利用MAPGIS进行土地利用动态监测的研究

1、利用MAPGIS进行土地利用动态监测的研究第24卷第3期 2004年9月 气象科学 SCIENTIAMETEOROLOGICASINICA Vo1.24,No.3 Sept.,2004 利用MAPGIS进行土地利用动态监测的研究 张京红董尚力 (1陕西省农业遥感信息中心,西安710015)(2苏州市气象局.苏州215021) 摘要选用1994,1999年1:5万SPOT卫片作为信息源,用MAPGIS作为 遥感数据处理的工具,对常熟市五乡土地利用状况进行了动态监测,结果为五年耕 地面积减少195公顷,年均动态率一3.7.随着地区经济的快速发展,土地利用 变化显着,应用RS和GIS技术对其进行经常

2、性的监测是很有必要的. 关键词MAPGISSP0T土地利用动态监测 分类号P16文献标识码B 引言 目前我国正处于工业化,城市化迅速发展时期,土地利用变化迅速,主要是存在大量耕地 非农化的现象.而在经济发达地区由于经济结构的极大变化及经济迅速发展,土地利用结构 变化则更为显着,”保护耕地就是保护我们的生命线”,全面,准确,及时地掌握土地资源状况, 摸清土地家底对于合理开发土地,科学管理土地都有十分重要的意义. 1991年到1995年,江苏省农科院南京农业遥感分中心,曾用TM卫片进行苏州,无锡,常 州的耕地动态监测.但由于TM卫片的空间分辨率不够高,影像图仅能放大到1:10万,测 定306Ohm

3、以上动态变化图斑,适用于省级,大市级以上较大范围的宏观性土地利用调查 与监测,而对小范围内较详细的土地利用现状的反映精度不够.不能满足县级土地管理部门 对土地利用动态监测的精度要求,为此,要求遥感调查及监测向大比例尺方向发展.SPOT图 象数据,其空间分辨率较高,彩色片为2O×20m,全色片可达1O×10m,放大比例尺可达1:5 万,可监测3.O5.0亩以上的土地利用动态,而且由于SPOT的传感器HRV可以倾斜观测, SPOT卫星在役服务的有23颗,其对同一地区的观测周期为45d,这对南方地区,获取有 效时相十分有利.可以满足县级土地利用调查及动态监测要求. 本研究以常熟市

4、练塘等五乡为例,以SPOT卫星影像作为信息源,用国产优秀地理信息 系统MAPGIS软件作为遥感数据处理分析的工具,进行县级土地利用动态监测的研究. 收稿日期:20030412;修改稿日期:20030710 基金项目:本文由国家科委”九五”攻关国家重点科技项目”持续高效农业技术研究与示范一江苏省常熟示范区”资助 第一作者简介:张京红(1968),女(汉),陕西西安,高工,硕士,现在陕西省农业遥感信息中心工作,主要从事应用气象, 农,遥感和GIS应用工作 3期张京红等:利用MAPGIS进行土地利用动态监测的研究351 1监测区概况及监测所用资料 1.1监测区概况 常熟市位于江苏省东南部,是苏州市北

5、部的县级市,地处31.3031.50N,120.33 121.30E,练塘,张桥,莫城,辛庄和杨园五乡总土地面积为18720hm.,位于常熟市西南部,锡 常公路以南,土地为长江冲积地及湖泊沉积土,地势平坦,地面高程2.55.0m,年降雨量1 054mm,属于昆承低圩粮油区,以稻麦,水产,水生作物为主.土地肥沃,湖河成网,精耕细作, 生产水平高,旱涝高产稳产,粮食单产水平高,年亩产稻,麦两季达12975kg/hm,且品质优 良,属全国优质高产农业区之一.五乡乡镇企业发达,经济基础雄厚,但人口稠密,人均耕地 0.79hm,已经低于联合国规定的耕地警戒线(0.8hm/人).由于经济发展迅速土地利用变

6、 化显着,练塘等五乡具有经济发达城镇土地利用的典型特征,土地资源供需矛盾突出. 1.2所用资料 卫片选用1994年5月9日,1999年10月1日法国SPOT卫星图像,1,2,3波段合成,分 辨率为20mx20m,影像为SPOT一1号卫星接收,传感器HRV,投影方式为高斯一克吕格投 影. 研究中用到的江苏省常熟市资料主要有:1994年常熟市1:1万土地利用详查图,2000年 常熟市1:5万土地利用规划图,常熟市1:5万地形图,常熟市1:5万行政区域图,常熟市1:5 万农业气候区划图,江苏省常熟市土地利用现状调查报告(1994年). 2监测内容和方法 2.1内容 本研究监测内容有:耕地:水田(包括

7、稻田,草皮地),旱地(包括菜地);园地:果园,茶园,桑 地;居民点及工矿用地:城镇和独立工矿用地,农村居民点;交通用地:三级以上公路,农村道 路;水域:河流湖泊水面,坑塘水面,渔池水面. 根据国土资源部”土地利用动态遥感监测规程”的标准,土地遥感监测土地分类系统,原则 上与全国土地利用现状调查要求相一致,采用二级分类,统一编排列31.并根据常熟市冬季及 夏季农作物布局状况,在二级分类中作适当调正,具体分类的名称及含义见表1. 2.2方法 2.2.1判读解译标志, 根据1994年5月9日,1999年10月1日SPOT影像特征,进行实地调查,建立常熟市土 地利用调查及监测的判读,解译标志,为遥感影

8、像判读解译提供统一的标识(见表2).为避免 判读的主观任意性,首先要经过多次外业调查,建立判读解译标志,并不断完善;第二在判读过 程中要严格按照该解译标志执行. 2.2.2人机交互式解译判读 在CorelDRAW8.0中将SPOT影像图与常熟1:5万地形图叠加配准,在计算机上建 立六个新层:RS,TIF,XZ,POLY,LABLE,LINE. RS层:输入SPOT分幅彩色数字图像,为基础层; TIF层:输入数字化地形图文件,与影像图配准; XZ层:编绘县界,乡界,并注记行政代码; 352气象科学24卷 POIY层:判读编绘多边形地类,勾绘各图斑界线; LABEL层:注记多边形地类各图斑的属性代

9、码; LINE层:判读编绘线状地物,并注记其属性代码. 采用人机交互式解译方法_4,进行土地利用分类,按图斑,界线勾绘,并标明属性代码,解 译过程中遇到疑问地块,作出标记,然后进行外业复查,验证,纠正定性中的分类错误,形成土 地利用分类图,将判读成果以.DXF格式导出文件. 表1常熟市遥感监测土地分类及含义表 Table1LanduseclassificationsystemofChangsuwithRSmonitoranditsexplanation 2.2.3在MAPGIS中处理分析SPOT数据 3期张京红等:利用MAPGIS进行土地利用动态监测的研究353 本研究用MAPGIS完成了以下

10、工作:将SPOT影像的判读结果图以.DXF文件输入,转 存为点文件和线文件;分类图的编辑,建立拓扑关系,形成面文件;1:5万土地利用分类图与其 标准图幅框进行误差校正;在空间分析模块中,量算各图斑面积;在输出模块中,打印土地利用 面积报表及土地利用分类图件. 表2常熟市SPOT卫片土地利用监测判读解译标志 Table2TheinterpretationkeysforlandusedynamicmonitoringwithSPOTimagesinChangsucounty MAPGIS处理分析遥感数据流程详见图1.在MAPGIS软件,文件转换子系统中输入. DXF文件,分别形成点,线文件,点文件

11、为LABEL层,多边形地类各图斑的属性代码;线文件 为POLY层,多边形地类各图斑界线,及XZ层,为县界,乡界,行政界线.在图形编辑模块中, 首先置系统参数,进行自动剪断线,清除微短线段,自动结点平差等操作,然后线转弧段,拓扑 重建,拓扑查错,纠错,形成相应面文件.再经过label合并,把代码相同的图斑合并为一类,存 面文件.在误差纠正子系统中,将已生成的1:5万标准框(点文件Fram一5.wt,线文件Fram 一 5.wl,面文件Fram一5.wp)与土地利用分类图(包括点文件一5.Wt,线文件一5.wl,面文件 一 5.wp)叠加配准,进行误差校正.经过面积层层控制,在空间分析属性管理中用

12、双属性分类 统计,可算出各地类面积;用基本初等函数变换,将各地类面积按1:5万比例尺转化为实际 面积(公顷).转入输出模块,生成工程文件(包括点文件一5.wt,线文件一5.wl,面文件 一 5.wp),可打印输出分乡土地分类汇总表,及土地利用分类彩图. 图1MAPGIS处理分析遥感数据流程图 Fig.1FlowchartofprocessingandanalysisofRSdatainMAPGIS 2.2.4判读精度要求及面积量算控制 354气象科学24卷 用”人工交互式”进行遥感土地利用分类判读,解译,是否能达到最高的精度,关键是判读 人员的业务素质.要求判读成员具有地学,遥感,测绘,制图,

13、农学以及计算机编图方面的专业 知识和技能,并具有土地利用调查的经验和相关的分析能力;而且要在认真作好外业调查的基 础上,了解监测地区土地利用的特点,掌握影像图地类判读的标志,这是提高判读地类定性,定 量精度的重要条件. 在用SPOT数字图象,在计算机中放大到1:5万,进行县级土地利用调查时,精度要求 高,绘图要十分细致,其上图标准如下: (1)最小图斑规定:2×2象元(2.5hm以内)狭长地物宽1象元以上作多边形处理.2×2 象元以下及狭长地物宽小于1象元作细小地物处理. (2)线状地物:河流,公路宽在2象元到1象元之间的绘单线,在LINE层中绘LINEW为 小河流.LIN

14、ER为农村道路. 绘图时,先将2象元以上的河流,道路绘出,而后绘居民点及其他地类(多边形),绘线不能 叠加,重复.交叉时要割断,以利于编图.绘地类界线贴着图斑界,误差在0.5象元以内.绘 线粗为23点.字体不能加外框,字体大小在24点作注记时,注记点必须在图斑中心,以 利于转图. 面积量算控制:为了提高面积量算的精度,在县级遥感土地调查中,要对SPOT影像图作 几何纠正,地形图作精纠正,用地形图理论面积作控制: (1)一级控制:按1:5万地形图分幅理论面积,控制分乡面积之和,在允许误差之内平差. lF.l<0.025Pl 其中:F.是允许误差,P.为1/5万地形图分幅理论面积.

15、(2)二级控制:分乡面积控制地类面积之和,在允许误差范围内平差. F20.08M/10000 其中:F是分乡控制面积允许误差,P为分乡控制面积,M是为地形图比例尺分子. 3监测结果 根据1994,1999年SPOT卫片判读分类图,用MAPGIS量算出的各地类面积可得出各地 类五年动态率及年均动态率.根据常熟市国土管理局1994,1999年统计报表同样可算出各地 类五年动态率及年均动态率.我们将两种动态率作一对比,具体结果详见表3.将1994年与 1999年SPOT解译的土地利用分类图叠加,可得到动态图(见图2). 由SPOT卫片解译调查结果可见,练塘,张桥,莫城,辛庄和杨园五乡1999年耕地面

16、积为 10435hm,动态面积为一195hm,五年动态率为一18.3,年均动态率为一3.7;而常熟 市国土管理局统计报表得出的五年态率仅为一16.9,年均动态率为一3.4.1999年 SPOT判读的五乡居民点及工矿用地面积为3255hm,比1994年增加了194hm,五年动态 率为63.4,年均动态率为12.7;而统计值求得的五年动态率仅为35.8,年均动态率 为7.1,明显比SPOT结果偏小;1999年五乡交通用地面积为586hm,比1994年增加 39hmz,五年动态率为72.3,年均动态率为14.4;统计值得出的动态面积为40hm,五 年动态率为73.1,年均动态率为14.6,二者比较接

17、近.1999年SPOT判读水域面积 为4368hm,动态面积为116hm,五年动态率为27.4,年均动态率为5.5;统计值得出 的动态面积为87hm,五年动态率为一20.0,年均动态率为一4.0,二者相差较大.其 3期张京红等:利用MAPGIS进行土地利用动态监测的研究355 中SPOT监测的1999年鱼池面积为908hm.,比1994年增加188hm.,五年动态率为259.6 ,年均动态率为51.9;统计值得出的动态面积为31hm.,五年动态率为43.0o,年均动 态率为8.6,后者远小于前者. 表3SPOT判读与统计数据土地动态监测结果对比(单位:hm) Table3Thecomparis

18、onoflandusedynamicmonitorresultsbetweenSPOTandstatisticdata 图2SPOT监测的19941999年土地利用变化图 阴影多边形为变化地块 Fig.2Landusechangingfrom1994to1999usingSPOTimagetomonitor Theshadedpolygonsarethechangingpartoflanduse 4结语 (1)在这次研究中,我们选用了国产优秀GIS软件一MAPGIS,利用其强大的图形编辑, 空间分析等功能,进行了土地利用类型动态遥感监测的研究,并取得了预期效果. 356象科学24卷 (2)应用

19、SPOT卫星数字图象为信息源,采用”人机交互式”遥感解译法,进行县级土地利 用调查及动态监测是可行的,具有客观,数据可靠,迅速,且费用相对较低等特点,土地利用动 态监测精度在909/6以上.可作为县级土地动态监测的数据图象信息源. (3)在SPOT时相选择上,要根据当地的农作物不同生育期的光谱特征确定,在常熟市最 好选择79份为宜. (4)为了提高监测精度,建议选用同时相的SPOT彩色片(分辨率20×2Om)和SPOT全 色片(分辨率10×10m)叠加,在计算机内放大可达1:3万左右,可勾绘出小河流,农村道路 及小村庄等细小地物,以提高土地利用分类及动态监测的总精度. (5

20、)在土地利用分类前,要对土地二级地类,按照当地土地局的确定先定性分开(如:镇区, 农村,工矿,公路与农村道路,河流与坑塘,湖泊),使SPOT遥感判读分类的定性与土地局一 致,以提高二级分类的精度. 参考文献 1居为民,孙涵,汤志成.气象卫星遥感洪涝面积估算.气象科学.1997,17(2):131136 2LiBingbai.RemoteSensinginvestigationofcultivatedlandchangeinYangtzeDeh.RegionOpticalRemoteSensing forindustryandEnvironmentalmonitoring?1998.24525 LiBingbai.PrecisionAnalysisofsoiluseInvestigationinalevelofcountywiththedataofspotimagine.In:Thepro ceedingof20thAsianconferenceonRemoteSensing?1999.5761 中华人民共和国国土资源部.土地利用动态遥感监测规程TD/T10101999(2).北京:地质出版社.1999.26 陈宁强,戴锦芳.人机交互式土地资源遥感解译方法研究