基于高分辨遥感影像的土地整理技术研究

夏昆

摘 要：卫星遥感影像数据具有现势性好、时空分辨率高等优点，能及时、准确、快速地反映土地利用变化情况。该文基于作者长期从事土地整理工作的相关工作经验，详细介绍了QuickBird高分影像在土地整理大中比例尺地形图测绘方面的总体思路和实施过程，这对新技术条件下土地调查和整理的应用实践提供了重要借鉴。

关键词：高分辨率遥感 土地利用调查 土地整理

中图分类号：P208 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）03（c）-0012-02

“十分珍惜和合理利用土地，切实保护耕地”是我国的基本国策。当前我国正处在全面构建和谐社会、推进新农村、加快城镇化进程的新形势下，人地矛盾越来越突出。土地开发整理能有效增加耕地面积，提高耕地质量，改善农村农业环境，是缓和人地矛盾，协调人与自然，实现土地资源可持续发展的有效措施，具有十分重要的现实意义。土地开发整理的前期规划实施必须通过调查和测绘项目区的地形图，因此，如何快速高效地开展项目区的地形图测绘在土地开发整理中占据着极其重要的位置。随着信息技术的快速发展，卫星遥感技术得到了突破性进展，随着商用卫星IKONOS，QuickBird相继发射成功，卫星遥感突破了米级空间分辨率的局限，极大地促进了各应用行业的科技进步和管理水平。高分辨率卫星籍管理等工作。遥感在国土资源调查评价、土地利用动态监测、土地更新调查以及大中比例尺地形图测绘等方面已取得显著成绩。该文主要介绍高分辨率遥感数据在土地整理工作中大中比例尺地形图测绘方面的应用。

1 卫星遥感技术在土地整理中地形图测绘上的优势

早期的土地整理使用的基础图件为数年前的土地利用现状图，已经变化的土地利用情况则采用实地调查的方式进行部分变更，以变更后的土地利用现状图为底图进行土地整理规划和设计。由于土地利用现状图存在精度不足及时效性的限制，同时受客观条件及主观因素影响，规划和设计的精度较低。目前的土地整理项目对项目区地形图的精度和现势性要求都较高，单靠野外数字化采集数据方法可靠、精度也较高，但外业工作量大，且在地貌起伏大、植被覆盖好的地段施测困难。应用卫星遥感技术可以充分发挥遥感技术的优越性，能够快速及时获取土地整理区域的多时相数据，最大程度地保证监测的及时性及现势性，有效降低人为因素干扰，客观反映实际情况，减少地形、地貌、海拔、气候等自然因素的影响，最大程度地节省人力、物力和财力。随着高分辨率遥感影像的普遍应用以及遥感数字影像分类技术的发展，在专业的地理信息系统软件平台下，通过人机交互解译，根据影像中各地类、地物的色调、形状、阴影、纹理、位置和大小等特征，可直接勾绘出土地整理区域内各地类地物边界，同时赋予所勾绘的地物各种属性，以便进行下一步的数据统计与汇总工作，使工作效率大大提高，这一技术方法具有周期短、精度高、可操作性强、信息提取和更新速度快等特点。

2 研究方法

2.1 总体思路

2.1.1 数据源的选择

首先要根据实际需要购买遥感影像数据源。影像分辨率是决定影像精度的一个重要指标，影像精度要满足相应比例尺地图对于影像识别能力和成图精度要求，同时又要考虑成本。冗余的分辨率会增加卫星影像购买成本和加重数据处理的负担；而若分辨率达不到一定要求，就无法判读细小的地物、降低卫星影像图视觉上形象、逼真的效果，满足不了成图精度。因此我们在选择数据源时，并不是分辨率越高就越好，而是要针对现实情况，综合考虑成本、数据的可得性、成图比例尺等因素。QuickBird遥感影像，重访周期1～6d，现势性好，地面分辨率高（全色波段为0.61m，多光谱为2.44m），空间纹理清晰息。其多光谱波段光谱信息丰富，进行屏幕矢量化时，成图比例尺可达1：10 000或1：5 000；全色波段分辨率高达0.61m，但因影像上地物颜色比较一致，无法准确分辨地面复杂地物。因此，有必要进行二者之间的数据融合，在保留QuickBird多光谱影像丰富的光谱信息的前提下提高其分辨率，增强图像的视觉效果，提高地物判读准确性，一般来说，融合后的数据可以满足精度1：2 000比例尺图件成图的需要。图1是部分融合后的QuickBird影像图。

其次，遥感影像分辨率的选择除了考虑不同比尺成图对影像分辨率的要求，还要考虑现有可获的遥感影像产品规格，在好几种遥感数据都能满足成图比例尺的情况下，要考虑的是数据源的稳定性、性价比以及选择这种卫星的何种等级的数据产品。再次，遥感影像的拍摄时间、拍摄时的天气状况也是选择数据源时要考虑的。在土地整理工作中制作项目区地形图，为保证现势性，我们要尽量使用最新日期拍摄的数据为保证地面地物不被遮盖，要尽量选择无云或云量尽可能少的数据源。

2.1.2 遥感数据处理

這里所说的遥感数据处理是指供应商提供的影像到提供给作业员进行影像解译之间的一系列处理，影像处理的质量也直接影响更新精度。影像提供给用户之前一般都会根据用户的要求进行各种不同级别的处理。作为地形图测绘，首先是 要将影像处理成正射影像，这时就需要供应商提供IA级的处理（经过辐射校正、CCD探测器阵列均衡化处理），其它校正由用户完成。遥感数据处理是以ERDAS、ENVI等专业图像处理软件、高配置计算机为平台，通过对卫星数据光谱特性的分析和图像增强处理，达到有用信息丰富、可解译性强的数字化过程。值得说明的是，在对遥感影像进行正射校正时，包括控制点选择、纠正模型选取、几何纠正精度检查等。纠正计算的方法主要有物理模型、多项式和逐微分纠正几种方式。多项式的校正精度与地面控制点（即GCP）的精度、分布和数量及校正影像的范围有关 ，对于二次多项式来说，适当地增加GCP的数量可提高几何精校正精度。GCP的均匀分布以及GCP的位置精度高，均可提高几何校正精度。若GCP太少或其自身的定位误差大，或分布不均匀，都会给整个图像校正带来较大影响。在实际工作中，也可以采用RTK技术野外采集控制点的方法来对遥感影像进行校正。

2.2 实现过程

2.2.1 室内解译

解译标志是遥感图象上能直接反映和判别地物信息的影像特征，它是室内解译的依据。主要从目标地物的大小、形状、阴影、色调、纹理、图型和位置与周围的关系等推断出目标地物的属性等相关信息。外业调查是内业解译的基础。通过实地调查，了解研究区的自然、社会、经济状况和水土流失特点、水土保持治理措施等情况，并建立实际地类与影像的对应关系，即影像解译标志。对于QuickBird这样的高分辨率影像的解译标志比较好判断，从图像上基本可以辨别出地物类别。我们在土地整理工作的实际操作也只需要将居民点、道路、沟渠、林地、园地、旱地等地类特征直接沿影像特征的边缘准确勾划出地类界线，进行图斑勾绘。如图2所示。

在进行室内解译时主要遵循以下原则：（1）多尺度宏观原则：在详细解译之前，首先对影像总体轮廓和研究区生态概况进行研究，以获取整个研究区宏观生态分布类型。（2）先易后难，循序渐进原则：整个遥感图像目视解译工作往往比较复杂，反复枯燥，工作量较大，需要有足够的耐心，可遵循先易后难，循序渐进的原则。

2.2.2 外业调绘

室内解译过程结束后，要将解译结果带到野外进行实地验证 ，验证的主要内容是检查解译图各图斑的划分与实际情况的一致性和范围界限的准确性，对解译有误的地方重新进行解译与修改；利用GPS先布设好图根控制点，实测控制点坐标，采集图斑实地边界和新增线状地物的坐标数据及相关几何数据，并实地调查该变化图斑的位置、土地利用状况等属性，将其填写外业记录表上，并绘制外业调绘图。

2.2.3 地形图的制作

将野外采集的各种数据上传至电脑中，在GIS平台下利用数字成图系统，对变化图斑和新增图斑以及新增线状地物进行矢量勾绘，并建立完整的拓扑关系，利用软件相关功能计算出图斑变化面积，再根据外业调查、量测情况，经过添加高程信息，进而编绘生成地形图。主要技术流程见图3。

3 应用中要注意的问题

在利用高分辨率遥感影像数据进行土地整理的地形图制作时，有以下两点问题需要注意：（1）目前土地利用数据信息或图斑变化主要依靠目视解译方法来判读，造成了它易受人为因素影响的局限性，例如：一条干涸的小河流就有可能在卫星遥感图上被误判为一条沙石路；公路两侧的干沟渠被误判为道路等，这就要求作业人员具有丰富的专业知识和作业经验。（2）室内解译完成之后一定要进行外业调绘，尤其是一些新增的线状地物或零星地物，决不能主观臆断，一些在图上难以判断的图斑必须到实地去调查是否变化及测量变化前后的面积，其位置无法在图上直接标出时必须进行实地的野外测量。

4 结语

随着遥感技术的发展，遥感技术将成为土地调查的重要手段，高分辨率遥感影像数据具有现势性好、空间与时间分辨率高等优点，能及时、准确、快速地反映土地利用变化情况，将成为获取土地利用变化的重要信息源。与传统的土地调查方法比较，利用高分辨率遥感影像调查具有快速、省时、省力等特点，能基本满足现代土地利用调查的需要。

参考文献

[1] 党安荣，王晓栋，陈晓峰，等.ERDAS IMAGINE遥感影像处理方法[M].北京：清华大学出版社，2003.

[2] 郑兰芬，王晋年.成像光譜遥感技术及其图像光谱信息提取的分析研究[J].环境遥感，1992，7（1）：49-58.