第二次土地調(diào)查遙感影像地類解譯分析

第二次土地調(diào)查遙感影像解譯應(yīng)用分析劉 剛 馬海濤 汪繼偉 那巖摘要：在明確遙感影像的類型、解譯概念、解譯過程的基礎(chǔ)上，深入探討了遙感影像的解譯方法及其應(yīng)用，并以建立圖像解譯標(biāo)志的實例，生動的展示了遙感影像解譯在第二次土地調(diào)查中的重要作用。在影像解譯流程化、系統(tǒng)化工作層面，提供了良好的技術(shù)經(jīng)驗。關(guān)鍵詞：遙感影像；影像解譯；光譜特征；解譯標(biāo)志圖像解譯就是研究分析判斷遙感圖像的過程，人們根據(jù)地物的光譜特性、成像規(guī)律及影像特征來辨別地物，并判斷其類別和特性屬性。遙感圖像是攝影瞬間對地物的真實寫照，具有現(xiàn)實性強(qiáng)，真實可靠 ，便于宏觀分析等特點(diǎn)。利用遙感影像作為第二次土地調(diào)查的基礎(chǔ)圖件，就是它能夠真實地記錄了地球表面的自然地貌、人工地物及人類活動的痕跡，能夠準(zhǔn)確、客觀、全面地反映地球表面自然和人工的綜合景觀。因此對遙感影像解譯能力的強(qiáng)弱，決定了土地調(diào)查外業(yè)的工作量，也決定了第二次土地調(diào)查的質(zhì)量及時間。一、遙感影像的種類遙感影像通過對地表攝影或掃描獲得。攝影影像是攝像機(jī)對地面物體攝影，直接在感光材料上記錄地物的光像，稱為航空遙感影像。掃描影像是地面信息通過探測器先變?yōu)殡娦盘柌⒂涗浽诖艓?，然后回放磁帶，在感光片上曝光而成，稱為航天遙感影像。遙感影像有黑白和彩色兩種，由于彩色影像比黑白影像能提供更多的地表信息，因此彩色影像在遙感中得到廣泛地使用。遙感影像分為高分辨率影像和低分辨率影像。第二次土地調(diào)查主要采用spot5、IRS-P5、IKONOS、QuickBird、CBERS-02 、CBERS-02B 、北京1號、ALOS、福衛(wèi)二號、航空攝影等高分辨率遙感影像。二、遙感影像的解譯遙感影像的解譯即從遙感圖像上獲取目標(biāo)地物信息的過程。遙感影像與相應(yīng)目標(biāo)在形狀、大小、色調(diào)(或顏色)、陰影、紋理、布局和位置等方面的特征有著密切的關(guān)系。人們就是根據(jù)這些特征去識別目標(biāo)和解釋某種現(xiàn)象的。在影像解譯過程中采用直接解譯和間接解譯兩種方法。所謂直接解譯就是目標(biāo)本身屬性在像片上的直接反映，如形狀、大小等。間接解譯是根據(jù)其他目標(biāo)影像推斷目標(biāo)屬性的標(biāo)志，如布局、位置等。但是，直接解譯和間接解譯只是一個相對概念。有的特征對于解譯某一地物是直接解譯，而對于推斷另一現(xiàn)象則可能為間接解譯。例如，不同地類有不同的色調(diào)，以色調(diào)解譯土地類型，色調(diào)是直接解譯，而同一色調(diào)判斷同一地類時，根據(jù)他所處的位置不同，就應(yīng)判為其他地類，色調(diào)就成為間接解譯。三、遙感影像解譯方法的應(yīng)用遙感影像的解譯方法分為目視解譯和計算機(jī)自動解譯兩種。根據(jù)第二次土地調(diào)查的工作性質(zhì)，采用目視解譯能夠直觀的判斷影像上的地物、地類，更能根據(jù)專業(yè)背景知識，通過肉眼觀察，經(jīng)過綜合分析、邏輯推理、驗證檢查把遙感圖像中所包含的地物信息提取和解析出來。并能準(zhǔn)確判斷影像的邊緣，準(zhǔn)確的分別相似光譜的邊界，尤其對全色影像在光譜信息不是很豐富的情況下，更能顯示目視解譯的優(yōu)越性。而計算機(jī)解譯，只是通過建立較為完善的遙感信息解譯模型，實現(xiàn)計算機(jī)對遙感數(shù)據(jù)的自動處理并解譯和提取基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，雖可提高遙感數(shù)據(jù)提取和判讀速度，但提取質(zhì)量遠(yuǎn)不如目視解譯判斷準(zhǔn)確性高，對于較粗獷的調(diào)查較適用。而對于第二次土地調(diào)查要求邏輯性強(qiáng)，調(diào)查精度高，地類邊緣解譯準(zhǔn)確，線狀地物中心位置準(zhǔn)確等不宜采用計算機(jī)解譯方法。因為它不能加入由于權(quán)屬、分類、等需判斷、分析諸多因素，數(shù)據(jù)采集的不夠客觀，改動性比較大，不能夠起到減少工作量，提高工作效率的目的。四、遙感影像目視解譯過程根據(jù)第二次土地調(diào)查工作特點(diǎn)，我們在圖像解譯過程中，應(yīng)從已知到未知、先易后難、先整體后局部、先宏觀后微觀、先線形后圖形的工作過程來進(jìn)行圖像解譯。從已知到未知是第二次土地調(diào)查遙感圖像解譯必須遵循的原則。 “已知”就是解譯自己最熟悉掌握最準(zhǔn)確的地類、地物, 如耕地、林地、居民點(diǎn)、道路等直觀的地類、地物。所謂的未知是指圖像上的影像顯示， 根據(jù)已有的解譯標(biāo)志，來判斷出的地類、地物。先易后難是指易識別的地類、地物先確認(rèn), 然后根據(jù)客觀規(guī)律和影像特征、權(quán)屬界線等相關(guān)條件，推理、判斷確定地類、地物的過程。先整體后局部，先宏觀后微觀, 先圖形后線形等步驟亦屬先易后難的組成部分。它主要是指土地調(diào)查過程中，應(yīng)掌握整個作業(yè)區(qū)域的基本情況，確定整體的輪廓，根據(jù)區(qū)域地類組成特點(diǎn)，逐漸深入，逐步細(xì)化地類、地物。由于土地利用現(xiàn)狀圖是由圖斑組成的，劃分圖斑的骨架是線狀地物，因此我們應(yīng)首先判斷線狀地物，然后再填充由現(xiàn)狀地物分割圖斑的地類。 例如, 我們在作業(yè)某一區(qū)域時，首先應(yīng)知道地域特點(diǎn)是農(nóng)區(qū)、山區(qū)、還是半山區(qū)，根據(jù)地域特點(diǎn)判斷此區(qū)域的主地類是什么，將認(rèn)知的地類、地物首先勾繪出來，然后再逐漸深入、細(xì)化，最后根據(jù)分析、推理確定較難解譯的影像。五、圖像解譯標(biāo)志的建立它能直接反映判別地物信息的影像特征，解譯者利用這些標(biāo)志在圖像上識別地類、地物或現(xiàn)象的性質(zhì)、類型或狀況，有利于解譯者對遙感信息做出正確判斷和采集，這對于第二次土地調(diào)查采用人機(jī)交互方式從遙感影像上采集地類、地物等基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)是十分必要的，尤其是在作業(yè)區(qū)范圍很大、作業(yè)人員知識背景差異大且外業(yè)踏勘不足的情況下，可以使作業(yè)人員迅速適應(yīng)解譯區(qū)的地類、地物和解譯采集要求。遙感影像解譯標(biāo)志的建立在第二次土地調(diào)查工作中，可以提高遙感影像數(shù)據(jù)采集的效率，使其更準(zhǔn)確、更客觀、更統(tǒng)一。(一)主要解譯標(biāo)志的建立依據(jù)影像數(shù)據(jù)的特點(diǎn)將作業(yè)區(qū)的主要地類裁切樣圖作為地類的樣本。1耕地：平原區(qū)耕地具有規(guī)則的幾何形狀，紋理平滑細(xì)膩，地塊邊界多有路、渠、田間防護(hù)林網(wǎng)等。山區(qū)、半山區(qū)耕地多為不規(guī)則的幾何形狀，一般都有農(nóng)村道路連接。色調(diào)隨土壤、濕度、農(nóng)作物種類、及生長季節(jié)不同而變化。注意區(qū)分特殊用地里相似紋理的圖斑，不視為耕地，山區(qū)陰坡相似紋理的圖斑也不是耕地，應(yīng)為其他草地。（1）水田一般地勢平坦，格網(wǎng)比較密集，并且比較清晰。周邊灌溉系統(tǒng)完善，附近有較大的江、河、湖、水庫等。（2）水澆地具有灌溉設(shè)施和水源保證。水澆地影像上較為平坦、整齊，可見灌溉渠系，形態(tài)類似水田，主要分布在大的居民地周圍。地塊規(guī)則細(xì)碎，色彩不均一。大棚為水澆地。（3）旱地平原區(qū)形狀較規(guī)則，地塊較大，缺少灌溉設(shè)施。山區(qū)半山區(qū)由于地形原因常常不規(guī)則，種植作物種類較多，色調(diào)多樣。2園地：規(guī)則化的顆粒狀，成行成列，規(guī)則分布。一般位于地勢較高的丘陵或山腳處。果園色彩、紋理上都比較均一。注意果園與人工林的區(qū)分，人工林株距更小、植株更密集，顆粒狀不如園地明顯。3有林地：比較易于識別，一般分布在山區(qū)，呈不規(guī)則的顆粒狀，色彩較濃。自然狀態(tài)的林地因樹木大小、間距不同而不規(guī)則。4灌木林地：因較低矮，一般沒有顆粒感或顆粒感不明顯，均為自然狀態(tài)，處于林地與草地、農(nóng)用地之間的過渡地帶，內(nèi)部應(yīng)有部分顆粒狀喬木，以及草地，分布極不規(guī)則，色彩比林地淺，但比草地深。5草地：植被生物量小，顏色較淺，但內(nèi)部均一度比較高，紋理細(xì)膩。（1）天然牧草地：自然的植被分布。圖斑內(nèi)部較少存在道路，道路程自然延伸狀態(tài)。（2）人工牧草地：在原有草原的基礎(chǔ)上，改良草種、進(jìn)行灌溉形成的。顏色較深，內(nèi)部均一度更高。人工草場有明確的范圍，或用圍欄圍住。應(yīng)注意天然草地與耕地的區(qū)別，天然草地的圖斑要大于耕地的幾倍或十幾倍。沒有防護(hù)林帶，道路也相對較少。（3）其他草地：植被成顆粒狀叢生，以草本為主內(nèi)含有低矮的稀灌。應(yīng)注意灌木林與其他草地的區(qū)分，判別灌木林的標(biāo)準(zhǔn)是草地加密灌，反之則為其他草地。6城市、建制鎮(zhèn)和村莊：是地表自然形態(tài)改變最大，最易于識別解譯的土地。他們之間沒有明顯的界限，依靠影像特征不能判斷，需要輔助其他資料來區(qū)分。7交通用地（1）鐵路：影像上鐵路難以和公路分開，一般來講，鐵路較直，路基較窄，拐彎處弧度較大，且可以通過鐵道站點(diǎn)來判定。（2）公路：影像上注意和鐵路、溝渠分開。主要通過連接的立交橋、村莊、居民點(diǎn)來判斷。與河流交叉處的橋梁也能幫助判斷公路還是水系。公路路面反射率較高，影像發(fā)亮，特別是新的水泥路面和裸土路面影像易于判斷。（3）農(nóng)村道路：與公路判別類似，農(nóng)村道路一般較窄。農(nóng)村道路與公路的區(qū)別僅在于權(quán)屬，因此除根據(jù)道路的寬度、路面情況來判斷外，還須參考其他相關(guān)資料。（4）機(jī)場：易于判別，有規(guī)則的跑道和附屬設(shè)施，調(diào)度中心航站樓、儲運(yùn)場地等。注意民用機(jī)場與軍用機(jī)場的區(qū)分，按不同類別進(jìn)行歸類。（5）港口碼頭：位置在海岸或河岸，可見船舶及泊位、貨運(yùn)碼頭還應(yīng)有貨物儲運(yùn)場地、塔吊、龍門吊等。8水域及水利設(shè)施：水體在影像上反映為藍(lán)色，色調(diào)的深淺與水的深淺、渾濁程度、光照條件等有關(guān)，隨著水的深淺變化，呈藍(lán)黑色或淺藍(lán)色。有時水面上有水草等浮水植物，呈現(xiàn)植被特征，應(yīng)注意區(qū)分。（1）河流與溝渠：均為線狀或帶狀，不同的是溝渠為人工構(gòu)筑，形態(tài)比較規(guī)則，寬度統(tǒng)一，一般水岸平直，岸坡壘土或石砌，人工特征明顯。天然河流河道彎曲，河岸為自然河岸，有時可見沙灘、蘆葦，寬度寬窄不一。但渠化河流與溝渠具有相同特征，應(yīng)綜合上下游河段輔助判斷。（2）湖泊、水庫和坑塘：均為面狀水體。湖泊為天然形成，水岸線不規(guī)則，無堤壩。水庫明顯可見人工修筑的堤壩，堤壩的特征是平直的亮白色，壩外有河流或河道。如蓄水量小于10萬立方米，無論人工還是自然均稱為坑塘。（3）灘涂：為高水位和低水位之間的潮浸地帶。除泥灘沙灘外，通?？缮刑J葦?shù)戎脖?。沙灘呈亮白色，泥灘色調(diào)略深，呈灰色。9. 其他土地（1）設(shè)施農(nóng)用地：影像為規(guī)則的建構(gòu)筑物，易與廠房和大棚混淆，須實地確認(rèn)。農(nóng)村的曬場也是一種設(shè)施農(nóng)用地，一般分布在村莊周圍，面積不大，色調(diào)為亮白色呈現(xiàn)裸土的特征。（2）鹽堿地：主要特征是土地表層鹽堿積聚，影像上呈不規(guī)則的白色，間有耐鹽堿植物生長，一般為自然植被，植被較為稀疏。（3）沼澤地：特征是生長著沼生、濕生植物，地勢平坦，一般位于河湖附近，有充分的水源造成土地常年漬水。應(yīng)注意不易通行沼澤與湖泊、坑塘的區(qū)別，易通行沼澤與草地的區(qū)別。（4）沙地指表層為沙覆蓋，基本無植被的土地。影像上可見沙丘，反射率高色調(diào)較亮(5)裸地指表層為土或石、礫覆蓋大于70%，基本無植被的土地，反射率低于沙漠，顏色發(fā)灰。地類樣圖參考解譯檢索庫（二）野外標(biāo)志的建立可以提高作業(yè)人員對地類的感性認(rèn)識。不可能讓所有人到現(xiàn)場去認(rèn)識每一個地類，因此我們建立野外地類標(biāo)志尤為重要。 樣圖 旱地 旱地草地其他草地 鐵路 公路農(nóng)村道路 河流 溝渠六、解譯標(biāo)志檢索庫的建立由于遙感影像已成為土地調(diào)查、更新調(diào)查等諸多土地工作的基礎(chǔ)資料，同一地類在不同數(shù)據(jù)影像上的特征是不一樣的，同一影像在不同地域的地類在影像上的特征也是不一樣的。因此我們應(yīng)將不同影像同一地類，同一影像不同地域地類進(jìn)行歸并，建立遙感影像地類解譯標(biāo)志檢索庫，以便于土地工作應(yīng)用遙感影像時，進(jìn)行地類查詢。 北方Spot5旱地 北方IRS-P5旱地 航攝全色影像 旱地 北方Spot5水田 航攝全色影像 水田 航攝全色影像 水田 北方Spot5有林地 IKONOS有林地 航攝全色影像 有林地 北方Spot5城市 北方IRS-P5城市 航攝正射影像 城市 北方Spot5農(nóng)村居民點(diǎn) 北方IRS-P5農(nóng)村居民點(diǎn) 航攝全色影像 農(nóng)村居民點(diǎn) Spot5鐵路用地 北方IRS-P5鐵路用地 航攝全色影像 鐵路用地 Spot5公路用地 航攝全色影像 公路用地 IKONOS公路用地 Spot5軍事用地 IRS-P5風(fēng)景名勝 航攝全色影像 風(fēng)景名勝 Spot5采礦用地 IRS-P5采礦用地 航攝全色影像 采礦用地 Spot5油田 北方IRS-P5油田 IKONOS油田 QuickBird公路用地 QuickBird旱地 QuickBird農(nóng)村居民點(diǎn) IKONOS城市 北方IRS-P5公路用地 Spot5河流水面 以上圖片僅為影像解譯檢索庫極少部分影像示例 SPOT 5影像解譯檢索庫地類影 像地類影 像地類影 像地類影 像水田水澆地旱地果園茶園其他園地有林地