衛星遙感在土地開發及土地保護中的應用

1、我國土地利用現狀和國土資源調查形勢

我國可利用土地資源的人均占有量不足世界平均值的1/3，且耕地數量仍以數十萬公頃的速度逐年減少，耕地資源短缺的矛盾日益突出。要做到社會的穩定和經濟的可持續發展，必須保證耕地的擁有總量，開發利用的動態平衡。21世紀以來，遙感特別是高分辨率遙感技術取得了突飛猛進的發展，遙感技術在土地資源調查和監測檢測領域的應用進入了實用化和業務化的新階段。1996年，全國50萬以上人口城市的土地利用遙感動態監測全面開展;1999年國土資源大調查中，土地資源遙感動態監測被列為重點項目之一，所取得的監測成果在國土資源管理乃至社會經濟發展中都得到了廣泛應用，成效顯著。在國家組織實施的“金土工程”和第二次全國土地調查工作中，遙感技術將作為核心技術和主要調查方法發揮及其重要的作用。

2、衛星遙感技術在土地調查、監測中的應用

(1)衛星遙感技術服務(RS)與全球定位系統(GPS)、地理信息系統(GIS)的融合在土地調查中的應用。在《土地利用更新調查暫行規定》明確指出：“依據有關技術規定和要求，在土地利用現狀調查和土地變更調查的基礎上，以利用航空航天遙感和計算機等現代化技術為主，外業實地調查為輔，對現有的土地利用調查成果進行全面更新，做到圖、數和實地相一致。”將RS、GPS、GIS有機融合是現代土地調查技術的關鍵。首先利用航空航天遙感獲取各種影像及波譜數據資料作為各項工作的基礎數據源;然后利用GPS技術對RS資料進行像控糾正，解決RS數據精度問題;最后以GIS的強大數據庫管理功能作為RS資料的管理平臺，建立相應地塊的屬性信息，建立完整的數據庫。可到地理國情監測云平臺查詢有關衛星數據的研究。

(2)土地利用遙感動態監測。土地利用遙感動態監測是充分發揮遙感技術優勢的一項先進技術。通過定期重復對地觀測，使得遙感技術具有對土地利用變化進行動態監測的技術能力。利用兩個時點的遙感圖像，能夠直觀地發現土地利用的變化狀況，從而便宜捷地獲取土地變化的地類、位置和面積等信息，這是其他技術方法無可比擬的。

在整個土地開發整理的過程中．測繪始終貫穿于工程的前期和后期 ．土地整理測繪是開展土地整理項目的前期行為．通過獲取項目的位置、數量、形狀等各種地理要素為土地整理開發提供整體規劃．以滿足土地整理的可行性開發和實施。

測繪技術并不同于平常所指的地形測量。它是通過前期對整個地理區域的地形地貌通過測繪．最終形成一張土地現狀地形圖。為整體發展提供規劃 因此測繪工作比地形測量工作更細致，更具體．同時更講究方法，它直接關系到工程項目概(預)算的準確性，在科學決策、節約投資、規范工程行為等方面有著不可低估的作用 無論在土地開發整理的哪個階段。都離不開測繪技術 不同的階段對測繪數據的要求各不相同。因此能夠為正確決策提供大量的基礎信息數據支持。

土地利用動態遙感監測外業調查記錄表自動填寫技術研究

1 引 言

隨著遙感數據空間分辨率的提高，遙感技術在土地資源管理領域的應用得到日益加強。利用高分辨遙感數據進行年度或若干年度變化監測，每個縣平均能檢測的圖斑數量顯著增加，例如2002年度土地利用動態遙感監測項目大規模應用SPOT-5數據，通過遙感手段能夠監測到的變化圖斑劇烈增加（約為往年的3～5倍）；應用SPOT-5數據輔助更新土地利用現狀圖要求提取遙感影像與基年土地利用現狀圖所有不一致圖斑，每個城市平均不一致圖斑約2000～3000個。然而，以往外業調查記錄表圖斑號、圖幅號、面積、變化前后地類等欄目，通常是作業員在圖像處理軟件的支持下進行，工作量大、靈活性差且容易漏號重號等，有時還容易造成圖表不一致等現象。基于種種弊端，本文在對外業調查記錄表各表項進行詳細分析的基礎上，探索了外業調查記錄表自動填寫技術。

2 外業調查記錄表分析

外業調查記錄表表項包括基礎項和擴展項，基礎項包括圖斑號、圖幅號、中心點坐標、實地是否變化、變化前后地類、監測面積、實地面積、線狀地物寬度等，擴展項包括監測與變更調查差異原因、是否屬于小城鎮建設、是否在規模控制線內、是否符合規劃、是否經過審批等。基礎項表征變化圖斑空間位置、變化類型及面積等特性，是所有監測任務共同需要設置的表項，擴展項是針對特定監測目標設置的表項，隨監測任務不同而有所變化。由此可見，變化圖斑由其空間屬性、自然屬性和社會屬性共同組成，其中空間屬性或能通過空間分析得到的自然屬性和社會屬性，可以通過計算機處理實現自動填寫，該類表項大體可以分為三類：Ⅰ類，純空間屬性，如圖幅號、中心點坐標、面積等；Ⅱ類，隨空間分布呈規律性變化屬性，如圖斑號，遵循自左至右、從上到下順序編號；Ⅲ類，通過空間分析能夠得到的自然屬性和社會屬性，如對于已建土地利用數據庫地區，通過將變化圖斑與土地利用數據庫進行空間疊加分析，可以得到變化前地類（自然屬性），通過將審批地塊與變化圖斑進行空間疊加分析，可以得到是否已經審批（社會屬性）。以2003年土地利用動態遙感監測外業調查記錄表（表1）為例，能夠實現自動填寫的表項包括：Ⅰ類包括第2、4、5、10、14項，Ⅱ類包括第3項，對于已建土地利用數據庫地區Ⅲ類包括第8項，其他各表項由于不涉及上述三類，尚無法實現自動填寫。

表1 2003年度土地利用動態遙感監測外業調查記錄表（三）

3 外業調查記錄表自動填寫技術

3.1 中心點坐標自動填寫

中心點坐標是唯一標識變化圖斑精確空間位置的表項，通過中心點坐標可以準確定位變化圖斑，以便與其他專題圖件的比較分析或使用GPS進行導航定位。中心點坐標是GIS空間數據庫的重要元素，可以通過GIS編程接口提取，如ARC/GIS軟件封裝的vba類庫中centroid.x，centroid.y屬性值即表示中心點坐標，其偽語言可描述如下：

土地資源監測調查工程論文集[2]

3.2 圖斑自動編號

為了便于外業調查，即能夠在DOM影像上快速定位外業調查記錄表中對應圖斑，因此，圖斑編號一般在監測區內呈規律性變化，近幾年采用從左到右，自上而下的順序編號，圖斑自動編號的設計思想為在獲取中心點坐標（X，Y）的基礎上，在特定編號單元內，將各個圖斑按Y 坐標大小排序，再按X坐標大小排序，并根據圖斑所在順序號對圖斑號進行賦值，起始數值可由用戶定義或從1開始。偽語言描述如下：

聲明部分：

procedure initial；//系統初始化，設定當前TABLE，并賦給公共變量bm；

procedure inputtiaojian//輸入編號條件：切割矢量層的間隔和開始編號的起始樹，分別賦給變量jg和qs中；

procedure set（str：string）；//其他數值設置到當前行的str字段中；

function get（str：string）：string；//得到當前行的str字段值；

procedure setindexname（‘xh’；‘zxd_x’）；//數據表先按xh字段排序，然后按zxd_x排序，排序方法用為起泡法；

執行部分：

土地資源監測調查工程論文集[2]

3.3 圖幅號自動計算

為了減少實地調查工作量，經常需要通過比對土地利用現狀圖等專題圖件，確定圖斑某些屬性，如已完成土地變更調查地區，可通過土地調查圖件，確定部分變化前后地類和面積。變化圖斑圖幅號是查找對應專題圖件的重要途徑。圖幅號是按照一定經差和緯差分割而成，可以由圖幅內任一坐標唯一確定，圖幅號自動計算的設計思想為首先分別獲取該圖幅經向和緯向最大值（xmax，ymax）、最小值（xmin，ymin），并求其平均值（0.5（xmax+xmin），0.5（ymax+ymin））作為圖幅號計算點，以避免當圖幅為梯形時，計算點雖在經向和緯向最大值、最小值組成的矩形內但不在該分幅內的現象。偽語言描述如下：

聲明部分：

procedure gettable（china）//根據地形圖的編號是以1∶100萬、1∶10萬、1∶1萬三個層次的編號為基礎，按照不同的經差、緯差得出各分幅的左上右下點摸的大地坐標，存入表china中，并與各個標準分幅的圖幅號一一對應。

Function isrange（zxd_x，zxd_y，china（i））：Boolean；//該自定函數表示中心點坐標是否在china表中的第Ⅰ條記錄范圍內；

執行部分：

土地資源監測調查工程論文集[2]

if isrange（zxd_x，zxd_y，china（i））then//if 中心點坐標在china表中的第I條記錄范圍內 then 將第Ⅰ條記錄中的tfh值賦給對應的TFH屬性；

土地資源監測調查工程論文集[2]

3.4 面積自動量算

以往面積量算采用計算像元數的方法，精度較低且極易造成圖表不一致。通過矢量管理變化圖斑，可以通過建立拓樸關系自動得到，但部分系統不支持拓樸關系，圖斑面積仍需編程實現，因此本文對面積的自動量算進行了探索。面積計算一般采用辛普森公式計算，但一般GIS系統封裝了該函數，如arcgis軟件內部自帶的vba類庫中的iarea類。面積自動量算的設計思想為，按從上到下逐行掃描空間屬性表，獲取當前空間對象句柄，并提取其area屬性，無area屬性可提取多邊形頂點集（（x1，y1），（x2，y2），……（xn，yn））屬性，應用辛普森公式（s=∑（xi+1-xi）（yi+1+yi）/2）計算面積，偽語言描述如下：

土地資源監測調查工程論文集[2]

3.5 變化前地類自動填寫

已建立土地利用數據庫地區，可以通過土地利用數據庫與變化圖斑的空間分析獲取變化前地類，即在GIS系統的支持下，對土地利用數據庫與變化圖斑進行交（Intersection）運算，運算結果使變化圖斑同時繼承（Inherit）了土地利用數據庫屬性，包括地類等與該圖斑相關的所有屬性。土地利用數據庫與變化圖斑交運算包括兩種情形：Ⅰ，變化圖斑完全在土地利用數據庫對應圖斑內或重合（重疊），交運算結果只發生屬性繼承，見圖1；Ⅱ，變化圖斑跨若干土地利用數據庫圖斑（相交），此時，交運算結果發生屬性繼承，同時進行圖斑分割，確保了變化前、后地類的一一對應關系，見圖2。

圖1 變化圖斑在土地利用數據庫對應圖斑內或重合

圖2 變化圖斑跨若干土地利用數據庫圖斑

3.6 其他欄目的自動填寫

其他欄目指前述通過空間分析能夠得到的自然屬性和社會屬性，包括是否在規模控制線內、是否符合規劃、是否經過審批等屬性。為了保證空間分析的準確性，必須將相關基礎圖件與提取圖斑的基準影像進行精確配準，并提取相關要素，如在土地利用總體規劃圖提取規模控制線、建設用地分區界線，在建設用地審批底圖上提取審批地塊界線等，上述提取的要素必須為面狀要素，對于非面狀要素在空間分析前須先轉換成面狀要素，并增加“圖斑內部”屬性，并統一賦值“1”。經過上述處理后，將提取的變化圖斑與對應專題圖斑層進行空間疊加（Overlay）運算，運算結果使變化圖斑繼承（Inherit）了專題圖斑層屬性，如果“圖斑內部”屬性為1，則該圖斑在規模控制線內、符合規劃或已經經過審批，如“圖斑內部”屬性為NULL，則該圖斑在規模控制線外、與規劃不符或未經過審批。專題圖斑層與變化圖斑交運算包括變化圖斑在對應圖斑內或重合（重疊）、變化圖斑跨若干圖斑（相交）、變化圖斑無對應圖斑（相離）等三種情形。當變化圖斑跨若干圖斑時，同時進行圖斑分割，確保了變化圖斑屬性的唯一性。

4 外業調查記錄表自動填寫系統

基于上述思想，應用GEODATABASE空間數據庫為后臺，delphi6為前臺開發工具，應用object pascal語言，結構化查詢語言等開發了外業調查自動填寫系統（圖3）。該系統的特點是在完成外業調查記錄表自動填寫的同時，實現圖斑的自動編號，圖表聯動，圖斑編號靈活，可以按標準分幅或轄區編號，起始編號可以從1開始，也可按用戶自定義。

該系統已經成功地應用于徐州市、烏魯木齊市、襄樊市、佳木斯市輔助更新土地利用現狀圖外業調查記錄表的自動填寫，四個城市輔助更新土地利用現狀圖基本情況見表2。

表2 徐州、烏魯木齊市、襄樊市、佳木斯市變化圖斑基本情況統計表

圖3 外業調查自動填寫系統界面

徐州市、烏魯木齊市、襄樊市、佳木斯市等四個城市試驗表明，平均每個城市僅需10分鐘即可實現圖斑編號，并完成序號、圖斑號、中心點坐標、圖幅號、監測面積、變化前地類等欄目的自動填寫，而采用以往人機交互法僅圖斑編號一項每個城市約需5～6工?天，且很難避免重號、漏號等現象，當涉及圖斑增刪需要重編號時，還需2～3工?天。而運用本系統，僅需重新運行一次；此外，以往人機交互法很難保持圖表一致，圖表一致性是土地利用動態遙感監測項目成果質量控制的重要環節，不僅耗費作業時間，同時也給成果檢查增加了難度，而運用本系統，圖表可嚴格保持一致。

綜上所述，運用該系統大大提高了外業調查記錄表的填寫效率，完全避免了由于主觀因素引起的各種錯誤。

5 結 論

為適應遙感技術發展和滿足土地資源行政管理需求，監測關鍵環節能否實現自動化是制約土地利用動態遙感監測產業化發展的重要因素。外業調查在整個監測工作中起著承上啟下作用，直接影響監測成果的應用，而制作高質量的遙感監測圖件和表格，并嚴格保持一致是決定外業調查成敗的關鍵。本文提出的外業調查記錄表自動填寫技術，提高了作業效率，避免了人為因素引起的錯誤，確保了圖、表一致，將極大地縮減監測工期，提高監測成果質量。