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北京鼎維托圖空間咨詢有限責任公司土地利用數據技術服務

一、背景介紹

土地資源是人類賴以生存與發展的基礎資源和物質保障,土地利用反映了人類與自然界相互影響與交互作用最直接和最密切的關系。土地利用數據是國土資源數據的核心,是國土資源管理部門開展土地利用規劃、土地利用開發整理、建設用地審批、基本農田保護等業務的基礎。常被用來描述某一區域內各地塊的土地利用類型、土地權屬性質、權屬單位、坡度和面積等信息。

土地利用數據重點是反映區域范圍內土地利用系統及土地利用各要素的狀態、特征、動態變化、分布特點、區域土地利用結構等基本屬性,還可以進一步獲取人類對土地的開發利用治理改造、管理保護和土地利用規劃等衍生數據。除此之外還可以以土地利用數據分析及推理得到更多視角、更深層次的信息。最直接的利用方式是制作土地利用類型圖、按照權屬或用地類型統計各類用地的比例以及為土地利用和土地資源評價提供基礎信息等,其結果通常采用地圖、圖表、表格以及文字報告表現單一的數據處理結果??傊?,土地利用數據在土地利用現狀調查和制圖、全球變化、環境監測、糧食估產、碳循環計算與評估等及其它具有特定目的、特定尺度的研究活動和具體應用方面具有重要的指導意義。

地理國情監測云平臺應北京鼎維托圖空間咨詢有限責任公司的要求,對廣東省1980、1990、2000、2008、2013、2018年6期土地利用30m柵格數據提供技術服務,以滿足客戶項目及科研工作的需要。

二.案例詳情

服務單位

北京鼎維托圖空間咨詢有限責任公司

服務時間

2019.12

服務內容

廣東省1980、1990、2000、2008、2013、2018年6期土地利用30m柵格數據

本次技術服務的核心是基于Landsat系列遙感影像生產的廣東省土地利用數據產品,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,具體土地利用分類內容及含義如附件中表1所示。本次技術服務主要流程如下:

1.數據獲取與數據準備

本研究采用的遙感影像數據來自美國馬里蘭大學和中國科學院國際科學數據服務平臺,均采用美國陸地衛星于1980、1990、2000、2008、2013、2018年所拍攝的Landsat-MSS80m/TM/OLI30m遙感影像,云量均接近0%。本文的遙感影像成像時間不一致,根據瞬時狀態下最大限度使圖像上盡可能豐富地反映地表信息的原則,本次遙感調查主要選擇5月下旬至6月中旬或8月下旬至9月中旬的圖像,由于地物信息較清楚,由此帶來的地物反射光譜差異顯著,容易識別,影像解譯比較容易。

2.數據預處理

在對影像數據進行分類解譯之前,首先要對數據做預處理工作,主要步驟有:

1)波段選擇及融合

本文采用最佳指數法(Optimum Index Factor,簡稱)和特征值法相結合,共同確定了最佳波段組合,也就是Landsat-MSS的4、5、7波段,Landsat-TM的4、3、2波段,Landsat-OLI的5、4、3波段,分別賦予紅、綠、藍色作為標準假彩色合成的RGB波段。這一假彩色影像最關鍵的是突出了植被特征,并且能提供豐富的信息,能充分顯示各種地物特征的差別,便于分類,可以保證分類的準確性。

2)圖像幾何校正與配準

本次技術服務采用的Landsat系列圖像已經在中國遙感衛星地面站進行過輻射校正和幾何粗校正,但為了使研究結果更加的科學、可信,則必須的對影像進行幾何精校正。幾何精校正是利用地面控制點(Ground control Point,GPC)對由各種隨機因素引起的遙感圖像進行幾何畸變的校正。本研究以研究區的地形圖作為參考圖像,必要時輔以實地考察的GPS點,采用多項式幾何糾正計算模型,對遙感影像進行幾何精校正。

3)圖像增強處理

傳感器獲取的遙感圖像含有大量地物特征信息,在圖像上這些特征信息以灰度形式表現出來,當地物特征間表現的灰度差很小時,目視判讀就無法辨認,圖像增強處理是的目的在于突出圖像中有用的信息,擴大不同圖像特征之間的差別,從而提高對圖像的解譯和分析能力。遙感數字圖像增強處理一般可分為兩大類:頻域法和空間域法。本文主要采用空間域圖像增強方法,其遵循視覺效果比較好、計算相對簡單、合乎應用要求的原則。另外,在后面遙感圖像分類的新波段變量構造部分還應用了NDVI指數以區分植被和非植被以提高分類精度。

4)影像拼接與裁剪

本案例中的研究區域為全廣東省,則遙感影像數據需要覆蓋整個廣東省,因此需要進行影像拼接,進行拼接時首先要參照某一遙感影像,將其它遙感影像進行直方圖匹配處理,使得所有用到的遙感影像具有基本一致的色調,然后再將要用到的影像進行無縫的拼接處理,之后經過裁剪得到覆蓋整個研究區的遙感影像。

3.分類方法

本次服務是基于Landsat等遙感信息基礎上,在多位專家的參與下,采用全數字人機交互作業方法,同時參照有關地理圖件和統計資料,結合外業實地考察驗證,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,建立遙感影像解譯標志。在內業建立解譯標志與實現數據獲取的基礎上,不斷的對解譯模板進行修改,直到修改的模板經過評價以后比較滿意為止,以提高土地利用/覆蓋類型精度。動態圖斑數據主要采用“動態分割圖斑法”。參照國內外現有土地利用/土地覆蓋 的分類體系,結合本項目的開展的目的和要求以及遙感信息源的情況,制定了有6個一級分類,25個二級分類的土地利用/土地覆蓋分類體系。

在分類過程中,由于遙感圖像自身的空間分辨率,同物異譜以及異物同譜現象廣泛存在,所以錯分和誤分的情況很常見,因此對分類結果要做進一步的處理工作,也就是去除小圖斑的工作,我們常稱之為分類后處理。常用的分類后處理方法有:聚類統計(Clump)、過濾分析(Sieve)、去除分析(Eliminate)和分類重編碼(Recode)等。

4.質量控制與檢查

各工序過程質量按要求進行過程檢查 ,需100%檢查。

1)土地利用/覆蓋數據抽樣檢查

對獲取的土地利用/覆蓋數據產品進行空間抽樣檢查,驗證土地利用/覆蓋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。

2)數據圖形處理

柵格數據

柵格數據統一采用arc/info的grid格式。處理后的分縣grid,要嚴格按照縣界確定界線。所有的空間數據均要統一到系統的投影坐標系統下。所有的處理過程都不能增加數據的誤差,無論是空間誤差還是屬性數據誤差。

精度控制參數

差值(fuzzy):10米;線段最小值(weed):100米;

懸結點限值(danglc):10米;結點歸并空間距離限值(nodesnap):10米;

結點與弧段最短距離(snapping):10米。 

5.細小地物的處理技術與方法

廣東省資源豐富、類型多樣、土地利用類型和土地利用結構復雜,特別是近十年土地資源的利用類型變化巨大,要得到準確的土地利用面積,必須采用相應的采樣技術,獲取有關信息,從而保證資源類型尤其是耕地資源面積的準確性。因此,綜合考慮,并考慮到耕地內部細節一般相對不變。將細小地物抽樣分三類扣除:第一類是從LANDSAT影像中抽取小于6×6個象元的面狀細小地物;第二類是從LANDSAT影像中扣除重要線狀地物;第三類是結合分辨率更高的航片抽取更加細小的地物。這三種抽樣方法都各自形成一個細小地物抽樣成數數據庫用于細小地物的面積扣除。

6.技術服務成果展示

 

1.廣東省2013土地利用現狀圖

附件:

1土地利用分類內容及含義

一級類型

二級類型

編號

名稱

編號

名稱

含義

1

耕地

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指種植農作物的土地,包括熟耕地、新開荒地、休閑地、輪歇地、草田輪作物地;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海涂。

-

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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,靠天然將水生長作物的耕地;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。

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21

有林地

指郁閉度>30%的天然林和人工林。包括用材林、經濟林、防護林等成片林地。

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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。

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23

疏林地

指林木郁閉度為10-30%的林地。

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24

其它林地

指未成林造林地、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。

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31

高覆蓋度草地

指覆蓋>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。

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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。

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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

-

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指天然陸地水域和水利設施用地。

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41

河渠

指天然形成或人工開挖的河流及主干常年水位以下的土地。人工渠包括堤岸。

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42

湖泊

指天然形成的積水區常年水位以下的土地。

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43

水庫坑塘

指人工修建的蓄水區常年水位以下的土地。

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44

永久性冰川雪地

指常年被冰川和積雪所覆蓋的土地。

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45

灘涂

指沿海大潮高潮位與低潮位之間的潮浸地帶。

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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

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指城鄉居民點及其以外的工礦、交通等用地。

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51

城鎮用地

指大、中、小城市及縣鎮以上建成區用地。

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52

農村居民點

指獨立于城鎮以外的農村居民點。

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53

其它建設用地

指廠礦、大型工業區、油田、鹽場、采石場等用地以及交通道路、機場及特殊用地。

6

未利用土地

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目前還未利用的土地,包括難利用的土地。

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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,不包括水系中的沙漠。

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62

戈壁

指地表以碎礫石為主,植被覆蓋度在5%以下的土地。

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63

鹽堿地

指地表鹽堿聚集,植被稀少,只能生長強耐鹽堿植物的土地。

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64

沼澤地

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

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65

裸土地

指地表土質覆蓋,植被覆蓋度在5%以下的土地。

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66

裸巖石質地

指地表為巖石或石礫,其覆蓋面積>5%的土地。

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67

其它

指其它未利用土地,包括高寒荒漠,苔原等。

 

 

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