【分　 类】 化工与理学
【关 键 词】 遥感技术；土地利用；信息提取；
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正文：
摘要：土地利用是当前全球环境变化研究领域的前沿课题，对中国这样拥有13亿人口，人均土地资源匮乏的发展中国家，如何守住18亿亩耕地红线，保证国家战略性粮食安全，稳步推进国民经济的健康高效发展，遥感技术在土地管理领域的应用势在必然。近年来，各国对遥感技术在土地利用方面的应用制定了周密的计划，取得了阶段性成果。本文在综合当下土地利用和遥感技术的基础上，提出了利用GIS新软件进行目视解译的方法，在实际工作中效率更高、更便于基础数据的应用。
 
关键词：遥感技术；土地利用；信息提取；ArcGIS软件应用；目视解译
 
 
Research  of  RS  information  extraction  method  on  land  use
ChenJianZhong ( NANJIN  NORMAL UNIVERSITY  NanJin XianLin 210046)
Abstract：Now, in the research fields of global environment change, land-using is the frontier area. Such as China with 1.3 billion people, and per capita resource-poor developing countries, the RS technology will be used in the field of land management, in order to keep the Red line of 1800000000 acres arable lands, ensure the national strategic food security, and steadily promote the health and efficient development of the national economy. In recent years, each country has developed a detailed plan about the application of RS in the field of land using, and achieved some results. On the base of comprehension of land-use and RS technology, this paper proposes the method of visual interpretation using the new GIS software, which improves efficiency in practical works and facilitates the application of basic data.
 
    Keywords: RS technology, land use, Information Extraction, ArcGIS Software Application, Visual interpretation
 
 
 
 
 
 
 
 
陈建忠（1965.12～），男，博士，高级工程师。主要研究GIS在土地利用、地籍管理、土地规划、地下空间资源和虚拟环境等方面的应用。
E-Mail chen19940902@sina.com

地球作为人类赖以生存的家园，土地作为不可再生的资源。对其研究是一个连续的过程。作为土地管理的一个基础性内容，土地利用的种类、利用方式、利用结构、利用趋势，日趋受到关注。遥感技术在土地利用中日臻成熟，如何更快捷准确地提取土地利用遥感信息，值得研究。
1、土地利用
国际地圈与生物圈计划（IGBP）和全球环境变化人文计划（HDP），在广泛征集各国科学家意见的基础上，1995年提出了一个详细的土地利用/土地覆盖（LUCC）研究计划，确定了三个研究重点：一是土地利用动态。该研究重点将采用实例比较研究，目的在于了解土地利用变化的自然和人文驱动力，从而有助于建立复杂的区域和全球模型。二是土地覆盖动态。通过直接观测和建立模型对土地覆盖进行区域评价。三是区域和全球模型。
1.1土地利用的信息的基本特点
LUCC信息有其基本特点，主要体现在自然特征和社会属性上。LUCC信息的自然特征，一是表现在空间特征：空间分布，包括类型、面积、状态、空间位置和区域间的差异。二是时间特征，也就是即时属性：LUCC信息仅仅反映瞬时特征，时间上的连续性和变化性就要求动态记录过程。LUCC信息的社会属性主要是人们通过对信息的获取与处理，从而研究LUCC的基本特征以及动态变化特征，掌握其规律性，实现为人类服务特别是实现可持续利用的目的。
1.2土地利用分类
土地利用有着不同的目的，对其研究就必须进行分类。根据利用程度上的差别和加强利用的可能性可分为：已利用、可利用而目前尚未利用、根据当前技术经济条件难以利用三大类。在已利用土地中，按主要用途分为：耕地、园地、林地、草地、商服用地、工矿仓储用地、住宅用地、公共管理与公共服务用地、特殊用地、交通运输用地、水域及水利设施用地、其他土地。国家新颁布的土地利用分类如表1。
表1   土地利用现状分类

一级类		二级类			含义
编码	名称	编码	名称
01	耕地				指种植农作物的土地，包括熟地,新开发、复垦、整理地，休闲地（含轮歇地、轮作地）；以种植农作物（含蔬菜）为主，间有零星果树、桑树或其他树木的土地；平均每年能保证收获一季的已垦滩地和海涂。耕地中包括南方宽度＜1.0米、北方宽度＜2.0米固定的沟、渠、路和地坎(埂)；临时种植药材、草皮、花卉、苗木等的耕地，以及其他临时改变用途的耕地。
		011	水田		指用于种植水稻、莲藕等水生农作物的耕地。包括实行水生、旱生农作物轮种的耕地。
		012	水浇地		指有水源保证和灌溉设施，在一般年景能正常灌溉，种植旱生农作物的耕地。包括种植蔬菜等的非工厂化的大棚用地。
		013	旱地		指无灌溉设施,主要靠天然降水种植旱生农作物的耕地,包括没有灌溉设施,仅靠引洪淤灌的耕地。
02	园地				指种植以采集果、叶、根、茎、汁等为主的集约经营的多年生木本和草本作物，覆盖度大于50%或每亩株数大于合理株数70%的土地。包括用于育苗的土地。
		021	果园		指种植果树的园地。
		022	茶园		指种植茶树的园地。
		023	其它园地	指种植桑树、橡胶、可可、咖啡、油棕、胡椒、药材等其他多年生作物的园地。
03	林地			指生长乔木、竹类、灌木的土地，及沿海生长红树林的土地。包括迹地，不包括居民点内部的绿化林木用地，铁路、公路征地范围内的林木，以及河流、沟渠的护堤林。
		031	有林地	指树木郁闭度≥0.2的乔木林地，包括红树林地和竹林地。
		032	灌木林地	指灌木覆盖度≥40%的林地。
		033	其它林地	包括疏林地（指树木郁闭度≥0.1、＜0.2的林地）、未成林地、迹地、苗圃等林地。
04	草地			指生长草本植物为主的土地。
		041	天然牧草地	指以天然草本植物为主，用于放牧或割草的草地。
		042	人工牧草地	指人工种植牧草的草地。
		043	其它草地	指树木郁闭度＜0.1，表层为土质，生长草本植物为主，不用于畜牧业的草地。
05	商服 用地			指主要用于商业、服务业的土地。
		051	批发零售用地	指主要用于商品批发、零售的用地。包括商场、商店、超市、各类批发（零售）市场，加油站等及其附属的小型仓库、车间、工场等的用地。
		052	住宿餐饮用地	指主要用于提供住宿、餐饮服务的用地。包括宾馆、酒店、饭店、旅馆、招待所、度假村、餐厅、酒吧等。
		053	商务金融用地	指企业、服务业等办公用地，以及经营性的办公场所用地。包括写字楼、商业性办公场所、金融活动场所和企业厂区外独立的办公场所等用地。
		054	其它商服用地	指上述用地以外的其他商业、服务业用地。包括洗车场、洗染店、废旧物资回收站、维修网点、照相馆、理发美容店、洗浴场所等用地。
06	工矿仓 储用地			指主要用于工业生产、物资存放场所的土地。
		061	工业用地	指工业生产及直接为工业生产服务的附属设施用地。
		062	采矿用地	指采矿、采石、采砂（沙）场，盐田，砖瓦窑等地面生产用地及尾矿堆放地。
		063	仓储用地	指用于物资储备、中转的场所用地。
07	住宅 用地			指主要用于人们生活居住的房基地及其附属设施的土地。
		071	城镇住宅用地	指城镇用于生活居住的各类房屋用地及其附属设施用地。包括普通住宅、公寓、别墅等用地。
		072	农村宅基地	指农村用于生活居住的宅基地。
08	公共管 理与公 共服务 用地			指用于机关团体、新闻出版、科教文卫、风景名胜、公共设施等的土地。
		081	机关团体用地	指用于党政机关、社会团体、群众自治组织等的用地。
		082	新闻出版用地	指用于广播电台、电视台、电影厂、报社、杂志社、通讯社、出版社等的用地。
		083	科教用地	指用于各类教育，独立的科研、勘测、设计、技术推广、科普等的用地。
		084	医卫慈善用地	指用于医疗保健、卫生防疫、急救康复、医检药检、福利救助等的用地。
		085	文体娱乐用地	指用于各类文化、体育、娱乐及公共广场等的用地。
		086	公共设施用地	指用于城乡基础设施的用地。包括给排水、供电、供热、供气、邮政、电信、消防、环卫、公用设施维修等用地。
		087	公园与绿地	指城镇、村庄内部的公园、动物园、植物园、街心花园和用于休憩及美化环境的绿化用地。
		088	风景名胜设施用地	指风景名胜（包括名胜古迹、旅游景点、革命遗址等）景点及管理机构的建筑用地。景区内的其它用地按现状归入相应地类。
09	特殊 用地			指用于军事设施、涉外、宗教、监教、殡葬等的土地。
		091	军事设施用地	指直接用于军事目的的设施用地。
		092	使领馆用地	指用于外国政府及国际组织驻华使领馆、办事处等的用地。
		093	监教场所用地	指用于监狱、看守所、劳改场、劳教所、戒毒所等的建筑用地。
		094	宗教用地	指专门用于宗教活动的庙宇、寺院、道观、教堂等宗教自用地。
		095	殡葬用地	指陵园、墓地、殡葬场所用地。
10	交通运 输用地			指用于运输通行的地面线路、场站等的土地。包括民用机场、港口、码头、地面运输管道和各种道路用地。
		101	铁路用地	指用于铁道线路、轻轨、场站的用地。包括设计内的路堤、路堑、道沟、桥梁、林木等用地。
		102	公路用地	指用于国道、省道、县道和乡道的用地。包括设计内的路堤、路堑、道沟、桥梁、汽车停靠站、林木及直接为其服务的附属用地。
		103	街巷用地	指用于城镇、村庄内部公用道路(含立交桥)及行道树的用地。包括公共停车场，汽车客货运输站点及停车场等用地。
		104	农村道路	指公路用地以外的南方宽度≥1.0米、北方宽度≥2.0米的村间、田间道路（含机耕道）。
		105	机场用地	指用于民用机场的用地。
		106	港口码头用地	指用于人工修建的客运、货运、捕捞及工作船舶停靠的场所及其附属建筑物的用地，不包括常水位以下部分。
		107	管道运输用地	指用于运输煤炭、石油、天然气等管道及其相应附属设施的地上部分用地。
11	水域及 水利设 施用地			指陆地水域，海涂，沟渠、水工建筑物等用地。不包括滞洪区和已垦滩涂中的耕地、园地、林地、居民点、道路等用地。
		111	河流水面	指天然形成或人工开挖河流常水位岸线之间的水面，不包括被堤坝拦截后形成的水库水面。
		112	湖泊水面	指天然形成的积水区常水位岸线所围成的水面。
		113	水库水面	指人工拦截汇集而成的总库容≥10万立方米的水库正常蓄水位岸线所围成的水面。
		114	坑塘水面	指人工开挖或天然形成的蓄水量＜10万立方米的坑塘常水位岸线所围成的水面。
		115	沿海滩涂	指沿海大潮高潮位与低潮位之间的潮浸地带。包括海岛的沿海滩涂。不包括已利用的滩涂。
11	水域及 水利设 施用地	116	内陆滩涂	指河流、湖泊常水位至洪水位间的滩地；时令湖、河洪水位以下的滩地；水库、坑塘的正常蓄水位与洪水位间的滩地。包括海岛的内陆滩地。不包括已利用的滩地。
		117	沟渠	指人工修建，南方宽度≥1.0米、北方宽度≥2.0米用于引、排、灌的渠道，包括渠槽、渠堤、取土坑、护堤林。
		118	水工建筑用地	指人工修建的闸、坝、堤路林、水电厂房、扬水站等常水位岸线以上的建筑物用地。
		119	冰川及永久积雪	指表层被冰雪常年覆盖的土地。
12	其它 土地			指上述地类以外的其它类型的土地。
		121	空闲地	指城镇、村庄、工矿内部尚未利用的土地。
		122	设施农用地	指直接用于经营性养殖的畜禽舍、工厂化作物栽培或水产养殖的生产设施用地及其相应附属用地，农村宅基地以外的晾晒场等农业设施用地。
		123	田坎	主要指耕地中南方宽度≥1.0米、北方宽度≥2.0米的地坎。
		124	盐碱地	指表层盐碱聚集，生长天然耐盐植物的土地。
		125	沼泽地	指经常积水或渍水，一般生长沼生、湿生植物的土地。
		126	沙地	指表层为沙覆盖、基本无植被的土地。不包括滩涂中的沙地。
		127	裸地	指表层为土质，基本无植被覆盖的土地；或表层为岩石、石砾，其覆盖面积≥70%的土地。

要得到区域内的大量利用分类数据，必须采用遥感技术。该分类系统基本适应了利用大比例尺航片作为主要来源，辅以大量野外调查的大规模详细调查。
2、土地利用遥感
遥感（remote sensing，简称RS）是指以电磁波为媒介，在高空或外层空间，通过飞机或卫星等运载工具携带的各种传感器，如摄影仪、扫描仪、雷达等，来获取地表信息，通过数据的传输和处理、判断分析，实现了解和研究地表物体的形状、大小、位置、性质及与环境的相互关系的应用科学技术^[1]。对土地利用情况则采用环境遥感（environmental remote sensing）的方法进行。环境遥感除了具备一般遥感技术所具有的普遍特征外，在数据获取上具有多层次、多时相、多功能等特点；在应用方面具有多源数据处理、多学科综合分析、多维动态监测和多用途的特点。
2.1土地利用对遥感数据的要求
遥感在土地利用研究中的应用主要从植被入手，在遥感影像中通过植被的光谱特征变化来反映，以反映植被的不同种类和生长状况为主。其技术参数如表2。
表2    常规生态监测对遥感技术需求参数
 

生物生态

生态环境分类

时间分辨率/天

空间分辨率/m

波长范围/μmμ

农业生态

草原生态

林业生态

水域生态

海洋生态

土地生态

城市生态

10~15

30~60

30~60

5~7

5~10

10~30

1~30

15~30

10~30

50~100

50~100

10~30

10~30

30~50

30~50

20~100

0.4~0.768，0~14.0

0.4~0.76

0.4~0.76

0.4~0.76

0.4~0.76

0.4~1.108，0~14.0

0.4~0.768，0~14.0

0.4~0.768，0~14.0

植物遥感的最佳波段范围在0.4~2.5μm的可见光和近红外光范围，可划分8个有效波段：①0.45~0.5μm，色素吸收波段。②0.52~0.59μm，绿色反射波段。③0.63~0.69μm，对区分有无植被敏感。④0.70~0.74μm，对受金属毒害植物反射明显。⑤0.74~0.90μm，植物通用波段。⑥1.1~1.3μm，在高反射区和水吸收区之间，能区分植物的种类。⑦1.55~1.75μm，2.1~2.3μm，均是位于几个吸水带之间的反射峰，对土壤及绿色植物的很强的对比。
目前用于LUCC遥感数据主要有NOAA（美国极轨气象卫星）/AVHRR（扫描仪）数据和Landsat（美国地球资源卫星）/TM（绘图仪）数据，还有SPOT（法国地球观测卫星）数据^[2]。
LUCC信息和获取主要是通过对多波段遥感力图像的分类或者人式解释、判读得到。
遥感图像的分类有非监督分类和监督分类。一般先作非监督分类，在参照非监督分类结果的基础上进行训练区的选择，然后进行监督分类，得到LUCC的分类图。
2.2土地利用遥感信息源的选取
LUCC信息是一种复杂的综合信息源，而遥感数据作为一种综合的空间统计信息，各种类型的LUCC信息是互相混杂在一起的。将LUCC根据上述分类系统，单一对象或混合对象在空间分布中面积大小及获取对象所要求的详细程度，作为选择遥感信息源的主要依据。
在我国，其单一个体的差别较大，总体来说，我国南方的最小耕地面积要小于北方，南方居民点面积小于北方^[3]。在调查中，遥感数据本身的能力决定了其在调查中的作用，通常LUCC信息获取主要使用空间分辨率为10m到1km的可见光及近红外波段遥感数据。对应于这一分辨率使用的主要遥感信息源包括Landsat/TM/MSS SPOT/HRV以及NOAA/AVHRR，其中SPOT/HRV的空间分辨率为5m，对应这一分辨率的最大制图比例尺为１：１万，而Landsat/TM的空间分辨率为３０m，对应这一分辨率的最大制图比例尺为１：１０万，对应Landsat/MSS的最大制图比例尺为１：２５万，对应NOAA/AVHRR的最大制图比例尺为１：２５０万。
由于ＬＵＣＣ信息获取中主要使用的是可见光，近红外波段受到天气影响较大，同时植被信息在ＬＵＣＣ信息获取中起着十分重要的作用，遥感信息的季相特征就表现得相当明显^[4]。ＬＵＣＣ信息获取的过程中选择遥感信息源就应该遵循如下原则：①保证充分的分辨率。②适当的波谱分辨率。③适宜时相选择。
2.3土地利用遥感信息的提取方法
近年来，遥感信息提取的理论方法得到飞速发展，如自适应模糊规则分类法；特征变异增强方法；灰色相关像元分解方法；重复传播网络方法；分层提取方法；遥感图像特定目标自动识别法；光谱混合分析法；土地利用变化信息自动发现方法；土地利用变化信息的综合提取方法；土地覆盖多源遥感数据的识别方法。综合归纳为：①基于像元光谱特征的自动分类方法。②基于地学知识系统改进的自动分类方法。③遥感与ＧＩＳ一体化的遥感信息提取方法。
遥感与ＧＩＳ一体化的遥感信息提取方法是针对遥感、地理信息系统一体化技术发展的一种基于人工解译的综合分类方法。其工作特点是借助专家知识和实地考察资料直接在精纠正后的影像上进行解译和判读，图像和图形相结合的作业环境，保证了现状和面状地物的正确识别，减少了同一地物由于季相不同或同一ＬＵＣＣ类型由于不均匀性而错判等。
遥感与ＧＩＳ一体化的遥感信息提取方法工作流程如图１。
 

几何精校正

图像 镶嵌

行政界线与图像套合

对影像栅格文件进行分割作业区

分层提取地类

提取最小单元

控制点的选取与行政界线数字化

地形图标描与行政界线订正

重要线状地物判读

基本地理单元判读

生成矢量图形

图１　遥感与ＧＩＳ一体化的遥感信息提取方法工作流程图

3、利用ArcGIS对30米分辨率ETM遥感图进行目视解译示例
3.1前期准备和数字化
建立rsexise1文件夹，用ArcCatalog在rsexise1文件夹下建立名为 rsex geodatabase,采用30米分辨率遥感图NJETM2002_30的spatial reference,在rsex下建数据集rsarea，导入NJETM2002_30坐标系统。在rsex建立要素类landuse（polygon features）,增加landuse字段（字符型）（说明：本例中1为耕地，2为绿地，3为水域，4为建筑构筑物）。如图。打开Arcmap加入30米分辨率遥感图NJETM2002_30，加载rsarea。对NJETM2002_30进行数字化。结果如图2。

图2  对几何精纠正后的遥感影像图数字化例图
3.2拓扑检查和属性处理
在ArcCatalog下对rsarea建立topology,名为rsarea_topology，规则为must not overlap^[5]。将rsarea_topology（红色为赃区）加载到Map中如图3。

图3  拓扑关系检查出的赃区例图
用Topology工具对赃区进行处理如图4。


图4  对赃区处理例图
结束后再次检查直至全部通过。
图斑相离情况如图5。

图5  图斑相离情况例图
对图斑相离情况，则采用Editor工具中的Task Rshape feature处理。过程如图6。

图6  图斑相离情况纠错过程例图
 
Topology检查完成后对属性进行处理。过程如图7。


 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

图7  提取土地用途为1，2，3，4过程例图
3.3输出分用途表
用Expore将选择的地类输出至Output_landuse1(2,3,4).dbf。至此，4类用途数据全部产生如图8。
图8  用途为1图斑面积统计表例图
4．结束语
随着遥感技术和GIS技术不断发展，利用GIS新软件从遥感影像中迅速准确提取土地利用信息已是土地管理的一个现实需求，此方法在全国第二次土地调查过程中进行了很好的运用。
 
参考文献：
[1] 傅肃性 .2002.遥感专题分析与地学图谱.北京：科学出版社
[2] 国家环保总局.2003.第一届环境遥感应用技术国际研讨会论文集
[3] 赵英时等.2003.遥感应用分析原理与方法.北京：科学出版社
[4] 王桥等.2005.环境遥感.北京：科学出版社
[5] 汤国安等.2008. ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程.北京：科学出版社