摘 要：利用遙感和地理信息系統(tǒng)技術(shù)分析了衛(wèi)星遙感影像的各種地物影像特征信息，采用直接判讀法與綜合分析法相結(jié)合的解譯方法，對(duì)海城市的土地利用類型地表信息進(jìn)行了綜合解譯。實(shí)現(xiàn)了海城地表信息的分類查詢、面積計(jì)算、專題圖制作等功能。該成果為分析海城市的土地利用、水土流失等動(dòng)態(tài)變化提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：土地利用；解譯；遙感影像；Arc View

中圖分類號(hào)：S127 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20160332073

1 前言

Arc View是由ESRI（美國(guó)環(huán)境系統(tǒng)研究所）公司研發(fā)能夠提供使用者對(duì)地理信息系統(tǒng)（GIS）進(jìn)行組織管理、顯示、存儲(chǔ)、編輯、修改、查詢、分析等，并提供交互式制圖功能的CIS軟件。該軟件為用戶提供了一個(gè)簡(jiǎn)便有效使用地理數(shù)據(jù)的方法，是目前最為常用的GIS初級(jí)桌面軟件之一。利用其大量的符號(hào)和強(qiáng)大的地圖功能，用戶能夠方便地創(chuàng)建高質(zhì)量地圖。Arc View主要技術(shù)特點(diǎn)體現(xiàn)在其面向?qū)ο?、?shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)管理方便及具有空間分析的功能[1]。遙感（RS）作為一條取得實(shí)時(shí)地理信息和建立其數(shù)據(jù)庫(kù)的高效途徑，為GIS提供了實(shí)時(shí)、直觀、準(zhǔn)確的地理信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，是GIS重要信息源之一，此外RS獲取的信息資源需要借助于GIS加以科學(xué)管理和有效利用[2]。本研究以海城市2005年的衛(wèi)星遙感映像為數(shù)據(jù)源，利用GPS建立用于解譯的實(shí)地標(biāo)志地物并進(jìn)行野外現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)，以ArcView3.2為主要工具，對(duì)海城市的地表信息加以提取，實(shí)現(xiàn)了海城市地表信息的分類查詢、面積計(jì)算、專題圖制作等功能。

2 研究區(qū)概況

海城市位于遼寧省南部，處于遼東半島與內(nèi)陸的連接地帶，東接本溪及邊城丹東，北靠鋼都鞍山和省會(huì)沈陽(yáng)，西依油城盤錦，南鄰港口城市營(yíng)口和大連。地處E122°18′～123°08′，N40°29′～41°11′之間。東西長(zhǎng)80km，南北寬44km。海城全境面積為2732km2。海城市地貌復(fù)雜，全市范圍內(nèi)東南高、西北低，由東向南向西北傾斜，地貌類型有洼地、平原、丘陵、山地。海城市東部為丘陵山地區(qū)，海拔在60～500m之間；西部主要為平原，由最高海拔60m呈緩坡逐漸綿延至太子河、渾河平原。

3 基于3S技術(shù)的海城市地表信息提取

3.1 地表信息提取準(zhǔn)備

3.1.1 基礎(chǔ)資料的準(zhǔn)備

本研究所用的基本資料有：衛(wèi)星遙感獲取的2005年海城陸地衛(wèi)星影像，行政界限圖、水系圖、海城地區(qū)的相關(guān)調(diào)查資料，比例尺較大的紙質(zhì)地圖。對(duì)海城地表具體信息進(jìn)行人工現(xiàn)場(chǎng)勘查，利用手持GPS接收機(jī)對(duì)不同地表進(jìn)行點(diǎn)位標(biāo)定，并記錄標(biāo)定點(diǎn)的經(jīng)度、緯度及周圍自然特征，利用相機(jī)拍攝其周圍地物，將點(diǎn)位編號(hào)與所拍攝照片一一對(duì)應(yīng)。在標(biāo)定點(diǎn)位中，應(yīng)有目的性選擇典型的地物。

3.1.2 解譯方法的選取

影像解譯也稱判讀或判釋，是從遙感影像中提取各種信息的基本過(guò)程。實(shí)際運(yùn)用中主要采用直接判讀法、相關(guān)分析法、分層分析法、綜合分析法4種方法[3]。本次探討運(yùn)用了直接判讀法并結(jié)合綜合分析法進(jìn)行解譯。因?yàn)橹苯优凶x法簡(jiǎn)單省時(shí)、便于操作，綜合分析法則會(huì)提高信息判讀提取精度和準(zhǔn)確度，兩者結(jié)合可以使地表信息判讀簡(jiǎn)單方便，減少工作量，提高解譯精度。直接判讀法是依據(jù)地表類型特征在遙感影像上的不同顯示特點(diǎn)而建立直接解譯標(biāo)志[4]。綜合分析法就是綜合遙感數(shù)據(jù)、地形圖、歷史調(diào)查資料、現(xiàn)場(chǎng)圖片資料以及實(shí)地走訪調(diào)查資料，利用地理地圖學(xué)、林學(xué)、生態(tài)生物學(xué)等有關(guān)專業(yè)知識(shí)進(jìn)行綜合判別分析，結(jié)合遙感與非遙感信息，通過(guò)綜合對(duì)照分析，來(lái)確定不同類型地表屬性特點(diǎn)及邊界。

3.1.3 解譯標(biāo)志的建立

3.1.3.1 海城地表分類系統(tǒng)建立

建立地表信息分類系統(tǒng)是本研究的關(guān)鍵步驟，它對(duì)遙感影像的處理、判讀和成品地圖的繪制均有重要影響。土地類型分類以“全國(guó)土地利用分類系統(tǒng)”標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)框架結(jié)合海城區(qū)域具體情況及相關(guān)資料，建立了海城地表信息分類判讀代碼，具體劃分為林地、草地、水域、城鎮(zhèn)農(nóng)村居民地、建設(shè)用地、沼澤、裸巖礫地、水田、旱地等幾大類。海城市地表土地分類解譯代碼如表1所示。

3.1.3.2 直接判讀法建立解譯標(biāo)志

在遙感影像判釋時(shí)，利用解譯標(biāo)志來(lái)表現(xiàn)不同的遙感影像特征。建立解譯標(biāo)志對(duì)準(zhǔn)確判釋地表信息、提高區(qū)域劃分準(zhǔn)確度尤為關(guān)鍵，它可以更大程度地縮小現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的工作時(shí)間和強(qiáng)度，從而提高信息提取效率。判讀時(shí)，根據(jù)遙感影像顯示特性，即區(qū)域大小、形狀、陰影、顏色、色調(diào)、圖案、紋理及邊界、位置及布局建立海城地區(qū)主要地表土地類型解譯標(biāo)志，如表2所示。

3.1.3.3 通過(guò)GPS建立解譯標(biāo)志

為了使對(duì)海城市土地利用類型的判讀結(jié)果更準(zhǔn)確，利用手持GPS接收機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)查資料，選取不同的地表特征中具有代表性的8個(gè)標(biāo)定點(diǎn)及對(duì)應(yīng)的照片，利用菜單中Project命令將其變換成統(tǒng)一識(shí)別的等面積割圓錐投影坐標(biāo)系統(tǒng)[5]，然后再轉(zhuǎn)化成能夠被ArcView3.2識(shí)別的COVER點(diǎn)文件，最后將其覆蓋在遙感影像數(shù)據(jù)層上，作為輔助的解譯標(biāo)志。

3.2 基于Arc View 3.2遙感影像解譯過(guò)程

在Arc View 3.2軟件系統(tǒng)中，通過(guò)添加遙感圖像操作將其調(diào)入作為底層基礎(chǔ)信息圖，利用遙感以形象的特征，結(jié)合其他相關(guān)各類非遙感信息數(shù)據(jù)，利用地理學(xué)、生態(tài)學(xué)相關(guān)知識(shí)，進(jìn)行由表及里、由此及彼、去偽存真的綜合分析和邏輯推理的方法判別土地類型，利用操作鼠標(biāo)直接細(xì)致而準(zhǔn)確地勾畫(huà)出相同影像特征斑塊的輪廓邊緣作為土地類型邊界線，同時(shí)標(biāo)上系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)識(shí)別點(diǎn)位，依據(jù)已確定的解譯標(biāo)志，編輯輸入相應(yīng)屬性，建立遙感影像屬性數(shù)據(jù)庫(kù)。本研究歷時(shí)約2個(gè)月，共勾畫(huà)了3888個(gè)土地利用斑塊。

Arc View 3.2軟件系統(tǒng)中設(shè)定了3種不同的操作圖層：Point、Line與Polygon，用來(lái)分別繪制類型代碼等點(diǎn)狀標(biāo)注，公路、鐵路、河流等線狀要素，草原、坑塘湖泊等面狀要素。上述各個(gè)圖層都是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的視圖專題，即Shape file文件。本研究中，由于不同土地利用類型斑塊界線關(guān)系復(fù)雜、形式多樣，在繪制輪廓時(shí)不能連續(xù)操作完成。鑒于上述原因?yàn)榉奖惆邏K輪廓的繪制，對(duì)多邊形要素的繪制也設(shè)置為L(zhǎng)ine圖層來(lái)表達(dá)[6]。

3.3 解譯成果的驗(yàn)證

為了驗(yàn)證解譯結(jié)果精確性，初步判讀完成后，利用GPS手持機(jī)去現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地驗(yàn)證。隨機(jī)定位若干驗(yàn)證點(diǎn)，并記錄了各點(diǎn)的經(jīng)、緯度及其周圍的地形地貌特征。然后將其轉(zhuǎn)成Arc View 3.2解譯遙感影像時(shí)所設(shè)置的坐標(biāo)系統(tǒng)，并進(jìn)行配準(zhǔn)，再將配準(zhǔn)后文件疊加在影像判讀后的圖層上，檢驗(yàn)驗(yàn)證點(diǎn)的屬性特征是否與對(duì)應(yīng)位置解譯屬性相同，若相同則說(shuō)明判讀準(zhǔn)確，不同則需修正[7]。本研究的解譯成果見(jiàn)圖1。

3.4 地表信息查詢

3.4.1 屬性查詢

以Arc View 3.2為操作平臺(tái)，利用已建立的海城地表信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)不同圖層（點(diǎn)、線、面）和解譯區(qū)域范圍內(nèi)不同地物屬性進(jìn)行查詢操作。例如可以根據(jù)某類地物的位置而查詢其對(duì)應(yīng)的屬性信息，也可根據(jù)特定的屬性查詢對(duì)應(yīng)的地物在域內(nèi)的分布情況等。激活海城土地利用主題，鼠標(biāo)單擊“Identify（查詢）”命令對(duì)需要查詢的點(diǎn)、線、圖斑等對(duì)應(yīng)屬性信息進(jìn)行查詢操作。鼠標(biāo)在“Identify”命令下單擊查詢點(diǎn)、線、圖斑等地物時(shí)，會(huì)以彈出對(duì)話框的形式給出該地物所對(duì)應(yīng)的土地利用類型名稱、編碼和面積等信息，并且能夠調(diào)出該地物所對(duì)應(yīng)的地貌特征信息及圖片，查詢區(qū)域以高亮度顯示。該系統(tǒng)能夠使使用者方便快捷直觀地獲得研究區(qū)域內(nèi)的各種地理信息，進(jìn)而提高相應(yīng)工作效率。

3.4.2 建立熱鏈接查詢信息

利用Arc View 3.2軟件提取海城地表信息后，建立了相應(yīng)的圖形及屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，并通過(guò)建立熱連接來(lái)查詢對(duì)應(yīng)圖片信息。這樣不僅生動(dòng)而且更加直觀。例如：首先鼠標(biāo)單擊 “點(diǎn)圖層”使其處于激活狀態(tài)，打開(kāi)與“點(diǎn)對(duì)象”所對(duì)應(yīng)的屬性信息表，選擇菜單中“Start edit”命令。再通過(guò)“Theme properties”將點(diǎn)對(duì)象鏈接到圖片。再建立一個(gè)字段寫(xiě)入對(duì)應(yīng)圖片路徑然后保存。運(yùn)行Arc View，就可通過(guò)點(diǎn)擊“hot link”命令查詢相應(yīng)點(diǎn)的圖片信息。通過(guò)熱連接建立的某點(diǎn)數(shù)碼信息查詢見(jiàn)圖2。

3.4.3 面積計(jì)算

利用Arc View 3.2軟件統(tǒng)計(jì)生成了海城市不同地類面積匯總數(shù)據(jù)，根據(jù)其相應(yīng)類型的屬性得出面積數(shù)據(jù)及匯總。根據(jù)面積統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)而分析海城市的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)、土地利用現(xiàn)狀、水土流失狀況等。比如想要知道研究區(qū)林地的總面積，可進(jìn)行如下操作：?jiǎn)螕敉恋乩弥黝}使之處于當(dāng)前狀態(tài)，在工具欄中選擇“Open theme table”命令，打開(kāi)屬性表。點(diǎn)擊“Query Builder”命令，出現(xiàn)條件統(tǒng)計(jì)對(duì)話框，雙擊“Landhe_id”字段然后點(diǎn)“=”再雙擊“21”ID代碼，點(diǎn)“OK”就能夠篩選出區(qū)內(nèi)所有林地記錄。然后在“Field”菜單下選“Calculate”命令，在對(duì)話框中單擊“Shape”輸入“.returnarea”計(jì)算式得出所選地塊面積。再在“Field”菜單下選“Statistics”命令得出林地面積匯總。

通過(guò)同樣的操作形成土地利用類型面積匯總表見(jiàn)表3。通過(guò)數(shù)據(jù)分析，得出了海城市土地利用定量數(shù)據(jù)，如海城市森林覆蓋率為21.7%。該數(shù)據(jù)為海城市土地管理部門優(yōu)化配置土地資源提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3.4.4 繪制專題地圖

通過(guò)Arc View 3.2的圖版功能可以繪制“專題地圖”，首先單擊圖版窗口，設(shè)置成品圖所需格式，加入土地利用圖層數(shù)據(jù)，設(shè)置指向標(biāo)、圖例等完成專題地圖繪制。專題地圖能夠直觀地展現(xiàn)海城市土地利用類型現(xiàn)狀，為海城市土地管理提供地圖數(shù)據(jù)庫(kù)資料。海城市土地利用類型專題地圖見(jiàn)圖3。

4 結(jié)論

本文基于3S技術(shù)對(duì)海城市的高空間分辨率衛(wèi)星影像進(jìn)行了地表信息的提取，主要采用了直接判讀法與綜合分析法相結(jié)合的解譯方法。結(jié)果表明，該方法充分發(fā)揮了專家的經(jīng)驗(yàn)，又利用計(jì)算機(jī)自動(dòng)分類方法的一些優(yōu)點(diǎn)。但這種判讀方式也存在著一些缺點(diǎn)，比如耗費(fèi)時(shí)間精力等。因此為實(shí)現(xiàn)高空間分辨率遙感影像的全自動(dòng)智能、高精度判譯，還需要積極的探索與研究。

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作者簡(jiǎn)介：陳東（1984-），男，遼寧沈陽(yáng)人。工程師，主要從事水土保持及3S技術(shù)應(yīng)用。