基于高分辨率遥感影像的土地利用数据库建设.doc

王文卿(河南省国土资源厅 信息中心 , 河南 郑州 450016 )E sta b l ishm en t of L an d2u se D a ta ba se Ba sed on H igh Re so lu t ionRem o te ly Sen sed D a taWAN G W enq ing摘要 :针对目前国家级和省级国土资源管理对现势性土地利用数据的需求 ,在高分辨率遥感影像处理 、基于遥感影像的土地利用信息提取及数据库建设等方面开展有益的尝试 ,以便为国土资源管理提供快速 、准确的土地利用信息 ,为国土资源的管理提供基 础信息服务和辅助决策工具 。关键词 :高分辨率遥感影像 ;土地利用 ;数据库形的几何相关性较 好 , 影像 处理 采 用先 配准 融 合一 、前言后纠正的顺序 ,主要包括影像的配准 、融合 、正射正和镶嵌 、裁切等 。1. 影像配准影像 配 准 采 用 ERDA S 软 件 中 相 对 配 准 的我国人多 地少 , 耕 地资 源稀 缺 , 当 前 又 处 于 工业化城镇化快速发展时期 ,耕地保护与建设用地需 求的矛盾进一步凸 显 , 充分 发挥 技术 优 势 、及时 掌 握现势性土地利用现状 ,关系到控制布局和调控经 济杠杆作用发挥的效 率 问题 。位于 我国 南 北交 界 的河南省拥有平原 、丘陵 、山区三种地形 ,本文利用 法国 SPO T 5卫星影像数据 ,在河南省开展全省基于 遥感影像信息的土地利用数据库试点建设 ,快速获 取国家级 、省 级 国 土 资 源 管 理 所 需 要 的 土 地 利 用 现状 。法 ,多光谱数据采用 XS2 (红 ) 、XS3 (绿 ) 、XS1 (蓝波段组合形式 , 重采样 采用 双线 性 内插 法 , 以景配准单元 ,以 SPO T 5 全色数据为配准基础 ,均匀 取配准控制点 。对接收 侧 视角 和地 势 起伏 较大 个别区域增加控制点采集密度 。2. 影像融合采用乘积变换融合法和 ANDORR E融合方法 全色和多光谱两种空间分辨率的数据进行合成 ,二 、试点地区及遥感影像数据源基本情况河南省位于黄河中下游地区 ,面积 16. 7万平方 千米 ,其中山地和丘陵共 7. 4万平方千米 ;平原和盆 地共 9. 3万平方千米 。采用覆盖河南全省范围的分 辨率为 2. 5 m的法国 SPO T 5 数据源 ,数据获取时间 为 2005年 2007年 。数据共计 79 景 ,影像质量良 好 ,基本满足一般条件下影像分类的要求 。但由于 影像接收时间跨度 大 , 且多 集中 于春 季 和秋 季 , 由 于河南季节分明的 特点 , 因 此 , 覆盖 全省 的 影像 存 在着明显的色彩差异问题 。合后影像采用调整直方图 、U SM 锐化 、色彩平衡 、度饱和度调整和反差增强等手段改 善 影像 的视效果 ,使整景影 像色 彩 真实 、均 匀 、清晰 , 并 且强 纹理等专题信息 。3. 影像正射校正影像正射校正采用 ERDA S软件的 L PS正射 块 ,利用 SPO T 5 物理模型 ,每景采集 25 个像控点匀分布于整景影像 ,各相邻景影像重叠区有 2 个 上公共像控点 。正射校正以实测 像控 点和 1 5D EM 为校正基础 ,以景为单元 , 对融合后的数据 行正射校正 。4. 影像镶嵌影像镶嵌以工作区为单元 ,在景与景之间镶 线尽量选取线状地物或图斑边界等明显分界处 ,三 、遥感影像数据处理单景全色与多光谱数据是同步接收到的 ,其图收稿日期 : 2009 208 205作者简介 : 王文卿 ( 1958 ) ,男 ,河南郑州人 ,高级工程师 ,主要从事遥感与地理信息系统应用研究 。四 、基于遥感影像的土地利用信息提取后的影像色彩过渡自然 ,无裂缝 、模糊和重影现象 。5. 数字正射影像图制作数字正射影像图 (DOM )制作采用 Im age Info工 具 ,按照 1 1万标准分幅进行裁切 ,覆盖完整的县级行政辖区 。依据高分辨率影像数据处理及数据库 建设技术要求 ,在 M ap G IS下分幅进行图幅整饰 。1. 河南省土地利用遥感信息分类结合河南省土地利用特点 ,本文制定了适用于 河南省全省辖区的“基于遥感的土地利用分类 ”,将土地利用类型分为 3个一级类 , 10个二级类 , 5 个三 级类 ,分类及相应含义见表 1。表 1 基于遥感的河南省土地利用遥感信息分类编 号名称含义11耕地指种植农作物的土地 ,包括新开发复垦整理地 、熟地 、休闲地 、轮歇地 、草田轮作地 ; 以种植农作物为主 ,间有零星果树 、桑树或其他树木的土地 ; 平均每年能保证收获一季的已垦滩涂 。包括宽 50 %的土地 ,包括其苗圃 、未成林地及火烧 、采伐后 5 年内未更新的土地指公路两边种植的 30 m 宽的明显林带指耕地 、园地 、林地以外的农用地 。包括畜禽养殖地 、设施农业用地 、宽度 2. 0 m 的农村道路 、坑塘 水面 、宽度 2. 0 m 的梯田田坎 、农田水利用地及晒谷场等用地包括坑塘水面 、沟渠指省辖市 、省直属市及县级市政府所在的建成区或近期规划区 指县政府所在地及设建制镇的居民地指不设建制镇的乡政府所在地及行政村 、自然村等农民居住地范围内的土地指铁道线路及场站用地 ,包括路堤 、路堑 、路沟 、护路林及其他附属设施用地路面铺设良好 ,可全天候通行汽车的道路 (包括路堤 、路堑 、路沟 、护路林 )及其他附属设施用地 铁路 、公路 、城市 、建制镇和农村居民点以外的建筑物 、构筑物占地及水库水面等12113公路林带其他农用地13121222324252626131农业水利用地城市 建制镇农村居民点铁路 公路 其他建设用地 水利设施用地未利用地指目前尚未开发为建设用地和农用地的土地及河流 、湖泊 、苇地 、滩涂等指河流水面和湖泊水面 311 未利用水面2. 土地利用信息提取以县级行政辖区为单元 ,将乡级及以上行政界 线套叠在正射影像图上 ,结合样本影像信息并参考 已有的土地利用数据库和土地利用详查资料 ,采用目视解译方法提取土地利用现状信息 ,同时建立遥 感解译标志 。建立遥感 影像 解 译标 志有 助 于缩 小 不同人员解译的差异 ,提高解译的准确性 。本文采 用的 SPO T 5遥感影像的地面分辨率较高 ,因此 ,多 数地物比较直观易于判读 。典型地类照片见图 1。本文使用的数据源大部分为春 、夏时相 ,因此 , 植被一般为绿色 ; 耕 地 多呈 绿色 或浅 绿 色 ; 水域 呈 深蓝或黑色 ;居民地多呈较规则的黑灰和灰白相间 色 ;农村居民地则呈规则或不规则的绿和灰白相间的条状纹理 ; 林地和园地表现出一定的颗粒状纹路两侧 。县级行政区的行政代码长度均为 2 位 ,乡级及行村级政区代码为 3 位 。M ap G IS软件中县级行政区五 、基于遥感影像信息土地利用数据库建设基于遥感影像信息土地利用数据库建设 ,以县 (市 、区 )为单位 ,结合河南实际 ,制定了“高分辨率 遥感影像数据处理及数据库建设技术要求 ”、“省级 基于遥感影像 1 1 万土地利用数据库标准 ”等 。在 标准中定义了基于遥感影像的土地分类 、文件命名 规则 、数 据 分 层 以 及 满 足 建 库 需 要 的 属 性 数 据 结 构 。数据建库按照要求 将矢 量 数据 分别 建 立县 级 政区 、地类图斑 、线状地物 、行政界线 、地面控制点 、 地类界线 、注记 、样本图斑线 、不一致图斑线等数据 层 ,并对照标准 ,逐层输入属性内容 ,建立分县的基 于遥感影像信息的土地利用数据库 。1. 多元数据复合 利用已建 成的 土地 利用 数 据库 与正 射 影像 数据叠加 ,参考数据库 地 类属 性数 据 , 根据 遥 感数 据的光谱和空间特征 , 通 过人 机交 互方 式 , 采 集土 地 利用现状信息 。对于未 建成 土 地利 用数 据 库的 区 域 ,对收集到的土地利用现状图扫描 、纠正 、投影变换后与正射影像套合 ,辅助提取土地利用现状信息 。2. 数据采集1 ) 将原土地现状数据库行政界线与 DOM 影像 套合 ,以影像为基准 ,修正行政界线 。2 ) 最小上 图 图斑 面积 : 耕 地 和 农 村 居 民 点 为3 mm 3 mm ,其他地类为 3 mm 5 mm。3 ) 线状地物 : 宽度小于 30 m 的铁路 、公路 、河 流等 ,沿影像轮廓中心线勾绘 ,大于等于 30 m 的按 图斑处理 ,当线状地物宽度变化大于 20 %时 , 分段 标记 。4 ) 河流 :河流宽度为常水位线水面宽度 ,以原土地利用数据库数据或正射影像为准 。5 ) 公路林带 : 公路两侧宽度大于等于 30 m 的 林带 ,按实际宽度标绘 。公路宽度小于 30 m , 而单 侧林带宽度大于 30 m 的情况 ,则将公路按线状地物标识 、而林带按实际宽度勾绘 。3. 数据分层按照省级基于遥感影像 1 1 万土地利用数据 库标准 的分层和命名规则将矢量数据分别建立县市级行政区合并统称为“县级行政区 ”。因此 ,省行政区代码为 2位 ,县级行政代码为 4位 ,乡级和 级行政代码为 3位 。5. 建立接图表 接图表根据大地坐标建立索引 ,记录每个图的图名 、图号 、经度 、纬 度等 信息 , 是 标 准图 幅输 的依据 。6. 建立工程以县级行 政辖 区为 单 位 , 对采 编 的 行 政 辖 区行政界线 、地类图斑 、线状地物 、地类界线 、注记 、像 、D EM 等文件进行数据整理入库 ,建立土地利信息管理数据库 。六 、基于遥感影像信息的土地利用分类面积对比分析以县为单位将基于影像提取的 土 地利 用分 面积与原土地利用数据库面积进行比较分析 ,以 验基于影像提取地 类信 息的 准 确度 。分别 抽取 部平原地区 2个县 、丘陵地区 2个县 、山区 2个县 例 ,以相对误差进行对比分析 (表 2 ) 。计算公式 :相对误差 = (遥感数据库面积 -土地数据库面积 ) /原土地数据库面积 100 %由表 2可见 ,公路 、铁路 、建制镇 、居民点面积 对较大 , 但 其 占 整 体 面 积 的 权 重 较 小 (合 计 小16 % ) ;其他各二级类面积相对误差都小于 20 % ,其以山区吻合最好 (相对误差小于 10 % ) ,平原次(相对误 差 小 于 15 % ) , 丘 陵 较 差 (相 对 误 差 小20 % ) 。各县 (区 )辖区面积误差都小于 3 % 。七 、结论1 ) 高分辨率遥感影像信息不仅可分辨耕地一级类 ,分辨部分二级类也基本正确 。本次基于 感土地利用信息提取经外业验证 ,确定图斑正确较高 ,不确定图斑正确 率较 低 , 平原 较 山区 提取 准确率高 ,影像质量较好的信息提取的准确率也高 。地类不同提 取 的 准 确 率 也 不 同 。建 设 用 地遥感影像上较易判读 ;耕地 、园林地 ,由于受影像接(下转第 40页 4 李广 云 . 工 业 测 量 系 统 最 新 进 展 及 应 用 J . 测 绘 工程 , 2001 , 10 ( 2 ) : 36240.颜友宁 . N e t Comp ac t F ram ewo rk 移动开发指南 M . 北 京 :清华大学出版社 , 2006.黄桂平 ,李广云 . 基于多台经纬仪 /全站仪的工业测量 系统 J . 测绘学院学报 , 2000 , 17 ( 2 ) : 101 2104.周保兴 ,贾克永 ,姚守峰 . 大型建 (构 )筑物形体测量系 统研制 J . 铁道勘察 , 2005, 31 ( 6) : 11 212.系统将得到更为广泛的应用 。参考文献 :岳建平 ,魏叶青 . 自由设站法形体检测数据匹配算法 及精度分析 J . 测绘通报 , 2007 ( 10) : 729.张 正 禄 . 工 程 测 量 学 M . 武 汉 : 武 汉 大 学 出 版 社 , 2005.田泽 . 嵌入式系统开发与应用教程 M . 北京 : 北京航 5 1 6 2 7 3 (上接第 37 页 )收时间的影响 , 季节 不 同反 应波 谱也 不 同 , 且丘 陵 地区耕地与荒草地边界区分不明显 ,正确率较低 。检查结果 显示 , 土 地利 用 数据 库 中 , 土 地 利 用遥感分类结果正确率达 97 %以上 ,尤其是耕地和居 民点等地类正确率高 ,达 99 %以上 。表 2分类面积相对误差%东部平原县 1东部平原县 2中部丘陵县 1中部丘陵县 2南部山区县 1西部山区县 1编号地类相对误差相对误差相对误差相对误差相对误差相对误差1112132122232425耕地园林地 其他农用地城市 建制镇 农村居民点 铁路公路- 0. 620. 41- 17. 490. 0035. 813. 08- 0. 2976. 8021. 8037. 310. 00- 7. 391. 80- 13. 08- 89. 25212. 1948. 21026. 3623. 45- 4. 4703. 80- 0. 49 - 13. 493. 6649. 1913. 66- 3. 05- 16. 97- 3. 84803. 62- 4. 07- 5. 90- 1. 91- 56. 33- 58. 4614. 965. 430. 0032. 04- 4. 7820. 350. 0080. 6115. 90- 48. 2635. 9315. 122. 601. 18- 2. 750. 0073. 136. 340. 00100. 17- 0. 92- 6. 320. 16- 2. 562. 63- 0. 900. 841. 309. 773. 014. 38- 3. 2019. 478. 1048. 323. 6720. 3526 其他建设用地31 未利用地 总面积37. 31- 4. 47 - 16. 100. 00- 16. 105. 43 - 16. 610. 07- 16. 61- 6. 322 ) 利用高分辨率遥感影像建立国家级 、