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        “3S”技術(shù)和Google Earth在廣西第一次全國水利普查中的應(yīng)用

        2012-02-05 12:20:10陶艷成
        中國水土保持 2012年3期
        關(guān)鍵詞:調(diào)繪矢量化底圖

        高 峰,陶艷成

        (廣西師范學(xué)院資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,廣西南寧530001)

        第一次全國水利普查是一項重大的國情國力調(diào)查,是國家資源環(huán)境調(diào)查的重要組成部分[1-2],目的是全面查清我國江河湖泊的基本情況,掌握水資源開發(fā)利用及保護(hù)現(xiàn)狀,摸清經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展對水資源的需求,了解水利行業(yè)能力建設(shè)狀況,建立國家基礎(chǔ)水信息平臺,為國家經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展提供可靠的基礎(chǔ)水信息支撐和保障。近年來,“3S”技術(shù)發(fā)展迅速,以其實時、快速、高效和自動化的特點(diǎn)在多個行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用,并取得了很好的效果。本研究將“3S”技術(shù)和Google Earth 在廣西第一次全國水利普查中的應(yīng)用情況進(jìn)行了總結(jié),并對其在水土保持工作中的應(yīng)用前景提出了一些自己的看法。

        1 廣西第一次全國水利普查方案

        1.1 水利普查概況

        廣西第一次全國水利普查主要采用1 ∶1 萬地形圖作為基本數(shù)據(jù)源,以分辨率高、現(xiàn)勢性強(qiáng)的遙感影像作為補(bǔ)充,即當(dāng)野外調(diào)查單元無法進(jìn)入時,采取遙感解譯進(jìn)行野外調(diào)查單元的調(diào)繪,其中遙感數(shù)據(jù)為SPOT 數(shù)字正射影像,時相為2007—2009年,分辨率為2.5 m。廣西充分利用2009年全國第二次土地調(diào)查數(shù)據(jù)等資料,應(yīng)用“3S”技術(shù),以野外實地調(diào)繪為主、室內(nèi)判讀解譯為輔,采用綜合調(diào)繪法最終完成了普查工作。

        1.2 技術(shù)路線和工作流程

        廣西第一次全國水利普查的技術(shù)路線是:以ArcGIS 為平臺,將經(jīng)過處理的1 ∶1 萬地形圖制作成A4 圖幅的野外調(diào)查單元工作底圖,作為野外實地調(diào)繪的工作底圖;在野外,以GPS 為引導(dǎo),根據(jù)工作底圖上的經(jīng)緯度準(zhǔn)確到達(dá)調(diào)查單元,通過實地勘察,確定土地利用類型;用GPS 準(zhǔn)確定位,確定地塊邊界,完成地類邊界的勾繪。其技術(shù)路線和工作流程見圖1。

        2 “3S”技術(shù)在廣西水利普查中的應(yīng)用

        2.1 ArcGIS 在廣西水利普查中的應(yīng)用

        (1)在野外調(diào)查單元工作底圖制作中的應(yīng)用。根據(jù)水土保持技術(shù)要求,選擇ArcGIS 作為制作野外調(diào)查單元工作底圖的GIS 平臺。野外調(diào)查單元是指在野外進(jìn)行水蝕指標(biāo)調(diào)查的空間范圍,平原區(qū)為1 km ×1 km 網(wǎng)格,丘陵區(qū)和山區(qū)為0.2~3.0 km2[1],地理位置根據(jù)1 ∶1 萬地形圖確定。外業(yè)調(diào)查重點(diǎn)是利用GPS 技術(shù)確定野外調(diào)查單元的具體位置,參照工作底圖和實際地形,尋找勾繪地塊邊界的起始位置,依次勾繪地塊邊界。

        圖1 水土保持措施普查技術(shù)路線與工作流程[1]

        野外調(diào)查單元工作底圖具體制作方法是:首先利用光柵圖矢量化軟件R2V 在1 ∶1 萬地形圖上矢量化調(diào)查單元邊界、等高線和重要參考物,然后將矢量化好的邊界線、等高線等shapefile 文件加入到ArcGIS 中,配上經(jīng)緯度網(wǎng)格線、比例尺、圖名、繪圖人、審核人、日期等,輸出保存為圖片格式文件,并以野外調(diào)查單元編號命名。處理流程如圖2。

        圖2 數(shù)據(jù)處理流程

        (2)在野外調(diào)查成果建庫中的應(yīng)用。完成野外調(diào)查單元調(diào)繪后,由縣級普查機(jī)構(gòu)對野外調(diào)查清繪圖進(jìn)行掃描,并用Arc-GIS 對其進(jìn)行配準(zhǔn)。配準(zhǔn)過程中盡量選取有代表性的特征點(diǎn),如河流拐彎處、道路交叉點(diǎn)等,如果野外調(diào)查單元是規(guī)則網(wǎng)格,那么選擇網(wǎng)格4 個角點(diǎn)進(jìn)行配準(zhǔn)就可以了。配準(zhǔn)完成后,存為一幅新的圖片,用于后期調(diào)查成果的矢量化。在矢量化過程中,要建好數(shù)據(jù)的屬性結(jié)構(gòu),完成屬性數(shù)據(jù)的錄入工作。地塊屬性錄入就是根據(jù)清繪圖中劃定的地塊邊界,先將其矢量化為線要素,再經(jīng)過拓?fù)錂z查,將其轉(zhuǎn)化為面要素,然后根據(jù)外業(yè)調(diào)查填寫的表格數(shù)據(jù),將對應(yīng)的屬性錄入到相應(yīng)的地塊中,完成屬性數(shù)據(jù)的錄入工作。矢量化工作完成后,整理好其他資料進(jìn)行數(shù)據(jù)上報。野外調(diào)查成果建庫流程見圖3。

        圖3 野外調(diào)查成果建庫流程

        2.2 RS 在野外調(diào)查單元調(diào)繪中的應(yīng)用

        不同于傳統(tǒng)的方法,RS 具有以下特點(diǎn):探測范圍廣,數(shù)據(jù)采集速度快;能動態(tài)反映地面事物的變化,并將原有資料快速更新;獲取信息受限制小,精度高,用時短,批量生產(chǎn)成本低;成果以數(shù)字形式保存,易于攜帶、保存和修改等。基于此,我們可以充分利用RS 的這些優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行野外調(diào)查單元調(diào)繪。此次外業(yè)調(diào)查為全野外調(diào)查,當(dāng)遇到無法進(jìn)入的野外調(diào)查單元時,可以采用RS 技術(shù)對調(diào)查單元進(jìn)行遙感解譯。遙感解譯得到的野外調(diào)繪成果可信度很高,基本滿足了精度要求。

        2.3 GPS 在野外調(diào)查單元調(diào)繪中的應(yīng)用

        此次野外調(diào)繪要求每個作業(yè)人員事先設(shè)計好調(diào)查路線,方便野外調(diào)查單元的定位,要走到、看到、問到、做到,根據(jù)工作底圖將地物現(xiàn)狀準(zhǔn)確無誤地勾繪出來。具體來說,采用全野外實地調(diào)查方法,根據(jù)以1 ∶1 萬地形圖為數(shù)據(jù)源制成的野外調(diào)查單元工作底圖,用GPS 作引導(dǎo),準(zhǔn)確定位地類邊界,并記錄地類信息。此外,拍攝特定地類的近景特寫,以便后期查閱核實。

        3 Google Earth 在廣西水利普查中的應(yīng)用

        隨著Google Earth 的日益發(fā)展,其應(yīng)用的領(lǐng)域越來越廣,不僅是因為Google Earth 集成了RS、GIS 和GPS 3 種高新技術(shù)的功能,更重要的一點(diǎn)是目前它對所有用戶是完全免費(fèi)的。因此,Google Earth 在各領(lǐng)域有許多成功的應(yīng)用實例,如陳強(qiáng)等[3]將Google Earth 應(yīng)用到地震應(yīng)急中,倪忠云等[4]將Google Earth應(yīng)用到成都市功能分區(qū)研究中,都取得了很好的效果。

        基于此,將Google Earth 應(yīng)用到廣西第一次全國水利普查中具有重要的意義,能給我們的工作帶來極大的便利。Google Earth 在水利普查中主要用在3 個方面:第一,能夠方便地獲取野外調(diào)查單元的位置信息;第二,可以在野外調(diào)查單元質(zhì)量控制階段對野外勾繪地物進(jìn)行檢查;第三,在無法進(jìn)入野外調(diào)查單元的情況下,可利用其提供的影像資料進(jìn)行遙感解譯,完成調(diào)查單元的野外調(diào)繪。

        4 總結(jié)與展望

        基于“3S”技術(shù)和Google Earth 開展廣西第一次全國水利普查的實踐表明:第一,與傳統(tǒng)制圖方式相比,使用“3S”技術(shù)能夠簡化制圖流程,縮短制作工作底圖所需時間,同時在底圖精度和地圖美化上也有較大改善;第二,利用“3S”技術(shù)能夠縮短遙感影像內(nèi)業(yè)解譯的時間,提高精度,節(jié)約成本;第三,利用“3S”技術(shù)可以提高野外調(diào)繪精度,準(zhǔn)確勾繪地塊邊界、位置和大小,并且保證了后期矢量化成果的精度;第四,空間技術(shù)、傳感器技術(shù)、衛(wèi)星定位與導(dǎo)航技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)相結(jié)合是大勢所趨[5],采用“3S”技術(shù)符合第一次全國水利普查的技術(shù)要求;第五,利用Google Earth 可以方便地為我們查找路線和感興趣的影像,在水土保持外業(yè)調(diào)查中發(fā)揮了重要的作用。

        “3S”技術(shù)在土地資源調(diào)查、城市規(guī)劃、生態(tài)環(huán)境動態(tài)監(jiān)測、海岸帶監(jiān)測等領(lǐng)域都發(fā)揮了重要的作用。但是,目前在“3S”技術(shù)的應(yīng)用上還存在一些不完善的地方,尤其是在野外使用GPS時,GPS 的定位與實際位置往往會有100 m 左右的誤差,在進(jìn)行地塊清繪時需進(jìn)行人工干預(yù)才能找到準(zhǔn)確的位置。這個誤差是在坐標(biāo)轉(zhuǎn)換時產(chǎn)生的,目前的技術(shù)手段還無法消減,雖然可以通過計算進(jìn)行糾正,但是使用起來很麻煩。除此之外,受衛(wèi)星信號的影響,在山區(qū)和空間遮擋物較多的地區(qū),GPS 的定位精度不是很高。隨著國產(chǎn)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)射成功,相信在不久的將來,使用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)定位能夠有效解決精度問題,進(jìn)一步提高工作效率。筆者相信,隨著“3S”技術(shù)的不斷發(fā)展和在水土保持領(lǐng)域應(yīng)用的不斷深入,“3S”技術(shù)在水土保持領(lǐng)域的應(yīng)用前景將十分廣闊,也必將推動我國水土保持研究工作的深入發(fā)展。

        [1]國務(wù)院第一次全國水利普查領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室.第一次全國水利普查培訓(xùn)教材之六——水土保持情況普查[M].北京:中國水利水電出版社,2010:1,65,176.

        [2]曾祥坤,王仰麟,李貴才.中國城市水土保持研究綜述[J].地理科學(xué)進(jìn)展,2010,29(5):586-592.

        [3]陳強(qiáng),姜立新,帥向華.Google Earth 在地震應(yīng)急中的應(yīng)用[J].地震,2008,28(1):121-127.

        [4]倪忠云,雷方貴,楊武年,等.Google Earth 在成都市功能分區(qū)研究中的應(yīng)用[J].國土資源科技管理,2007,24(4):121-124.

        [5]汪亞峰,盧玉東,盧喜平,等.GIS 在水土保持研究中的應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息,2004(12):6-9.

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