肖 禹 ， 周 寧

（1.唐山市曹妃甸區(qū)自然資源和規(guī)劃局，河北 唐山 063210；2.江西省地質(zhì)局地理信息工程大隊，江西 南昌 330001）

現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展速度的提升，使得各地基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)對于耕地資源的需求量呈現(xiàn)一種增加趨勢，按照《中華人民共和國土地管理法》第30條的規(guī)定，非農(nóng)業(yè)建設(shè)經(jīng)批準占用耕地的，按照“占多少，墾多少”的原則，由占用耕地的單位負責(zé)開墾與所占用耕地的數(shù)量和質(zhì)量相當(dāng)?shù)母?。因此，補充耕地是一項十分重要的工作，如何在此過程中，找尋更多的耕地后備資源，保證建設(shè)用地的平衡性，成為土地資源管理與相關(guān)單位亟需解決的問題[1]。為全面落實耕地補償工作，本研究引進GIS技術(shù)與遙感技術(shù)，以某地區(qū)為例，開展耕地后補資源調(diào)查工作的研究，試圖通過此種方式，給予后備資源的連續(xù)性保障。

1 遙感技術(shù)與GIS技術(shù)

1.1 遙感技術(shù)

遙感技術(shù)以電磁波理論作為支撐，輔助多種傳感器設(shè)備的使用，根據(jù)探測目標反饋的電磁波信號，對其進行綜合收集、整理、針對性處理，從而形成完整的遙感圖像[2-4]。基于此種方式，實現(xiàn)對地表不同景物與事物的精準探測與識別。與此同時，應(yīng)正確認知，在一個相同的光譜感知區(qū)域內(nèi)，不同的物體對于光譜的感知能力是不同的，即便是相同的物體，他們在不同的區(qū)域內(nèi)或在不同的場景中，也會由于反射光線不同，產(chǎn)生光譜吸收程序差異的現(xiàn)象[4-6]。通常情況下，遙感技術(shù)的有效波段為紅色光、紅外光與綠色光，綠色光段主要用于地下水環(huán)境中事物的探測以及外界環(huán)境中巖體、土壤、地質(zhì)層等特性的綜合分析，紅色光段主要用于探測植被生長情況、事物變化及其規(guī)律的挖掘、水體污染特性等，紅外線光段主要用于探測礦產(chǎn)資源與土地資源。因此，紅外光段更加適用于本研究提出的耕地后備資源調(diào)查需要。

1.2 GIS技術(shù)

GIS技術(shù)屬于一種具有多學(xué)科、多專業(yè)交叉優(yōu)勢的技術(shù)。在應(yīng)用中，可將地理空間信息作為基礎(chǔ)，利用此方面信息，建立標準化的地理結(jié)構(gòu)模型，通過對模型中地理空間與動態(tài)信息的更新，實現(xiàn)為地質(zhì)研究與地質(zhì)資源調(diào)查提供一種計算機專項服務(wù)[7-10]。此項技術(shù)在應(yīng)用中的具體功能是將模型中的表格數(shù)據(jù)（表格中數(shù)據(jù)可以來自源端，也可以來自數(shù)據(jù)庫或電子程序）通過計算機處理，轉(zhuǎn)換成圖像進行顯示，并采用對圖像的集中分析、操作、瀏覽，實現(xiàn)對地質(zhì)環(huán)境與地理資源的更新?；诤暧^角度分析，GIS技術(shù)是一項較為特殊的數(shù)據(jù)空間系統(tǒng)，在多功能硬件設(shè)備與完善的編譯程序的支撐下，可以實現(xiàn)對地理數(shù)據(jù)進行專項采集、處理、存儲、管理、分析與描述。

2 基于遙感和GIS技術(shù)的某地區(qū)耕地后備資源調(diào)查

2.1 數(shù)據(jù)源選擇

為實現(xiàn)對某地區(qū)后備資源的合理調(diào)查，以遙感技術(shù)和GIS技術(shù)作為基礎(chǔ)，應(yīng)用假彩色合成的方法，生成對應(yīng)區(qū)域內(nèi)的影像圖。同時，選擇將按照1∶10 000比例生成的土地利用現(xiàn)狀圖以及該地區(qū)所屬行政區(qū)域的劃分圖作為輔助條件，將上述所有圖像作為耕地后備資源調(diào)查的數(shù)據(jù)源。除此之外，在項目開展的初期階段，還需要與自然資源、農(nóng)業(yè)、交通等相關(guān)部門溝通，獲取相關(guān)資料，以此確保在圖件、數(shù)據(jù)和文字三個方面都具備豐富的數(shù)據(jù)資源，確保后續(xù)各項調(diào)查工作順利開展。針對獲取到的各類電子檔案資料數(shù)據(jù)信息，按照獲取時間的先后順序進行整理，并為后續(xù)工作提供準備。針對各類紙質(zhì)資料數(shù)據(jù)，需要對其進行數(shù)字矢量化處理。在充分遵循紙質(zhì)圖數(shù)字化技術(shù)規(guī)范的基礎(chǔ)上，利用空間數(shù)據(jù)與柵格圖、矢量數(shù)據(jù)相結(jié)合的方式進行轉(zhuǎn)換。將上一次該地區(qū)耕地后備資源作為基礎(chǔ)，結(jié)合獲取到的各項資料，初步確定該地區(qū)耕地后備資源的具體分布情況，并確定后續(xù)工作開展的各項調(diào)查區(qū)域以及具體路線。具體而言，結(jié)合土地利用現(xiàn)狀圖進行對比分析，將區(qū)域范圍內(nèi)所有坡度角在25°以下的非耕地圖斑去除，同時去除的圖像還包括自然坡度角為5級的區(qū)域圖像、復(fù)墾后備資源當(dāng)中面積未超過300 m2的獨立圖斑、林業(yè)部門規(guī)劃的生態(tài)公益林區(qū)域圖像等。

2.2 耕地后備資源類型劃分

在完成對數(shù)據(jù)源的選擇后，針對各類耕地后備資源類型進行劃分。首先，針對灘涂區(qū)域的耕地后備資源進行劃分。通常情況下，灘涂區(qū)域內(nèi)的墾殖指數(shù)較高，但在耕地后備資源占比較低，并且容易出現(xiàn)各類災(zāi)害問題。若在灘涂區(qū)域范圍內(nèi)建設(shè)水庫，則在汛期灘涂水流量將會得到有效控制，其面積也會發(fā)生一定改變，進而形成適宜開墾和種植的區(qū)域。灘涂區(qū)域又可以分為新灘和舊灘兩種，舊灘的表面更加平坦，而且將其作為耕地在開墾莊稼時行壟分布更加整齊，周圍常常會有供居民居住的房屋等其他建筑物。而上述舊灘的特點在新灘上并不常見。在遙感圖像上其分布的位置通常會與周圍河流的走向平行，并且大多集中在河流灘區(qū)內(nèi)部。隨后，依次依據(jù)不同地類特征對其他各類耕地后備資源類型進行劃分。

2.3 基于遙感和GIS技術(shù)的圖像解譯

2.3.1調(diào)查工作流程

在完成對耕地后備資源的類型劃分后，引入遙感和GIS技術(shù)，對獲取到的遙感圖像進行全面解釋。選擇將獲取到的遙感影像作為信息源，結(jié)合人機交互的RS完成對信息的采集。具體而言，在調(diào)查過程中，需要完成對遙感圖像的處理、地形圖數(shù)字化處理、影像幾何校正等工作，其調(diào)查工作流程示意圖如圖1所示。

圖1 基于遙感和GIS技術(shù)的調(diào)查工作流程示意圖

按照圖1所示的流程完成對調(diào)查區(qū)域內(nèi)所有耕地后備資源的調(diào)查。在調(diào)查過程中，要準確詳實地對調(diào)查地區(qū)耕地后備資源的特征信息進行記錄，以此來反映區(qū)域內(nèi)地貌具體數(shù)值特征。以圖像當(dāng)中地貌坡面的傾斜程度為例，利用數(shù)值分析法對其進行量化處理。假設(shè)某一地貌坡面的坡度為s，則其在東西方向或南北方向上的高程變化率可用如下公式計算得出：

式中，S為總高程變化率；fx為東西方向變化率；fy為南北方向變化率。在公式（1）的基礎(chǔ)上，構(gòu)建一個規(guī)格為3×3的局部移動窗口，如圖2所示。

圖2 3×3規(guī)格局部移動窗口示意圖

在圖2所示的窗口上完成對地貌坡面高程變化率數(shù)據(jù)的導(dǎo)入，在實際應(yīng)用中還需要考慮到地貌在描述過程中的尺度效應(yīng)問題以及不確定性問題，選擇合理的尺度完成對DEM坡度信息的提取，完成對耕地后備資源區(qū)域的調(diào)查工作。

2.3.2數(shù)字化配準

對遙感衛(wèi)星圖像與地形圖進行配準，具備準確精度的遙感圖像和具備準確精度的柵格地形圖像能夠?qū)崿F(xiàn)完全重疊，在配準時可選擇在MapInfo軟件當(dāng)中以打開表的方式將柵格地形圖像打開。若第一次將該圖像打開，則此時MapInfo軟件會彈出提示窗口詢問是否需要配準，此時用鼠標點擊配準按鈕，再進入到配準圖像對話框當(dāng)中，通過投影和設(shè)置坐標系等方式實現(xiàn)遙感圖像與柵格地形圖像的配準。針對已經(jīng)完成校正的柵格地形圖，將其作為參考文件，將完成校正后的遙感衛(wèi)星圖像作為校正文件，在保持控制點數(shù)量不變的條件下，執(zhí)行配準操作。

2.3.3核實修正

為了進一步提高最終調(diào)查結(jié)果的可靠性，還需要對獲取的調(diào)查結(jié)果進行核實修正，將從地類圖當(dāng)中解釋出的信息與按照安全標準劃分的地類圖信息進行比較，再經(jīng)過實地調(diào)查驗證的方式確定不同耕地后備資源的位置、范圍，在確保調(diào)查結(jié)果準確無誤后匯總，并對總面積進行統(tǒng)計。

2.4 調(diào)查結(jié)果分析

通過上述操作得到耕地后備資源信息后，為提高信息的利用價值，還需要對調(diào)查結(jié)果進行分析，并將得到的遙感解釋結(jié)果與比例為1∶10 000的電子地圖套合處理，在圖像上能夠清晰地顯示出該地區(qū)耕地后備資源的具體面積和位置。按照這一流程將需要調(diào)查的所有區(qū)域內(nèi)防洪預(yù)案流量進行數(shù)字化模擬顯示，并在比例為1∶10 000的電子地圖上疊加顯示。再結(jié)合實地踏勘得到的調(diào)查結(jié)果，分析該區(qū)域當(dāng)前開發(fā)和利用的耕地資源以及后續(xù)可以開發(fā)利用的資源，最終確定各類別下資源的面積，將其匯總作為最終的耕地后備資源調(diào)查結(jié)果。

3 對比分析

為證明設(shè)計的調(diào)查方法具有較強的實用性，在完成對此方法的理論設(shè)計后，通過對比實驗，對此方法進行檢驗。實驗前，對調(diào)查區(qū)域進行初步地質(zhì)勘查，整理勘查結(jié)果，整理成表格，某黃河灘區(qū)基本情況概述如表1所示。

表1 某黃河灘區(qū)基本情況概述

分別使用本研究設(shè)計的調(diào)查方法與傳統(tǒng)調(diào)查方法，對所選的地區(qū)展開后備資源調(diào)查工作，將調(diào)查數(shù)據(jù)呈現(xiàn)結(jié)果的完整度與所獲取遙感地質(zhì)圖像的分辨率作為此次對比實驗的關(guān)鍵評價指標。整理此次對比實驗的結(jié)果，如表2、圖3所示。

表2 本文調(diào)查方法與傳統(tǒng)調(diào)查方法調(diào)查數(shù)據(jù)呈現(xiàn)結(jié)果的完整度對比

圖3 本文調(diào)查方法與傳統(tǒng)調(diào)查方法所獲取遙感地質(zhì)圖像的分辨率對比

在此基礎(chǔ)上，整理對應(yīng)區(qū)域獲取遙感影像的分辨率，隨機截取某段地質(zhì)調(diào)查影像，將其分辨率以連續(xù)曲線呈現(xiàn)在顯示端，如圖3所示。

從上述實驗結(jié)果可以看出，本次設(shè)計研究的調(diào)查技術(shù)在實際應(yīng)用中，無論是所獲取遙感地質(zhì)圖像的分辨率適宜度，還是調(diào)查數(shù)據(jù)呈現(xiàn)結(jié)果的完整度，都優(yōu)于傳統(tǒng)方法。

4 結(jié)語

綜上所述，本研究以某地區(qū)為例，引進GIS技術(shù)與遙感技術(shù)，開展耕地后補資源調(diào)查工作的研究。對比實驗結(jié)果表明，此次設(shè)計研究的方法在實際地質(zhì)調(diào)查應(yīng)用中的優(yōu)勢更突出，可以起到提升所獲取遙感地質(zhì)圖像分辨率適宜度、提高調(diào)查數(shù)據(jù)呈現(xiàn)結(jié)果完整度的作用，有利于實現(xiàn)對耕地保護工作的全面優(yōu)化，從而提高耕地質(zhì)量與土地資源市場價值。