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東華理工大學土地利用、鄉鎮、地貌及土壤侵蝕數據技術服務

一.背景介紹

     人類社會發展離不開土地,沒有土地就沒有人類,土地利用隨著人類的出現而發生。人類為了一定的社會或經濟方面的目的,會通過利用、改造等活動。從土地上獲得更多的資源。土地利用既要受自然條件的制約,同時也會受到社會、經濟、技術條件的影響,這就決定了它既是一個將土地的自然生態系統變為人工生態系統的過程,也是一個自然、經濟、社會諸多因素共同作用的復雜過程。土地利用的廣度、深度和合理利用程度,是一個國家國民經濟各部門生產建設規模、水平和特點的集中反映。隨著城市化、工業化的發展以及人口數量的日益增長,協調好人地關系已經成為當前的迫切問題。


     學術界對土地利用概念存在下列代表性的觀點:(1)土地利用是人類通過與土地結合獲得物質產品和服務的經濟活動過程;(2)土地利用是指人類對待定土地投入勞動力資本,以期從土地得到某種欲望的滿足;(3)土地利用是由自然條件和人為干預所決定的土地功能;(4)土地利用是指在既定時間、空間和特點地點的一切已開發和空閑土地的表面狀況;(5)土地利用是指由土地質量特性和社會土地需求協調所決定的土地功能過程,即:人類根據土地質量特性開發利用土地,滿足人類生產生活需要:同時利用土地改善環境滿足人類生存的需要。


     江西省鄉鎮行政區劃數據,是結合野外實測資料,同時參照有關地理圖件,采用人機交互的方式開展行政區劃地圖矢量化工作,最終獲取2014年江西省鄉鎮區劃邊界數據。主要包括省市鄉、鎮、街道矢量邊界,精度滿足1:10萬比例尺要求。


     土壤侵蝕是指土壤及其母質在水力、風力、凍融或重力等外營力作用下,被破壞、剝蝕、搬運和沉積的過程。土壤在外營力作用下產生位移的物質量,稱土壤侵蝕量。單位面積單位時間內的侵蝕量稱為土壤侵蝕速度(或土壤侵蝕速率);土壤侵蝕量中被輸移出特定地段的泥沙量,稱為土壤流失量。在特定時段內,通過小流域出口某一觀測斷面的泥沙總量,稱為流域產沙量。廣泛應用的“水土流失”一詞是指在水力作用下,土壤表層及其母質被剝蝕、沖刷搬運而流失的過程。


     地貌(Landforms)即地球表面各種形態的總稱,也能稱為地形。地表形態是多種多樣的,成因也不盡相同,是內、外力地質作用對地殼綜合作用的結果。內力地質作用造成了地表的起伏,控制了海陸分布的輪廊及山地、高原、盆地和平原的地域配置,決定了地貌的構造格架。而外營力(流水、風力、太陽輻射能、大氣和生物的生長和活動)地質作用,通過多種方式,對地殼表層物質不斷進行風化、剝蝕、搬運和堆積,從而形成了現代地面的各種形態。


     地理國情監測云平臺應東華理工大學的要求,對廣東省20171:10萬矢量土地利用數據及200490m柵格地貌數據; 江西省20171:10萬矢量土地利用數據,200490m柵格地貌數據,20051km柵格土壤侵蝕數據20141:10萬矢量鄉鎮數據提供產品技術服務,以滿足客戶科研工作的需求。


二.案例詳情

服務單位

東華理工大學

服務時間

2018.10

服務內容

廣東省20171:10萬矢量土地利用數據及200490m柵格地貌數據; 江西省20171:10萬矢量土地利用數據,200490m柵格地貌數據,20051km柵格土壤侵蝕數據20141:10萬矢量鄉鎮數據

土地利用數據

     本次土地利用數據技術服務的核心是:基于2017Landsat8-OLI遙感影像生產30米土地利用數據產品,包括耕地、林地、草地、水域、建設用地和未利用地在內的6個一級類和包括有林地、灌木林、疏林地、其他林地和高、中、低覆蓋度草地等25個二級類型,本次技術服務主要流程如下:


1.數據制作流程

    土地利用數據產品服務主要分為5個階段,分別是數據準備、分類體系建立、解譯標志建立、分類解譯階段和對解譯結果的精度檢查如圖1所示。

            1. 數據制作流程                 

   

2.土地利用分類體系

     按照國家土地利用分類方法,結合劉紀遠等在建設“中國20世紀LUCC時空平臺”建立的LUCC分類系統,將土地利用類型歸結為6個一級分類和25個二級分類,具體分類內容和含義如表1所示。

土地利用/覆蓋分類系統

一級類型二級類型

含義

編號

名稱

編號

名稱

1

耕地

指種植農作物的土地,包括熟耕地、新開荒地、休閑地、輪歇地、草田輪作地;以種植農作物為主的農果、農桑、農林用地;耕種三年以上的灘地和灘涂

11

水田

指有水源保證和灌溉設施,在一般年景能正常灌溉,用以種植水稻,蓮藕等水生農作物的耕地,包括實行水稻和旱地作物輪種的耕地

12

旱地

指無灌溉水源及設施,靠天然降水生長作物的耕地;有水源和澆灌設施,在一般年景下能正常灌溉的旱作物耕地;以種菜為主的耕地,正常輪作的休閑地和輪歇地

2

林地

指生長喬木、灌木、竹類、以及沿海紅樹林地等林業用地

21

有林地

指郁閉度>30%的天然木和人工林。包括用材林、經濟林、防護林等成片林地

22

灌木林

指郁閉度>40%、高度在2米以下的矮林地和灌叢林地

23

疏林地

指疏林地(郁閉度為10%~30%

24

其他林地

未成林造林地、跡地、苗圃及各類園地(果園、桑園、茶園、熱作林園地等)

3

草地

指以生長草本植物為主,覆蓋度在5%以上的各類草地,包括以牧為主的灌叢草地和郁閉度在10%以下的疏林草地

31

高覆蓋度草地

指覆蓋度在>50%的天然草地、改良草地和割草地。此類草地一般水分條件較好,草被生長茂密

32

中覆蓋度草地

指覆蓋度在20%~50%的天然草地和改良草地,此類草地一般水分不足,草被較稀疏

33

低覆蓋度草地

指覆蓋度在5%~20%的天然草地。此類草地水分缺乏,草被稀疏,牧業利用條件差

4

水域

指天然陸地水域和水利設施用地

41

河渠

指天然形成或人工開挖的河流及主干渠常年水位以下的土地,人工渠包括堤岸

42

湖泊

指天然形成的積水區常年水位以下的土地

43

水庫坑塘

指人工修建的蓄水區常年水位以下的土地

44

永久性冰川雪地

指常年被冰川和積雪所覆蓋的土地

45

灘涂

指沿海大潮高潮位與低潮位之間的潮侵地帶

46

灘地

指河、湖水域平水期水位與洪水期水位之間的土地

5

城鄉、工礦、居民用地

指城鄉居民點及縣鎮以外的工礦、交通等用地

51

城鎮用地

指大、中、小城市及縣鎮以上建成區用地

52

農村居民點

指農村居民點

53

其他建設用地

指獨立于城鎮以外的廠礦、大型工業區、油田、鹽場、采石場等用地、交通道路、機場及特殊用地

6

未利用土地

目前還未利用的土地、包括難利用的土地

61

沙地

指地表為沙覆蓋,植被覆蓋度在5%以下的土地,包括沙漠,不包括水系中的沙灘

62

戈壁

指地表以碎礫石為主,植被覆蓋度在5%以下的土地

63

鹽堿地

指地表鹽堿聚集,植被稀少,只能生長耐鹽堿植物的土地

64

沼澤地

指地勢平坦低洼,排水不暢,長期潮濕,季節性積水或常積水,表層生長濕生植物的土地

65

裸土地

指地表土質覆蓋,植被覆蓋度在5%以下的土地

66

裸巖石礫地

指地表為巖石或石礫,其覆蓋面積>5%以下的土地

67

其他

指其他未利用土地,包括高寒荒漠,苔原等

 3.提取方法

     土地利用數據是基于Landsat遙感信息源,結合實地調查和其他輔助數據,采用全數字化人機交互作業方法,主要根據對圖像光譜、紋理、色調等的認識結合地形圖目視解譯而成;在內業建立解譯判讀標志與實現數據獲取的基礎上,結合外業實地考察驗證,提高土地利用分類精度。


  4.遙感解譯標志

     由于目視解譯更側重于人的知識的參與,為了減少由于不同人員的主觀差異性所造成的誤差,提高遙感判讀精度,建立統一解譯標志是十分必要的。在多個專家的參與下,根據影像光譜特征,結合野外實測資料,同時參照有關地理圖件,對地物的幾何形狀,顏色特征、紋理特征和空間分布情況進行分析,并在綜合各位專家意見后,最終建立解譯標志庫,以部分解譯標志為例,來說明判讀標準,如表2所示。


2部分土地利用解譯標志

 5.質量控制與檢查

     各工序過程質量按要求進行過程檢查 ,需進行100%檢查。土地利用數據抽樣檢查主要是對獲取的土地利用數據產品進行空間抽樣檢查,驗證土地利用數據類型定性是否正確。驗證的方式主要依靠高分影像(要考慮影像的時效性)與野外實地驗證相結合的方式作業,未達到抽樣精度90%的重新修正數據


6.技術服務成果展示

        本次產品加工技術服務成果如圖2.所示:

2.廣東省2017年土地利用分布圖


地貌數據

1.地貌數據服務建立方法

     廣東省和江西省地貌數據產品利用GIS和遙感技術,基于DEM數據,利用ArcGIS軟件中的TIN工具,以地貌渲染法為基礎,利用色彩和光影有規律的變換和組合表示地面的起伏變化,直觀的將河南省地貌特征展現出來。

Value

Value

11

極大起伏山地

31

高臺地

12

大起伏山地

32

中臺地

13

中起伏山地

33

低臺地

14

小起伏山地

41

起伏平原

15

喀斯特山地

42

傾斜平原

21

梁峁丘陵

43

平坦平原

22

高丘陵

44

微洼地

23

中丘陵

45

微高地

24

低丘陵

51

雪域高原

25

喀斯特丘陵

52

其他高原

26

沙丘

2.成果展示

以廣東省為例展示如圖3所示:

3.廣東省地貌空間分布圖

土壤侵蝕

1.土壤侵蝕快速調查作業流程

     采用人機交互的目視判讀分析方法,根據Landsat影像、土地利用、DEM模型或地形圖,并參考其它相關資料及圖件,直接分析土壤侵蝕類型、坡度、植被覆蓋度、溝谷面積比例或溝谷密度等狀況,并據此判定土壤侵蝕強度后,在ARCGIS軟件上進行土壤侵蝕強度勾繪、制圖。作業比例尺110萬。具體工作流程如圖1所示。

2.建立土壤侵蝕分類系統,如表1所示

1. 土壤侵蝕分類系統

一級類型

強度等級

1水力侵蝕

11微度  12輕度  13中度  14強度  15極強度  16劇烈

2風力侵蝕

21微度  22輕度  23中度  24強度  25極強度  26劇烈

3凍融侵蝕

31微度  32輕度  33中度  34強度

3.遙感信息源處理、資料制備與野外作業

1)遙感信息源及處理

     主要采用夏半年的432543)波段Landsat假彩色合成數字影像,這種影像對地表植被覆蓋度和生長狀況的反映十分清晰。一些影像反映模糊的地區,可采用其它波段和其它時相的Landsat影像數據。


     圖像處理的幾何精校正采用最小二乘法計算。校正方程根據控制點選取情況采用2次到3次多項式進行。象元重采樣采用最近鄰點法或雙線性插值法。校正后每個象元的分辨率為30米,其投影方式為等面積割圓錐投影。采用全國統一的中央經線和雙標準緯線。中央經線為東經105°,雙標準緯線為北緯25°和北緯47°,坐標原點為0。根據地物的影像特征,建立解譯標志。如表2所示。


2. 遙感解譯標志

一級類型

定性標志

二級類型

地貌形態、紋理特征、植被、土被及色調

水力侵蝕

樹枝狀或網狀平面結構,紋理細,色調變化和陰影相結合,形成明顯立體感

微度

可分辨一級溝道和10%的溝道面積,線形影紋不明顯。植被呈深紅色,并面積大于50%,連續分布。植被差的乳白色斑塊可辨認。

輕度

可分辨一、二級溝道和10—20%的溝道面積,線形紋理不明顯。植被呈深紅色,并面積小于50%,連續分布,但可從其中辨認出植被差的乳白色斑。

中度

可分辨二級溝道和20—30%的溝道面積,有較強的線形影紋。植被呈淺紅色,不連續分布。圖斑內植被稀疏的覆沙和沙黃土呈乳白色或黃色斑快。

強度

可分辨三級溝道和30—40%的溝道面積,線形影紋明顯。植被呈淺紅色斑塊,并面積小于30%

極強度

可分辨三至四級溝道和40—50%的溝道面積,線形影紋十分明顯。植被呈淺粉色小斑,塊狀分布,并面積小于20%

劇烈

可分辨四級溝道和50%的溝道面積,線形紋理充滿整個圖斑。植被呈淺粉色,斑點狀分布,并面積小于10%

風力侵蝕

斑塊、斑點或條帶狀結構,隱約可辨出一定的方向性

微度

河漫灘、古河道和甸子地呈帶狀或串珠狀。深紅色色斑、色帶中很少白色斑點,深紅色面積大于70%

輕度

I級地貌形態,但深紅色斑或色帶中有白色斑點。深紅色面積50~70%

中度

固定和半固定沙丘呈條狀或斑塊狀,紅白色斑相間。植被呈紅色,并占30~50%的面積,白色斑塊占50~70%

強度

半固定和半流動沙丘呈花斑狀,以淺黃或黃白色為基底色,其中夾有少量紅色斑點。

極強度

流動沙丘呈鱗片狀,波紋清晰,整體顯示為明亮的白色或淺黃色調,很少有紅色斑點。

劇烈

大片流動沙丘,整體顯示為明亮的白色或淺黃色調,沒有紅色斑點。

凍融侵蝕

色彩變化簡單,紅色大斑狀與淺黃或暗色寬條帶組合,呈現較粗大的樹枝狀結構。

微度

山脊影紋清晰,陰陽坡色差異較小,陰坡紅色調偏暗。紅色斑塊較大,色調較均勻。

輕度

石海和巖峰多分布于山脊和陡坡,呈黑色、土黃色小斑點或斑塊,色調不均勻,陰坡比一般陰影更暗。熱融滑塌體影像上難以辨認。熱融沉陷形成溝槽和坑塘,難以在影像上分辨,多沿小流域的采伐區道路分布。

中度

強度

2)土地利用圖

 采用2005年完成的全國110萬比例尺土地利用圖。


3)地形圖的制備

選擇最新版本的110萬地形圖,供解譯判讀及流域界線錄入用,同時使用由地形圖直接獲取等高線和高程數據,并建立DEM模型,比例尺越大越好,但不能小于110萬。及我國行政界線圖,供修訂行政界線時參考。


4)其他資料收集

收集對本區域土壤侵蝕遙感快速調查有重要參考意義的圖件和文字資料。為了提高影像的信息可解譯性,廣泛收集整理現有的基礎研究成果及各種比例尺的地質圖、地貌圖、植被圖、土壤圖、沙漠化圖、土壤侵蝕圖、土地利用圖、流域界線圖和中國水土流失區劃圖等專業性圖件;站點的水文、氣象觀測資料:包括水文站點的水文泥沙資料,實驗站的土壤侵蝕觀測資料,淤地壩的泥沙淤積資料;及其他有關研究報告。


5)野外作業

通過對本工作區域外業補充調查,建立土壤侵蝕類型和強度分級遙感解譯標志,同時拍攝大量的野外實況照片,用于土壤侵蝕強度判讀分析。


4.成果展示

展示如圖4所示:

4. 江西省土壤侵蝕分布圖

鄉鎮數據

1.數據屬性 

數據名稱

云南省、貴州省鄉鎮行政區劃地圖數據

數據類型

矢量

數據格式

shp

分辨率

110

時間尺度

2014

投影坐標系

wgs84

覆蓋范圍

云南省、貴州省

 

2.數據簡介

     行政區劃是國家為了進行分級管理而實行的區域劃分。中國現行五級行政區,即省級、地級、縣級、鄉級、村級,其中省、縣、鄉三級為基本行政區。

   江西省,簡稱“贛”,地處中國大陸東南偏中部,長江中下游南岸,東鄰浙江、福建,南連廣東,西靠湖南,北毗湖北、安徽而共接長江。省會南昌,省政府駐南昌市新建區臥龍路999號。全省轄11個地級市,26個市轄區、11個縣級市、63個縣。全省共有全省共有鄉鎮、街道1759個(其中376個街道、587個鄉、796個鎮)。


3.數據成展示

5. 江西省2014年鄉鎮區劃分布圖

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