临夏、甘南、定西3市（州）地表变化发现研究

马斗斗

（32016部队，甘肃 兰州 730000）

随着遥感技术的不断发展，遥感影像应用的不断深入，利用遥感影像进行变化发现的应用领域也在不断扩大，变化发现在自然资源监测中的应用也越来越大。变化发现已应用于耕地、森林、草地、湿地、水资源等自然资源调查监测以及国土空间生态修复监管、土地矿产卫片执法等领域。

为了制定适合区域特点的地理信息数据快速更新方案，更好地服务基础地理信息数据生产，服务自然资源调查监测，进行地表变化研究。围绕甘肃省自然资源重点工作，选取临夏、甘南、定西3市开展地表变化发现研究工作。以历年来省级基础测绘DOM 成果和DLG 成果为基础底图，以2021—2022年高分辨率卫星影像为基础，利用变化发现手段监测基础设施建设造成的地形地貌发生的变化情况，服务于地理信息数据更新[1]、自然资源管理的需要，为自然资源事业发展提供基础支撑服务。

1 基础概况

1.1 测区范围

测区包括甘肃省3 个市（州），分别为临夏回族自治州、甘南藏族自治州、定西市，以及位于3 市（州）中间的太子山天然林保护区、莲花山风景林保护区。

临夏回族自治州地处青藏高原东部边缘小积石山、太子山的北麓，属陇中黄土高原区。甘南藏族自治州位于青藏高原东北边缘，地处青藏高原和黄土高原的过渡地带。定西市地处黄土高原、甘南高原、陇南山地的交会地带，属黄土高原丘陵沟壑区。

1.2 1:10000基础地理信息数据

临夏州、甘南州、定西市1:10000 基础地理信息数据DLG、数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）、DOM 成果基本覆盖测区。该数据平面坐标系为2000 国家大地坐标系，高程基准为1985 国家高程基准，地图投影采用高斯－克吕格投影，按3度分带。DEM、DOM 均按1:10000 的标准分幅外接矩形外扩10 m。

DEM成果格网间距为5 m，精度均满足1:10000正射影像的生产要求，主要用于卫星影像正射纠正时的地形数据。

DOM 数据格网间距为0.5 m，色彩模式为真彩色RGB，DOM成果数据作为影像连接点匹配的底图数据，用于卫星影像外参数解算及纠正后影像精度的检查。同时作为变化发现的历史期影像使用。

DLG 数据生产和更新年份跨度较大，时间从2008—2020年，主要作为变化图斑提取的参考矢量使用。

1.3 卫星遥感数据

使用的卫星遥感影像为2021年7月1日以后的0.8 m 分辨率和2 m 分辨率的卫星影像。卫星遥感影像数据经正射纠正后，作为变化发现的监测期影像使用。

该成果坐标系统为2000国家大地坐标系、1985国家高程基准。采用高斯-克吕格投影，按6°分带；投影带的中央经线与赤道的交点向西平移500 km后的点为投影带坐标原点，不加投影带号。影像成果为按县域裁切的真彩色融合影像（即3 波段RGB），单通道像素8 位设定，RGB 模式的3 通道为24位。

2 变化发现技术流程

采用人工对比变化发现和自动变化发现相结合的手段获取临夏、甘南、定西3市（州）地表变化情况。

人工对比变化发现是在现有1:10000 基础地理信息数据DOM 成果的基础上，利用2021 年以后的最新卫星影像数据，进行人工目视对比发现变化区域，提取变化图斑，并结合已有的1:10000基础地理信息数据DLG 成果，排除DLG 中已更新的图斑，得到地理信息数据的变化情况。

自动变化发现采用全地类变化发现的方法，基于新、旧时期影像进行自动变化发现[2]，以伪图斑去除为辅助，进行变化检测，主要检测基础设施建设造成的地形地貌变化，再利用已有的1:10000 基础地理信息数据DLG 成果，进行人工对比和补充，获取最终变化情况。

技术流程如图1所示，具体如下：

图1 变化发现技术流程

（1）资料分析整理。分析和整理测区1:10000基础地理信息数据，包括分析最新DLG数据生产时间、DOM 生产时间，整理和合并1:10000 DLG 数据，整理测区DEM、DOM及控制资料，对获取的2021年以后遥感影像质量进行分析，分析测区地物主要变化类型等。

（2）影像纠正。根据需要对获取的遥感影像进行纠正，利用已有DEM、DOM 数据进行整景正射影像纠正和县域影像镶嵌处理；纠正完成后主要利用已有的DOM进行精度检测，并利用实测的外业控制点、收集或转刺的各种已有控制点成果进行补充检测[3]。

（3）人工对比变化发现。利用1:10000 DOM 成果和最新的遥感影像成果进行人工目视对比变化发现，获取变化图斑[4]。

（4）自动变化发现。利用1:10000 DOM 成果和最新的遥感影像成果，进行自动变化发现[5]。

（5）外业核实和样本采集。对疑似变化图斑进行外业核实和外业样本采集，对典型样本更新样本库。

（6）构建样本库。利用自动变化发现和人工对比变化发现结果，人工提取部分图斑作为样本[6]，或人工勾画样本、导入已有的变化图斑作为样本，制作样本库。

（7）模型训练及变化发现。利用样本库对变化模型和算法进行反复训练，获取优化的模型和算法[7]。利用优化模型对前、后期影像进行变化发现。

（8）伪图斑去除及矢量编辑。对获取的变化发现采用技术方法进行伪变化图斑去除，对获取的变化图斑进行矢量编辑[8]。

（9）剔除DLG 已更新图斑。对变化图斑，结合已有的1:10000 基础地理信息数据DLG 成果，排除DLG 数据中已更新的图斑，经质量检测后，生成变化发现成果。

（10）统计分析。对变化发现成果进行分类统计，编写报告。

3 变化结果统计分析

各县区的变化图斑统计情况见表1。

表1 变化图斑统计情况

（1）根据变化图斑地域分布可知，临夏州变化面积较大，定西市、甘南州变化面积较小。甘南州变化图斑中，由于黄河的季节性变化和牧民饲养牲畜场所的变化占的比重较大，如玛曲县、碌曲县、夏河县，实际基础设施建设导致的变化较小。东乡族自治县、广河县、康乐县、岷县变化图斑较零碎，图斑数量多，面积小。临夏市、临夏县、安定区变化图斑少，但面积大。变化图斑主要分布在黄河、洮河、渭河、大夏河、祖厉河沿岸，国道、省道沿线、城区等经济发达地区。

（2）根据变化图斑地类分布分析可知，主要变化地类为乱掘地施工区、居民区、温室大棚、岸滩，其次为铺装公路、光伏设施、大车路、空地、饲养场、其他建筑设施。

乱掘地施工区变化主要集中在安定区、临洮县、临夏市、积石山保安族东乡族撒拉族自治县、临夏县。居民区变化主要集中在东乡族自治县、广河县、积石山保安族东乡族撒拉族自治县、康乐县、通渭县、安定区。温室大棚变化主要集中在临夏县、临夏市。岸滩变化主要集中在玛曲县、永靖县，主要为黄河、刘家峡水库的季节性变化导致。铺装公路变化主要集中在东乡族自治县、通渭县、夏河县、临夏县。光伏设施变化主要集中在通渭县、临洮县。大车路变化主要集中在玛曲县、夏河县。空地变化在各县区分布较为均匀。饲养场、储煤场、预制场、打谷场变化主要集中在玛曲县、碌曲县、夏河县，主要为牧民饲养牲畜场所的变化。其他建筑设施变化主要集中在东乡族自治县、临洮县。

4 结语

通过对临夏、甘南、定西3 市（州）地表变化研究，经济发达、交通便利地区，如临夏州，变化图斑数量多、面积大，主要变化地类集中在居民地及附属设施和交通。经济欠发达地区，如甘南州，变化图斑数量少、面积小，主要变化地类集中在水系和居民地及附属设施，因甘南州作为黄河重要水源补给生态功能区，加强生态保护，水系的变化面积最大。

根据变化发现结果和特点，可以有针对性地制定如下基础地理信息数据更新方案。

（1）针对重点变化要素的进行增量更新方案，根据地表变化检测情况，分析统计发生变化的重点要素，如新增道路、居民区等，确定重点变化要素类型和范围，以进行快速更新。

（2）基于变化图斑的增量更新方案，是在变化检测解译图斑的基础上，利用变化检测图斑和已有的DLG数据、优于1 m高分辨率影像，基于变化图斑和高分辨率影像，通过影像解译的方法逐个图斑采集地物要素，更新基础地理信息数据。

快速更新方案是针对区域变化的类型和分布进行有针对性的更新，提高数据更新的目的性和工作效率，提升了地理信息数据更新和服务自然资源管理的能力。