遙感技術(shù)在年度國(guó)土變更調(diào)查中的應(yīng)用

蒙繼燕

（廣西壯族自治區(qū)自然資源調(diào)查監(jiān)測(cè)院）

1 國(guó)土變更調(diào)查概述

1.1 國(guó)土變更調(diào)查的概念和目的

國(guó)土變更調(diào)查是指對(duì)國(guó)土資源和空間利用狀況進(jìn)行全面、準(zhǔn)確、系統(tǒng)的調(diào)查，以獲取國(guó)土資源變化情況和空間利用變更信息，為國(guó)土空間規(guī)劃、土地利用管理、資源保護(hù)和環(huán)境治理提供科學(xué)依據(jù)。其目的是掌握國(guó)土資源現(xiàn)狀和變化趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)科學(xué)規(guī)劃、合理開發(fā)和有效保護(hù)，保障國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)發(fā)展和人民生存環(huán)境安全。國(guó)土變更調(diào)查是實(shí)現(xiàn)國(guó)土空間整體優(yōu)化、土地資源高效利用和生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重要基礎(chǔ)性工作。通過國(guó)土變更調(diào)查，可以掌握土地資源的類型、數(shù)量、質(zhì)量、分布和利用情況，分析土地利用變化趨勢(shì)和影響因素，識(shí)別土地資源的矛盾和問題，為土地利用和國(guó)土空間規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)和決策支持。此外，國(guó)土變更調(diào)查還能夠?yàn)榄h(huán)境保護(hù)和生態(tài)修復(fù)提供重要數(shù)據(jù)，保障自然生態(tài)系統(tǒng)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。總之，國(guó)土變更調(diào)查是國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略的基礎(chǔ)，為實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型、低碳循環(huán)型發(fā)展模式提供堅(jiān)實(shí)保障。

1.2 遙感技術(shù)在國(guó)土變更調(diào)查中的作用和優(yōu)勢(shì)

遙感技術(shù)具有廣泛的覆蓋范圍和高精度的空間分辨率，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大范圍、復(fù)雜地貌和難以到達(dá)的地區(qū)進(jìn)行快速、準(zhǔn)確地信息獲取和監(jiān)測(cè)，具有數(shù)據(jù)時(shí)效性高、信息反饋迅速、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，可以及時(shí)獲取數(shù)據(jù)、分析變化趨勢(shì)，為政府部門提供科學(xué)依據(jù)，幫助政府決策和管理。此外，遙感技術(shù)可以提供多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合和多尺度信息融合，可以將不同類型、不同來源的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效集成和處理，得到更加完整、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)結(jié)果，從而提高數(shù)據(jù)的可信度和應(yīng)用價(jià)值（見圖1）。

圖1 基于遙感技術(shù)的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合過程

1.3 國(guó)土變更調(diào)查工作任務(wù)

國(guó)土變更調(diào)查工作主要是利用衛(wèi)星遙感、地理信息系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)，統(tǒng)籌利用現(xiàn)有資料，采集每年年底衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)，制作正射影像圖，對(duì)照上一年度的國(guó)土變更調(diào)查結(jié)果，提取國(guó)土利用變化信息，作為地方開展變更調(diào)查工作的指引。地方結(jié)合有關(guān)監(jiān)測(cè)及相關(guān)自然資源管理信息，制作外業(yè)調(diào)查底圖，開展實(shí)地調(diào)查舉證，全面掌握本年度土地利用現(xiàn)狀的地類、面積、屬性及相關(guān)圖層屬性信息的變化情況，更新縣級(jí)國(guó)土調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)，形成年度變更增量包。開展省級(jí)和國(guó)家級(jí)內(nèi)、外業(yè)核查及數(shù)據(jù)庫(kù)質(zhì)量檢查，更新形成年度國(guó)家級(jí)國(guó)土調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)[1]。

2 遙感數(shù)據(jù)獲取

2.1 遙感數(shù)據(jù)的來源和種類

從數(shù)據(jù)來源來看，遙感數(shù)據(jù)主要來源于衛(wèi)星、飛機(jī)和無人機(jī)等空中平臺(tái)。其中，衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)是遙感技術(shù)最主要的數(shù)據(jù)來源，包括高分辨率遙感衛(wèi)星、中低分辨率遙感衛(wèi)星和氣象衛(wèi)星等，這些衛(wèi)星可以對(duì)地球表面進(jìn)行高分辨率、高覆蓋范圍的全天候觀測(cè)。飛機(jī)遙感數(shù)據(jù)是對(duì)特定區(qū)域進(jìn)行高分辨率、高精度、多光譜的觀測(cè)，適用于軍事偵察、城市規(guī)劃等領(lǐng)域。無人機(jī)遙感數(shù)據(jù)具有靈活性和低成本的優(yōu)勢(shì)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)特定區(qū)域進(jìn)行高分辨率、高時(shí)效性的信息獲取。從數(shù)據(jù)種類來看，遙感數(shù)據(jù)主要包括圖像數(shù)據(jù)和非圖像數(shù)據(jù)。圖像數(shù)據(jù)是指通過傳感器捕捉的地表影像數(shù)據(jù)，包括光學(xué)圖像、雷達(dá)圖像、高光譜圖像等。非圖像數(shù)據(jù)則包括數(shù)字高程模型、地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)、時(shí)序數(shù)據(jù)等，不僅可以反映地表的形態(tài)和地貌特征，還可以提供更加詳細(xì)、多樣的地理信息。此外，遙感數(shù)據(jù)還可以根據(jù)光譜波段的不同，分為可見光、紅外線、微波等不同類型，不同類型的遙感數(shù)據(jù)可以提供不同的地理信息和應(yīng)用價(jià)值。

2.2 遙感數(shù)據(jù)獲取的方法和技術(shù)

遙感數(shù)據(jù)獲取是遙感技術(shù)的核心內(nèi)容之一，其目的是通過空間平臺(tái)和傳感器對(duì)地表進(jìn)行高精度、高分辨率、全天候的觀測(cè)和監(jiān)測(cè)。遙感數(shù)據(jù)獲取的方法和技術(shù)主要包括：光學(xué)遙感，基于光學(xué)傳感器對(duì)地表進(jìn)行觀測(cè)和拍攝的技術(shù)，如可見光、紅外線、紫外線等不同波段的光學(xué)傳感器；微波遙感，基于微波傳感器對(duì)地表進(jìn)行探測(cè)和監(jiān)測(cè)的技術(shù)，如合成孔徑雷達(dá)、散射系數(shù)雷達(dá)等不同類型的微波傳感器；激光雷達(dá)遙感，是利用激光雷達(dá)對(duì)地表進(jìn)行高精度、高分辨率三維測(cè)量和建模的技術(shù)；多源遙感數(shù)據(jù)融合技術(shù)，運(yùn)用多種遙感平臺(tái)和傳感器獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行信息融合和集成的技術(shù)，可以提高遙感數(shù)據(jù)的空間分辨率、時(shí)間分辨率和數(shù)據(jù)精度。在遙感數(shù)據(jù)獲取的過程中，還需要考慮遙感數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制和校正問題。遙感數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制包括傳感器預(yù)處理、數(shù)據(jù)校正、輻射定標(biāo)和大氣校正等步驟，可以提高數(shù)據(jù)的精度和可信度。此外，還需要根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景和要求，選擇合適的遙感數(shù)據(jù)獲取方法和技術(shù)，以達(dá)到最佳的觀測(cè)效果和數(shù)據(jù)精度。

3 遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理

3.1 遙感數(shù)據(jù)的預(yù)處理流程

遙感數(shù)據(jù)的預(yù)處理是遙感技術(shù)中非常重要的環(huán)節(jié)之一，主要包括數(shù)據(jù)幾何校正、輻射校正、大氣校正和影像增強(qiáng)等處理過程。數(shù)據(jù)幾何校正是指對(duì)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何糾正，包括去除地球自轉(zhuǎn)引起的影響、修正地球表面的變形和傾斜等問題，使得遙感數(shù)據(jù)具有更準(zhǔn)確的空間分布信息。輻射校正是指對(duì)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行輻射校準(zhǔn)，包括將數(shù)字圖像轉(zhuǎn)化為反射率或輻射亮度值，使其可以進(jìn)行定量化分析。大氣校正是指對(duì)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行大氣校準(zhǔn)，消除大氣散射和吸收對(duì)遙感數(shù)據(jù)的影響，提高數(shù)據(jù)精度和可靠性。影像增強(qiáng)是指對(duì)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以提高數(shù)據(jù)質(zhì)量、增強(qiáng)圖像對(duì)比度和顯示效果，使其更適合進(jìn)行后續(xù)分析和應(yīng)用。預(yù)處理過程的具體步驟和方法根據(jù)不同的遙感數(shù)據(jù)和應(yīng)用需求而有所不同。例如，在進(jìn)行數(shù)據(jù)幾何校正時(shí)，需要使用全球定位系統(tǒng)和數(shù)字高程模型等數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)遙感數(shù)據(jù)的幾何精度校正。在進(jìn)行輻射校正時(shí)，需要使用不同波段的輻射定標(biāo)系數(shù)，以將遙感數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為輻射亮度或反射率。在進(jìn)行大氣校正時(shí)，需要使用大氣傳輸模型，對(duì)不同波段的光譜進(jìn)行校正。在進(jìn)行影像增強(qiáng)時(shí)，可以使用直方圖均衡化、濾波、變換等方法，以提高遙感數(shù)據(jù)的顯示效果和圖像質(zhì)量。

3.2 遙感數(shù)據(jù)的特征提取和分類方法

遙感數(shù)據(jù)的特征提取和分類是遙感技術(shù)中的核心問題之一，涉及從遙感圖像中提取出有用的信息和特征，以實(shí)現(xiàn)對(duì)地物類型和空間分布的準(zhǔn)確判定和分類。遙感數(shù)據(jù)的特征提取和分類方法主要分為基于像元的分類方法和基于對(duì)象的分類方法。基于像元的分類方法是將遙感圖像像素作為分類的基本單元，通過對(duì)像素反射率、光譜、紋理、形狀等特征的分析和提取，實(shí)現(xiàn)對(duì)地物類型的識(shí)別和分類。常見的像元分類方法包括最大似然分類、支持向量機(jī)分類、決策樹分類等。基于對(duì)象的分類方法則是將遙感圖像中的地物分割成具有意義的對(duì)象，通過對(duì)對(duì)象特征的提取和分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)地物類型和空間分布的精確判定和分類。常見的對(duì)象分類方法包括基于區(qū)域的分類方法、基于形狀的分類方法、基于紋理的分類方法等。在實(shí)際應(yīng)用中，還可以采用基于深度學(xué)習(xí)的分類方法，例如卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，可以通過對(duì)大量樣本進(jìn)行學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)對(duì)遙感圖像中的地物類型和空間分布的精確識(shí)別和分類。除了分類方法之外，特征提取也是遙感數(shù)據(jù)處理的重要環(huán)節(jié)。在特征提取中，可以根據(jù)不同的遙感數(shù)據(jù)特點(diǎn)，選擇不同的特征提取方法和算法，以提高分類的精度和可靠性。例如，在基于像元的分類中，可以通過分析像素反射率、光譜特征等進(jìn)行特征提取。在基于對(duì)象的分類中，可以通過分析對(duì)象形狀、紋理、光譜等特征進(jìn)行特征提取。而在基于深度學(xué)習(xí)的分類中，則可以通過對(duì)大量樣本進(jìn)行訓(xùn)練和學(xué)習(xí)，提取出對(duì)分類有效的特征。

4 國(guó)土變更調(diào)查中的遙感應(yīng)用案例

4.1 國(guó)土變更中城市土地利用變化調(diào)查

城市土地利用變化調(diào)查是對(duì)城市區(qū)域內(nèi)土地利用類型和空間分布變化的調(diào)查和監(jiān)測(cè)，旨在掌握城市土地利用情況、分析城市土地利用變化趨勢(shì)和原因，為城市規(guī)劃和土地資源管理提供科學(xué)依據(jù)。城市土地利用變化調(diào)查可以分析城市土地利用結(jié)構(gòu)、空間分布、擴(kuò)張方向、建設(shè)強(qiáng)度等信息，揭示城市土地利用變化背后的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境因素，對(duì)城市發(fā)展規(guī)劃和土地利用政策的制定提供支持。城市土地利用變化調(diào)查的方法和技術(shù)主要包括遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)、空間分析技術(shù)等。遙感技術(shù)可以通過對(duì)城市區(qū)域內(nèi)的高分辨率衛(wèi)星影像進(jìn)行獲取和分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)城市土地利用類型和空間分布的監(jiān)測(cè)和變化分析。GIS技術(shù)則可以對(duì)城市土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行集成和分析，提高數(shù)據(jù)的可視化和空間分析能力。空間分析技術(shù)則可以對(duì)城市土地利用變化進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，以實(shí)現(xiàn)對(duì)城市土地利用變化趨勢(shì)和特征的掌握和研究[2]。在城市土地利用變化調(diào)查中，還需要注意數(shù)據(jù)的時(shí)效性和精度問題。調(diào)查數(shù)據(jù)應(yīng)具有較高的時(shí)效性，以反映城市土地利用變化的最新情況。同時(shí)，數(shù)據(jù)的精度也非常重要，對(duì)于城市細(xì)節(jié)特征的提取和分析有著至關(guān)重要的影響。因此，在城市土地利用變化調(diào)查中，需要采用高精度、高分辨率的遙感數(shù)據(jù)和地理信息數(shù)據(jù)，以提高調(diào)查數(shù)據(jù)的質(zhì)量和可信度。

4.2 農(nóng)村耕地保護(hù)和土地整治調(diào)查

對(duì)農(nóng)村耕地保護(hù)和土地整治工作進(jìn)行全面、系統(tǒng)調(diào)查和監(jiān)測(cè)的過程，旨在掌握農(nóng)村耕地資源的數(shù)量、質(zhì)量和利用情況，分析耕地利用的潛力和現(xiàn)狀，為耕地保護(hù)和土地整治提供科學(xué)依據(jù)和政策支持。農(nóng)村耕地保護(hù)和土地整治調(diào)查的方法和技術(shù)主要包括遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)、全息測(cè)繪技術(shù)等。遙感技術(shù)可以獲取農(nóng)村耕地的空間分布和面積信息，通過對(duì)不同時(shí)期的遙感影像進(jìn)行比對(duì)和分析，揭示耕地?cái)?shù)量和質(zhì)量變化的規(guī)律和趨勢(shì)。GIS技術(shù)則可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)村耕地?cái)?shù)據(jù)的管理和分析，提高農(nóng)村耕地?cái)?shù)據(jù)的可視化和空間分析能力。全息測(cè)繪技術(shù)則可以實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)村耕地的三維測(cè)量和精確繪制，提高農(nóng)村耕地?cái)?shù)據(jù)的精度和可信度。

5 結(jié)語

本文介紹了遙感技術(shù)在國(guó)土資源調(diào)查的應(yīng)用，包括國(guó)土變更調(diào)查、城市土地利用變化調(diào)查、農(nóng)村耕地保護(hù)和土地整治調(diào)查。通過遙感技術(shù)的應(yīng)用，這些調(diào)查領(lǐng)域可以獲得更準(zhǔn)確、更全面的數(shù)據(jù)支持，為資源管理、環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展提供有力支持。隨著遙感技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，將在國(guó)土資源調(diào)查和環(huán)境保護(hù)方面發(fā)揮越來越重要的作用。