MAPGIS在土地利用類型遙感動態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用.doc

中 國 農(nóng) 業(yè) 資 源 與 區(qū) 劃Journal of China Agricult ural Resources and Regio nal PlanningVol122 ,No16 ,pp45248December , 2001第 2 2 卷 , 第 6 期2 0 0 1 年 1 2 月技術(shù)方法MAP GIS 在土地利用類型遙感動態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用 3江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院南京農(nóng)業(yè)遙感分中心陜西省農(nóng)業(yè)遙感信息中心李秉柏張京紅金之慶何維張婭香摘要選用 1994 航片 , 1999 年 SPO T 衛(wèi)片作為信息源 , 用 MA P GIS 作為遙感數(shù)據(jù)處理的工具 , 對常熟市土地利用狀況進行了動態(tài)監(jiān)測 , 結(jié)果為 5 年耕地面積減少 195 hm2 , 年均動 態(tài)率 - 317 。隨著地區(qū)經(jīng)濟的快速發(fā)展 , 土地利用變化顯著 , 應(yīng)用 RS 和 GIS 技術(shù)對其進行經(jīng)常性的監(jiān)測是很有必要的 。關(guān)鍵詞MA P GISSPO T 衛(wèi)片土地利用動態(tài)監(jiān)測一 、MAP GIS 簡介MA P GIS 微機地理信息系統(tǒng)是中國地質(zhì)大學(xué) ( 武漢) 信息工程學(xué)院所屬中地信息工程公司開發(fā)的工 具型地理系統(tǒng)軟件 。該軟件產(chǎn)品在由國家科委國家遙感中心 、中國地理信息系統(tǒng)協(xié)會和中國海外地理信息 系統(tǒng)協(xié)會組織的國產(chǎn)地理信息系統(tǒng)軟件測評中連續(xù) 3 年名列前茅 , 是國家各部委向全國推薦的唯一國產(chǎn)地 理信息系統(tǒng)軟件 。它提供了豐富的 2 次開發(fā)函數(shù)庫 , 以該軟件為平臺 , 用 VB 、V C 語言可開發(fā)符合各行 業(yè)要求的應(yīng)用地理信息系統(tǒng) 。MA P GIS 包括 “輸入”、“圖形編輯”、“輸出”、“空間分析”、“庫管理”和 “實用服務(wù)”等六大模塊 , 共計 16 個子系統(tǒng) 。除包含 MA PCAD 所有功能外 , 還有海量無縫圖庫管理 、高 性能的空間數(shù)據(jù)管理 、完備的空間分析工具 、實用的網(wǎng)絡(luò)分析功能及圖像分析與處理等 。該系統(tǒng)采用矢量 和柵格數(shù)據(jù)混合的結(jié)構(gòu) 。目前我國使用的基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)和已建立的各類應(yīng)用地理信息系統(tǒng)絕大部分使用的是國外軟件1 ,且大多運行在工作站上 ; 而 MA P GIS (微機版) 軟件可運行在 PC 機上 , 具有價格和服務(wù)方面的優(yōu)勢 , 利 于向更多的用戶推廣 。據(jù)統(tǒng)計 , MA P GIS 在國內(nèi)擁有的用戶已超過了 1 400 個 。本研究用 MA P GIS 完成了以下工作 : 將 SPO T 影像的判讀結(jié)果圖以 1D XF 文件輸入 ,轉(zhuǎn)存為點文件和 線文件 ;分類圖的編輯 、建立拓撲關(guān)系 、形成面文件 ; 15 萬土地利用分類圖與其標準圖幅框進行誤差校正 ; 在空間分析模塊中 ,量算各圖斑面積 ;在輸出模塊中 ,打印土地利用面積報表及土地利用分類圖件 。二 、監(jiān)測區(qū)概況及監(jiān)測所用資料(一) 監(jiān)測區(qū)概況常熟市位于江蘇省東南部 , 是蘇州市北部的縣級市 , 地處北緯 30303150, 東經(jīng) 1203312130, 練塘 、張橋 、莫城 、辛莊和楊園 5 鄉(xiāng)總土地面積為 18 720 hm2 , 位于常熟市西南部 , 錫常公路以南 ,土地為長江沖積地及湖泊沉積土 , 地勢平坦 , 地面高程 215510 m , 年降雨量 1 054 mm , 屬于昆承低圩糧收稿日期 : 2000212227 李秉柏為研究員 張京紅為碩士研究生 單位地址 : 南京 郵政編碼 : 2100143 本項目受國家自然科學(xué)基金 ( 30030090) 和 “九五”農(nóng)業(yè)科技重點攻關(guān)項目 ( 962015201203) 資助油區(qū) , 以稻麥 、水產(chǎn) 、水生作物為主 。土地肥沃 , 湖河成網(wǎng) , 精耕細作 , 生產(chǎn)水平高 , 旱澇高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn) , 糧食單產(chǎn)水平高 , 年單產(chǎn)稻 、麥兩季達 12 975 kg/ hm2 , 且品質(zhì)優(yōu)良 , 屬全國優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)農(nóng)業(yè)區(qū)之一 。這 5 個 鄉(xiāng) , 鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)發(fā)達 , 經(jīng)濟基礎(chǔ) 雄 厚 , 但 人 口 稠 密 , 人 均 耕 地 01052 hm2 , 低 于 聯(lián) 合 國 規(guī) 定 的 耕 地 警 戒 線(01053 hm2 / 人) 。由于經(jīng)濟發(fā)展迅速土地利用變化顯著 。練塘等 5 鄉(xiāng)具有經(jīng)濟發(fā)達城鎮(zhèn)土地利用的典型特 征 。土地資源供需矛盾突出 。(二) 所用資料信息源選用 1994 年 5 月 9 日航片和 1999 年 10 月 1 日法國 SPO T 衛(wèi)星圖像 (1 、2 、3 波段合成 , 分辨 率為 20 m 20 m) 。研究中用到的江蘇省常熟市資料主要有 : 1994 年常熟市 11 萬土地利用詳查圖 、2000 年常熟市 15 萬土地利用規(guī)劃圖 、常熟市 15 萬地形圖 、常熟市 15 萬行政區(qū)域圖 、常熟市 15 萬農(nóng)業(yè)氣 候區(qū)劃圖 、江蘇省常熟市土地利用現(xiàn)狀調(diào)查報告 (1994 年) 。三 、監(jiān)測內(nèi)容和方法(一) 內(nèi)容耕地 : 水田 (包括稻田 、草皮地) 、旱地 ( 包括菜地) ; 園地 : 果園 、茶園 、桑地 ; 居民點及工礦用 地 : 城鎮(zhèn)和獨立工礦用地 、農(nóng)村居民點 ; 交通用地 : 三級以上公路 、農(nóng)村道路 ; 水域 : 河流湖泊水面 、坑塘水面 、漁池水面 。(二) 方法11 判讀解譯標志 。根據(jù) 1994 年 5 月 9 日 、1999 年 10 月 1 日 SPO T 影像特征 , 進行實地調(diào)查 , 建立 常熟市土地利用調(diào)查及監(jiān)測的判讀 、解譯標志 , 為遙感影像判讀解譯提供統(tǒng)一的標識 , 見表 1 :221 人 機 交 互 式 解 譯 判 讀。 在表 1 常熟市土地利用監(jiān)測遙感影像判讀解譯標志TMCore1DRAW! 810 中將遙感影像圖與常熟 1 5萬地形圖疊加配準 , 在計算機上建立 6 個新層 : RS、TIF 、XZ、POL Y、LABL E、L IN E。RS 層 :色調(diào)地類形狀紋理地理位置 1994 年1999 年水田菜地深紅色灰白色紅色紅底灰面大連片小連片 大連片 小連片小塊 小塊小片 方形 、長形 方形帶狀 線狀 線狀半園狀 小園狀 大連片沿江湖連成片勻均不勻均平原 、圩區(qū)城郊四周 沿江高田 楊園圩區(qū)零星高地 虞山下部鎮(zhèn)區(qū) 沿江或路 獨立工廠連接市鎮(zhèn) 連接鄉(xiāng)村 市內(nèi)河流較大湖泊 村莊附近 圩區(qū)洼地湖江圍建輸入分幅彩色數(shù)字圖像 , 為基礎(chǔ)層 ; TIF 層 :入數(shù)字化地形圖文件 , 與影像圖配準 ; XZ 層 :繪縣界 、鄉(xiāng)界 , 并注記行政代碼 ; POL Y 層 :輸編 判草皮田旱地 園地城鎮(zhèn) 農(nóng)村 工礦公路 村道 河流湖泊 坑塘 漁池灰白色深紅色 桔紅色灰白色 灰白色 白色白色 灰白色 蘭綠色蘭綠色 蘭綠色 蘭綠色紅底灰面橙色 暗紅色青灰色 灰青色 白色灰白色 灰白色 蘭色蘭色 蘭色 蘭色不勻均不勻均 不勻均不勻均 勻均 勻均勻均 勻均 勻均勻均 勻均 勻均讀編 繪 多 邊 形 地 類 , 勾 繪 各 圖 斑 界 線 ; LAB EL層 : 注記 多 邊 形 地 類 各 圖 斑 的 屬 性 代 碼 ; L IN E層 : 判讀編繪線狀地物 , 并注記其屬性代碼 。 采用人機交互式解譯方法 , 進行土地利用分類 , 按圖斑 、界線勾繪 , 并標明屬性代碼 , 解譯 過程中遇到疑問地塊 , 作出標記 , 然后進行外業(yè) 復(fù)查 、驗證 , 糾正定性中的分類錯誤 , 形成土地 利用 分 類 圖 , 將 判 讀 成 果 以 1D XF 格 式 導(dǎo) 出 文 件 。31 在 MA P GIS 中處理分析遙感數(shù)據(jù) 。在 MA P GIS 軟件的文件轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)中輸入 1D XF 文件 , 分別形成點 、線文件 , 點文件為 L AB EL 層 , 多邊形地類各圖斑的屬性代碼 ; 線文件為 POL Y 層 , 多邊形地類各 圖斑界線 , 及 XZ 層 , 為縣界 、鄉(xiāng)界 , 行政界線 。在圖形編輯模塊中 , 首先設(shè)置系統(tǒng)參數(shù) , 進行自動剪斷 線 、清除微短線段 、自動結(jié)點平差等操作 , 然后線轉(zhuǎn)弧段 、拓撲重建 、拓撲查錯 、糾錯 , 形成相應(yīng)面文 件 。再經(jīng)過 label 合并 , 把代碼相同的圖斑合并為一類 , 存面文件 。在誤差糾正子系統(tǒng)中 , 將已生成的 15萬標準框 (點文件 Fram251wt , 線文件 Fram251wl , 面文件 Fram251wp ) 與土地利用分類圖 ( 包括點文件- 51wt , 線文件 - 51wl , 面文件 - 51wp ) 疊加配準 , 進行誤差校正 。經(jīng)過面積層層控制 , 在空間分析屬第 6 期李秉柏等 : MA P GIS 在土地利用類型遙感動態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用47性管理中用雙屬性分類統(tǒng)計 , 可算出各地類面積 ; 用基本初等函數(shù)變換 , 將各地類面積按 15 萬比例尺轉(zhuǎn)化為實際面積 ( hm2 ) 。轉(zhuǎn)入輸出模塊 , 生成工程文件 ( 包括點文件 - 51wt , 線文件 - 51wl , 面 文 件 -51wp) , 可打印輸出分鄉(xiāng)土地分類匯總表 , 及土地利用分類彩圖 , 流程圖詳見圖 1 。圖 1 MAPGIS 處理分析遙感數(shù)據(jù)流程圖四 、監(jiān)測結(jié)果根據(jù) 1994 年 、1999 年的判讀分類圖 , 用 MA P GIS 量算出的各地類面積 , 就可得出各地類 5 年動態(tài)率 及年均動態(tài)率 。根據(jù)常熟市國土管理局 1994 年 、1999 年統(tǒng)計報表同樣可算出各地類 5 年動態(tài)率及年均動 態(tài)率 。兩種動態(tài)率結(jié)果詳見表 2 。hm2表 2遙感判讀與統(tǒng)計數(shù)據(jù)土地動態(tài)監(jiān)測結(jié)果對比1994 年1999 年航片判讀統(tǒng)計數(shù)據(jù)動態(tài)面積動態(tài)率( )年均動態(tài)率 ( )SPO T調(diào)查結(jié)果動態(tài)動態(tài)面積 率 ( )年均動態(tài)率 ( )10 6291210 279163491810 4491810 1081522811- 17914- 17111- 12117- 1619- 1616- 34810- 0134- 0133- 619610 4341710 2441019015- 19415- 3516- 15913- 1813- 315- 45510- 317- 017- 9110耕地合計水田 旱地園地27132113- 611- 22210- 44101717- 917- 35140- 7110居民點合計城鎮(zhèn) 農(nóng)村3 061119111392 1241032001610916411353163518451225107119105103 25513749132 5061019412162103591063141771716710121735153314交通合計公路 村道5461118211364115861111510404143919- 01440137311- 2121111014160142212585163111127415391512911- 8916721370810- 24610141414118- 49124 164172 542199021075511- 8713- 221920143111- 2010- 81923114310- 410- 1184168164 368142 472101 057109121111614- 931717514188102714- 36151991025916515- 71339185119水面合計河流 坑塘 魚池4 25202 565178811672411718 7171318 59214- 12419- 617- 11318 71010- 713- 319- 018總面積由 SPO T 衛(wèi) 片 解 譯 調(diào) 查 結(jié) 果 可 見 , 練 塘 、張 橋 、莫 城 、辛 莊 和 楊 園 5 鄉(xiāng) 鎮(zhèn) 1999 年 耕 地 面 積 為10 43417hm2 , 動態(tài)面積為 - 19415 hm2 , 5 年動態(tài)率為 - 1813 , 年均動態(tài)率為 - 317 ; 而常熟市國土管 理局統(tǒng)計報表得出的 5 年動態(tài)率僅為 - 1619 , 年均動態(tài)率為 - 0134 。1999 年 SPO T 判讀的 5 鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民點及工礦用地面積為 3 25513 hm2 , 比 1994 年增加了 19412 hm2 , 5 年動態(tài)率為 6314 , 年均動態(tài)率為1217 ; 而統(tǒng)計值求得的 5 年動態(tài)率僅為 3518 , 年均動態(tài)率為 711 , 明顯比 SPO T 結(jié)果偏小 ; 1999年 5 鄉(xiāng)鎮(zhèn)交 通 用 地 面 積 為 58516 hm2 , 比 1994 年 增 加 3915 hm2 , 5 年 動 態(tài) 率 為 7213 , 年 均 動 態(tài) 率 為1414 ; 統(tǒng)計值得出的動態(tài)面積為 3919 hm2 , 5 年動態(tài)率為 7311 , 年均動態(tài)率為 1416 , 二者比較接 近 。1999 年 SPO T 判讀水域面積為 4 36814 hm2 , 動態(tài)面積為 11614 hm2 , 5 年動態(tài)率為 2714 , 年均動態(tài) 率為 515 ; 統(tǒng)計值得出的動態(tài)面積為 - 8713 hm2 , 5 年動態(tài)率為 - 2010 , 年均動態(tài)率為 - 410 , 二者相差較大 。其 中 SPO T 監(jiān) 測 的 1999 年 魚 池 面 積 為 91211 hm2 , 比 1994 年 增 加 188 hm2 , 5 年 動 態(tài) 率 為25916 , 年均動態(tài)率為 5119 ; 統(tǒng)計值得出的動態(tài)面積為 3111 hm2 , 5 年動態(tài)率為 4310 , 年均動態(tài)率 為 816 , 后者遠小于前者 。從遙感調(diào)查結(jié)果可看出 , 與 1994 年相比 , 1999 年 5 鄉(xiāng)鎮(zhèn)的土地利用類型有明顯的轉(zhuǎn)變 : 一是適應(yīng)市場的需求 , 種 植 業(yè) 結(jié) 構(gòu) 進 行 了 調(diào) 整 。以 辛 莊 為 典 型 , 積 極 發(fā) 展 水 產(chǎn) 養(yǎng) 殖 , 開 挖 漁 池 , 5 個 鄉(xiāng) 凈 增 魚 池188 hm2 。草皮田作為楊園鄉(xiāng)經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè) , 面積穩(wěn)中有降 , 注重質(zhì)的提高 , 減少量的擴張 。另外 , 在城 鎮(zhèn)附近的旱地 , 除新增居民點外 , 均改種蔬菜 , 既豐富了副食市場 , 也提高了農(nóng)民收入 。二是隨著地區(qū)經(jīng) 濟的發(fā)展 , 交通用地 、居民點及工礦用地面積明顯增加 。5 年內(nèi)新建公路占用土地 3915 hm2 , 許多村道也改造拓寬 , 變?yōu)槿壱陨瞎?。由兩種方法得出的交通用地動態(tài)率比較接近 , 說明道路基本是按照市政府 規(guī)劃來鋪建的 。而居民點比統(tǒng)計上報面積大 8416 hm2 , 兩種動態(tài)率相差很大 , 新增居民點及工礦用地多位這使大量耕地非農(nóng)化 , 5 年內(nèi)水田共減少 36 hm2 , 旱地共減少 159 hm2 , 為了應(yīng)通過地方立法 , 確定與劃分農(nóng)田基本保護區(qū) , 維持耕地動態(tài)平衡 。三是調(diào) 即未經(jīng)批準的土地占用 , 包括一些新增住宅 , 新開挖的魚池等 , 而在國土局于鄉(xiāng)鎮(zhèn)的四周及公路的兩側(cè) ,農(nóng)村經(jīng)濟及農(nóng)業(yè)的持續(xù)發(fā)展 ,查發(fā)現(xiàn) , 存在非法用地問題 ,報表上仍算在耕地面積內(nèi) 。五 、結(jié)語中國 GIS 軟件市場在很長一段時間內(nèi)完全由國外軟件所獨霸3 。近年來 , 中國在微機平臺上的 GIS 基礎(chǔ)軟件 產(chǎn) 品 開 始 在 市 場 上 出 現(xiàn) 并 活 躍 起 來 。在 這 次 研 究 中 , 我 們 選 用 了 國 產(chǎn) 優(yōu) 秀 GIS 軟 件 MA P GIS , 利用其強大的圖形編輯 、空間分析等功能 , 進行了土地利用類型動態(tài)遙感監(jiān)測的研究 , 并取得 了預(yù)期效果 。MA P GIS 漢化界面友好 , 易于操作 , 使業(yè)務(wù)人員能很快掌握并投入工作 。但我們在使用過 程中也發(fā)現(xiàn)了一些美中不足 , 如輸出模塊中 , 報表的生成輸出較繁瑣 ; 打印分類圖時 , 其后往往還生成一 張副品 (半張分類彩圖) ; 圖形編輯模塊線文件中圖斑較復(fù)雜時建拓撲關(guān)系往往不能一次成功 , 易出現(xiàn) “航班線”等 。參考文獻123趙銳 , 劉玉機 , 傅肅性主編. 中國環(huán)境與遙感應(yīng)用. 北京 : 氣象出版社 , 1999 : 170182陳寧強 , 戴錦芳. 人機交互式土地資源遙感解譯方法研究. 遙感技術(shù)與應(yīng)用 , 1998 , ( 6) : 1520方裕 , 張晉. 我國 GIS 軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展初探. 計算機世界報 , 1999APPL ICATIO N OF MAP GIS TO L A ND USE DY NAM IC MO NITO RING WITH REMOTESENSINGL i BingboJin ZhiqingHe WeiZhang Ya xiangJ i