基于IKONOS影像的土地利用现状更新调查方法

周宁平，廖 明，匡秀梅

（1.常德市规划研究中心，湖南常德 415000；2.中测新图（北京）遥感技术有限责任公司，北京 100039）

基于IKONOS影像的土地利用现状更新调查方法

周宁平1，廖 明1，匡秀梅2

（1.常德市规划研究中心，湖南常德 415000；2.中测新图（北京）遥感技术有限责任公司，北京 100039）

近年来，随着我国社会和经济的快速发展，土地利用现状发生了很大变化，原有土地利用资料已难以满足土地管理的需求。为了提高土地管理效率和水平，实现科学化管理，结合地方规划与国土资源管理现状，采用现代“3S”技术，建立集遥感信息以及土地利用信息于一体的土地利用数据库，为地方经济发展提供现势、详实、准确的科学依据，为国土资源规划、保护、管理和合理利用奠定坚实的基础。结合银川市土地利用现状更新调查项目，论述利用高分辨率卫星影像数据——地面分辨率达1 m的IKONOS影像进行土地利用现状更新调查的技术方法。

高分辨率卫星影像；IKONOS影像；土地利用更新

土地资源是人类赖以生存的重要自然资源，由于它具有位置固定性、面积的有限性、地域的差异性、利用状况的多样性和可变性，决定了土地利用更新调查是一项庞大复杂的技术工程。卫星遥感技术，以其覆盖面广、宏观性强、快速、多时相、丰富的综合信息等优点，而被人们在土地调查中广泛应用。特别是近年来，SPOT5、IKONOS和Quick Bird等高分辨率卫星影像的市场化推广，促进了该技术在土地调查中的应用。

“六五”以来，我国在国务院统一部署下完成了全国县级土地详查；东部地区采用航空遥感为基本方法完成比例尺1∶1万土地利用调查制图；西部地区采用卫星遥感和航空遥感相结合的方法完成1∶5万、1∶10万和1∶20万土地利用调查。这些数据资料为土地资源的科学化管理提供了保障。通常情况下，对于1∶1万土地利用调查应采用航空遥感的方法来获取高地面分辨率的数据源，而在本次项目实施中，用地面分辨率高达1m的IKONOS影像取代航空遥感影像进行土地利用更新，结果达到满意的精度。

1 项目简介

根据项目设计要求，土地利用现状更新调查的主要任务是应用高分辨率卫星影像数据，制作银川市市辖三区（兴庆区、金凤区、西夏区）约1 798 km2数字正射影像（以下简称DOM），基于DOM提取土地利用现状信息，参考土地详查和土地变更调查等有关资料，结合外业调查，将土地利用现状的分类界线、权属界线调绘到DOM上，在此基础上完成1∶1万土地利用现状图更新，建立1∶1万土地利用现状数据库，并进行面积量算、统计和汇总。

该项目共使用IKONOS影像40景，并以3景SPOT5的影像为补充，本文研究的重点在于使用IKONOS影像进行土地利用更新的技术与方法。图1为IKONOS数据的覆盖情况。

图1 IKONOS数据覆盖情况

2 技术路线与方法

2.1 技术路线

该技术的基本工作包括：资料的收集、辅助资料的处理、外业控制测量、数字正射影像图（DOM）制作、土地利用现状图纠正、土地利用分类信息的提取、外业调绘、外业调绘成果的补漏修改，数据入库、统计汇总、出图、精度评定等关键技术环节。技术流程见图2。

2.2 技术方法

2.2.1 外业控制测量

基于Quick Bird卫星影像内业选取控制点，采用静态GPS与动态（RTK）GPS联合作业方法，进行外业控制测量，获取控制点坐标。

外业控制测量的流程主要有内业选点——外业测量——坐标转换——精度检查——成果整理，见图3。

对于IKONOS影像，控制点的设置密度为6 km2／点，40景影像共选点320个。共收集并实地找到可利用国家三角点32个，静态布设校正点和固定点26个，动态测量影像纠正控制点293个。控制点相对于邻近的等级控制点的平面位置中误差与高程中误差如表1所示。

表1 控制点精度要求m

最后提交的成果应包含控制点坐标、点之记和点位图等。

2.2.2 数字正射影像图制作

制作高分辨率卫星影像数据的数字正射影像图（Digital Orthophoto Map，简称DOM）为土地利用现状更新调查提供高精度基础数据。以1∶1万（或更大比例尺）数字栅格地形图（Digital Raster Graphic，简称DRG）和高精度外业控制点为控制资料，利用数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）对遥感影像数据进行正射纠正、配准和融合，按照1∶1万地形图标准图幅范围分幅，叠加图名、图幅号、公里格网形成1∶1万数字正射影像图。

具体技术工序包括：辅助资料处理——外业控制点加载——全色数据纠正——多光谱数据配准——全色与多光谱数据融合——接边与镶嵌——分幅。其中，辅助资料处理的主要工作有各种纸质地形图、土地利用资料、行政境界图的扫描，使用photoDRG对其进行几何纠正，栅格图的数字化，以及坐标系转换等；全色数据纠正和多光谱数据配准均采用ERDAS软件提供的有理多项式模型进行处理，影像采样间隔1 m；全色与多光谱数据的融合可采用主成分分析法、加权相乘法、IHS变换法等多种方法进行；最后经接边、镶嵌和分幅形成MSI和IMG格式的1∶1万标准分幅数字正射影像、GEO－tif和IMG格式全辖区数字正射影像等成果。

2.2.3 土地利用数据库建库

土地利用数据库建库是整个土地利用更新调查工程中最关键的工作。建库时，基于MAPGIS6.7平台开发的土地利用数据库管理系统，以土地利用现状图、土地变更图和最新地形图为参考，对DOM进行全面解译，获取土地利用分类信息。其中地类类别根据土地利用现状图和土地变更图等资料进行确定，地类范围由DOM准确定位，对于地类难以判定或范围不明确的图斑，作为可疑图斑供外业时重点调查。由于此次银川市土地利用更新调查建库是在没有土地利用数据库底库以及土地利用台帐和原始土地利用现状图覆盖不完整的条件下进行，采用基于高分辨率的卫星影像提取土地利用分类信息并结合外业调查获取地物属性信息的方法建库，因而具有与以往的土地利用更新调查不同的特点，采用的建库技术流程如图4所示。

1）土地利用分类信息内业提取。为提高土地利用信息判读提取的可靠性，便于检查和控制判读质量，应先建立样本影像库，建库时一般提取具有代表性和典型性的影像图斑作为样本影像，样本影像必须经过外业调查进行核实。然后根据样本影像库进行土地利用信息分类，分类时先建立工作区，方法为以标准图幅为单元建立工程，建立如表2所示的图层。

表2 工作区图层设置

在保证数字正射影像和1∶1万地形图二者之间严格配准的前提下，将数字正射影像和1∶1万地形图添加到工程，当配准误差超限时，须分析原因，对DOM或土地利用现状图进行重新处理。建立工作区后，然后进行分类信息判读，方法是根据样本影像图斑，参考土地利用现状图、1∶1万地形图，对DOM影像进行解译。地类划分按《县（市）级土地利用规划数据库标准》执行，地类共分三级：一级地类又分为农用地、建设用地和未利用土地，以农用地为例，又分为耕地、园地、林地、草地和其它农用地等二级地类，再进一步细化到第三级地类，如耕地分为灌溉水田、望天田、水浇地、旱地和菜地5类三级地类。图5为几处旱地的IKONOS影像。

2）外业调绘。利用1∶1万地形图、部分标准分幅的土地利用现状图和卫星遥感正射影像图，结合相关资料，运用GPS及先进的技术方法，进行野外实地补充调查。调绘的内容包括：行政境界和权属界线、地类、线状地物和零星地物等。外业调绘的基本方法是：选好站立点、确定方位 、抓住特征地物、判定地物等。具体作业是以内业提供标准分幅的数字正射影像纸图和土地利用分类线画薄膜图为工作底图，借助放大镜、调绘夹、测量仪器、皮尺和图板以及GPS等工具，实地作业范围内的土地状况全部调查清楚，并正确记录地物属性信息和在外业调绘薄膜上标绘新增和删减的地类。然后，根据调绘的结果进行分类信息、属性信息的修改，并对修改后的1∶1万标准分幅的各分层矢量数据进行裁切、接边处理，以及拓扑和逻辑错误检查，检查无误后对图斑进行拓扑构面。

图5 旱地

3）建立土地利用数据库。土地利用数据库管理系统主要功能有：数据建库、数据编辑、变更处理、查询统计、汇总出表、成果输出、系统维护。其中数据库部分主要由空间数据和属性数据构成。空间数据包括基础地理信息（地貌、水文、交通、境界、注记等）和土地利用状况的图斑数据。属性数据是土地利用详查成果中的各种表格数据和图形特征的附属说明信息，包括土地利用分类的地类名称、面积、行政区划、权属等。属性库包括现势属性库和历史属性库。属性库与图形库通过图斑标识码进行连接。数据库系统主要分为数据输入输出、数据编辑处理和数据管理3个部分。建库的主要流程为：同类文件拼接—编辑数据字典—新建接图表—新建工程、项目—数据综合处理—图幅面积平差—数据预处理。其中数据综合处理是对入库的数据进行逻辑错误检查和属性常规检查，量算图斑毛面积，计算线状地物的面积；数据预处理是进行表格汇总打印输出的前提，是为汇总输出和空间分析进行数据准备。

4）统计汇总。按座落位置对图斑平差后的平差面积进行统计汇总。县（市）级土地利用数据库管理系统输出表格的类型有：土地利用现状变更表、土地统计台帐、土地统计簿、土地变更调查记录一览表、外单位土地面积汇总表、本村集体土地面积汇总表、单位土地面积汇总表和国有集体土地面积汇总表。此外，为满足国土资源部需求，还制作了下述3种表格：土地利用数据变化流向表、更新调查数据审查表和更新调查情况表。

5）统计结果分析。根据统计结果和变更调查的数据制作土地利用数据变化流向表，通过该表可清楚地看出各种地类的增加、减少情况。

2.3 技术特点

在该技术的实施中，体现了以下特点：

1）高分辨率遥感数据与土地利用基础图件相结合。以遥感数据为基础，充分利用土地利用现状图等基础图件，辅助进行土地利用现状分类，尽量提高内业处理精度，减少外业工作量。

2）计算机自动处理技术与人机交互相结合。采用计算机自动分类技术，通过人机交互，提取土地利用分类信息，提高分类准确度和效率。

3）外业和内业紧密结合。采用GPS技术手段进行全辖区控制点测量，提供高精度的控制资料，确保DOM成果的精度。通过外业调查核实土地利用分类信息的图形、属性等内容，获取最新行政境界和权属信息，采用GPS或常规技术手段补充遗漏和新增地物，确保土地利用分类信息的准确性。

4）先试点、后全面开展。为了能够更准确掌握遥感卫星影像所反映的土地利用分类信息，采取了先试点后全面展开 作业流程。由于原始土地利用现状调查资料陈旧且覆盖范围不全，在利用遥感资料进行分类信息提取时，将地类比较丰富的丰登镇作为试点，内业先结合各种土地利用分类资料、地形图根据不同地类的光谱特征进行初步的分类信息提取，然后内业作业人员在外业调绘人员的陪同下，到实地进行勘察，了解外业调绘的作业流程，建立遥感影像光谱特征和所反应的实际地类之间的感性认识，并在外业调绘成果的基础上建立银川市市辖区土地利用分类信息样本影像库作为分类信息解译参考。

3 应用结果

采用上述方法，历时近1年的时间，共完成银川市市辖区兴庆区、金凤区、西夏区约1 800 km2范围的土地利用现状更新调查，建立银川市市辖区1∶1万土地利用数据库。涉及行政权属单位175个，共约22 758个图斑，33 502条线状地物。最终形成的成果包括土地利用数据库及其管理系统、土地利用数据库元数据、标准分幅土地利用图，市辖区、乡镇土地利用图、土地利用统计表格等。

精度检测方法为从经过正射纠正的DOM上选取精度检测点，将此DOM上的坐标与GPS外业实测得到的坐标进行比较，得到DOM的精度。在该项目中共选取了133个检测点，经GPS外业检测，这些点的平均中误差为北1.64 m，东2.38 m，高2.89 m，满足1∶1万比例尺级别上的土地利用现状更新要求。

4 结 论

银川市土地利用现状更新调查综合采用RS（遥感）、GIS（地理信息系统）、GPS（全球定位系统）等现代化技术，建立了集高分辨率卫星影像数据、土地利用信息于一体的土地利用数据库。实践证明：

1）KONOS高分辨率卫星影像数据已完全能满足1∶1万比例尺级别上的土地利用现状更新要求。

2）区别于以往采用的常规外业调查手段，内外业相结合的方法不仅大大节约了人力和时间，同时也保证成果的高精度。

3）新型技术手段为土地利用现状更新提供了技术保障：RS技术提供了多源、快速、周期性的数据支持，GPS技术保证了成果的高精度，GIS技术为土地利用更新提供了强劲功能，确保系统使用的方便性和持续性。

另外，该方法还存有以下不足：由于部分影像数据获取时间较早，造成按调绘结果形成的土地利用现状图和影像图不一致；此外不同年代的影像之间也存在接边困难的情况。因此，建议尽量采用最新的、相同时相的影像，另外对于土地利用情况变化较快的地区进行动态监测。

［1］鲁迪，魏雅丽.论遥感技术在国土资源调查中的应用［J］.国土资源导刊，2005，2（2）：36－37.

［2］牟绪赞，刘纪选，王平，等.充分发挥物化探及遥感在国土资源调查中的先行作用［J］.中国地质，2001，28（2）：1－5.

［3］党安荣王晓栋陈晓峰张建宝.ERDAS Image遥感图像处理方法［M］，北京：清华大学出版社，2003.

The research on the investigating and updating the land－use situation based on IKONOS images

ZHOU Ning－ping1，LIAO Ming1，KUANG Xiu－mei2
（1.Changde City Planning Research Center，Changde 415000，China；2.China TopRS Technology Co.，Ltd，Beijing 100039，China）

Recently，with China’s rapid social and economic development，land utilization present situation has undergone great changes，and the original land use information has been difficult to meet the requirement of land management.In order to improve land management efficiency and management level，to achieve scientific management，combining the local planning and land resources management present situation，uses the modern technology of“3S”to set up remote sensing information and land use information in one of the land use database，for local economy development which provides the potential，detailed，accurate scientific basis for land and resources planning，the protection，management and reasonable use and lay a solid foundation.It unifies the Yinchuan city land use change survey project and discusses the application of high resolution satellite image data－ground resolution up to 1 m IKONOS image in the land use change survey technique.

high resolution satellite image；IKONOS image；land use updating

P208

A

1006－7949（2012）04－0074－04

2011－07－31

周宁平（1976－），男，工程师.

[责任编辑:张德福］