基于“3S”技术的土地利用分类调查研究

◇四川建筑职业技术学院 郭豫宾

随着经济发展，如何做好土地管理，成为影响到一个国家发展的重要问题。城市市区范围，土地属于国家所有；而农村地区，土地利用状况相对复杂，直接影响农村地区经济社会发展，因此土地利用分类调查是土地管理的重要工作之一。3S技术集成在国土资源调查中为解决土地利用存在的诸多问题提供了便利。土地利用分类调查工作，主要目的是获取土地及每宗地的面积、位置、权属信息和土地利用情况。本文着重介绍3S技术土地利用分类调查工作中的集成使用。

1 引言

在我国，土地的不合理利用引起的环境退化、人地矛盾等已成为影响广大区域经济发展的重要问题之一。土地利用覆被变化研究已成为全球变化研究的重要方面和热点之一，为缓解土地资源紧张、科学使用土地资源，促进社会经济可持续发展，查清并掌握我国土地资源数量与质量变化，具有十分重要的意义和现实价值[1]。

二十世纪八九十年代兴起的遥感技术，使得遥感图像获取更为便利，同时影像质量大幅提高，图像具有更高的空间分辨率和光谱分辨率。遥感技术的发展，对土地利用分类中图斑几何精度差、破碎图斑识别等问题的解决，提供了有利的条件[2]。

土地分类是在分析土地特性、特点及土地共性和差异性的基础上，通过调查的方法对土地进行分类，并建立相应分类体系的过程[3]。本文通过甘洛县土地利用分类调查工作，利用GPS技术灵活、方便、精度高等优点，结合RS及GIS技术的优势，分析GPS、RS、GIS测绘技术在土地调查工作中的集成合作应用[4]。

2 区域概况

甘洛县属于亚热带季风气侯，光热充足。受青藏高原大气环流的影响，夏季多为东南风；冬春季节干燥，降雨少，以西北风为主。该县北部、中部区域地势较低，南、东、西三面地势较高。地理位置位于大凉山北部，为四川盆地西缘向青藏高原过渡的高山峡谷地带。

县境河流均属大渡河水系。大渡河为东北面自然分界线，过黑马、乌史两乡，流程38 km。尼日河为县内主要河道，其次有甘洛河、田坝河等流域大于l00 km2的7条河流。

县域内年平均气温18.5 ℃，最高39.2 ℃，最低零下10.7 ℃。甘洛县雨热同季，干湿季节分明，多年平均降雨量935.2 mm。年平均日照1661.2小时，全年无霜期326天。

3 RS在土地利用分类中的应用

遥感技术具有受地面影响小及覆盖范围广的特点，能实现对地表信息的迅速获取、瞬时成像、实时传输、快速处理等优点。本文选取IKONO遥感影像作为此次工作的调查底图。

3.1 数据源

本次工作主要集中于甘洛县城及周边区域，为满足1:1万土地利用分类遥感解译的精度要求，综合运用PCI，ArcGIS10.1软件对IKONOS卫星影像数据进行处理。由美国GeoEye公司发射IKONOS卫星是高分辨率光学遥感卫星，拥有1个全色波段和4个多光谱波段，其中多光谱波段分辨率为4米，全色波段空间分辨率为0.82 m。因此，选择IKONOS卫星影像数据作为本次1:1万土地利用分类解译工作的数据源。IKONOS卫星主要成像参数见表1。

表1 IKONOS卫星主要成像参数

3.2 数据预处理

（1）波段组合。遥感图像数据的质量和信息特征是土地分类成功的先决条件。因此，图像处理的优劣是影像解译成败的关键，它将直接影响后期解译工作的质量。

Coreldraw和Illustrator软件都可以用一个文档绘制、管理多张地图，有利于编制专题地图集，但2款软件的管理方式差别很大。Coreldraw软件利用“多页面”的方式进行管理，而Illustrator软件采用“多画板”的形式进行处理。Coreldraw软件多页面管理方式允许在主页面中建立一个图层，用于各个页面中，减小了数据量，从而减小了文件体积；Illustrator软件的多画板管理方式允许在同一个活动窗口中同时对多幅图进行操作，节省了页面切换时间。

波段组合使影像色彩更加丰富，地物类型突出，纹理特征十分明显，同时具有可见光波段及红外波段信息的优势。为使合成出来的影像接近地物所呈现的真实色彩，符合人眼的视觉习惯，有利于目视解译。采用蓝色、绿色、红色的波段组合的方式对IKONOS影像来进行彩色合成。

（2）几何校正。几何校正是指在成像过程中由于地面起伏、地表高差较大等多种原因造成影像发生畸变，通过校正将图像数据纠正并投影至平面上的过程。

本文主要在ERDAS软件中利用已有的研究区地形图数据，对IKONOS数据进行几何校正。采用多项式变换模型并定义多项式的次方为二次。在校正好的IKONOS影像上选取若干个地形变化特征明显的控制点，同样以二次多项式模型对其他年份影像进行基于视窗踩点模式的几何精校正。

（3）正射校正。中心投影的图像因地面高差较大而产生像点位移，IKONOS卫星成像采用的多中心投影的方式，因此，该数据像点位移在山区表现的尤为明显。甘洛县恰处于地形起伏明显的山区，使用原始遥感影像作为土地利用调查底图，就必须对其进行正射精校正，在精校正基础上建立相应的解译标志。

本次工作获得的IKONOS卫星影像数据为预正射产品，带有RPC（Rational Ploynomial Coefficient，有理多项式系数）参数。由于获得的IKONOS数据为预正射产品，采用IKONOS单景影像+RPC+DEM+GCP的模式对IKONOS原始全色影像进行正射校正。

（4）图像融合。为获得更高分辨率的图像，增加室内解译准确度，一般将不同空间分辨率和光谱分辨率的图像数据进行图像融合。图像融合的方法很多，常见的有像元坐标融合、HIS彩色空间变换融合和综合融合等方法。

图1 IKONOS多光谱融合后图像对比图

（5）图像增强。图像增强强调图像的整体或局部特性，强调感兴趣特征，抑制不感兴趣特征。图像中地物细部轮廓更加清晰，扩大图像中不同地物特征之间的差别，从而使图像层次更为丰富，图像质量进一步改善、信息量更加充分，更有利于影像的判读，地物识别效果较好。

本文采用直方图均衡化方法对研究区遥感图像进行增强处理，增强后图像色调鲜明，地物对比度有所提高，便于提取相关信息。经过以上处理得到本研究区所需遥感影像（图2）。

图2 研究区处理后IKONOS图像

3.3 遥感图像信息提取

（1）解译标志建立。解译标志是遥感图像判读的重要一环，解译标志选取的科学与否直接影响到土地利用分类结果的精度。地表地物的光谱信息、辐射信息及几何信息在遥感图像上表现出不同的亮度、色调、纹理、形状、饱和度和结构等特征[7]。通过野外实地踏勘，根据工作区地物波谱特征和空间特征，结合区域已获取资料和外业工作经验建立甘洛县土地利用分类解译标志体系（表2）。参照国家土地利用分类方法结合本次工作的实际要求，甘洛县1:1万区域土地利用/覆被分类主要包括以下几个类别。

表2 甘洛县土地利用类型遥感解译标志

（2）遥感图像解译。图像解译应以遥感影像为依据。图像解译时应根据工作区实际情况，按照先易后难、循序渐进的工作方式，采用区域到局部、总体到个别、由已知到未知，综合采取目视解译，人机交互式解译等方法进行室内图像判读。将初步解译与详细解译、室内解译与野外调查验证有机结合，把室内解译分为三个阶段。①初步解译阶段：主要任务是熟悉调查区情况，建立区内土地利用的室内初步解译标志。②详细解译阶段：主要任务是在野外踏勘基础上，完善和修正不同地物目标的解译标志。③综合解译阶段：对上述解译标志进行野外验证，结合现有资料和已有成果对调查底图进行综合解译分析，编制解译成果图件。

在室内解译的基础上，通过野外实地调查对建立的初步解译标志进行验证核查，更正不准确分类标志，并对其进行补充和修正，以此确保遥感解译成果的质量和置信度。

4 GPS及GIS在土地利用分类中的应用

GPS定位技术在土地利用调查中有着常规测量所不具备的优势。遥感影像判读过程中，受图像阴影等因素影响，会遇到地物边界不清、地块范围模糊、线状地物和零星地物位置不准确等情况，需要现场进行测量才能准确表示此类地物。而GPS定位系统能够准确实时的获取地物边界、零星地物的准确位置，同时得到这些位置的坐标信息。

在遥感图像解译和外业实测基础上，利用GIS软件对遥感影像进行数字化。建立空间数据和属性数据图层，将影像图中不同地物按照地物边界描绘到不同的图层中，形成不同的空间数据[8]。文中利用ARCGIS软件统计功能对分类结果进行统计分析，得到甘洛县域土地利用分类图（图3）。

图3 研究区甘洛县域土地利用分类图