基于高分辨率遥感影像的生产建设项目扰动图斑解译标志的建立

凌 峰，王敬贵，孙 云

(1．海河水利委员会 海河流域水土保持监测中心站，天津 300170；2.珠江水利科学研究院，广东 广州 510611； 3.水利部 水土保持监测中心，北京 100053)



基于高分辨率遥感影像的生产建设项目扰动图斑解译标志的建立

凌 峰1，王敬贵2，孙 云3

(1．海河水利委员会 海河流域水土保持监测中心站，天津 300170；2.珠江水利科学研究院，广东 广州 510611； 3.水利部 水土保持监测中心，北京 100053)

生产建设项目；水土保持监管；扰动图斑；解译标志；“天地一体化”

面向对象的解译方式在遥感解译中得到普遍应用，解译标志的建立是其中必不可少的环节。截至目前，矿山开发、土地资源、围填海等解译标志已相继建立，但生产建设项目水土保持扰动图斑解译标志仍未系统化整理。结合生产建设项目水土保持“天地一体化”监管关键技术研究，分析了生产建设项目水土保持监管扰动图斑解译标志建立的工作流程，以典型生产建设项目扰动为例，建立了解译标志库，并进行了讨论，以期为开展后续项目提供支撑。

1 研究背景

2015年4月9日，水利部办公厅印发了《全国水土保持信息化工作2015—2016年实施计划》的通知，正式启动生产建设项目监管示范相关工作。2015年5月，水利部水土保持监测中心编制完成《生产建设项目监管示范实施方案》(以下简称《实施方案》)，明确各流域管理机构、各省(自治区、直辖市)和新疆生产建设兵团水行政主管部门，分别选取1个大中型生产建设项目集中、生产建设活动多、地面扰动形式多样、水土保持技术力量强、机构完善的县级行政区作为示范区域，开展生产建设项目水土保持监管示范。

监管示范的主要任务是：利用国产高分辨率遥感影像，在2015、2016年分别开展一次示范县生产建设项目扰动状况遥感调查，了解生产建设项目扰动地表和防治责任范围变化情况，掌握生产建设项目水土保持工作动态[1]。

其中，扰动地表情况主要通过遥感解译获得。目前，遥感解译主要有基于像元和面向对象两种方法。随着航空航天平台、传感器等关键技术的飞速发展，影像空间分辨率大幅跃升，对地物的边界、几何形状等特征的表达日益清晰，因此面向对象的分类方法越来越得到普遍的应用和发展。在面向对象的遥感解译中，建立解译标志是其中必不可少的环节。截至目前，矿山开发、土地资源、围填海等解译标志已相继建立：王蔚等[2]利用IKONOS 1 m分辨率遥感影像，建立了云南各类矿山开发活动的解译标志；颜长珍等[3]利用TM影像建立了西北地区土地资源类型的解译标志；陈玉成等[4]基于资源02C卫星建立了山东典型岩矿标志；温礼等[5]利用QuickBird、WorldView等影像，建立了围填海图斑的解译标志。但基于高分辨率影像的生产建设项目水土保持扰动图斑解译标志仍未系统化整理。我们结合生产建设项目水土保持“天地一体化”监管示范工作，开展了相关技术研究。

2 技术原理

遥感解译标志又称判读标志，是指反映和表现目标地物信息遥感影像的各种特征，这些特征能帮助判读者识别遥感图像上的目标地物或现象。

遥感解译标志又分直接解译标志和间接解译标志[6]。直接解译标志是指能够直接反映和表现目标地物信息的遥感图像的各种特征，包括遥感影像的颜色、色调、形状、阴影、纹理、大小等，通过直接解译标志可直接识别遥感影像上的目标地物。间接解译标志是指能够间接反映和表现目标地物信息的遥感图像的各种特征，借助它们可以推断与某些地物属性相关的其他现象，如目标地物与其相关特征，目标地物与周围环境的关系，目标地物与成像时间的关系。因此，基于高分辨率遥感影像建立生产建设项目扰动图斑成为可能。

3 影像来源和预处理

3.1 遥感影像来源

本项目优先选择分辨率优于2.5 m且具有蓝、绿、红、近红外等多光谱波段的高分一号(GF-1)、高分二号(GF-2)、资源三号等国产卫星的遥感影像。若国产遥感影像不能覆盖示范县范围或时相不能满足要求，可用SPOT6等国外同等分辨率遥感影像补充。采用CGCS2000坐标系，高斯-克吕格投影(3°分带)。

本研究所用解译标志主要来自高分一号的遥感影像，分辨率为2 m，采用红、绿、蓝波段进行真彩色显示，主要采自四川攀枝花市、安徽霍邱县、内蒙古西乌珠穆沁旗、山西孝义市、北京大兴区和青海湟中县。另有部分深圳宝安区解译标志来自SPOT6影像，分辨率为1.5 m。

3.2 影像预处理

为在影像图上准确识别各类扰动图斑，解译前需要对遥感影像图进行一定的图像处理，包括几何校正、融合、镶嵌等预处理，以保证影像的清晰度、层次感、色彩饱和度，以及信息的丰富度等，如有两景及以上的影像，保证镶嵌接边处位置偏差不超过1个像元，影像之间无明显接边痕迹。

4 解译标志的建立

4.1 搜集资料，掌握情况

在解译标志建立之前，通过资料查询，初步掌握该区内主要生产建设项目类型、数量及大致分布。可查询的资料包括县志、县水利志、统计年鉴、经济发展规划等，并结合项目收集的水利部和省、市、县级批复的水土保持方案情况，基本摸清区域内生产建设项目情况。

4.2 通读影像，注明疑点

在对区域情况进行了解和熟悉后，根据项目位置和遥感影像，初步摸清不同类型项目的影像特征，对不同生产建设项目从色调、色彩、形状、纹理等方面构建一个基本认识，并举一反三进行强化。对有疑义的疑似扰动图斑，要及时标记地理位置，结合周围图斑进行初步推测并标注，留待现场调查时确认。

4.3 合理归类，大体区分

在解译标志建立前期，由于部分项目存在相同或相似的色调、纹理等特征，无法对36类项目进行明确的分类，因此在野外调查之前，对遥感影像上的生产建设项目先按扰动类型进行整理，野外调查时再确定最终项目归属。颜长珍等[3]在西北地区建立土地资源类型解译标志时将土地类型分为耕地、林地、草地、水域、城乡工矿居民地用地、未利用地、线性地物等一级类型，在此之下再将线性地物分铁路、公路、单线河等二级类型。本研究参照该套分类规则，以《开发建设项目水土流失防治标准》(GB 50434—2008)中规定的生产建设项目类型为一、二级分类，以监管示范生产建设项目分类为三级分类，二、三级交叉内容只分到二级，建立生产建设项目解译标志分类体系，详见表1。

表1 生产建设项目解译标志分类

注：带“★”的为监管示范生产建设项目分类。

4.4 野外调查，有的放矢

针对基本明确的地物类型，选择现场验证2～3处即可，及时填写记录表，格式如表2所示。

表2 生产建设项目扰动图斑解译标志

室内通读时对有疑义的地物，要全部跑到；每种类型生产建设项目调查数量不少于2个，仅有1个项目的必须跑到；区内所有生产建设项目类型必须跑到；至少调查3套硬化场地、城镇建成区，并建立解译标志；每套解译标志包含扰动图斑内1张实地照片和扰动图斑遥感影像。

为节约解译时间，提高工作效率，可邀请当地水行政主管部门有关专家进行室内判读，再合理规划野外路线，节约野外调查时间。有条件的地方，应利用无人机等先进设备，拍摄宏观地貌类型等相关影像资料，为后期解译提供直观印象。

5 解译标志库

在本次解译标志建立过程中，由于示范县的数量有限，因此未能获取全部生产建设项目的解译标志来描述不同类型生产建设项目的主要特征及区别。

5.1 交通类项目

主要为公路工程、铁路工程、机场工程和涉水交通工程，详见表3。

表3 交通类项目解译标志

5.2 水工程

主要为水利枢纽工程、灌区工程、堤防工程、蓄滞洪区工程、水电枢纽工程、引调水工程、其他小型水利工程，其中蓄滞洪区工程和其他小型水利工程解译标志未能建立，详见表4。

由于水面在真彩色显示的影像中呈现较为明显的特征，在此情况下，再区分不同项目类型显得相对容易。

5.3 电力项目

主要包括水电枢纽工程、核电工程、风电工程、输变电工程，以及其他电力工程，详见表5。

表4 水工程解译标志

表5 电力项目解译标志

5.4 城建项目

主要包括房地产工程、社会事业类项目、城市轨道交通工程、城市管网工程、其他城建工程，其中城市管网工程未能建立，详见表6。

城建项目表现在影像上的主要特征为规则的房屋，纹理清晰，边界清楚。

表6 城建项目解译标志

5.5 矿产和石油天然气开采及冶炼项目

矿产和石油天然气开采及冶炼主要包括露天煤矿、露天金属矿、露天非金属矿、井采煤矿、井采金属矿、井采非金属矿、油气开采工程和油气储存与加工工程，其中后3种工程解译标志未能建立，详见表7。

表7 矿产和石油天然气开采及冶炼项目解译标志

5.6 其他项目

主要包括上述5类项目之外的其他项目，其中输油输气管道、国防工程、地质勘探、考古、滩涂开发、林木采伐、林浆纸一体化工程和其他行业项目没有建立解译标志，详见表8。

表8 其他项目解译标志

5.7 弃渣场及硬化场地、城镇建成区

这里的弃渣场，指水土保持方案确定的废弃砂、石、土、矸石、尾矿、矿渣等专门存放地。根据要求，建立硬化场地、城镇建成区解译标志3套，详见表9。

表9 弃渣场及硬化场地、城镇建成区解译标志

6 讨 论

(1)解译标志存在局限性。由于南北方气候、植被等差异较大，加上项目影像来源广、时间跨度大，因此建立的解译标志库存在一定的局限性，需要不断更新完善。

(2)解译标志会因时而异。由于生产建设项目会处于不同的阶段，因此在有条件的情况下，应根据不同的阶段建立不同类型的生产建设项目扰动标志。

(3)没有一成不变的解译标志。对全国而言，要统一进行解译标志的建立和应用，不但要了解解译标志的一致性，还需要考虑解译标志的不稳定性，以便恰当地应用这些规律及影像信息特征，归纳出适于研究区的解译标志，总结出拥有相对适应性及稳定性的解译标志。

(4)解译标志的不同，会对解译结果产生较大影响。张景奇等[7]在海岸线提取中，采用了不同的解译标志，得出的结果差别很大。因此，在解译过程中，除了借助解译标志外，还应积极探索和尝试不同的方法，以提高解译的精准度。

[1] 李智广,王敬贵.生产建设项目“天地一体化”监管示范总体实施方案[J].中国水土保持,2016(2):14-17.

[2] 王蔚,傅涛.矿业开发活动的高分辨率遥感影像解译标志[J].云南地质,2013,31(2):242-244.

[3] 颜长珍,冯毓荪,王建华,等.西北地区土地资源类型TM影像解译标志的建立[J].中国沙漠,1999,19(3):206-209.

[4] 陈玉成,刘伟,杨逸飞,等.基于资源02C卫星山东省典型岩矿解译标志的建立[J].山东国土资源,2015,31(7):65-71.

[5] 温礼,吴海平,姜方方,等.基于高分辨率遥感影像的围填海图斑遥感监测分类体系和解译标志的建立[J].国土资源遥感,2016,28(1):172-177.

[6] 梅安新,秦其明.遥感导论[M].北京:高等教育出版社,2001:145-153.

[7] 张景奇,介东梅,刘杰.海岸线不同解译标志对解译结果的影响研究[J].吉林师范大学学报:自然科学版,2006(2):54-56.

(责任编辑 徐素霞)

水利部综合事业局拔尖人才培养专项资金研究项目(20150608-01)

S157；P236

A

1000-0941(2016)11-0016-05

凌峰(1982—)，男，江苏常熟市人，高级工程师，硕士研究生，主要从事水土保持监测和规划工作。

2016-09-17