MAPGIS在土地利用类型遥感动态监测中的应用.doc

中 国 农 业 资 源 与 区 划Journal of China Agricult ural Resources and Regio nal PlanningVol122 ,No16 ,pp45248December , 2001第 2 2 卷 , 第 6 期2 0 0 1 年 1 2 月技术方法MAP GIS 在土地利用类型遥感动态监测中的应用 3江苏省农业科学院南京农业遥感分中心陕西省农业遥感信息中心李秉柏张京红金之庆何维张娅香摘要选用 1994 航片 , 1999 年 SPO T 卫片作为信息源 , 用 MA P GIS 作为遥感数据处理的工具 , 对常熟市土地利用状况进行了动态监测 , 结果为 5 年耕地面积减少 195 hm2 , 年均动 态率 - 317 。随着地区经济的快速发展 , 土地利用变化显著 , 应用 RS 和 GIS 技术对其进行经常性的监测是很有必要的 。关键词MA P GISSPO T 卫片土地利用动态监测一 、MAP GIS 简介MA P GIS 微机地理信息系统是中国地质大学 ( 武汉) 信息工程学院所属中地信息工程公司开发的工 具型地理系统软件 。该软件产品在由国家科委国家遥感中心 、中国地理信息系统协会和中国海外地理信息 系统协会组织的国产地理信息系统软件测评中连续 3 年名列前茅 , 是国家各部委向全国推荐的唯一国产地 理信息系统软件 。它提供了丰富的 2 次开发函数库 , 以该软件为平台 , 用 VB 、V C 语言可开发符合各行 业要求的应用地理信息系统 。MA P GIS 包括 “输入”、“图形编辑”、“输出”、“空间分析”、“库管理”和 “实用服务”等六大模块 , 共计 16 个子系统 。除包含 MA PCAD 所有功能外 , 还有海量无缝图库管理 、高 性能的空间数据管理 、完备的空间分析工具 、实用的网络分析功能及图像分析与处理等 。该系统采用矢量 和栅格数据混合的结构 。目前我国使用的基础地理信息系统和已建立的各类应用地理信息系统绝大部分使用的是国外软件1 ,且大多运行在工作站上 ; 而 MA P GIS (微机版) 软件可运行在 PC 机上 , 具有价格和服务方面的优势 , 利 于向更多的用户推广 。据统计 , MA P GIS 在国内拥有的用户已超过了 1 400 个 。本研究用 MA P GIS 完成了以下工作 : 将 SPO T 影像的判读结果图以 1D XF 文件输入 ,转存为点文件和 线文件 ;分类图的编辑 、建立拓扑关系 、形成面文件 ; 15 万土地利用分类图与其标准图幅框进行误差校正 ; 在空间分析模块中 ,量算各图斑面积 ;在输出模块中 ,打印土地利用面积报表及土地利用分类图件 。二 、监测区概况及监测所用资料(一) 监测区概况常熟市位于江苏省东南部 , 是苏州市北部的县级市 , 地处北纬 30303150, 东经 1203312130, 练塘 、张桥 、莫城 、辛庄和杨园 5 乡总土地面积为 18 720 hm2 , 位于常熟市西南部 , 锡常公路以南 ,土地为长江冲积地及湖泊沉积土 , 地势平坦 , 地面高程 215510 m , 年降雨量 1 054 mm , 属于昆承低圩粮收稿日期 : 2000212227 李秉柏为研究员 张京红为硕士研究生 单位地址 : 南京 邮政编码 : 2100143 本项目受国家自然科学基金 ( 30030090) 和 “九五”农业科技重点攻关项目 ( 962015201203) 资助油区 , 以稻麦 、水产 、水生作物为主 。土地肥沃 , 湖河成网 , 精耕细作 , 生产水平高 , 旱涝高产稳产 , 粮食单产水平高 , 年单产稻 、麦两季达 12 975 kg/ hm2 , 且品质优良 , 属全国优质高产农业区之一 。这 5 个 乡 , 乡镇企业发达 , 经济基础 雄 厚 , 但 人 口 稠 密 , 人 均 耕 地 01052 hm2 , 低 于 联 合 国 规 定 的 耕 地 警 戒 线(01053 hm2 / 人) 。由于经济发展迅速土地利用变化显著 。练塘等 5 乡具有经济发达城镇土地利用的典型特 征 。土地资源供需矛盾突出 。(二) 所用资料信息源选用 1994 年 5 月 9 日航片和 1999 年 10 月 1 日法国 SPO T 卫星图像 (1 、2 、3 波段合成 , 分辨 率为 20 m 20 m) 。研究中用到的江苏省常熟市资料主要有 : 1994 年常熟市 11 万土地利用详查图 、2000 年常熟市 15 万土地利用规划图 、常熟市 15 万地形图 、常熟市 15 万行政区域图 、常熟市 15 万农业气 候区划图 、江苏省常熟市土地利用现状调查报告 (1994 年) 。三 、监测内容和方法(一) 内容耕地 : 水田 (包括稻田 、草皮地) 、旱地 ( 包括菜地) ; 园地 : 果园 、茶园 、桑地 ; 居民点及工矿用 地 : 城镇和独立工矿用地 、农村居民点 ; 交通用地 : 三级以上公路 、农村道路 ; 水域 : 河流湖泊水面 、坑塘水面 、渔池水面 。(二) 方法11 判读解译标志 。根据 1994 年 5 月 9 日 、1999 年 10 月 1 日 SPO T 影像特征 , 进行实地调查 , 建立 常熟市土地利用调查及监测的判读 、解译标志 , 为遥感影像判读解译提供统一的标识 , 见表 1 :221 人 机 交 互 式 解 译 判 读。 在表 1 常熟市土地利用监测遥感影像判读解译标志TMCore1DRAW! 810 中将遥感影像图与常熟 1 5万地形图叠加配准 , 在计算机上建立 6 个新层 : RS、TIF 、XZ、POL Y、LABL E、L IN E。RS 层 :色调地类形状纹理地理位置 1994 年1999 年水田菜地深红色灰白色红色红底灰面大连片小连片 大连片 小连片小块 小块小片 方形 、长形 方形带状 线状 线状半园状 小园状 大连片沿江湖连成片匀均不匀均平原 、圩区城郊四周 沿江高田 杨园圩区零星高地 虞山下部镇区 沿江或路 独立工厂连接市镇 连接乡村 市内河流较大湖泊 村庄附近 圩区洼地湖江围建输入分幅彩色数字图像 , 为基础层 ; TIF 层 :入数字化地形图文件 , 与影像图配准 ; XZ 层 :绘县界 、乡界 , 并注记行政代码 ; POL Y 层 :输编 判草皮田旱地 园地城镇 农村 工矿公路 村道 河流湖泊 坑塘 渔池灰白色深红色 桔红色灰白色 灰白色 白色白色 灰白色 兰绿色兰绿色 兰绿色 兰绿色红底灰面橙色 暗红色青灰色 灰青色 白色灰白色 灰白色 兰色兰色 兰色 兰色不匀均不匀均 不匀均不匀均 匀均 匀均匀均 匀均 匀均匀均 匀均 匀均读编 绘 多 边 形 地 类 , 勾 绘 各 图 斑 界 线 ; LAB EL层 : 注记 多 边 形 地 类 各 图 斑 的 属 性 代 码 ; L IN E层 : 判读编绘线状地物 , 并注记其属性代码 。 采用人机交互式解译方法 , 进行土地利用分类 , 按图斑 、界线勾绘 , 并标明属性代码 , 解译 过程中遇到疑问地块 , 作出标记 , 然后进行外业 复查 、验证 , 纠正定性中的分类错误 , 形成土地 利用 分 类 图 , 将 判 读 成 果 以 1D XF 格 式 导 出 文 件 。31 在 MA P GIS 中处理分析遥感数据 。在 MA P GIS 软件的文件转换子系统中输入 1D XF 文件 , 分别形成点 、线文件 , 点文件为 L AB EL 层 , 多边形地类各图斑的属性代码 ; 线文件为 POL Y 层 , 多边形地类各 图斑界线 , 及 XZ 层 , 为县界 、乡界 , 行政界线 。在图形编辑模块中 , 首先设置系统参数 , 进行自动剪断 线 、清除微短线段 、自动结点平差等操作 , 然后线转弧段 、拓扑重建 、拓扑查错 、纠错 , 形成相应面文 件 。再经过 label 合并 , 把代码相同的图斑合并为一类 , 存面文件 。在误差纠正子系统中 , 将已生成的 15万标准框 (点文件 Fram251wt , 线文件 Fram251wl , 面文件 Fram251wp ) 与土地利用分类图 ( 包括点文件- 51wt , 线文件 - 51wl , 面文件 - 51wp ) 叠加配准 , 进行误差校正 。经过面积层层控制 , 在空间分析属第 6 期李秉柏等 : MA P GIS 在土地利用类型遥感动态监测中的应用47性管理中用双属性分类统计 , 可算出各地类面积 ; 用基本初等函数变换 , 将各地类面积按 15 万比例尺转化为实际面积 ( hm2 ) 。转入输出模块 , 生成工程文件 ( 包括点文件 - 51wt , 线文件 - 51wl , 面 文 件 -51wp) , 可打印输出分乡土地分类汇总表 , 及土地利用分类彩图 , 流程图详见图 1 。图 1 MAPGIS 处理分析遥感数据流程图四 、监测结果根据 1994 年 、1999 年的判读分类图 , 用 MA P GIS 量算出的各地类面积 , 就可得出各地类 5 年动态率 及年均动态率 。根据常熟市国土管理局 1994 年 、1999 年统计报表同样可算出各地类 5 年动态率及年均动 态率 。两种动态率结果详见表 2 。hm2表 2遥感判读与统计数据土地动态监测结果对比1994 年1999 年航片判读统计数据动态面积动态率( )年均动态率 ( )SPO T调查结果动态动态面积 率 ( )年均动态率 ( )10 6291210 279163491810 4491810 1081522811- 17914- 17111- 12117- 1619- 1616- 34810- 0134- 0133- 619610 4341710 2441019015- 19415- 3516- 15913- 1813- 315- 45510- 317- 017- 9110耕地合计水田 旱地园地27132113- 611- 22210- 44101717- 917- 35140- 7110居民点合计城镇 农村3 061119111392 1241032001610916411353163518451225107119105103 25513749132 5061019412162103591063141771716710121735153314交通合计公路 村道5461118211364115861111510404143919- 01440137311- 2121111014160142212585163111127415391512911- 8916721370810- 24610141414118- 49124 164172 542199021075511- 8713- 221920143111- 2010- 81923114310- 410- 1184168164 368142 472101 057109121111614- 931717514188102714- 36151991025916515- 71339185119水面合计河流 坑塘 鱼池4 25202 565178811672411718 7171318 59214- 12419- 617- 11318 71010- 713- 319- 018总面积由 SPO T 卫 片 解 译 调 查 结 果 可 见 , 练 塘 、张 桥 、莫 城 、辛 庄 和 杨 园 5 乡 镇 1999 年 耕 地 面 积 为10 43417hm2 , 动态面积为 - 19415 hm2 , 5 年动态率为 - 1813 , 年均动态率为 - 317 ; 而常熟市国土管 理局统计报表得出的 5 年动态率仅为 - 1619 , 年均动态率为 - 0134 。1999 年 SPO T 判读的 5 乡镇居民点及工矿用地面积为 3 25513 hm2 , 比 1994 年增加了 19412 hm2 , 5 年动态率为 6314 , 年均动态率为1217 ; 而统计值求得的 5 年动态率仅为 3518 , 年均动态率为 711 , 明显比 SPO T 结果偏小 ; 1999年 5 乡镇交 通 用 地 面 积 为 58516 hm2 , 比 1994 年 增 加 3915 hm2 , 5 年 动 态 率 为 7213 , 年 均 动 态 率 为1414 ; 统计值得出的动态面积为 3919 hm2 , 5 年动态率为 7311 , 年均动态率为 1416 , 二者比较接 近 。1999 年 SPO T 判读水域面积为 4 36814 hm2 , 动态面积为 11614 hm2 , 5 年动态率为 2714 , 年均动态 率为 515 ; 统计值得出的动态面积为 - 8713 hm2 , 5 年动态率为 - 2010 , 年均动态率为 - 410 , 二者相差较大 。其 中 SPO T 监 测 的 1999 年 鱼 池 面 积 为 91211 hm2 , 比 1994 年 增 加 188 hm2 , 5 年 动 态 率 为25916 , 年均动态率为 5119 ; 统计值得出的动态面积为 3111 hm2 , 5 年动态率为 4310 , 年均动态率 为 816 , 后者远小于前者 。从遥感调查结果可看出 , 与 1994 年相比 , 1999 年 5 乡镇的土地利用类型有明显的转变 : 一是适应市场的需求 , 种 植 业 结 构 进 行 了 调 整 。以 辛 庄 为 典 型 , 积 极 发 展 水 产 养 殖 , 开 挖 渔 池 , 5 个 乡 净 增 鱼 池188 hm2 。草皮田作为杨园乡经济支柱产业 , 面积稳中有降 , 注重质的提高 , 减少量的扩张 。另外 , 在城 镇附近的旱地 , 除新增居民点外 , 均改种蔬菜 , 既丰富了副食市场 , 也提高了农民收入 。二是随着地区经 济的发展 , 交通用地 、居民点及工矿用地面积明显增加 。5 年内新建公路占用土地 3915 hm2 , 许多村道也改造拓宽 , 变为三级以上公路 。由两种方法得出的交通用地动态率比较接近 , 说明道路基本是按照市政府 规划来铺建的 。而居民点比统计上报面积大 8416 hm2 , 两种动态率相差很大 , 新增居民点及工矿用地多位这使大量耕地非农化 , 5 年内水田共减少 36 hm2 , 旱地共减少 159 hm2 , 为了应通过地方立法 , 确定与划分农田基本保护区 , 维持耕地动态平衡 。三是调 即未经批准的土地占用 , 包括一些新增住宅 , 新开挖的鱼池等 , 而在国土局于乡镇的四周及公路的两侧 ,农村经济及农业的持续发展 ,查发现 , 存在非法用地问题 ,报表上仍算在耕地面积内 。五 、结语中国 GIS 软件市场在很长一段时间内完全由国外软件所独霸3 。近年来 , 中国在微机平台上的 GIS 基础软件 产 品 开 始 在 市 场 上 出 现 并 活 跃 起 来 。在 这 次 研 究 中 , 我 们 选 用 了 国 产 优 秀 GIS 软 件 MA P GIS , 利用其强大的图形编辑 、空间分析等功能 , 进行了土地利用类型动态遥感监测的研究 , 并取得 了预期效果 。MA P GIS 汉化界面友好 , 易于操作 , 使业务人员能很快掌握并投入工作 。但我们在使用过 程中也发现了一些美中不足 , 如输出模块中 , 报表的生成输出较繁琐 ; 打印分类图时 , 其后往往还生成一 张副品 (半张分类彩图) ; 图形编辑模块线文件中图斑较复杂时建拓扑关系往往不能一次成功 , 易出现 “航班线”等 。参考文献123赵锐 , 刘玉机 , 傅肃性主编. 中国环境与遥感应用. 北京 : 气象出版社 , 1999 : 170182陈宁强 , 戴锦芳. 人机交互式土地资源遥感解译方法研究. 遥感技术与应用 , 1998 , ( 6) : 1520方裕 , 张晋. 我国 GIS 软件产业发展初探. 计算机世界报 , 1999APPL ICATIO N OF MAP GIS TO L A ND USE DY NAM IC MO NITO RING WITH REMOTESENSINGL i BingboJin ZhiqingHe WeiZhang Ya xiangJ i