村镇退化废弃地遥感监测方法初探

王忠武，刘 新，刘顺喜，冯永忠，何宇华，张天中

（1.中国土地勘测规划院，北京 100035；2.甘肃省国土资源规划研究院，甘肃兰州 730000）

村镇退化废弃地遥感监测方法初探

王忠武1，刘 新2，刘顺喜1，冯永忠2，何宇华1，张天中2

（1.中国土地勘测规划院，北京 100035；2.甘肃省国土资源规划研究院，甘肃兰州 730000）

研究目的：开展村镇退化废弃地遥感监测技术分析，为村镇退化废弃地遥感快速监测奠定技术基础。研究方法：选择甘肃省白银市平川区作为研究区域，设计研究区内典型村镇退化废弃地类型，建立不同类型村镇退化废弃地的高分辨率遥感影像特征，提出利用遥感手段快速监测村镇退化废弃地的技术流程，详细描述了其技术方法，进而阐述村镇退化废弃地快速监测移动作业平台的详细功能需求。研究结果：研究区典型村镇退化废弃地在退化废弃前后的遥感影像特征和实地特征均有显著差别，本文的技术流程和方法可以服务于村镇退化废弃地的快速遥感监测。研究结论：采用遥感手段监测村镇退化废弃地在技术上是可行的。

土地信息；村镇退化废弃地；遥感；监测

随着人口的持续增长、工业化城镇化的快速发展，中国经济社会发展与土地资源短缺的矛盾日益突出[1]，一方面旨在促进经济社会持续较快发展的扩大内需带来用地需求的快速增长，另一方面后备土地资源较为短缺。村镇退化废弃地通常是指以前（高效）利用过，现在由于各种人为因素或自然因素而造成退化、废弃的土地。过去粗犷型土地利用方式以及部分地区恶劣自然条件，造成当前土地节约集约利用程度不高、土地退化的现象广泛存在。掌握村镇退化废弃地的基础信息，科学管理并合理利用这类土地，将能有效服务于土地应用潜力挖掘和土地节约集约利用，缓解用地需求压力。

当前，村镇退化废弃地分类和遥感监测技术方法的研究较少。在村镇退化废弃地分类研究方面，张绪良根据西部地区土地退化原因设计了沙化退化土地、盐渍化退化土地等典型退化土地类型[2]，刘抚英从地上、地下、周边三个方面对工业废弃地类型进行了详细划分[3]。这些文献仅根据部分退化土地或废弃地的产生原因进行了初步分类研究，未对村镇退化废弃地进行综合研究，没有形成统一分类。因而，需要综合考虑研究区退化、废弃土地的产生原因和特点，设计村镇退化废弃地统一类型。村镇退化废弃地类型研究的不足，造成各类村镇退化废弃地遥感快速监测技术研究的缺乏，主要针对在利用遥感技术进行荒漠化土地、沙化土地等占地面积较大的退化土地监测方法研究方面[4-5]，大量工作集中于基于像素光谱特征的人机交互解译或计算机自动解译方法。然而，这类方法对于废弃村镇、废弃工矿等占地面积较小、纹理和轮廓特征显著的退化废弃地土地监测难以适用，有必要对此进行扩展，分析基于光谱、纹理、轮廓等特征及地面目标信息对不同村镇退化废弃地进行解译的可行性，并结合当前土地利用调查监测技术流程，提出村镇退化废弃地遥感监测的技术流程和方法。本文将选择典型研究区，分析村镇退化废弃地的产生原因和特点，设计研究区村镇退化废弃地类型，在此基础上，根据不同村镇退化废弃地类型的影像与实地特征，探讨利用遥感手段快速监测村镇退化废弃地的技术流程，同时开展村镇退化废弃地快速监测移动作业平台系统功能需求分析与实现，为村镇退化废弃地遥感快速监测奠定重要技术基础。

1 研究区村镇退化废弃地类型与特点

1.1 研究区概况

平川区位于甘肃省白银市中部偏北，腾格里沙漠边缘。南北与靖远县毗连，西与景泰县相邻，东南接会宁县，东北接宁夏回族自治区海原县。全区面积1993 km2。地理位置东经104°24′17″—105°25′14″，北纬36°19′46″—36°59′44″。区内地势东南高西北低，呈阶梯状多台阶地形，中部及西部盆地主要为洪积平川，东南部为沟谷山地，海拔为1347—2858m。属温带大陆性干旱气候，年平均气温9.0℃，年平均降水量235.5mm，年平均蒸发量1595.4mm，平均风速1.1m/s，无霜期平均为143天。全区辖4乡、3镇、4个街道办事处，总人口20.8万。平川区特殊的地形、地貌、气候、人口分布等因素的综合作用形成了不同类型村镇退化废弃地。

1.2 村镇退化废弃地类型

根据自然或人为因素引起土地退化和废弃的情况，平川区的村镇退化废弃地类型大体可分为5类。（1）沙化土地（30A）：在强烈的风蚀作用下，过度农垦、放牧，过度利用地表水、地下水资源和过度樵采而引起土地沙化[2]。（2）盐渍化土地（30B）：干旱、半干旱地区，地下水埋藏浅、矿化度高，蒸发强烈，或由于灌溉不当导致盐分表聚，形成次生盐渍化[2]。（3）工矿废弃地（30C）：工矿生产过程中破坏的、未经处理而直接影响失去原来功能而废弃的用地及用地上的设施，包括采场、排土场、尾矿区、采掘沉陷区[3]。（4）村镇废弃地（30D）：由于社会、自然等原因引起的无人（少人）居住、布局分散、不具历史保留价值、公共服务设置配套不完善的旧村镇或旧集体用地。（5）其他废弃地（30E）：除以上类型外，其他废弃地。

1.3 村镇退化废弃地的特点

表1（封三）所示（遥感影像为QuickBird高分辨率真彩色合成影像，为了便于全局显示，图像经过适当缩放）为不同村镇退化废弃地的实地和影像特征。根据遥感影像和实地调研，发现：（1）沙化土地实地特征为表层沙覆盖，有零星耐沙指示植被（骆驼蓬等）生长状况较好；主要影像特征为相对于未沙化退化的土地，影像亮度偏高，且在真彩色合成影像上表现出当地特有的红色沙土色调。（2）盐渍化土地实地特征为存在于局部低洼并盐渍聚集地带，土地表层盐碱积聚，有零星耐盐碱指示植被（野枸杞、碱材等）稀疏分布，主要影像特征是相对于未盐渍化退化的土地，影像亮度较高，色调呈不规则的白色。（3）工矿废弃地的实地特征为无明显生产活动痕迹，工矿废弃地（煤矿）主要影像特征为影像上无明显铲车、传输皮带等采矿挖掘和传输设施。工矿废弃地（砖瓦窑）主要影像特征为影像上堆场无堆放的成品或半成品，以及产品运输设备。（4）村镇废弃地的实地特征为无明显居民生活迹象，主要影像特征为房屋、院墙可能呈现残墙断垣，无（少）人员活动、无（少）生活配套。（5）其他废弃地，例如废弃军事用地、宗教用地等，其主要特征为用地范围内房屋、设施等没有居民使用迹象。可见，不同村镇退化废弃地在高分辨率遥感影像上退化废弃前后表现出截然不同的特征，可以借助遥感手段并辅以独特解译标志，开展快速监测。

2 村镇退化废弃地遥感监测技术流程

村镇退化废弃地的界定十分复杂，不仅与建、构筑物的使用者、土地的生产活动状况等微观的社会因素有较大关系，而且与地形地貌、气象气候等宏观的自然因素也有直接联系。因此，在利用遥感技术开展村镇退化废弃地监测时，必须向上兼容，使用高分辨率遥感影像，同时提供充足的先验知识辅助作业人员判断。为此，本文参考土地调查监测的通用技术流程[6-8]，设计了基于高分辨率遥感影像的“解译标志建立—内业信息提取—外业核查—内业整理”村镇退化废弃地遥感监测技术流程（图1）。

图1 村镇退化废弃地遥感监测技术流程Fig.1 W orkflow ofmonitoring brown field by remote sensing technology

2.1 解译标志库建立

利用高分辨率光学遥感影像，由经验丰富的作业人员开展研究区村镇退化废弃地目视判读解译工作，每类村镇退化废弃地截取部分有代表性的村镇退化废弃地周围一定范围的遥感影像作为影像解译标志，同时拍摄实地照片，补充其光谱、纹理等与其他用地类型有显著特征差异的定性描述性文字，按照建库格式要求存入数据库，建立研究区村镇退化废弃地的解译标志库，格式如表2所示。

2.2 内业信息提取

采用QuickBird、IKONOS、WorldView-1、WorldView-2、GeoEye-1等高分辨率光学遥感影像数据源，首先对遥感影像进行正射纠正、接边、色彩调整、镶嵌处理，按一定界线剪裁生产研究区的土地利用遥感影像图。然后采用波段组合彩色合成技术，拉伸村镇退化废弃地与其它背景的特征差距，实现针对遥感影像的定向特征增强。最后依据解译标志库提供的解译标志和定性描述等先验知识，参考其他辅助资料，对比解译标志和遥感影像，采用人机交互和计算机自动分类相结合的方法，按照表3所示图斑属性表格式，提取村镇退化废弃地图斑。

2.3 外业信息核查

导出内业监测图斑，外业核定内业无法确定的监测图斑，补充调查遗漏图斑。逐个监测图斑实地核查退化废弃前后地类和范围，根据每个监测图斑变化前后地类均须单一的原则，合并、拆分、修订监测图斑界线，现场拍摄每个图斑的实地照片，填写现场核查说明文字，完成村镇退化废弃地监测图斑之记的记录工作，监测图斑之记格式如表4所示。

2.4 成果整理

导出外业核查图斑至内业计算机，根据需要修订监测图斑边界和属性，形成村镇退化废弃地监测矢量数据层、属性表，按研究区退化废弃地类型统计并汇总监测图斑成果，完成成果整理。村镇退化废弃地监测图斑统计表和汇总表如表5和表6所示。

表2 解译标志库格式Tab.2 Database form of interpreting reference

表3 村镇退化废弃地图斑属性表Tab.3 Spot-attribution form for monitoring the brown field

表4 村镇退化废弃地监测图斑之记Tab.4 Spot-recording form for monitoring degraded and scraped land

表5 村镇退化废弃地监测图斑统计表Tab.5 Stastistical form for monitoring the brown field

表6 村镇退化废弃地监测图斑汇总表Tab.6 Summarizing form for monitoring the brown field

3 移动作业平台设计与实现

3.1 系统功能需求

移动作业平台主要用于所有内业监测图斑的快速便捷核查，因而需充分利用GPS/PDA移动平台的技术优势，基于软件工程的思想，采用软件总线的研发模式，达到界面友好、便捷实用、功能稳定和扩展性强的特点。根据村镇退化废弃地监测要求，该平台应提供外业核查工程文件创建、工程数据管理与参数设置、目标地块导航、现场调绘与信息采集、成果输出统计等功能，以满足如图2所示工作流程图作业要求。

外业核查工程文件创建功能包括：利用工程文件创建工具或移动平台，设置工程配置文件和数据交换标准，创建村镇退化废弃地外业核查工程文件。

工程数据管理与参数设置功能包括：加载和制作外业核查工作包、管理外业核查工作图层，控制工程图层数据显示内容、叠加关系、显示风格等；设置地图浏览、GPS定位与校准、影像实地平面精度检核等参数。

目标地块导航功能包括单目标导航、多目标导航和清除导航。单目标导航功能通过选择目标图斑的图斑号查找确定目标图斑。根据给出的与当前位置点的距离、方向、导航目标点或目标图斑中心点设置标识、导航距离等确定导航信息。多目标导航功能通过属性搜索定位查找未完成核查的图斑，根据提示列表选择图斑进行导航定位，根据图斑标识和最短路径确定多目标导航信息。清除导航功能通过中止导航清除地图上的导航标识。

图2 移动作业平台工作流程图Fig.2 W orkflow of themobile operation platform for monitoring the brown field

现场调绘与信息采集功能包含图斑边界快速采集、图斑影像块采集、现场照片采集、属性核实编辑、属性核实确认等步骤。图斑边界快速采集功能包括采用PDA遥感影像调绘技术和GPS现场采集技术，利用GPS测量、屏幕调绘、传统测量方法的补测、实时编辑等功能，采集图斑边界。图斑影像块采集功能包括选择目标图斑，利用系统提供的功能截取目标图斑周围一定范围的影像。现场照片采集功能包括利用系统提供的现场照相功能，拍摄图斑实地照片。属性核实编辑功能包括对监测图斑的退化废弃类型、实际地类、照片等属性进行采集和编辑。属性核实确认功能包括属性编辑结束后，根据系统自动检查必填字段是否满足要求，完成属性核实确认工作。

成果输出统计功能包括监测成果导出、图斑统计表生成和图斑汇总表生成。按照成果提交要求和统计汇总模板，输出监测成果。

3.2 系统功能实现

根据以上功能需求，结合当前PDA用于土地调查监测方面的成熟度，笔者在Windows Mobile 5操作系统、Microsoft ActiveSync 4.x、Microsoft.NET Framework 2.0等软件支持环境下，开发了村镇退化废弃地遥感监测外业移动作业平台系统，同时开发基于PC机器的内业处理软件。系统功能框架图如图3所示。

其中，外业移动作业平台完成退化废弃地的外业核实与数据采集工作，包括工程数据管理与参数设置、目标地块导航、现场调绘与信息采集等功能模块。内业处理软件是运行于PC机上，配合外业移动作业平台使用，主要完成外业调查包的生成和统计报表生成等内业工作。

4 结语

本文提出了村镇退化废弃地遥感快速监测的技术流程，开展了村镇退化废弃地遥感监测移动作业平台系统功能需求分析与实现。首先，在选定甘肃省白银市平川区作为典型研究区的基础上，通过建立研究区村镇退化废弃地分类体系，依据沙化土地、盐渍化土地、工矿废弃地、村镇废弃地、其他废弃地等5类村镇退化废弃地的实际表现与高分辨率影像特征，结合现有土地调查监测的基本技术流程，提出了利用遥感手段快速监测村镇退化废弃地的技术流程，分析表明采用解译标志先验信息、遥感影像和实地采集信息的遥感手段监测村镇退化废弃地是在技术上是可行的。其次，从外业核查工程文件创建、工程数据管理与参数设置、目标地块导航、现场调绘与信息采集、成果输出统计等方面分析的移动作业平台系统功能需求，实现了由外业移动作业平台和内业处理软件构成的移动作业平台系统，为后续村镇退化废弃地遥感监测示范应用奠定了坚实基础。

图3 移动作业平台系统功能框架图Fig.3 Functioning framework of themobile operation platform

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［1］张晓玲，刘康，蔡玉梅.坚守18亿亩耕地红线不动摇［J］.求是，2009，（21）：43-45.

［2］张绪良.中国西部地区土地退化的现状及对策［J］.青岛大学师范学院学报，2000，17（2）：67-68.

［3］刘抚英.中国矿业城市工业废弃地协同再生对策研究［D］.北京：清华大学，2007.

［4］李亚云，杨秀春，朱晓华，等.遥感技术在中国土地荒漠化监测中的应用研究［J］.地理科学进展，2009，28（1）：55-62.

［5］王晓慧，李增元，高志海.沙化土地遥感监测研究现状［J］.林业科学，2008，44（7）：90-96.

［6］国务院第二次全国土地调查领导小组办公室.2009年全国”一张图”工程建设技术规定、总体技术方案、监理细则［S］.2009，9.

［7］中华人民共和国国土资源部.土地利用动态遥感监测规程［S］.TD/T 1010-1999.

［8］中华人民共和国国土资源部.第二次全国土地调查技术规程［S］.TD/T 1014-2007.

Prelim inary Study on M onitoring the Rural Brown Field Through Remote Sensing Technology

WANG Zhong-wu1,LIU Xin2,LIU Shun-xi1,FENG Yong-zhong2,HE Yu-hua1,ZHANG Tian-zhong2
（1.China Land Surveying&Planning Institute,Beijing 100035,China;2.Gansu Land Resource Survey and Planning Institute,Lanzhou 730000,China）

The purpose of this paper is to explore the method of monitoring the rural brown field through remote sensing technology.Method used was case study.Taking Pingchuan district in Baiyin city of Gansu province as an example,the paper introduced five typical types of brown field,summarized the feature of each type based on high resolution remote sensing images,proposed a workflow for monitoring the rural brown field using remote sensing technology,and explained the detailed functions of a useful operation software.The result showed that every plot of brown field had distinguished features of change regarding both the high resolution remote sensing imagery and field survey.The paper concluded that the way ofmonitoring brown field by remote sensing technology was technologically feasible.

land information;rural brown field;remote sensing;monitoring

TP751

A

1001-8158（2012）01-0075-07

2010-11-04

2010-12-10

新一轮国土资源大调查专项土地资源调查监测工程，土地利用调查技术方法研究项目，土地资源调查监测遥感数据应用技术集成研究课题（DDC10-10.2）。

王忠武（1983-），男，湖北洪湖人，博士，工程师。主要研究方向为土地遥感、遥感图像处理的技术与应用。E-mail:ripewzw0514@126.com