楊菡YANG Han

（核工業(yè)華東二六七工程勘察院，九江 332000）

0 引言

在當前社會經濟持續(xù)發(fā)展的背景下，國土調查與自然資源管理的重要性日益凸顯。然而，傳統(tǒng)的調查手段在獲取全面、高效、準確的地理信息數據上存在著諸多限制。為彌補這一技術空白，本研究聚焦于基于遙感與GIS 的國土調查和自然資源調查對策，旨在探索先進的科技手段在解決實際問題中的應用。遙感技術的快速發(fā)展和GIS 空間分析方法的不斷深化為我們提供了獨特的機遇，能夠以更加高效、全面的方式獲取和分析地理信息數據，從而實現對國土及自然資源的全方位監(jiān)測和評估。本研究的動機源于傳統(tǒng)調查方法在數據獲取效率和精度方面的不足，以及在實際應用中可能面臨的挑戰(zhàn)。過去的調查手段往往受制于有限的數據源和手工處理的局限，難以滿足大范圍、高精度的調查需求。同時，對于多源、多尺度、多時相數據的整合和分析也是一個亟待解決的問題。為了有效應對這一技術瓶頸，本研究將深入研究遙感與GIS 在國土與自然資源調查中的應用，構建一套科學合理、實用高效的研究對策。在前人研究的基礎上，本研究旨在提出一種整合性的調查方法，通過充分利用遙感技術獲取多源地理信息數據，結合GIS 空間分析方法，實現對國土及自然資源的全面監(jiān)測和綜合評估。通過案例研究和實地調查驗證所提方法的可行性，進一步探討在實際應用中可能遇到的挑戰(zhàn)，并提出改進建議。

1 遙感與GIS 在國土調查與自然資源調查中的應用

1.1 遙感技術概述

遙感技術是通過獲取、記錄和解釋遠離目標的信息，而不直接接觸對象的一種手段。在國土調查和自然資源管理中，遙感技術的應用已經成為提高數據獲取效率和監(jiān)測精度的關鍵。主要包括衛(wèi)星遙感和航空遙感兩大類[1]。

衛(wèi)星遙感利用衛(wèi)星搭載的傳感器對地球表面進行觀測，廣泛應用于大范圍、全球尺度的國土與資源監(jiān)測。通過衛(wèi)星平臺，可以獲取高分辨率的多光譜、高光譜、雷達等各類傳感器數據。這些數據不僅具備全球覆蓋的特點，而且具有多時相、大幅度的觀測能力。衛(wèi)星遙感技術的原理在于通過傳感器對地表反射、輻射等信息進行探測，并將其轉化為數字化的數據，形成遙感影像。

航空遙感則是通過搭載在航空器上的傳感器對特定區(qū)域進行高分辨率、高靈敏度的監(jiān)測。相較于衛(wèi)星遙感，航空遙感具有更高的空間分辨率和數據獲取靈活性。傳感器通常包括光學相機、紅外相機、激光雷達等，通過飛行平臺獲取地面信息。遙感飛行器的高度、速度、角度等參數的精確控制對于獲取精準數據至關重要。

1.2 GIS 空間分析方法

地理信息系統(tǒng)（GIS）是一種將地理空間數據與屬性數據進行集成、分析、展示的技術系統(tǒng)。GIS 的空間分析方法主要包括空間查詢、空間統(tǒng)計、空間插值、空間模型等[2]。其模型如圖1 所示。

圖1 地理信息系統(tǒng)組成

空間查詢通過地理數據庫中的空間關系進行查詢，實現對地理對象的快速定位和檢索。這為國土調查和自然資源管理提供了空間數據的直觀展示和查詢功能，提高了數據利用的效率。

空間統(tǒng)計則通過統(tǒng)計學方法對地理現象進行分析，揭示其分布規(guī)律和相互關系。通過這種方法，可以深入了解國土和自然資源的空間特征，為決策提供科學依據。

空間插值是通過數學插值算法對有限采樣點的數據進行估算，生成連續(xù)表面。在國土調查中，這意味著可以基于有限采樣點的數據，推測整個地區(qū)的地理現象分布情況。這對于解決數據不均勻分布、缺失等問題具有重要意義。

空間模型建立地理現象的數學模型，揭示其內在規(guī)律。這包括對地理現象的空間分布、影響因素等進行建模。通過這一步驟，可以深入理解國土與自然資源的復雜關系，為更精準的決策提供支持。

1.3 多源地理信息數據獲取

多源地理信息數據獲取是基于多種遙感技術和數據源的整合應用，包括衛(wèi)星、航空、地面等多平臺數據的融合。衛(wèi)星遙感數據具有全球性的優(yōu)勢，其涵蓋的光譜范圍廣泛，包括可見光、紅外、雷達等多個波段。衛(wèi)星傳感器通過對地表反射、輻射等信息的感知，生成遙感影像。這些影像廣泛應用于大范圍的國土監(jiān)測，例如土地利用、植被覆蓋等。航空遙感則提供了更高分辨率的數據，特別適用于小范圍區(qū)域的監(jiān)測。通過搭載在航空平臺上的傳感器，航空遙感系統(tǒng)可以獲取地表的高分辨率影像，能夠捕捉到更為細致的地理信息，如城市建筑結構、農田布局等。地面觀測與調查是多源數據獲取中不可或缺的一環(huán)。通過在地面設置傳感器、監(jiān)測站等設備，獲取實時數據，對衛(wèi)星和航空遙感數據進行驗證和校正，提高整體數據的精度。地面觀測還可以獲得一些衛(wèi)星和航空遙感無法獲取的數據，如土壤質地、植被指數等，為綜合分析提供更為詳盡的信息。

多源地理信息數據的整合應用，使研究能夠在全球尺度和局部尺度上兼顧數據的廣度和精度。通過衛(wèi)星、航空和地面觀測等多平臺數據的融合，可以實現對國土與自然資源更為全面、深入的監(jiān)測與評估。

2 基于遙感與GIS 的國土調查和自然資源調查對策

2.1 調查方法與步驟

國土調查和自然資源管理的有效實施離不開科學合理的調查方法與步驟。本研究基于遙感與GIS 的綜合技術，提出了一套系統(tǒng)性的調查方法，旨在充分發(fā)揮遙感和GIS 在國土與自然資源調查中的優(yōu)勢。

調查方法的第一步是數據預處理。這一階段涉及到衛(wèi)星和航空遙感數據的獲取與整理，包括數據格式轉換、鑲嵌處理、大氣校正等。通過這一步驟，可以確保原始數據的準確性和可用性。第二步是影像解譯和分類。利用遙感影像，通過目視解譯或機器學習等方法，將地表覆蓋物進行分類，如建筑、植被、水體等。這一步驟為后續(xù)的空間分析提供了基礎數據。第三步是GIS 數據處理。將遙感解譯結果與其他地理數據進行整合，建立空間數據庫。通過GIS工具進行數據疊加、關系分析等操作，獲取更加綜合的地理信息。調查方法的第四步是結果驗證。通過實地考察、采樣和與現有地面觀測數據的對比，對遙感和GIS 生成的地理信息進行驗證，提高數據的可信度。

2.2 空間監(jiān)測與綜合評估

2.2.1 基于遙感的國土監(jiān)測

在國土調查中，基于遙感的國土監(jiān)測是通過獲取高時空分辨率的衛(wèi)星遙感數據，實現對國土資源的動態(tài)監(jiān)測。這一過程中，可以采用時間序列分析方法，監(jiān)測土地覆蓋的變化趨勢。通過對多時相影像的疊加與比對，可以識別土地利用類型的變化，包括城市擴張、農田變化等[3]。遙感技術還能檢測土地的質地、植被狀況，為國土規(guī)劃與管理提供詳實的信息。

2.2.2 自然資源綜合評估

在自然資源調查中，綜合評估包括植被覆蓋度評估、水資源分布評估、土地類型分布評估等多方面內容。

植被覆蓋度評估：利用高光譜和多光譜遙感影像，采用植被指數（如NDVI）等指標進行植被覆蓋度的評估[4]。這一評估方法不僅能夠定量反映植被的生長狀況，還能分析植被的空間分布格局。

水資源分布評估：通過遙感影像和地面觀測數據，識別水體分布、水質狀況，并結合GIS 進行空間分析，實現水資源的動態(tài)監(jiān)測。這有助于發(fā)現水體變化、水質污染等問題。

土地類型分布評估：利用遙感和GIS 技術，對土地類型進行監(jiān)測和分類。通過空間分析，可以得知土地利用的結構，包括農田、林地、草地等的分布情況，為土地資源的科學管理提供依據。

通過這些空間監(jiān)測與綜合評估的方法，可以全面了解國土和自然資源的狀況，為決策者提供科學的、綜合的數據支持。

2.3 案例研究驗證

研究選取了位于中國西南部的“梅花山自然保護區(qū)”作為案例研究對象。該自然保護區(qū)地處高海拔地區(qū)，具有豐富的生物多樣性和獨特的生態(tài)環(huán)境。然而，由于長期的人為活動和氣候變化等因素，該地區(qū)的生態(tài)環(huán)境受到了一定的影響，因此需要進行科學的國土調查和自然資源監(jiān)測。

在調查方法與步驟中，利用高分辨率的衛(wèi)星影像對梅花山自然保護區(qū)進行了全覆蓋的遙感監(jiān)測。通過數據預處理，包括鑲嵌處理和大氣校正，我們獲得了高質量的遙感影像。接著，我們進行了影像解譯和分類，通過機器學習算法對植被、水體、裸地等進行了準確的分類。這為后續(xù)的GIS 數據處理提供了詳實的基礎數據。在GIS 數據處理階段，我們將遙感解譯結果與現有的地理數據進行整合，建立了包括植被覆蓋、土地利用結構、水體分布等信息的空間數據庫。這一步驟使得我們能夠從多個維度全面理解梅花山自然保護區(qū)的地理特征。

通過空間監(jiān)測與綜合評估，對梅花山自然保護區(qū)進行了深入的研究。在基于遙感的國土監(jiān)測中，采用了時間序列分析方法，對多時相影像進行比對，發(fā)現梅花山地區(qū)近年來植被覆蓋度逐漸增加，尤其是在自然保護區(qū)邊緣的農田得到有效的恢復。這為當地生態(tài)環(huán)境的改善提供了直觀的證據。

在自然資源綜合評估中，以植被覆蓋度、水資源分布和土地類型為重點進行了分析。我們通過遙感數據和地面觀測數據相結合，驗證了植被指數的準確性，并通過GIS空間分析揭示了梅花山自然保護區(qū)水資源的分布格局。同時，通過土地類型的監(jiān)測，識別了自然保護區(qū)內不同土地利用類型的分布狀況，為保護區(qū)的土地資源管理提供了科學依據。

3 研究結果與討論

3.1 調查方法效果分析

通過實驗得到如表1 所示具體數據。

表1 調查方法效果數據

從表1 中數據可以看出，梅花山自然保護區(qū)的植被覆蓋度在過去的六年里持續(xù)增加，由2015 年的65%上升到2021 年的75%。這反映了該區(qū)域生態(tài)環(huán)境的改善和植被生長的積極趨勢。分析農田面積和森林覆蓋的變化，可以看到農田面積逐年減少，而森林覆蓋在增加。這表明梅花山地區(qū)農業(yè)活動有所減少，可能是由于環(huán)保政策的推動，致使植被得到有效保護。水體面積的變化相對較小，但也呈現出穩(wěn)步增加的趨勢。這可能反映了梅花山地區(qū)水資源的有效保護和管理。

通過以上數據的分析，可以得出基于遙感與GIS 的國土調查和自然資源調查對策在梅花山自然保護區(qū)的實際應用中取得了顯著的成效。植被覆蓋度的提升、農田面積的減少、水體面積的增加等數據變化反映了該調查方法在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測和資源管理方面的積極作用。這些數據為進一步推廣和應用這一調查方法提供了可靠的實證支持。

3.2 實用性與準確性驗證

為了驗證基于遙感與GIS 的國土調查和自然資源調查對策的實用性與準確性，進行了實地考察，設置了多個驗證點，利用現場調查數據對遙感解譯結果進行驗證，包括植被類型、土地利用等。實驗選擇了生產者精度、用戶精度、Kappa 系數等指標，對遙感解譯結果的準確性進行評價。這些指標可以客觀地反映遙感數據在實地驗證中的表現。得到具體實驗數據如表2。

表2 實用性與準確性驗證數據

生產者精度：在點1、點2 和點3 的驗證中，生產者精度均在88%以上，最高達95%。這說明遙感解譯結果對于實際植被類型的識別有著很高的準確性，能夠較好地反映植被的真實分布情況。

用戶精度：用戶精度在點1、點2 和點3 的驗證中也表現出色，均在90%以上，最高達94%。這表示遙感解譯結果對于用戶來說，提供了較為可靠的地表覆蓋信息，用戶能夠較準確地理解遙感解譯的植被類型。

Kappa 系數：Kappa 系數是對生產者精度和用戶精度的調和評價，其值在0 到1 之間，值越高表示解譯結果與實際情況的一致性越好。在梅花山自然保護區(qū)的驗證中，Kappa 系數達到了0.92，說明遙感解譯結果與實際植被類型之間的一致性非常高。

通過對驗證點的生產者精度、用戶精度和Kappa 系數的詳細分析，得出基于遙感與GIS 的國土調查和自然資源調查對策在實際應用中表現出較高的準確性。準確度評價的多個指標均表明，遙感解譯結果與實際情況高度一致，驗證了該調查方法的可靠性。這一驗證為該方法在實際應用中的推廣提供了有力的支持，并強調了其在實際調查中的實用性。

4 結語

本研究通過基于遙感與GIS 的國土調查和自然資源調查對策，以梅花山自然保護區(qū)為例，深入探討了該方法在實際應用中的可行性和效果。通過多源地理信息數據的綜合應用，成功監(jiān)測了梅花山地區(qū)的植被覆蓋、土地利用結構和水體分布等關鍵信息，驗證了該調查方法在國土與自然資源管理方面的實用性。實地驗證數據和多項準確性評價指標的高水平一致性，為所提出的調查方法提供了有力的實證支持。研究結果表明，遙感與GIS 技術的綜合應用為國土調查和自然資源管理提供了高效、精準的工具，填補了以往技術手段所無法解決的問題，為科學決策提供了全面的數據支持。