地理国情监测数据在区域水土流失动态监测中的应用

张志兰，符素华，谢 云，章文波，魏 欣，蒋光毅，李月臣

(1.重庆市水土保持监测总站，重庆401147； 2.北京师范大学 地理科学学部，北京 100875；3.西南大学 地理科学学院，重庆 400065)

水土流失是我国主要的生态环境问题之一，掌握水土流失动态、加强水土流失治理，对生态文明建设具有重要意义。根据《全国水土流失动态监测规划(2018—2022年)》要求，自2018年起我国开始对全国范围内的水土流失面积、强度和分布进行动态监测。作为水土流失动态监测的基础数据和主要任务之一，土地利用数据要通过遥感影像获取，但在全国范围内基于遥感影像提取土地利用数据工作量巨大。

2013年2月28日国务院印发了《关于开展第一次全国地理国情普查的通知》，决定从2013年至2015年开展第一次全国地理国情普查工作，以全面掌握我国地理国情现状，满足经济社会发展和生态文明建设的需要。第一次全国地理国情普查的对象为我国国土范围内的地表自然和人文地理要素，主要工作内容包括高分辨率数字正射卫星遥感影像生产和地表覆盖地理要素采集等[1]。为了清晰反映地表覆盖状况、准确提取地表覆盖信息，在该次普查中，采用0.5 m分辨率的航空遥感影像作为本底数据源[2]。为了加强地理国情普查成果的数据质量，国务院普查办制定了《第一次全国地理国情普查质量管理细则》，明确要求按照全国统一领导、地方分级负责、各方共同参与的组织原则，统一检验标准，实行全员、全过程、分级分类质量控制[3]。第一次全国地理国情普查成果经测绘质检部门的验收，地表覆盖分类数据的采集精度及分类精度整体优良率为95.89%[4-5]。该次普查，不仅摸清了我国地理国情家底，而且为农业、林业、国土、水利等行业提供了数据支持[6-7]。第一次全国地理国情普查完成后，地理国情监测进入了常态化[8]，每年进行数据更新，这对于掌握地表覆盖动态具有重要意义。

我国第一次全国地理国情普查成果及每年进行的地理国情监测中的地表覆盖数据可以转换成《区域水土流失动态监测技术规定(试行)》中所需要的土地利用数据，而采用由地表覆盖数据转换而成的土地利用数据，可以大量节省人力、物力和财力，更好地推动水土流失动态监测工作的开展。因此，本次研究的目的是建立地理国情监测中地表覆盖分类与《区域水土流失动态监测技术规定(试行)》中土地利用分类的对应关系，并验证获得的土地利用数据精度，以期为区域水土流失动态监测服务。

1 研究方法

1.1 数据转换方法

在《区域水土流失动态监测技术规定(试行)》中，根据水土流失的特点将土地利用分为8个一级类和25个二级类。与区域水土流失动态监测的土地利用分类不同，地理国情监测中的地表覆盖分类一般不侧重于土地的社会属性(人类对土地利用的方式和目的)，而是反映地表自然营造物和人工建造物的自然属性或状况，共涉及8个一级类、52个二级类和104个三级类。尽管它们的定义不同，但是可以建立它们之间的联系，将地表覆盖数据转换为土地利用数据。为此根据地理国情监测中地表覆盖分类的定义，以其三级分类为基础，将其合并到区域水土流失动态监测中土地利用分类的二级分类上，二者的对应关系见表1。由表1知，当地理国情地表覆盖的三级分类都可以归为同一个土地利用的二级分类时，不再显示地表覆盖的三级分类，否则，详细列出三级分类，并与土地利用的二级分类一一建立对应关系。

表1 地表覆盖分类与土地利用分类对应关系

注：表中“天然牧草地或其他草地(41或43)”在牧区为41、非牧区为43；代码“99”表示待定，结合人工检查和遥感影像归到周围土地利用类型。

1.2 野外验证

随机抽取4 km2的区域作为验证区域，在室内制作1∶1万的野外验证底图，在野外验证土地利用属性与边界的正确性。如果图斑边界与实际边界在1∶1万底图上误差小于5 mm，则认为边界正确，否则认为边界错误。

验证区选择在重庆市西南部的江津区，收集重庆市江津区2017年地理国情监测的地表覆盖数据。江津区位于105°36′55″～105°49′9″E、28°30′59″～29°27′4″N之间，行政区面积3 216 km2；属亚热带湿润季风气候区，多年平均降水量1 039 mm(1981—2011年)，年内降雨较为均匀地分布在4—9月份，期间降水量占全年降水量的76%；地形南高北低，北部和中部以丘陵和低山为主，南部则以山区为主。

2 结果与讨论

江津区抽取的4 km2验证区域包含749个图斑。对749个图斑的野外验证结果表明，正确图斑总数量为742个。749个图斑中边界正确图斑数量为749个，属性正确图斑数量为742个。验证的总体正确率为99.1%，其中图斑边界正确率为100%、图斑属性正确率为99.1%，符合《区域水土流失动态监测技术规定(试行)》中土地利用数据判对率应大于90%的要求。验证结果表明，由地理国情监测地表覆盖数据转换来的土地利用数据具有很好的精度，能满足《区域水土流失动态监测技术规定(试行)》中土地利用数据解译精度要求。

重庆市江津区土地利用统计结果见表2。江津区土地利用以林地为主，面积1 398.30 km2，占行政区面积的43.48%，主要分布在南部及北部山地；其次是耕地，面积1 137.79 km2，占35.39%，主要分布在中部及北部区域；再次是园地、建设用地、水域及水利设施用地，面积分别为292.75、158.73、145.76 km2，分别占9.10%、4.93%、4.53%；最后是交通运输用地和其他土地，面积分别为76.29、6.38 km2，分别占2.37%、0.20%。

表2 重庆市江津区土地利用统计

本研究利用地理国情监测中的地表覆盖数据经转换得到了区域水土流失动态监测所需的土地利用数据，经野外验证有很高的精度，但在数据转换过程中也发现以下问题需要注意：

(1)退耕土地及由耕地变成园地的土地利用类型的确定。地理国情监测中的地表覆盖分类信息反映的是所见即所得的地表覆盖类型，因此在地理国情监测成果中的部分草地在《土地利用现状分类》(GB/T 21010—2017)中的土地利用类型应是耕地。这部分耕地因农民外出打工临时退耕而撂荒，或因政策引导而进行陡坡退耕还草，所以在地理国情监测中被解译成草地。区域水土流失动态监测反映的是水土流失的年际动态变化，因此退耕土地在区域水土流失动态监测中的土地利用分类处理上判定成草地是合适的，与地理国情监测成果的地表覆盖分类结果一致。但这种处理方式与《土地利用现状分类》中的分类存在差异，可能会导致耕地(基本农田)面积的减少。此外，随着产业结构调整，出现了大量耕地(基本农田)变成园地的现象，在《土地利用现状分类》中这部分土地仍属于耕地(基本农田)。考虑到区域水土流失动态监测的目的，这部分土地应归属到园地中，与地理国情监测中的地表覆盖分类相一致，但与《土地利用现状分类》中的土地利用分类不同，可能导致土地利用分类中的耕地(基本农田)面积减少。

(2)表1地理国情监测地表覆盖分类三级类中的护坡灌草和硬化护坡所对应的土地利用类型需综合考虑所在地周边的土地利用类型才能进一步确定，因此先赋99代码，待人工进一步检查后再结合遥感影像确定相应的土地利用类型。

(3)地表覆盖中的沙质地表包含了一部分河道的滩涂，因此对于沙质地表需要进一步检查，将其中的滩涂识别出来划分到土地利用类型的河湖库塘中。

(4)水土流失动态监测土地利用分类中的沼泽地(72)不属于地理国情监测中的地表覆盖分类系统，而是属于地理单元分类系统。地理国情地理单元分类中的湿地保护区(1134)和沼泽区(1135)可归到水土流失动态监测土地利用分类中的沼泽地(72)。

3 结 论

本研究尝试将重庆市江津区的地理国情监测地表覆盖数据转换成区域水土流失动态监测所需的土地利用数据，并进行了野外验证。野外验证结果表明，地表覆盖数据转换得到的土地利用数据解译精度高达99.1%，满足《水土流失动态监测技术规定(试行)》中的土地利用数据解译精度要求。但是由于地理国情监测地表覆盖分类与区域水土流失动态监测土地利用分类的定义不同，个别地表覆盖类型在进行数据转换时需根据影像类型及周边土地利用类型决定相应的土地利用类型。