臨夏、甘南、定西3市（州）地表變化發現研究

馬斗斗

（32016部隊，甘肅 蘭州 730000）

隨著遙感技術的不斷發展，遙感影像應用的不斷深入，利用遙感影像進行變化發現的應用領域也在不斷擴大，變化發現在自然資源監測中的應用也越來越大。變化發現已應用于耕地、森林、草地、濕地、水資源等自然資源調查監測以及國土空間生態修復監管、土地礦產衛片執法等領域。

為了制定適合區域特點的地理信息數據快速更新方案，更好地服務基礎地理信息數據生產，服務自然資源調查監測，進行地表變化研究。圍繞甘肅省自然資源重點工作，選取臨夏、甘南、定西3市開展地表變化發現研究工作。以歷年來省級基礎測繪DOM 成果和DLG 成果為基礎底圖，以2021—2022年高分辨率衛星影像為基礎，利用變化發現手段監測基礎設施建設造成的地形地貌發生的變化情況，服務于地理信息數據更新[1]、自然資源管理的需要，為自然資源事業發展提供基礎支撐服務。

1 基礎概況

1.1 測區范圍

測區包括甘肅省3 個市（州），分別為臨夏回族自治州、甘南藏族自治州、定西市，以及位于3 市（州）中間的太子山天然林保護區、蓮花山風景林保護區。

臨夏回族自治州地處青藏高原東部邊緣小積石山、太子山的北麓，屬隴中黃土高原區。甘南藏族自治州位于青藏高原東北邊緣，地處青藏高原和黃土高原的過渡地帶。定西市地處黃土高原、甘南高原、隴南山地的交會地帶，屬黃土高原丘陵溝壑區。

1.2 1:10000基礎地理信息數據

臨夏州、甘南州、定西市1:10000 基礎地理信息數據DLG、數字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）、DOM 成果基本覆蓋測區。該數據平面坐標系為2000 國家大地坐標系，高程基準為1985 國家高程基準，地圖投影采用高斯－克呂格投影，按3度分帶。DEM、DOM 均按1:10000 的標準分幅外接矩形外擴10 m。

DEM成果格網間距為5 m，精度均滿足1:10000正射影像的生產要求，主要用于衛星影像正射糾正時的地形數據。

DOM 數據格網間距為0.5 m，色彩模式為真彩色RGB，DOM成果數據作為影像連接點匹配的底圖數據，用于衛星影像外參數解算及糾正后影像精度的檢查。同時作為變化發現的歷史期影像使用。

DLG 數據生產和更新年份跨度較大，時間從2008—2020年，主要作為變化圖斑提取的參考矢量使用。

1.3 衛星遙感數據

使用的衛星遙感影像為2021年7月1日以后的0.8 m 分辨率和2 m 分辨率的衛星影像。衛星遙感影像數據經正射糾正后，作為變化發現的監測期影像使用。

該成果坐標系統為2000國家大地坐標系、1985國家高程基準。采用高斯-克呂格投影，按6°分帶；投影帶的中央經線與赤道的交點向西平移500 km后的點為投影帶坐標原點，不加投影帶號。影像成果為按縣域裁切的真彩色融合影像（即3 波段RGB），單通道像素8 位設定，RGB 模式的3 通道為24位。

2 變化發現技術流程

采用人工對比變化發現和自動變化發現相結合的手段獲取臨夏、甘南、定西3市（州）地表變化情況。

人工對比變化發現是在現有1:10000 基礎地理信息數據DOM 成果的基礎上，利用2021 年以后的最新衛星影像數據，進行人工目視對比發現變化區域，提取變化圖斑，并結合已有的1:10000基礎地理信息數據DLG 成果，排除DLG 中已更新的圖斑，得到地理信息數據的變化情況。

自動變化發現采用全地類變化發現的方法，基于新、舊時期影像進行自動變化發現[2]，以偽圖斑去除為輔助，進行變化檢測，主要檢測基礎設施建設造成的地形地貌變化，再利用已有的1:10000 基礎地理信息數據DLG 成果，進行人工對比和補充，獲取最終變化情況。

技術流程如圖1所示，具體如下：

圖1 變化發現技術流程

（1）資料分析整理。分析和整理測區1:10000基礎地理信息數據，包括分析最新DLG數據生產時間、DOM 生產時間，整理和合并1:10000 DLG 數據，整理測區DEM、DOM及控制資料，對獲取的2021年以后遙感影像質量進行分析，分析測區地物主要變化類型等。

（2）影像糾正。根據需要對獲取的遙感影像進行糾正，利用已有DEM、DOM 數據進行整景正射影像糾正和縣域影像鑲嵌處理；糾正完成后主要利用已有的DOM進行精度檢測，并利用實測的外業控制點、收集或轉刺的各種已有控制點成果進行補充檢測[3]。

（3）人工對比變化發現。利用1:10000 DOM 成果和最新的遙感影像成果進行人工目視對比變化發現，獲取變化圖斑[4]。

（4）自動變化發現。利用1:10000 DOM 成果和最新的遙感影像成果，進行自動變化發現[5]。

（5）外業核實和樣本采集。對疑似變化圖斑進行外業核實和外業樣本采集，對典型樣本更新樣本庫。

（6）構建樣本庫。利用自動變化發現和人工對比變化發現結果，人工提取部分圖斑作為樣本[6]，或人工勾畫樣本、導入已有的變化圖斑作為樣本，制作樣本庫。

（7）模型訓練及變化發現。利用樣本庫對變化模型和算法進行反復訓練，獲取優化的模型和算法[7]。利用優化模型對前、后期影像進行變化發現。

（8）偽圖斑去除及矢量編輯。對獲取的變化發現采用技術方法進行偽變化圖斑去除，對獲取的變化圖斑進行矢量編輯[8]。

（9）剔除DLG 已更新圖斑。對變化圖斑，結合已有的1:10000 基礎地理信息數據DLG 成果，排除DLG 數據中已更新的圖斑，經質量檢測后，生成變化發現成果。

（10）統計分析。對變化發現成果進行分類統計，編寫報告。

3 變化結果統計分析

各縣區的變化圖斑統計情況見表1。

表1 變化圖斑統計情況

（1）根據變化圖斑地域分布可知，臨夏州變化面積較大，定西市、甘南州變化面積較小。甘南州變化圖斑中，由于黃河的季節性變化和牧民飼養牲畜場所的變化占的比重較大，如瑪曲縣、碌曲縣、夏河縣，實際基礎設施建設導致的變化較小。東鄉族自治縣、廣河縣、康樂縣、岷縣變化圖斑較零碎，圖斑數量多，面積小。臨夏市、臨夏縣、安定區變化圖斑少，但面積大。變化圖斑主要分布在黃河、洮河、渭河、大夏河、祖厲河沿岸，國道、省道沿線、城區等經濟發達地區。

（2）根據變化圖斑地類分布分析可知，主要變化地類為亂掘地施工區、居民區、溫室大棚、岸灘，其次為鋪裝公路、光伏設施、大車路、空地、飼養場、其他建筑設施。

亂掘地施工區變化主要集中在安定區、臨洮縣、臨夏市、積石山保安族東鄉族撒拉族自治縣、臨夏縣。居民區變化主要集中在東鄉族自治縣、廣河縣、積石山保安族東鄉族撒拉族自治縣、康樂縣、通渭縣、安定區。溫室大棚變化主要集中在臨夏縣、臨夏市。岸灘變化主要集中在瑪曲縣、永靖縣，主要為黃河、劉家峽水庫的季節性變化導致。鋪裝公路變化主要集中在東鄉族自治縣、通渭縣、夏河縣、臨夏縣。光伏設施變化主要集中在通渭縣、臨洮縣。大車路變化主要集中在瑪曲縣、夏河縣?？盏刈兓诟骺h區分布較為均勻。飼養場、儲煤場、預制場、打谷場變化主要集中在瑪曲縣、碌曲縣、夏河縣，主要為牧民飼養牲畜場所的變化。其他建筑設施變化主要集中在東鄉族自治縣、臨洮縣。

4 結語

通過對臨夏、甘南、定西3 市（州）地表變化研究，經濟發達、交通便利地區，如臨夏州，變化圖斑數量多、面積大，主要變化地類集中在居民地及附屬設施和交通。經濟欠發達地區，如甘南州，變化圖斑數量少、面積小，主要變化地類集中在水系和居民地及附屬設施，因甘南州作為黃河重要水源補給生態功能區，加強生態保護，水系的變化面積最大。

根據變化發現結果和特點，可以有針對性地制定如下基礎地理信息數據更新方案。

（1）針對重點變化要素的進行增量更新方案，根據地表變化檢測情況，分析統計發生變化的重點要素，如新增道路、居民區等，確定重點變化要素類型和范圍，以進行快速更新。

（2）基于變化圖斑的增量更新方案，是在變化檢測解譯圖斑的基礎上，利用變化檢測圖斑和已有的DLG數據、優于1 m高分辨率影像，基于變化圖斑和高分辨率影像，通過影像解譯的方法逐個圖斑采集地物要素，更新基礎地理信息數據。

快速更新方案是針對區域變化的類型和分布進行有針對性的更新，提高數據更新的目的性和工作效率，提升了地理信息數據更新和服務自然資源管理的能力。