基于遥感技术的土地资源调查方法研究

2022-09-12

1 土地利用现状调查的意义

土地调查是为查清土地的数量、质量、分布、利用和权属状况而进行的调查。土地利用现状调查的目的, 是为全面实施耕地保护和土地用途管制制度、开展集体土地登记发证、制定国民经济发展计划等提供重要依据。《土地管理法》规定:“国家建立土地调查制度。县级以上人民政府土地行政主管部门会同级有关部门进行土地调查”。

2004年《国务院关于深化改革严格土地管理的决定》 (国发 (2004) 28号) 要求“国土资源部要会同有关部门抓紧建立和完善统一的土地分类、调查、登记和统计制度, 启动新一轮土地调查, 保证土地数据的真实性”。全国从2007年7月1日1日开始实施第二次全国土地调查, 其工作方法、技术路线及成果要求与上一次土地资源详查相仿。

2 遥感影像应用于土地资源调查的当前状况

我国的土地利用现状详查始于20世纪80年代末, 主要采用技术成熟、航摄资料齐全的航空遥感的技术手段和方法。我国西部地区由于调查比例尺小和航摄资料陈旧等原因, 部分采用了MSS和TM卫星遥感数据用于1∶100000比例尺的调查和制图。随着国家改革开放和经济建设的快速发展, 国家和地方基础设施建设、农业产业结构调整、生态环境建设等项目的实施, 土地利用动态变化加快, 原有的调查资料己不适应经济建设的需要, 应适时地更新土地利用基础资料。近几年部分发达经济地区已开展了应用航空、航天遥感资料结合地理信息系统和全球卫星定位技术, 进行土地利用更新调查, 在中等比例尺的范畴内, 使用如SPOT5, IKONOS等分辨率的卫星遥感影像更新土地利用现状图, 而采用更高分辨率的Q U I C K B I R D或Q U I C K B I R DⅡ (WorldView) 及大比例尺的航空影像资料, 己经可以在大比例尺的地籍图和土地利用图中发挥作用。

和传统的以测绘技术为主的调查手段比较, 利用高分辨率卫星遥感数据开展大比例尺土地利用更新调查, 现势性强、直观形象及内容丰富的遥感数字影像, 降低了调查工作的难度和强度, 缩短了调查周期。在成果应用方面, 土地调查形成的矢量图形数据和遥感数字影像相结合的土地利用、权属界线及土地规划等专题图, 不再是专业人员使用的专利, 一般非专业人员也能方便使用。利用高分辨率卫星遥感影像开展大比例尺土地利用更新调查, 目前还处于初期应用研究阶段。

遥感影像在土地产权、后备土地资源及存量土地资产调查、土地利用规划编制、上地开发整理规划设计等方面的应用也具有优势。不同分辨率的卫星影像的应用与成图比例尺有关, 在地市级1∶100000~1∶200000土地利用总体规划、国土规划中, 采用1 5 m~3 0m分辨率的美国陆地卫星TM和ETM影像;用于1∶50000~1∶10000区县级的规划中, 采用SPO T 5等卫星影像;在1∶2000~1∶10000等规划中, 采用米级及亚米级分辨率, 如IKONOS, ALOS, QUICKBIRD等卫星影像。

为及时掌握土地利用的动态变化, 原国家土地局从1996年开始利用卫星遥感影像开展了上地利用动态监测研究试验, 在1999年国家正式立项“土地利用遥感监测”项目。土地利用动态遥感监测逐渐形成了一套比较完善的技术方法和体系。随着卫星遥感技术的不断发展, 卫星遥感图像的分辨率不断提高, 扩大了遥感监测的应用范围和领域。1999年首次应用高分辨率 (10米, ETM) 卫星影像对全国66个50万人口以上的城市进行了监测;2000年开展了全国62个特大城市的监测以及西部29个县市生态退耕调查的监测, 并开展了应用更高分辨率 (5m和1m) 卫星数据的研究试验;2001年完成了43个大城市中351个县、区、市的土地利用动态监测, 并辅助检查了土地利用总体规划执行情况, 复核了年度土地变更调查统计数据。其成果在辅助开展土地变更调查、更新土地利用图, 配合土地执法监察中起到了重要作用;2002年在完成25个大城市上地利用监测的基础上, 还大范围应用2.5m分辨率的卫星数据进行1∶10000土地利用图更新, 为地方土地利用规划、管理提高提供现势性较强的基础成果;2009年全国遥感监测“一张图”工程建设的启动, 将形成包括遥感影像、土地利用 (含基本农田) , 以及新增建设用地遥感监测等多源信息的集合, 进一步全面应用到第二次土地调查后的日常变更调查、土地督察和执法检查。遥感监测项目的实施, 准确、及时地反映了我国重点城市建设用地执行规划情况, 特别是建设占用耕地的情况, 为国土资源管理和相关部门决策提供了依据, 应用监测成果发现和查处了一批重大土地违法案件, 为土地执法监察提供了高效、科学的手段;应用遥感和全球卫星定位技术, 对土地变更调查和生态退耕调查进行复核, 掌握了调查数据的准确程度。

3 遥感影像应用于土地资源调查的特点

常规的土地资源调查, 以地面调查为主, 费工费时, 而且调查范围受到限制 (如沼泽地、热带雨林、冰川雪原等人员难以进入的地区) 。应用航空遥感技术进行土地资源调查, 虽然大大减轻了野外工作量, 比过去的调查进了一大步, 但航空遥感也有不少局限性, 如成像时间受天气条件限制, 飞行费用高, 光谱范围窄等等。与航空遥感相比, 卫星遥感有着多方面的优点。

(1) 宏观性强。一景陆地卫星影像覆盖3万多km2, 高分辨率的遥感卫星如SPOTS一景覆盖面积有3600km2, QuickBird有272km2。

(2) 多时相重复, 资料更新周期短, 如QuickBird l~6天就可以回访同一地区获得新的卫星影像, 有利于土地资源状况的快速更新。

(3) 多光谱性。遥感卫星可以获取并分波段提供从可见光到近红外、短波红外甚至波长更长的地面光谱反射信息, 远远比航摄相片丰富;不同的光谱段对不同地物有不同的反射特性, 能增强对地物的识别能力。

(4) 可处理性。可航片相比, 卫星影像产品均以数字形式存储 (除了早期以胶片形式存储的卫星影像) , 能直接进行各种数字处理, 而航摄像片均须进行数字化扫描, 且要使用精度较高、扫描分辨率较高的专用扫描仪, 在扫描过程中存在一定信息损失。

4 土地资源调查的一般步骤

始于20世纪80年代的全国土地利用现状调查, 1996年以后逐渐开展的土地变更调查, 1999年开始全国土地变化动态监测项目, 以及2007年开始实施的全国第二次土地利用调查, 都部分或全部采用了遥感卫星影像技术的方法。土地资源遥感调查一般经过如下几个步骤:

4.1 准备阶段

土地资源遥感调查准备阶段的主要任务是收集、整理、分析各种需要的资料, 包括地形图、航片、卫片、相关图件和文字等。

4.2 野外踏勘, 建立解译标志

在野外踏勘、分析资料的基础上, 制定土地利用类型和土地类型分类系统。遥感调查工作的分类系统主要以调查任务的要求和遥感影像特征及其可解译策划能程度为基本依据, 除了考虑遥感调查的特点外, 应与全国统一规程的分类系统基本一致。

建立影像解译标志是调查的内容之一。一般选择一至几条穿过不同地貌单元、不同土地利用方式和土地类型的具有代表性的路线, 对照遥感影像随时定位, 仔细观察土地类型、土地利用类型、地貌、植被等地物与影像之间的相互对应关系, 并对照其他图件资料, 建立影像标志, 内容包括色调、形状、大小、图形等, 这也就是建立典型“样板”, 应尽可能详尽、准确, 为室内判读提供依据。遥感影像判读标志的内容是极其丰富和复杂的, 不仅不同的信息来源有不同的内容, 而且标志还要因时而异, 因地而异。例如重庆夏季的植被特征与春季时截然不同, 根据季节、时间、地带、地域、农事、风俗习惯的特点建立具有实际意义的判读标志。

4.3 遥感数据的处理

卫星遥感的特点与传统的航空遥感相比就是可以直接获取计算机可读的数字化图像。遥感数据影像的处理主要包括遥感图像的几何纠正和信息增强两方面, 一般是利用地面控制点和纠正模型对图像进行几何纠正 (正射处理) , 应用各种算法和模型进行如比值变换、直方图均衡、线性拉伸等处理。

4.4 土地资源信息的提取

土地资源信息提取的基本方法可分为目视解译与计算机自动识别分类的方法。

目视解译就是在室内更具影像的成像规律与特征以及其他有关的可靠资料 (包括地形图、实地收集的判读典型样片等) 有肉眼来确定各种土地类型的位置和范围的工作。在研究收集到的各种图件与建立的各类地类在影像上的解译标志后, 从宏观到微观, 由整体到局部, 利用色调、形状、纹理、大小、位置、图形等判读特征, 进行综合分析, 划分地类。虽然利用计算机自动识别分类的方法己不断发展, 但是人机交互的目视解译仍然是重要的判读方法。

计算机自动识别分类就是依据地面上不同土地类型具有的不同光谱特征, 在遥感图像上呈现出不同的色彩、色调、纹理和几何特征, 采用适当的分类方法, 经过计算机自动分出不同的土地利用类型。

4.5 野外验证

目视解译或计算机自动识别分类的成果要经过校核验证才能保证其可靠性。可以采取沿路线调查或是抽样的方法, 到野外全而统计完全判效率。

对于影像不清晰或解译困难的地方, 也应进行实地调查, 并对变化和新增的地物实施补测, 并绘制在工作底图上。同时还应重点观察地面与影像的特征, 建立新的判读标志, 对成果作修正和补充。

4.6 建立数据库与统计分析

将提取的土地信息送入地理信息系统中, 利用其强有力的空间分析和制图功能, 了解各地类的空间与属性关系, 同时可提取不同时段不同地类的相互转化信息, 输出各类土地利用现状图和统计报表。也就是将空间数据采集和分类的有效工具和分析空间数据的有效工具结合起来, 既发挥了遥感技术快速为地理信息系统提供各类数据, 同时又发挥了地理信息系统空间数据的分析功能, 提高遥感的空间分析能力和分析精度。

5 结语

第二次土地调查是国土资源部为促进国土资源的宏观规划和科学管理, 提高国土资源的合理开发、保护和利用水平, 而开展的一项基础性、公益性、战略性重大工程项目。这样的大背景下, 在土地信息提取与遥感技术研究方面, 成像光谱技术的应用、遥感数据处理方法等领域摆在了较为突出的位置。

摘要：本文基于笔者多年从事土地资源调查的相关工作经验, 以遥感技术在土地资源调查中的应用为研究对象, 深度探讨了土地资源遥感调查的特点及实施步骤, 论文首先分析了土地利用调查的意义, 而后分析了遥感影像应用于土地资源调查的状况, 进而探讨了遥感应用于土地资源调查的特点, 最后给出了土地资源遥感调查的一般步骤。全文是笔者长期工作实践基础上的理论升华, 相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。

关键词：遥感,土地资源调查,土地利用,信息源