)，通過結(jié)合專業(yè)數(shù)據(jù)、專業(yè)的作業(yè)流程，運(yùn)用影像處理、數(shù)據(jù)融合與消除、變化信息檢測(cè)和數(shù)據(jù)更新、野外核查、生態(tài)環(huán)境狀況指標(biāo)計(jì)算等功能，提高評(píng)價(jià)工作的科學(xué)性、規(guī)范性和高效性^[2]。

“廣西生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)”項(xiàng)目主要來源于自治區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，是自治區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)工作的重要組成部分，主要是基于最新的高分辨率衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)，開展自治區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀和動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)，并對(duì)其動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，以持續(xù)推進(jìn)自治區(qū)生態(tài)文明建設(shè)。

1 項(xiàng)目的主要目標(biāo)與任務(wù)

本項(xiàng)目的主要目標(biāo)是利用2016年廣西衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)解譯結(jié)果，計(jì)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(dòng)態(tài)變化;根據(jù)《生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》（HJ/T192-2006）規(guī)定的生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系、計(jì)算方法和分組標(biāo)準(zhǔn)、土地利用/覆蓋提取結(jié)果對(duì)廣西生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，確定2015～2016年間廣西生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化幅度和趨勢(shì)，從空間上分析廣西生態(tài)環(huán)境質(zhì)量發(fā)展情況，為制定生態(tài)保護(hù)和發(fā)展的對(duì)策提供科學(xué)依據(jù)^[3]。

本項(xiàng)目工作任務(wù)主要有：第一，2015年全區(qū)土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)矢量坐標(biāo)轉(zhuǎn)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(qū)重點(diǎn)功能區(qū)縣變化信息提取、數(shù)據(jù)更新;第四，全區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況指標(biāo)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的分析;第五，全區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況的評(píng)價(jià)，形成最終的數(shù)據(jù)成果^[4]。

此項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)范圍為廣西壯族自治區(qū)行政區(qū)域所轄范圍的110個(gè)縣（區(qū)）。

2 采用的數(shù)據(jù)及技術(shù)方法

2.1 數(shù)據(jù)資料分析

（1）全區(qū)2015年土地利用數(shù)據(jù)

由自治區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站提供的2015年土地利用數(shù)據(jù)包含廣西全區(qū)110個(gè)縣（區(qū)）的數(shù)據(jù)，坐標(biāo)系為1980西安直角坐標(biāo)，3度帶，數(shù)據(jù)格式為MDB，需經(jīng)過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、代碼轉(zhuǎn)換，制作出2015年生態(tài)環(huán)境遙感土地利用底圖。

（2）全區(qū)2016年最新衛(wèi)星影像

2016年最新的高分1號(hào)、高分2號(hào)衛(wèi)星影像，覆蓋全廣西重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)縣，坐標(biāo)系為WGS84，高分1號(hào)影像分辨率全色波段2米、多光譜8米，高分2號(hào)影像分辨率全色波段1米、多光譜4米，可用于識(shí)別變化圖斑。

（3）全區(qū)2015年國情普查數(shù)據(jù)

2015年國情普查數(shù)據(jù)中的LCA（地表覆蓋）層，其坐標(biāo)系為2000國家大地坐標(biāo)系，3度帶，數(shù)據(jù)格式為GDB，可用于提取耕地類、草地類等三級(jí)類作為參考數(shù)據(jù)。

2.2 研究技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)流程

項(xiàng)目嚴(yán)格依照《全國生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)技術(shù)方案》的標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行實(shí)施。主要技術(shù)流程如圖1所示。

2.2.1 坐標(biāo)系及投影參數(shù)

廣西生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)中所有影像數(shù)據(jù)、土地利用/覆被數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系和投影類型及參數(shù)如下^[5]：坐標(biāo)系：WGS84。投影方式：Albers Conical Equa投影，中央經(jīng)線為東經(jīng)110°，雙標(biāo)準(zhǔn)緯線為北緯 25°和北緯47°，起始緯度12°，中央經(jīng)線偏差和起始點(diǎn)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(nèi)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(xiàng)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(diǎn)選在道路交叉處、田角、橋梁兩端等具有明顯目標(biāo)位置的點(diǎn)位，控制點(diǎn)均勻，布滿整景影像，對(duì)誤差進(jìn)行計(jì)算，誤差范圍在2米以內(nèi)，誤差過大的刪除。倘若糾正后的整景影像大部分地區(qū)偏差過大的，加入DEM進(jìn)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(duì)影像進(jìn)行融合。

（3）鑲嵌和分縣裁剪

分景影像得到后，進(jìn)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(duì)影像進(jìn)行裁剪，在ERDAS鑲嵌模塊下進(jìn)行影像拼接。拼接方式使用基于權(quán)重的方法，利用多邊形工具對(duì)拼接線手動(dòng)修改，拼接線兩側(cè)盡可能多選用相同紋理的地物（道路、水域、林地等等），設(shè)置勻光、勻色和直方圖匹配參數(shù)，完成鑲嵌。

2.2.3 信息提取

信息抽取主要利用專題數(shù)據(jù)將代碼分類中不能細(xì)分的類別進(jìn)行二級(jí)、三級(jí)分類，完成2015年生態(tài)遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)底圖的制作。

（1）耕地提取

在耕地中，水田細(xì)分為山區(qū)、平原、丘陵和坡地水田，旱地細(xì)分為山區(qū)、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(guān)，使用空間分析方法對(duì)其進(jìn)行分類。

（2）草地提取

根據(jù)2015年全區(qū)地理國情普查數(shù)據(jù)分析和實(shí)地外業(yè)調(diào)繪情況，全區(qū)并無低覆蓋草和高覆蓋草類別，土地利用中的草類直接轉(zhuǎn)化為生態(tài)遙感監(jiān)測(cè)高覆蓋草類別。

（3）建成區(qū)和非建成區(qū)建設(shè)用地提取

利用2016年廣西全區(qū)建成區(qū)范圍（市縣范圍）進(jìn)行空間選擇：將建成區(qū)范圍內(nèi)的建制鎮(zhèn)轉(zhuǎn)化為城鎮(zhèn)用地，非建成區(qū)的建制鎮(zhèn)轉(zhuǎn)化為農(nóng)村居民點(diǎn)。建成區(qū)范圍內(nèi)的風(fēng)景名勝用地及特殊用地轉(zhuǎn)化為城鎮(zhèn)用地，非建成區(qū)的風(fēng)景名勝用地及特殊用地轉(zhuǎn)化為公共建設(shè)用地。

2.2.4 數(shù)據(jù)融合與消除

（1）矢量數(shù)據(jù)融合

使用ArcGIS融合工具，融合鄰斑同碼圖斑，融合時(shí)不創(chuàng)建多部件要素。

（2）矢量數(shù)據(jù)消除

使用ArcGIS消除工具，對(duì)兩大類數(shù)據(jù)分別進(jìn)行零碎圖斑消除：一類：耕地、林地、草地、未利用地;二類：水域、農(nóng)村居民點(diǎn)和工礦用地。其中，一類數(shù)據(jù)圖斑面積、二類數(shù)據(jù)中水庫坑塘圖斑面積、城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民點(diǎn)圖斑面積按指標(biāo)要求進(jìn)行消除;公交建設(shè)用地、河渠不做消除操作。

2.2.5變化信息檢測(cè)和數(shù)據(jù)更新

（1）矢量數(shù)據(jù)命名方式和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

各縣（區(qū)）文件夾包含2015年數(shù)據(jù)、2016年數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)圖層數(shù)據(jù)，文件夾以縣（區(qū)）名稱命名，文件夾下各數(shù)據(jù)命名方式：2015年數(shù)據(jù)：ld2015.shp，2016年數(shù)據(jù)ld2016.shp，動(dòng)態(tài)圖層數(shù)據(jù)dt+縣代碼.shp （如：dt450124.shp）。

（2） 變化信息檢測(cè)

變化信息檢測(cè)基于2015年生態(tài)遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和2016年影像數(shù)據(jù)進(jìn)行，使用的總體原則是從城鎮(zhèn)到鄉(xiāng)鎮(zhèn)，從道路到耕地，從耕地到林地，主要圍繞人類活動(dòng)頻繁向自然地貌或耕地?cái)U(kuò)張的區(qū)域。使用人工識(shí)別方法，建立解譯對(duì)照表，在ArcGIS中創(chuàng)建活動(dòng)數(shù)據(jù)層（update層），用于勾繪、編輯變化區(qū)域。

（3） 數(shù)據(jù)更新

2016年數(shù)據(jù)制作，使用ArcGIS更新工具，將活動(dòng)數(shù)據(jù)層更新到2016年數(shù)據(jù)。動(dòng)態(tài)圖層數(shù)據(jù)制作，使用ArcGIS相交工具，將活動(dòng)圖層數(shù)據(jù)與2015年數(shù)據(jù)相交，生成動(dòng)態(tài)圖層數(shù)據(jù)，刪除多余字段。

2.2.6野外核查

野外核查的目標(biāo)主要有三個(gè)：（1）根據(jù)廣西自然分類、人類活動(dòng)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(xiàn)的誤判，檢驗(yàn)本次遙感判讀的正確率，并對(duì)判讀數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)業(yè)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(biāo)志數(shù)據(jù)庫;（3）結(jié)合生態(tài)調(diào)查典型案例分析，收集能反映區(qū)域生態(tài)功能、生態(tài)問題的野外相片、錄相資料，為生態(tài)環(huán)境深度分析提供素材。

2.2.7 生態(tài)環(huán)境狀況指標(biāo)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析

（1）生物豐度指數(shù)

生物豐度指數(shù)指通過單位面積上不同生態(tài)系統(tǒng)類型在生物物種數(shù)量上的差異，間接地反映被評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)生物豐度的豐貧程度。指數(shù)值大，表明被評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)的物種種群及數(shù)量較為豐富。

（2）植被覆蓋指數(shù)

植被覆蓋指數(shù)指被評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)林地、草地、農(nóng)田、建設(shè)用地和未利用地五種類型的面積被評(píng)價(jià)區(qū)域面積的百分比，用于反映被評(píng)價(jià)區(qū)域植被覆蓋的程度。

（3）水網(wǎng)密度指數(shù)

水網(wǎng)密度指數(shù)指被評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)河流總長度、水域面積和水資源量占被評(píng)價(jià)區(qū)域面積的百分比，用于反映被評(píng)價(jià)區(qū)域水的豐富程度。指數(shù)值越大，表明被評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)的水越豐富。

（4）土地退化指數(shù)

土地退化指數(shù)是指被評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)風(fēng)蝕、水蝕、重力侵蝕、凍融侵蝕和工程侵蝕的面積占被評(píng)價(jià)區(qū)域面積的百分比，用于反映被評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)土地退化程度。指數(shù)值越小，表明被評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)的土壤遭受的侵蝕越嚴(yán)重。

（5）環(huán)境質(zhì)量指數(shù)

環(huán)境質(zhì)量指數(shù)指被評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)受納污染物負(fù)荷，用于反映評(píng)價(jià)區(qū)域所承受的環(huán)境污染壓力。指數(shù)值越大，所承受的環(huán)境污染壓力相對(duì)較小。

（6） 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)

生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)（EI）是由生物豐度指數(shù)、植被覆蓋度指數(shù)、水網(wǎng)密度指數(shù)、土地退化指數(shù)、環(huán)境質(zhì)量指數(shù)等通過加權(quán)求和而到的一個(gè)數(shù)值，其數(shù)值的大小可反映被評(píng)價(jià)區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的好壞程度。

根據(jù)生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)，將生態(tài)環(huán)境分為五級(jí)，即優(yōu)、良、一般、較差、差。變化度分級(jí)分四級(jí)，即無明顯變化、略有變化、明顯變化、顯著變化。

3 結(jié)語

本文詳細(xì)地介紹了基于地理國情普查成果的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)的影像處理、數(shù)據(jù)融合與消除、變化信息檢測(cè)和數(shù)據(jù)更新、野外核查、生態(tài)環(huán)境狀況指標(biāo)計(jì)算等流程，此工作流程已在廣西范圍內(nèi)開展的生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)與監(jiān)測(cè)中得到實(shí)踐，并取得顯著的成效，也以此為我國其他地區(qū)基于地理國情監(jiān)測(cè)成果開展生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)工作提供些許借鑒。

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