李富海，萬(wàn) 猛*，劉 敏，張 莉

(河南省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，河南鄭州450045)

石漠化指在熱帶、亞熱帶濕潤(rùn)、半濕潤(rùn)氣候條件和巖溶極其發(fā)育的自然背景下，受人為活動(dòng)干擾，地表植被遭受破壞，導(dǎo)致土壤嚴(yán)重流失，基巖大面積裸露或礫石堆積的土地退化現(xiàn)象，是巖溶地區(qū)土地退化的極端形式［1］。石漠化已經(jīng)成為我國(guó)現(xiàn)階段突出的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題之一，盡管自20世紀(jì)80年代開(kāi)始許多學(xué)者就已經(jīng)有所關(guān)注，但對(duì)其形成機(jī)理尚不清楚，同時(shí)也缺乏系統(tǒng)的研究方法［2］，嚴(yán)重制約了區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，危及國(guó)土生態(tài)安全。河南省南陽(yáng)市是全國(guó)石漠化較嚴(yán)重的地區(qū)，也是全國(guó)石漠化分布的北緣，是全國(guó)巖溶區(qū)的重要組成部分，石漠化已成為南陽(yáng)市的災(zāi)害之源、貧困之根，直接影響了丹江口水庫(kù)庫(kù)容和水質(zhì)。因此，為查清河南省石漠化的本底數(shù)據(jù)，揭示其演變規(guī)律，進(jìn)一步提出合理的治理措施，2014年河南省首次采用平板電腦集成3S技術(shù)與地面調(diào)查相結(jié)合的方法開(kāi)展石漠化監(jiān)測(cè)工作。

利用遙感技術(shù)將石漠化監(jiān)測(cè)所用到的遙感影像進(jìn)行幾何糾正、正射、融合、裁剪、鑲嵌等;利用ArcGIS軟件建立地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)，并根據(jù)高清影像進(jìn)行小班區(qū)劃;然后，利用帶有GPS功能的設(shè)備到外業(yè)進(jìn)一步修改完善小班邊界和屬性因子。通過(guò)3S集成技術(shù)的應(yīng)用，將空間技術(shù)、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)和通訊技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了石漠化空間地理信息的快速采集、處理、管理、空間分析、多方式表達(dá)、信息轉(zhuǎn)播和應(yīng)用［3］。

在外業(yè)調(diào)查中利用集成有3S功能的平板電腦進(jìn)行。平板電腦體型小，攜帶方便，自帶GPS功能，可以用手指觸控方式或數(shù)字筆方式進(jìn)行人機(jī)對(duì)話，開(kāi)、關(guān)機(jī)速度快，電池續(xù)航時(shí)間長(zhǎng);且平板電腦為固態(tài)硬盤(pán)，抗震性能強(qiáng)，更適合在野外移動(dòng)環(huán)境中進(jìn)行各種操作;能方便地接入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)或3G通訊網(wǎng)絡(luò)，便于數(shù)據(jù)的傳輸?；谄桨咫娔X的功能優(yōu)勢(shì)，利用集成有3S功能的平板電腦進(jìn)行石漠化監(jiān)測(cè)是科學(xué)的，可以極大地減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，外業(yè)調(diào)查人員無(wú)需攜帶地形圖和各種遙感影像圖，實(shí)現(xiàn)外業(yè)信息采集全程無(wú)紙化，并提高數(shù)據(jù)采集精度。

1 監(jiān)測(cè)區(qū)概況

河南省石漠化監(jiān)測(cè)區(qū)范圍位于南水北調(diào)中線工程渠首所在地和重要水源區(qū)的南陽(yáng)市，共10縣(市)。南陽(yáng)市位于河南省西南部，鄂、豫、陜3省交界處。東界駐馬店、信陽(yáng)市，南接湖北省襄樊市、十堰市，西與陜西省的商州市相接，北與三門(mén)峽、洛陽(yáng)、平頂山3市毗鄰。地理坐標(biāo)為110°58′～113°49′E、32°17′～33°48′N，南北寬 155 km，東西長(zhǎng) 225 km，總面積2．66 萬(wàn) km2。

2 石漠化監(jiān)測(cè)中3S技術(shù)的應(yīng)用

2．1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的收集 為做好石漠化監(jiān)測(cè)工作，除收集監(jiān)測(cè)區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)情況、土壤、水文、氣象等資料外，還購(gòu)買了監(jiān)測(cè)區(qū)的綜合水文地質(zhì)圖、最新的SPOT5衛(wèi)星影像圖，收集了南陽(yáng)市林地落界成果圖，同時(shí)還下載了最新的谷歌地圖、天地圖等。

2．2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的整理

2．2．1 行政界線的生成。利用ArcGIS軟件從南陽(yáng)市林地落界的矢量數(shù)據(jù)庫(kù)中通過(guò)融合生成監(jiān)測(cè)區(qū)的縣、鄉(xiāng)行政界線圖層，圖層屬性中有縣、鄉(xiāng)(鎮(zhèn))名稱，空間參考為Xian_1980_GK_CM_111E。

2．2．2 巖溶區(qū)邊界的生成。紙質(zhì)圖掃描成的柵格圖件只有經(jīng)過(guò)配準(zhǔn)后才能與其他空間數(shù)據(jù)疊加在一起進(jìn)行應(yīng)用。將紙質(zhì)的綜合水文地質(zhì)圖進(jìn)行掃描，利用Photoshop軟件進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、拉伸和裁邊處理;利用ArcCatalog軟件進(jìn)行空間參考信息的定義，并在ArcMap中加載后進(jìn)行幾何校正和配準(zhǔn)，生成數(shù)字柵格地圖即DRG(Digital Raster Graphic);利用Arc-Catalog在縣、鄉(xiāng)行政界線圖層MDB數(shù)據(jù)中建立巖溶區(qū)邊界圖層，在ArcMap中與配準(zhǔn)后的綜合水文地質(zhì)圖進(jìn)行疊加，用矢量化工具分鄉(xiāng)(鎮(zhèn))區(qū)劃出巖溶區(qū)的邊界。

2．2．3 影像數(shù)據(jù)的處理。用ArcCatalog軟件對(duì) SPOT5影像、谷歌地圖或天地圖進(jìn)行空間參考信息定義后，以南陽(yáng)市林地落界時(shí)的影像數(shù)據(jù)為參考，用ArcMap軟件進(jìn)行幾何精校正。為了增加圖像的可識(shí)別性，對(duì)經(jīng)過(guò)精糾正的圖像分別進(jìn)行直方圖均衡化處理和分段線性拉伸處理，使得圖像的色彩、紋理清晰，便于判讀區(qū)劃。

2．4 石漠化數(shù)據(jù)庫(kù)的建立 用ArcCatalog軟件直接在縣、鄉(xiāng)(鎮(zhèn))行政界線圖層的MDB數(shù)據(jù)庫(kù)中建立石漠化圖斑圖層，屬性字段根據(jù)國(guó)家林業(yè)局《巖溶地區(qū)石漠化監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)定(2011修訂)》的標(biāo)準(zhǔn)建立［1］，如圖斑號(hào)、面積、土地利用類型、基巖裸露度、優(yōu)勢(shì)植物種類、巖溶土地石漠化狀況、石漠化程度等39項(xiàng)因子。通過(guò)野外踏查和室內(nèi)分析建立遙感解譯標(biāo)志。在ArcMap中將其與巖溶區(qū)邊界圖層、糾正后的SPOT5影像、谷歌地圖或天地圖等圖層進(jìn)行疊加。依據(jù)圖斑劃分條件和遙感影像上反映的色調(diào)、形狀、圖形、紋理、地域分布等特征與相應(yīng)判讀類型之間的關(guān)系。通過(guò)目視解譯、同地類歸并、圖像分割、鄰近區(qū)域縮漲等方法，使用ArcMap對(duì)巖溶區(qū)石漠化、潛在石漠化及非石漠化圖斑圖層進(jìn)行矢量化勾繪，把縣、鄉(xiāng)(鎮(zhèn))名稱、圖斑號(hào)等屬性因子填寫(xiě)完整，生成屬性數(shù)據(jù)庫(kù)［4］。

3 石漠化監(jiān)測(cè)中平板電腦的應(yīng)用

3．1 平板電腦用數(shù)據(jù)的制作

3．1．1 投影轉(zhuǎn)換?？臻g數(shù)據(jù)的來(lái)源各不相同，其空間參考也各不相同，但所有導(dǎo)入平板電腦的數(shù)據(jù)都要有統(tǒng)一的投影坐標(biāo)系。用ArcToolbox的投影轉(zhuǎn)換功能，將不同投影信息的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一轉(zhuǎn)換。

3．1．2 影像數(shù)據(jù)的壓縮及格式轉(zhuǎn)換。由于遙感影像數(shù)據(jù)量較大，難以在移動(dòng)設(shè)備上快速瀏覽，為了提高平板電腦處理遙感影像數(shù)據(jù)的功能和效率，對(duì)于分辨率高、占用系統(tǒng)資源過(guò)大的遙感影像數(shù)據(jù)采用高倍率數(shù)據(jù)壓縮算法進(jìn)行處理，且影像顯示不失真。為了在使用中不失密，需要用《全國(guó)荒漠化和沙化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)》桌面端軟件進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換。

3．1．3 數(shù)據(jù)的導(dǎo)入和導(dǎo)出。通過(guò)USB接口把區(qū)劃的石漠化圖斑數(shù)據(jù)圖層以及處理后的各種影像數(shù)據(jù)導(dǎo)入到平板電腦，并按《全國(guó)荒漠化和沙化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)》移動(dòng)端軟件所要求的相應(yīng)的文件夾存放，以便外業(yè)調(diào)查。

3．1．4 外業(yè)現(xiàn)地核實(shí)調(diào)查。在平板電腦中通過(guò)《全國(guó)荒漠化和沙化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)》移動(dòng)端軟件把室內(nèi)區(qū)劃的石漠化圖斑圖層以及各種影像數(shù)據(jù)圖層進(jìn)行疊加，到野外實(shí)地修正圖斑邊界;完善土地利用類型、巖溶土地石漠化狀況、石漠化程度、母巖、土壤、植被及地形地貌等屬性因子;選擇有代表性的區(qū)域采集GPS坐標(biāo)，作為GPS特征點(diǎn)并拍攝特征點(diǎn)所在現(xiàn)地照片以及對(duì)相應(yīng)影像圖截屏，所拍攝的照片帶有GPS坐標(biāo)信息。外業(yè)結(jié)束后，把帶有屬性因子的石漠化矢量圖層、特征點(diǎn)照片等通過(guò)USB接口從平板電腦導(dǎo)出到計(jì)算機(jī)中，進(jìn)行邏輯檢查和統(tǒng)計(jì)匯總。

4 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的檢查

將在外業(yè)修正完善后的石漠化圖斑圖層數(shù)據(jù)從平板電腦中導(dǎo)出到計(jì)算機(jī)中，用ArcCatalog軟件對(duì)此圖層建立拓?fù)?，拓?fù)涞囊?guī)則一般定義為不能重疊和不能有縫隙，在Arc-Map中進(jìn)行拓?fù)錂z查并修改錯(cuò)誤。同時(shí)，還需要根據(jù)國(guó)家林業(yè)局中南林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院編寫(xiě)的《石漠化監(jiān)測(cè)管理信息系統(tǒng)》進(jìn)行邏輯錯(cuò)誤的檢查并修改。

5 監(jiān)測(cè)成果的生成

石漠化圖斑數(shù)據(jù)在空間與屬性因子檢查無(wú)誤后，圖斑面積自動(dòng)生成，可以通過(guò)《石漠化監(jiān)測(cè)管理信息系統(tǒng)》生成各種報(bào)表;也可以把屬性因子導(dǎo)出，用Excel軟件的數(shù)據(jù)透視功能進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并利用ArcMap軟件進(jìn)行各種成果圖件的制作。

6 結(jié)論

在河南省石漠化監(jiān)測(cè)工作中，首次采用3S技術(shù)以及集成3S技術(shù)的平板電腦與地面調(diào)查相結(jié)合的技術(shù)方法，環(huán)環(huán)相扣，結(jié)合緊密。通過(guò)RS技術(shù)從遙感影像中獲取基礎(chǔ)信息，利用ArcGIS建立數(shù)據(jù)庫(kù)并對(duì)遙感影像進(jìn)行判讀區(qū)劃圖斑，利用帶有GPS功能的平板電腦進(jìn)行現(xiàn)地核實(shí)調(diào)查;再把外業(yè)調(diào)查數(shù)據(jù)導(dǎo)入到計(jì)算機(jī)，利用ArcGIS進(jìn)行拓?fù)錂z查、面積求算等。

通過(guò)集成3S技術(shù)的平板電腦和無(wú)線通訊(3G)技術(shù)的應(yīng)用，有效克服了外業(yè)調(diào)查人員攜帶地形圖、衛(wèi)片，現(xiàn)地調(diào)查中遇到的找明顯地物、對(duì)照地形過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)衛(wèi)片、地形圖和現(xiàn)地確定困難、圖斑位置區(qū)劃不準(zhǔn)確等問(wèn)題，節(jié)省了大量的人力、物力，減輕了外業(yè)調(diào)查人員勞動(dòng)強(qiáng)度，確保調(diào)查成果的真實(shí)性、地理位置的準(zhǔn)確性以及面積求算的精準(zhǔn)性，提高了石漠化監(jiān)測(cè)調(diào)查的精度和效率，實(shí)現(xiàn)了石漠化監(jiān)測(cè)調(diào)查的無(wú)紙化、高效化。

［1］巖溶地區(qū)石漠化監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)定(2011年修訂)［A］．國(guó)家林業(yè)局，2011．

［2］王曉紅，劉耀林，彭恢鉻．應(yīng)用RS和GIS技術(shù)監(jiān)測(cè)石漠化的研究［J］．中國(guó)水土保持，2006(5):47-50．

［3］黃寧輝．淺談“3S”技術(shù)在廣東省巖溶地區(qū)石漠化監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用［J］．防護(hù)林科技，2006(6):59-60．

［4］河南省巖溶地區(qū)石漠化監(jiān)測(cè)實(shí)施細(xì)則［S］．河南省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，2014．