遙感制圖在土地利用中的應(yīng)用.doc

引言隨著遙感技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用,利用遙感資料編制專(zhuān)題地圖已成為專(zhuān)題地圖編制的一種重要手段。利用遙感影像進(jìn)行大比例尺遙感專(zhuān)題制圖,具有信息豐富、現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)、調(diào)查和成圖周期短、成本低的優(yōu)勢(shì),是當(dāng)前地圖更新、國(guó)土資源調(diào)查和規(guī)劃首選的信息數(shù)據(jù)源,其社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益十分顯著,應(yīng)用前景廣闊。土地資源是我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ),土地利用圖主要為土地資源利用服務(wù)。將遙感技術(shù)尤其是多種遙感圖像綜合應(yīng)用于土地利用專(zhuān)題制圖,大大豐富了土地利用專(zhuān)題制圖信息。利用遙感制圖進(jìn)行土地分類(lèi),可以縮短周期、降低成本、減少外業(yè)工作量,遙感影像可以覆蓋全國(guó),不同時(shí)態(tài)的遙感圖像,有利于區(qū)分土地的屬性,對(duì)于全國(guó)性的土地利用調(diào)查十分有益。對(duì)土地利用的遙感專(zhuān)題制圖技術(shù)的研究具有重要的實(shí)際與理論意義實(shí)際中,遙感制圖能夠提取遙感影像上不同的地物信息、并制作成不同的土地利用專(zhuān)題地圖以供研究之用,它能夠提供更準(zhǔn)確的遙感影像圖件與專(zhuān)題圖件,它能夠更迅速地獲得同步信息,它可以滿(mǎn)足日前經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)土地利用專(zhuān)題地圖的迫切需要理論上,對(duì)于相關(guān)技術(shù)的研究能夠促進(jìn)土地利用遙感專(zhuān)題制圖的規(guī)范化與信息化。目錄1.專(zhuān)題地圖12.研究區(qū)遙感圖像預(yù)處理22.1遙感圖像幾何校正32.2遙感影像正射校正32.3多源信息融合技術(shù)43.遙感圖像信息提取及解譯53.1土地利用遙感圖像解譯規(guī)范53.2遙感影像解譯標(biāo)志的建立63.3 GIS支持下的土地利用類(lèi)型的解譯與劃分73.4解譯精度評(píng)判84.土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)的建立85.遙感土地利用專(zhuān)題制圖95.1研究區(qū)土地利用現(xiàn)狀圖95.2研究區(qū)土地分析評(píng)價(jià)圖95.3基于A(yíng)rcView的專(zhuān)題地圖制作10參考文獻(xiàn)121.專(zhuān)題地圖專(zhuān)題地圖即是指突出而深入地表示一種或幾種要素或現(xiàn)象,即集中表示一個(gè)主題內(nèi)容的地圖碑。專(zhuān)題地圖是使用各種圖形樣式如顏色和填充模式圖形化地顯示地圖基礎(chǔ)信息的一類(lèi)地圖。專(zhuān)題地圖是分析和表現(xiàn)數(shù)據(jù)的一種強(qiáng)有力的方式,通過(guò)將數(shù)據(jù)圖形化、使數(shù)據(jù)形象地顯示在專(zhuān)題地圖上,可以清楚地看到在數(shù)據(jù)列表中幾乎不可能發(fā)現(xiàn)的模式和趨勢(shì)。專(zhuān)題地圖制圖對(duì)象多種多樣有可見(jiàn)的,也有不可見(jiàn)的有地表的,也有地下與高空的從專(zhuān)題內(nèi)容的表現(xiàn)層次上,又可分為現(xiàn)象分布圖和分析評(píng)價(jià)結(jié)論圖,具體到土地利用信息表達(dá)可分為表達(dá)土地利用基本情況的土地利用現(xiàn)狀圖及土地分析評(píng)價(jià)圖如土地地價(jià)圖和土地利用相關(guān)要素作用分值圖等。土地利用要素從圖形特征上包括點(diǎn)、線(xiàn)、面等空間分布,同時(shí)又具備質(zhì)量特征、數(shù)量差異、動(dòng)態(tài)變化等。土地利用專(zhuān)題圖的制作是以地表上各種地物的覆蓋現(xiàn)狀為其表達(dá)內(nèi)容的地圖,并參照土地利用分類(lèi)體系,結(jié)合本地區(qū)的自然景觀(guān)特點(diǎn),合理劃分土地利用類(lèi)型,編制土地利用圖。伴隨遙感技術(shù)的進(jìn)步,應(yīng)用遙感系列制圖成為一種新的地圖成圖概念和方法。遙感制圖是指利用遙感圖像資料制作地圖的技術(shù),其具體成果包括遙感影像地圖和遙感專(zhuān)題地圖。遙感專(zhuān)題地圖制作是指在計(jì)算機(jī)制圖環(huán)境下，利用遙感資料編制各類(lèi)專(zhuān)題地圖，它是遙感信息技術(shù)在測(cè)繪制圖和地理研究中的主要應(yīng)用之一。遙感專(zhuān)題地圖的制作可以大致分為以下五個(gè)階段：1、信息源的選擇；2、圖像處理；123、圖像解譯； 4、基礎(chǔ)底圖的編制； 5、專(zhuān)題解譯圖與地理底圖的復(fù)合。其在土地利用中的具體工作步驟如下圖所示圖1-12.研究區(qū)遙感圖像預(yù)處理任何遙感系統(tǒng)獲得的原始圖像數(shù)據(jù)均是三維景物的二維投影顯示,存在不同程度、不同性質(zhì)的幾何形態(tài)畸變和輻射量的失真現(xiàn)象。而對(duì)遙感圖像預(yù)處理是充分發(fā)揮遙感技術(shù)的重要步驟,圖像預(yù)處理結(jié)果的好壞會(huì)直接影響后期圖像解譯的效果及各種專(zhuān)題制圖的精度。因此,在進(jìn)行遙感圖像解譯之前必須選擇適當(dāng)?shù)膱D像處理方法,對(duì)原始的遙感圖像進(jìn)行數(shù)字處理。2.1遙感圖像幾何校正遙感圖像在成像時(shí),由于成像投影方式、傳感器方位元素變化、傳感介質(zhì)的不均勻、地球曲率、地形起伏、地球旋轉(zhuǎn)等因素的影響,使得遙感圖像存在一定的幾何變形主要表現(xiàn)為位移、旋轉(zhuǎn)、縮放、仿射、彎曲和更高階的歪曲。幾何變形是指圖像上的像元在圖像坐標(biāo)系中的坐標(biāo)與其在地圖坐標(biāo)系等參考坐標(biāo)系統(tǒng)中的坐標(biāo)之間的差異,消除這種差異的過(guò)程稱(chēng)之為幾何校正。其具體的步驟可分為三步進(jìn)行:(1) 地面控制點(diǎn)的選取(2) 空間變換(3) 重采樣圖像校正流程:2.2遙感影像正射校正由于衛(wèi)星影像是多中心投影方式,因此圖像會(huì)因地形起伏而產(chǎn)生像元相對(duì)位置錯(cuò)動(dòng)即像點(diǎn)位移,圖像不能真實(shí)反映地面地物的位置關(guān)系,在山區(qū)表現(xiàn)尤為明顯。這就使對(duì)原始的遙感影像進(jìn)行正射精校正顯得尤其重要。2.3多源信息融合技術(shù)數(shù)據(jù)融合的含義即是對(duì)多傳感器、多時(shí)相、多頻譜、多數(shù)據(jù)源的信息進(jìn)行多層次有機(jī)結(jié)合,以特征信息優(yōu)化為原則,提高對(duì)地物的識(shí)別能力。2.3.1遙感圖像數(shù)據(jù)融合通過(guò)數(shù)據(jù)融合,一方面可有針對(duì)性地去除無(wú)用信息,消除冗余,大幅度減少數(shù)據(jù)處理量,提高數(shù)據(jù)處理效率,另一方面有能將海量多源數(shù)據(jù)中的有用信息集中起來(lái),便于各種信息特征互補(bǔ),發(fā)揮各自?xún)?yōu)勢(shì),獲得更多的信息,減少識(shí)別目標(biāo)的模糊性和不確定性,從而提高識(shí)別和提取目標(biāo)的準(zhǔn)確率。2.3.2遙感信息和非遙感數(shù)據(jù)的融合由于地形、氣候等因素的影響,不同地物反映到影像上的光譜信息存在同物異譜、同譜易物的現(xiàn)象,因此僅通過(guò)遙感影像數(shù)據(jù)得到的土地利用分類(lèi)的確定性不是十分的理想。在遙感影像解譯中,如果將遙感信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行融合,則可以提高遙感影像解譯精度。如遙感影像與地圖復(fù)合生成影像地圖,既利用了遙感影像直觀(guān)、形象的豐富信息,又利用了地圖的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和地理要素在地形起伏的山區(qū),遙感影像與數(shù)字高程模型的融合,不僅可糾正因地形起伏造成的圖像畸變,并且可用來(lái)提高遙感對(duì)土地利用的分類(lèi)精度?？傊?多源信息融合通過(guò)集成和整合優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的數(shù)據(jù)來(lái)提高數(shù)據(jù)信息的可用程度,同時(shí)又增加了對(duì)研究對(duì)象的解譯的可靠性。通過(guò)多源數(shù)據(jù)的融合,不僅提高了空間分辨率,增強(qiáng)目標(biāo)特征,提高分類(lèi)精度,并且通過(guò)信息的互補(bǔ)和不同遙感平臺(tái)數(shù)據(jù)的重復(fù)觀(guān)測(cè),可以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。3.遙感圖像信息提取及解譯遙感圖像是地面景觀(guān)物體按一定比例縮小了的立體模型,通過(guò)像元灰度值的高低差異反映地物的波譜特性和空間變化反映地物的空間分布來(lái)表示不同屬性的地物目標(biāo)和分布狀況。遙感圖像的信息提取及解譯是從遙感圖像上獲取地面物體信息的過(guò)程。遙感圖像判讀分為兩種一種是目視判讀,又稱(chēng)目視解譯,是指專(zhuān)業(yè)人員通過(guò)直接觀(guān)察或借助于判讀儀器在遙感圖像上獲取特定地物目標(biāo)信息的過(guò)程另一種是遙感圖像的計(jì)算機(jī)解譯,以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為支撐,利用模式識(shí)別技術(shù)與人工智能技術(shù)相結(jié)合,根據(jù)遙感圖像中目標(biāo)地物的多種特征顏色、形狀、紋理等與空間位置進(jìn)行分析和推理,實(shí)現(xiàn)對(duì)遙感圖像的理解,完成對(duì)遙感圖像的解譯。目前,計(jì)算機(jī)自動(dòng)解譯技術(shù)還不夠完善,主要還是采用目視解譯的方法。3.1土地利用遙感圖像解譯規(guī)范土地利用分類(lèi)基本上按國(guó)家制定的土地利用現(xiàn)狀調(diào)查技術(shù)規(guī)程和中國(guó)土地利用圖編制規(guī)范及圖式進(jìn)行分類(lèi)。對(duì)土地利用分類(lèi)制定標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)遵循以下原則：(1) 利用遙感數(shù)據(jù)的解譯精度不低于85%；(2) 各種類(lèi)型的解譯精度應(yīng)大概相等；(3) 不同解譯員的解譯和不同的時(shí)間數(shù)據(jù)來(lái)源的結(jié)果應(yīng)能重復(fù)；(4) 分類(lèi)體系應(yīng)適應(yīng)于廣大領(lǐng)域；(5) 應(yīng)從土地覆蓋類(lèi)型可推斷出土地利用種類(lèi)；(6) 分類(lèi)體系應(yīng)適應(yīng)于一年中不同時(shí)間獲得的遙感數(shù)據(jù)；(7) 能從各類(lèi)中細(xì)分出可從大比例尺影像和地面調(diào)查得到的亞類(lèi)；(8) 各類(lèi)應(yīng)是可合并的；(9) 能與將來(lái)的土地利用相比較；(10) 可能情況下,應(yīng)考慮土地的多種利用形式。根據(jù)分類(lèi)體系提供的標(biāo)準(zhǔn),土地利用分類(lèi)制定一、二級(jí)分類(lèi)體系,而三、四級(jí)分類(lèi)由用戶(hù)制定,但必須保證每一級(jí)的種類(lèi)能歸并到其上一級(jí)的種類(lèi)中。3.2遙感影像解譯標(biāo)志的建立3.2.1遙感影像的判讀特征1、直接判讀特征直接判讀特征是指直接反映目標(biāo)地物信息的遙感圖像的各種特征,它包括遙感圖像上的色調(diào)、色彩、大小、形狀、陰影、紋理、圖形等。2、間接判讀特征間接判讀是指能夠間接反映和表現(xiàn)目標(biāo)地物信息的遙感圖像的各種特征。了解地物與成像時(shí)間的關(guān)系,有助于對(duì)目標(biāo)地物的識(shí)別,如春、夏、秋、冬植被的變化,河流、水庫(kù)水位的變化等。了解衛(wèi)星影像的成像側(cè)視角和太陽(yáng)方位,進(jìn)而掌握高于地面物體陰影形成的大小、方向及規(guī)律,對(duì)遙感影像的判讀大有幫助。3.2.2研究區(qū)土地利用解譯標(biāo)志的建立在全面了解了遙感影像時(shí)相、分辨率、波段組合、影像質(zhì)量以及判讀區(qū)成圖比例尺、人文地理、土地利用概況的基礎(chǔ)上,還需要進(jìn)行野外實(shí)地考察,才能比較準(zhǔn)確地建立圖像判讀解譯標(biāo)志。在野外考察中,依據(jù)土地利用分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)遙感圖像上室內(nèi)不易確定的土地類(lèi)型的色調(diào)、顏色、圖形、位置、紋理、陰影特征及屬性,一一填寫(xiě)調(diào)查記錄表,通過(guò)全面觀(guān)察和綜合分析,建立土地利用分類(lèi)的遙感影像解譯標(biāo)志。3.3 GIS支持下的土地利用類(lèi)型的解譯與劃分通過(guò)初步解譯和野外考察,建立遙感圖像判讀標(biāo)志后,就可以在室內(nèi)進(jìn)行詳細(xì)判讀和劃分土地利用類(lèi)型了。土地利用類(lèi)型劃分,目的是確定不同土地利用類(lèi)型的圖斑界線(xiàn)及屬性,最后形成完整的土地利用解譯圖。3.3.1研究區(qū)土地利用類(lèi)型的解譯與劃分以計(jì)算機(jī)及軟件系統(tǒng)為工作平臺(tái),輸入柵格正射影像分幅圖,采用人機(jī)交互方式,邊判讀邊進(jìn)行屏幕矢量化。3.3.2土地利用遙感分類(lèi)的后處理對(duì)影像進(jìn)行分類(lèi),是按照?qǐng)D像光譜特征進(jìn)行聚類(lèi)分析的,但由于同譜異類(lèi)和同類(lèi)異譜等問(wèn)題的存在,分類(lèi)結(jié)果往往帶有一定的盲目性和不確定性,因此需要對(duì)分類(lèi)結(jié)果再進(jìn)一步處理,稱(chēng)分類(lèi)后處理印。影像的分類(lèi)后處理包括內(nèi)容并無(wú)嚴(yán)格的限定,根據(jù)不同的分類(lèi)要求,具有不同的處理內(nèi)容。如利用遙感影像進(jìn)行土地利用分類(lèi)會(huì)產(chǎn)生很多面積很小的圖斑,其中一部分?jǐn)?shù)量的圖斑是錯(cuò)誤分類(lèi)的產(chǎn)品或者分類(lèi)出的地類(lèi)太過(guò)細(xì)微,從實(shí)際應(yīng)用的角度,要求對(duì)這些小圖斑進(jìn)行剔除。在通常處理中,我們可以把小圖斑歸并到相鄰的最大類(lèi)別中,進(jìn)行類(lèi)別合并。在對(duì)遙感影像進(jìn)行分類(lèi)后,進(jìn)行分類(lèi)結(jié)果的統(tǒng)計(jì),統(tǒng)計(jì)各類(lèi)在各波段的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、最低值、最高值、協(xié)方差矩陣等,通過(guò)計(jì)算統(tǒng)計(jì)值,進(jìn)行各類(lèi)地物的光譜分析并確定各類(lèi)地物的光譜學(xué)特征。分類(lèi)后處理通常還包括對(duì)分類(lèi)結(jié)果圖的配色,使分類(lèi)結(jié)果圖符合專(zhuān)業(yè)要求,并對(duì)圖件進(jìn)行公里格網(wǎng)的疊加等相關(guān)的處理,使各分類(lèi)圖斑的屬性值恢復(fù)為原始分類(lèi)編碼,最后的分類(lèi)結(jié)果符合專(zhuān)業(yè)要求。3.4解譯精度評(píng)判精度分析是遙感解譯過(guò)程中一項(xiàng)不可缺少的工作。通過(guò)精度分析,解譯者能確定調(diào)查方法的有效性,改進(jìn)調(diào)查方法,提高調(diào)查精度使用者能根據(jù)調(diào)查結(jié)果的精度,正確、有效地獲取調(diào)查結(jié)果中的信息。4.土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)的建立土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)和專(zhuān)題數(shù)據(jù)庫(kù)。而基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立是建立土地利用信息系統(tǒng)的基本條件。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立以土地利用現(xiàn)狀圖為核心,輔以地形圖,城市規(guī)劃圖,地籍圖。專(zhuān)題信息數(shù)據(jù)庫(kù)的建立包括土地利用信息的分類(lèi)及其與土地利用相關(guān)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素包括人口統(tǒng)計(jì)、經(jīng)濟(jì)狀況及其網(wǎng)絡(luò)因素、注釋因素、特殊因素等數(shù)據(jù)。在建立土地利用空間數(shù)據(jù)庫(kù)中,統(tǒng)一的坐標(biāo)和比例尺是保證多源信息正確疊加、精確定位的前提。建立土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)的流程圖見(jiàn)圖4-1。圖4-15.遙感土地利用專(zhuān)題制圖5.1研究區(qū)土地利用現(xiàn)狀圖土地利用現(xiàn)狀圖是把從遙感影像提取的原始數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)初步的加工處理制作的土地基本信息圖。5.2研究區(qū)土地分析評(píng)價(jià)圖5.2.1制圖要素評(píng)價(jià)、作用分值測(cè)算的原則在土地要素作用分值評(píng)價(jià)、測(cè)算中,應(yīng)根據(jù)城鎮(zhèn)土地定級(jí)規(guī)程,嚴(yán)格遵循以下原則：一、各要素作用分值與城市土地質(zhì)量?jī)?yōu)劣呈正相關(guān),土地條件越好,作用分值越高,總分值越大。二、各要素指標(biāo)均按相對(duì)值衡量。在指標(biāo)值中對(duì)規(guī)模、級(jí)別的最高值、距離最近和狀況最優(yōu)值賦予相對(duì)最高分,其余指標(biāo)按相對(duì)大小作用分依次遞減,分值體系用一分的封閉區(qū)間。三、若要素的指標(biāo)值只在一定范圍內(nèi)對(duì)土地質(zhì)量起作用,要素分值計(jì)算只在該范圍內(nèi)進(jìn)行。凡高于或低于該范圍的指標(biāo)值,按該范圍內(nèi)的最高值和最低值看待。四、各要素作用分值計(jì)算分為兩大類(lèi)進(jìn)行。5.2.2面狀制圖要素作用分值的計(jì)算（以綠地、公園影響度為例）研究區(qū)城區(qū)環(huán)境優(yōu)劣度因素包括綠地、公園影響度和大氣噪聲污染兩個(gè)因子,其作用分值的計(jì)算是先分別計(jì)算兩個(gè)因子的作用分,然后加權(quán)求和即可得到環(huán)境優(yōu)劣度的作用分值。5.2.3線(xiàn)狀制圖要素作用分值的計(jì)算城區(qū)交通條件因素包括道路通達(dá)度、對(duì)外交通便利度、路網(wǎng)密度、公交便捷度四個(gè)影響因子,其作用分值的計(jì)算過(guò)程是先分別計(jì)算四個(gè)因子的作用分值,然后加權(quán)求和而得。5.2.4點(diǎn)狀制圖要素作用分值的計(jì)算社會(huì)服務(wù)設(shè)施完備度因素包括教育設(shè)施、醫(yī)療衛(wèi)生設(shè)施、文娛設(shè)施、體育設(shè)施、郵政設(shè)施五個(gè)影響因子,其作用分值的計(jì)算過(guò)程是先分別計(jì)算五個(gè)因子的作用分值,然后加權(quán)求和即可得到社會(huì)服務(wù)設(shè)施完備度作用分值。5.3基于A(yíng)rcView的專(zhuān)題地圖制作5.3.1 ArvView的專(zhuān)題制圖功能專(zhuān)題地圖根據(jù)其內(nèi)容要素或現(xiàn)象的分布特征,采用不同的表示方法。目前專(zhuān)題地圖的表示方法，一般有定點(diǎn)符合法、線(xiàn)狀符合法、質(zhì)底法、等值線(xiàn)法、定位圖表法、范圍法、點(diǎn)數(shù)法、統(tǒng)計(jì)圖法和運(yùn)動(dòng)線(xiàn)法。表示方法的選擇取決于現(xiàn)象和物體的空間分布特征,以及地圖用途的要求。ArvView的專(zhuān)題制圖功能由一系列對(duì)話(huà)框組成,可以制作出多種專(zhuān)題地圖,而且具有強(qiáng)大的修改專(zhuān)題地圖的功能,可以修改數(shù)據(jù)的分類(lèi)分級(jí)方法、表示等級(jí)數(shù)、符號(hào)的形狀、色彩、填充方式等。5.3.2研究區(qū)專(zhuān)題地圖的制作專(zhuān)題地圖的制作是通過(guò)在存有相關(guān)要素居民點(diǎn)、水系、道路、境界等的地理底圖上增加一個(gè)專(zhuān)題圖層來(lái)實(shí)現(xiàn)的。（1） 研究區(qū)綠地、公園影響度作用分值圖的制作；（2） 研究區(qū)道路通達(dá)度作用分等