王誌 魏麗君
（黑龍江省國土資源勘測規劃院，哈爾濱，150056）
摘要：更新土地利用數據庫是國土資源信息化建設的重要內容，是為各級土地管理部門的土地利用變更調查、土地規劃、耕地保護、建設項目用地管理等提供準確、翔實、現勢性的基礎數據。本文具體結合黑龍江省望奎縣數據庫更新的實際情況，著重對利用SPOT－5遙感影像更新土地利用數據庫技術所采用的壹些新技術、新方法加以闡述，對更新土地利用數據庫存在的問題加以分析，並且提出解決問題的辦法。
關鍵詞：遙感；土地利用更新；數字正射影像圖；“3S”；望奎縣；黑龍江省
遙感技術應用始於20 世紀50年代，至今已經歷了50 多年的發展。隨著遙感衛星技術的進步，遙感影像分辨率得到大幅度的提高，並以速度快、時間短、成本低等許多優勢，在國土資源調查方面已被廣泛應用。特別是在利用遙感技術快速更新土地利用數據庫方面，提供了重要的技術支持。
縣級土地管理是整個土地管理的基礎，由於近年來經濟與社會的高速發展，土地利用基礎圖件在更新上落後於土地利用狀況變化，不能準確、及時地反映土地利用狀況。大大阻礙了經濟、社會發展的需要。在此背景下，應用遙感技術更新土地利用數據庫已迫在眉睫，使用高分辨率遙感數據源，結合 GPS 和 GIS 技術實現土地利用數據庫的更新，從而為各級土地管理部門提供準確、翔實、現勢性強的土地利用狀況信息。為此，本文以黑龍江省望奎縣為例，采用 SPOT－5 2.5 m 高分辨率衛星遙感數據為信息源，將制作好的1∶1萬遙感數字正射影像圖與土地詳查矢量數據疊加，通過矢量、柵格結合的方法，輔以專家知識、人機交互提取變化信息，將外業調查後的變化信息屬性賦予矢量數據，然後重新建立拓撲關系，生成更新後的土地利用數據庫。
1 項目區的基本情況
望奎縣是黑龍江省以農業為主的壹個縣，位於黑龍江省中部，松嫩平原與小興安嶺西南邊緣過渡地帶。地處東經126°10′23″～126°59′00″，北緯46°32′07″～47°08′24″。東南以克音河、諾敏河、呼蘭河三條界河與綏化市、蘭西縣相鄰，西以通肯河為界，與青岡縣相望，北與海倫市接壤。全縣幅員面積2320km2，南北長約62km，東西寬約60km。
望奎縣形狀近似平行四邊形，由於受小興安嶺余脈的影響，地勢東高西低，東西坡降約在千分之壹，南北坡降三千分之壹左右。最高海拔250.9m，最低點海拔127.8m，絕對高差123.1m，平均海拔167m。地貌類型大體可分三個單元，東部和南部丘陵起伏漫川漫崗，中部過渡地帶微有起伏，西部低窪平坦。
2 總體技術路線
利用遙感影像更新土地利用數據庫，自動化程度較高，能夠及時、真實、客觀地反映土地利用狀況。因此，利用 SPOT－5 2.5 m 遙感影像來更新望奎縣土地利用數據庫，與日常采用的變更方法相比，在總體技術路線上，會有壹些新的特點。
2.1 影像土地分類采樣表的建立
總體上來說，項目區域特點不同，比如山區、丘陵、平原、沙漠等，在遙感影像上反映出的地類表征不同。而且，選擇分辨率的高低與影像的時相等各方面，也會影響著遙感影像反映出的地類表征。因此，建立起壹個適合本項目區域的影像土地分類采樣表對於內業解譯、提取變化信息顯得非常重要。土地分類采樣表也就是影像的解譯標誌，它是在影像上能直接反映和判別地物信息的影像特征，它是識別地物屬性的主要依據，包括形狀、大小、圖案、色調、紋理、陰影、位置、布局、分辨率等。在望奎縣數據庫更新項目選取法國 SOPT－5遙感影像，通過野外調查確定和地物間的對應關系，借助有關輔助信息（規劃圖、地形圖等有關資料等），對各類型在影像圖上反映的特征做出描述，建立起壹套有代表性的影像土地分類采樣表，大大方便了內業解譯與變化信息提取工作。圖1為采樣表的壹部分。
圖1 影像土地分類采樣表
2.2 “3S” 集成技術在更新土地利用數據庫中的綜合應用
“3 S”集成技術是指 RS （Remote Sensing）、GPS （Global Positioning System）、GIS （Geographical Information System）在平行發展的進程中，逐漸綜合應用的技術，三者的有機結合，構成了壹個壹體化信息獲取、信息處理、信息應用的技術系統，是壹個充分利用各自技術特點的空間技術應用體系，並逐步成為壹個實踐性和應用性較強的新學科。
壹方面，GPS 測量在 SOPT －5 遙感影像制作（幾何校正配準）中的應用，在SOPT－5 遙感影像上選取明顯地物點，通過外業 GPS 高精度測量來進行影像圖的幾何糾正，制作 1∶1 萬遙感數字正射影像圖；另壹方面在 GIS 支持下的土地利用更新，包括數據矢量化編輯、疊加、拓撲關系的建立。在望奎縣土地利用更新過程中，使用的是國產 GIS 軟件，即武漢中地公司開發的 MAPGIS6.5 軟件來進行的土地利用數據庫的更新工作。
2.3 矢量數據與柵格數據相結合，多種信息提取方法並用
矢量數據主要包括土地利用現狀數據庫；柵格數據主要包括1∶1 萬遙感數字正射影像圖和掃描糾正後的土地利用現狀圖。通過矢量數據和柵格數據對比分析，進行矢量化更新，提取變化信息。信息提取方法包括人工目視解譯、計算機自動提取、人工目視解譯與計算機自動提取相結合。本次更新中主要采用的是以人工目視解譯為主，人機交互式進行土地利用數據庫的更新。
2.4 遙感數據與土地利用基礎圖件相結合
充分利用土地利用現狀調查、城鎮地籍調查、行政勘界、建設用地批次用地成果、土地整理、復墾成果以及日常變更數據輔助確定土地利用類型與變化情況，減少外業調查工作量，縮短更新土地利用數據庫的時間。而且，保證了土地利用類型的準確性。
2.5 內業判讀，外業核查的路線
遙感對地觀測僅僅反映了地物的光譜特性，即土地覆蓋的表征，而土地利用圖反映的是土地利用的狀況，土地覆蓋的變化並非完全代表土地利用的變化。此外，通過人工目視解譯提取出來的變化屬性信息需要外業調查，如零星地物、線狀地物的寬度以及權屬等。因此，需要內、外業相結合確定土地利用類型，這樣可以保證本次更新的徹底性，做到不重不漏，實現土地利用數據庫的全面更新。
3 工作方法
工作方法主要分為四個步驟：①SPOT－5 2.5 m遙感影像處理過程，包括制作1∶1 萬遙感數字正射影像圖；②內業處理過程，包括變化信息提取、外業前圖件制作；③外業調查過程，包括核實變化信息、調查零星地物及線狀地物寬度、權屬界線等；④土地利用數據庫的更新入庫過程。工作流程圖見圖2。
3.1 制作 1∶1 萬遙感數字正射影像圖
衛星遙感數字正射影像圖（Remote Sensing Digital Orthophoto Map，簡稱RSDOM），是利用衛星遙感獲取的具有壹定分辨率的全色影像及多光譜影像，經幾何糾正及相應的圖像處理後生成的影像數據集，它同時具有地圖的幾何特性和影像特征。本次遙感影像數據源采用的是法國 SPOT－5 2.5 m 全色影像與10 m 多光譜數據衛星數據，其數據分辨率完全滿足數據庫更新的要求。景寬為60km2×60km2，含雲量為零，以整景為單元，利用衛星影像處理軟件 ERDAS，將2.5m 全色影像與10m 多光譜數據融合。由於望奎縣地勢較為平坦，故采用加權乘法的融合方法，其優點是能較好地保留高分辨率圖像的紋理信息及多光譜圖像的彩色信息，制作衛星遙感數字正射影像圖。再利用圖像處理軟件 photomapper制作1∶1 萬數字正射影像圖。影像處理技術流程見圖3。
3.2 內業處理
利用國產 GIS 軟件 MAPGIS6.5，建立工程數據，通過矢量數據與柵格數據相結合的方法，通過遙感影像與土地利用矢量數據對比，人機交互式進行數據庫更新。在內業中無法判定的信息，特殊標記出來，在制作外業圖件時同時打印出來，以便通過外業調查來核實土地利用變化狀況。
圖2 數據庫更新工作流程圖
矢量化更新采集包括：①圖形數據的更新采集，采用分層方式進行，分層按《建庫標準》要求，主要包括等高線、水系、道路、行政界線、權屬界線、地類界、其他帶有寬度的線狀地物、零星地物、文字註記等，同時根據建庫軟件的需要，對各主要層次進行細分，以達到不同圖形要素可以明顯區分，在建庫時分別采用；②屬性數據的更新采集，嚴格以外業提供的表格地類屬性為準，大部分屬性通過分類編碼、圖層、實體定義加以區分和自動轉換，再通過幾何圖形的相對位置關系確定其權屬；③圖幅數據的接邊工作，接邊按照規範所規定的原則將相鄰圖幅分割開的同壹圖形對象不同部分拼接成完整對象，接邊處理包括圖形接邊和屬性接邊，屬性接邊就是確保相鄰圖幅接邊要素其屬性的壹致性。
3.3 外業調查
外業調查是獲取土地現狀信息的關鍵和基礎，如果沒有紮實細致的外業調查工作，即使是最新的遙感影像數據，也無法準確地判讀。另外，項目涉及的合鄉合村權屬界線的調查工作，也必須實地調查。外業調查包括行政界線調查、權屬界線調查、零星地物調查、線狀地物寬度調查、地類調查、調查居民點、用地單位和河流等名稱調查等。依據《土地利用更新調查技術規定》及相關技術規定，按照《全國土地分類》（過渡期間適用）三級分類標準，將所有外業調查信息記錄在“土地利用更新調查記錄手簿”上。
圖3 影像處理技術流程圖
3.4 土地利用數據庫更新
本次更新所采用的數據庫軟件是愛地土地利用管理信息系統。因此，首先修改數據字典，然後修改分幅索引圖數據和行政區索引圖數據，最後將準確的入庫所需要的文件包括零星地物點文件、線狀地物線文件、地類圖斑面文件以及圖廓整飾註記點文件進行入庫，然後進行全縣面積的統計匯總、標準格式的分幅土地利用現狀圖的輸出以及各種土地匯總表格的打印。
4 存在問題與解決方法
項目采用 SPOT－5 遙感影像更新土地利用數據庫，發揮了遙感影像獲取數據速度快、精度高、範圍廣的特點，既縮短調查時間，又保證調查精度、節省調查費用。但在本次更新調查過程中也發現了壹些問題，有待於進壹步研究和解決。
4.1 影像處理與精度評定
在 SPOT－5 遙感影像處理方面，影像質量應層次豐富、清晰易讀、色調均勻、反差適中。本次項目在影像處理方面雖然滿足了工作要求，但在影像質量上還要有所提高，從長遠來看，如果選用數據源為美國的快鳥，那麽它的分辨率為0.61m，與 SPOT－5 2.5m相比分辨率高出了4 倍多，這對影像處理質量方面要求更高。它不僅直接影響著變化信息的提取，而且還影響著目視解譯的準確性。所以應該積累經驗，加強在影像處理質量上的提高。
精度評定是對數字正射影像圖制作質量的壹個評定標準。精度評定采用外業特征控制點實測坐標與其影像同名點圖像坐標的較差作為評定參考，可以借助 GPS 在影像上同名地物點上實地測量坐標，與圖像坐標進行較差分析，這是利用遙感影像更新土地利用數據庫前期的壹個重要環節。只有符合國家標準，才可以利用遙感影像來進行更新工作。
4.2 矢量化線狀地物的偏移處理與屏幕矢量采集處理問題
通過矢量、柵格數據結合的方法，將土地利用數據庫與1∶1 萬數字正射影像圖套合更新，出現矢量線狀地物與同名影像上線狀地物偏移的問題。根據國家標準與黑龍江省土地利用更新技術方案要求，在數據庫文件與影像套合時，當矢量線條與影像上的同名線狀地物偏差大於圖上1 mm （相當於 SPOT－5 2.5 m 影像的4個像素）時視為偏移，對偏移的線狀地物應進行糾正，如果偏移的線狀地物不發生寬度、地類碼的變更，可采用線工具中平移、復制等進行糾正處理；如果屬性改變，將通過外業調查核實變化信息。
在此基礎上，通過影像進行屏幕矢量線狀地物偏移處理。與此同時，又涉及到壹個屏幕放大倍數的問題，如果在屏幕采集時放大倍數過大，將會出現影像的失真，看不清線狀地物的邊緣輪廓，影響線狀地物的偏移處理位置；但屏幕采集時放大倍數過小，又會出現線狀地物偏移處理不完全，過於粗糙，套合不準確。在項目進行時經過多次實驗，壹致認為參照遙感影像矢量化放大倍數標準為 0.9 倍為宜。這樣，既保證了影像的邊緣清晰、不失真效果，又保證了線狀地物偏移處理的完全性。
4.3 數據庫更新的工作量較大
與傳統更新方法相比，利用 SPOT－5 遙感影像更新土地利用數據庫優勢非常的明顯。但是由於涉及前期的準備和外業調查工作量依然很大，在前期提取變化信息時，主要還是采用人工目視解譯。而且，土地利用數據庫還是20世紀90年代初的詳查成果，所以提取變化信息數量較大。本次更新項目提取的變化地塊近兩萬塊，不僅如此，還要通過外業將提取的變化信息壹壹核實，並且每壹個變化信息都要記錄在“土地利用更新調查記錄手簿”上。這個工作量也較大，而且有不可避免的人為誤差存在。所以，在利用遙感影像更新土地利用數據庫同時，應該在此基礎上研究探索，尋求更有效的方法在計算機上進行變化信息的提取，減少外業的工作量，提高數據的準確性。
4.4 完善數據質量檢查機制，數據庫更新進壹步規範
數據質量檢查貫穿更新土地利用數據庫項目的始終，是數據庫建設工作中極其重要的組成部分，其工作量占整個建庫工作的60%以上，數據質量檢查是保障數據庫質量的重要工具。質量檢查包括計算機邏輯檢查和人工檢查，主要是針對數據結構和精度進行檢查。本次項目中成立三級質量檢查機制，有小組自檢、壹級檢查和二級檢查，為項目的質量保駕護航。
在項目實施的同時，完全參照國家有關標準和要求以及省級出臺的有關規範。但是，在項目進行當中，有些比較細致的工作仍無章可循。所以，在更新土地利用數據庫方面還需要進壹步規範標準和要求，以便達到數據的***享。
4.5 需要培養壹支高素質的土地更新調查隊伍
在項目進行的前期，需要對更新土地利用數據庫隊伍進行強化培訓。因為，更新調查質量好壞決定著更新項目的成敗；而且，土地更新調查涉及到土地管理、地學、土壤學、農學、測繪學、信息學等多門學科，調查人員必須具備上述各學科的理論知識和應用技能，才能保證土地更新調查的質量。
采用 SOPT－5 遙感影像更新土地利用數據庫與傳統方法相比，省時快速、減少人力、節約資金、數據準確，保證了更新調查成果質量，為新壹輪土地利用總體規劃修編、農村集體土地登記發證、基本農田保護、土地開發復墾整理、建設用地審批等提供了準確、翔實的數據。而且，遙感技術的應用將會推動土地變更調查工作自動化和土地資源信息化，大大提高土地利用變更調查數據的準確性和及時性，從根本上解決土地利用現狀圖的更新問題。
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