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第二次土地调查遥感影像地类解译分析

第二次土地调查遥感影像解译应用分析

刘刚马海涛汪继伟那岩

摘要:在明确遥感影像的类型、解译概念、解译过程的基础上,深入探讨了遥感影像的解译方法及其应用,并以建立图像解译标志的实例,生动的展示了遥感影像解译在第二次土地调查中的重要作用。在影像解译流程化、系统化工作层面,提供了良好的技术经验。

关键词:遥感影像;影像解译;光谱特征;解译标志

图像解译就是研究分析判断遥感图像的过程,人们根据地物的光谱特性、成像规律及影像特征来辨别地物,并判断其类别和特性属性。遥感图像是摄影瞬间对地物的真实写照,具有现实性强,真实可靠,便于宏观分析等特点。利用遥感影像作为第二次土地调查的基础图件,就是它能够真实地记录了地球表面的自然地貌、人工地物及人类活动的痕迹,能够准确、客观、全面地反映地球表面自然和人工的综合景观。因此对遥感影像解译能力的强弱,决定了土地调查外业的工作量,也决定了第二次土地调查的质量及时间。

一、遥感影像的种类

遥感影像通过对地表摄影或扫描获得。摄影影像是摄像机对地面物体摄影,直接在感光材料上记录地物的光像,称为航空遥感影像。扫描影像是地面信息通过探测器先变为电信号并记录在磁带上,然后回放磁带,在感光片上曝光而成,称为航天遥感影像。遥感影像有黑白和彩色两种,由于彩色影像比黑白影像能提供更多的地表信息,因此彩色影像在遥感中得到广泛地使用。遥感影像分为高分辨率影像和低分辨率影像。第二次土地调查主要采用spot5、IRS-P5、IKONOS、QuickBird、CBERS-02 、CBERS-02B 、北京1号、ALOS、福卫二号、航空摄影等高分辨率遥感影像。

二、遥感影像的解译

遥感影像的解译即从遥感图像上获取目标地物信息的过程。遥感影像与相应目标在形状、大小、色调(或颜色)、阴影、纹理、布局和位置等方面的特征有着密切的关系。人们就是根据这些特征去识别目标和解释某种现象的。在影像解译过程中采用直接解译和间接解译两种方法。所谓直接解译就是目标本身属性在像片上的直接反映,如形状、大小等。间接解译是根据其他目标影像推断目标属性的标志,如布局、位置等。但是,直接解译和间接解译只是一个相对概念。有的特征对于解译某一地物是直接解译,而对于推断另一现象则可能为间接解译。例如,不同地类有不同的色调,以色调解译土地类型,色调是直接解译,而同一色调判断同一地类时,根据他所处的位置不同,就应判为其他地类,色调就成为间接解译。

三、遥感影像解译方法的应用

遥感影像的解译方法分为目视解译和计算机自动解译两种。根据第二次土地调查的工作性质,采用目视解译能够直观的判断影像上的地物、地类,更能根据专业背景知识,通过肉眼观察,经过综合分析、逻辑推理、验证检查把遥感图像中所包含的地物信息提取和解析出来。并能准确判断影像的边缘,准确的分别相似光谱的边界,尤其对全色影像在光谱信息不是很丰富的情况下,

更能显示目视解译的优越性。而计算机解译,只是通过建立较为完善的遥感信息解译模型,实现计算机对遥感数据的自动处理并解译和提取基础地理信息数据,虽可提高遥感数据提取和判读速度,但提取质量远不如目视解译判断准确性高,对于较粗犷的调查较适用。而对于第二次土地调查要求逻辑性强,调查精度高,地类边缘解译准确,线状地物中心位置准确等不宜采用计算机解译方法。因为它不能加入由于权属、分类、等需判断、分析诸多因素,数据采集的不够客观,改动性比较大,不能够起到减少工作量,提高工作效率的目的。

四、遥感影像目视解译过程

根据第二次土地调查工作特点,我们在图像解译过程中,应从已知到未知、先易后难、先整体后局部、先宏观后微观、先线形后图形的工作过程来进行图像解译。

从已知到未知是第二次土地调查遥感图像解译必须遵循的原则。“已知”就是解译自己最熟悉掌握最准确的地类、地物, 如耕地、林地、居民点、道路等直观的地类、地物。所谓的未知是指图像上的影像显示,根据已有的解译标志,来判断出的地类、地物。

先易后难是指易识别的地类、地物先确认, 然后根据客观规律和影像特征、权属界线等相关条件,推理、判断确定地类、地物的过程。

先整体后局部,先宏观后微观, 先图形后线形等步骤亦属先易后难的组成部分。它主要是指土地调查过程中,应掌握整个作业区域的基本情况,确定整体的轮廓,根据区域地类组成特点,逐渐深入,逐步细化地类、地物。由于土地利用现状图是由图斑组成的,划分图斑的骨架是线状地物,因此我们应首先判断线状地物,然后再填充由现状地物分割图斑的地类。

例如, 我们在作业某一区域时,首先应知道地域特点是农区、山区、还是半山区,根据地域特点判断此区域的主地类是什么,将认知的地类、地物首先勾绘出来,然后再逐渐深入、细化,最后根据分析、推理确定较难解译的影像。

五、图像解译标志的建立

它能直接反映判别地物信息的影像特征,解译者利用这些标志在图像上识别地类、地物或现象的性质、类型或状况,有利于解译者对遥感信息做出正确判断和采集,这对于第二次土地调查采用人机交互方式从遥感影像上采集地类、地物等基础地理信息数据是十分必要的,尤其是在作业区范围很大、作业人员知识背景差异大且外业踏勘不足的情况下,可以使作业人员迅速适应解译区的地类、地物和解译采集要求。遥感影像解译标志的建立在第二次土地调查工作中,可以提高遥感影像数据采集的效率,使其更准确、更客观、更统一。

(一)主要解译标志的建立依据影像数据的特点将作业区的主要地类裁切样图作为地类的样本。

1.耕地:平原区耕地具有规则的几何形状,纹理平滑细腻,地块边界多有路、渠、田间防护林网等。山区、半山区耕地多为不规则的几何形状,一般都有农村道路连接。色调随土壤、湿度、农作物种类、及生长季节不同而变化。注意区分特殊用地里相似纹理的图斑,不视为耕地,山区阴坡相似纹理的图斑也不是耕地,应为其他草地。

(1)水田一般地势平坦,格网比较密集,并且比较清晰。周边灌溉系统完善,附近有较大的江、河、湖、水库等。

(2)水浇地具有灌溉设施和水源保证。水浇地影像上较为平坦、整齐,可见灌溉渠系,形态类似水田,主要分布在大的居民地周围。地块规则细碎,色彩不均一。大棚为水浇地。

(3)旱地平原区形状较规则,地块较大,缺少灌溉设施。山区半山区由于地形原因常常不规则,种植作物种类较多,色调多样。

2.园地:规则化的颗粒状,成行成列,规则分布。一般位于地势较高的丘陵或山脚处。果园色彩、纹理上都比较均一。注意果园与人工林的区分,人工林株距更小、植株更密集,颗粒状不如园地明显。

3.有林地:比较易于识别,一般分布在山区,呈不规则的颗粒状,色彩较浓。自然状态的林地因树木大小、间距不同而不规则。

4.灌木林地:因较低矮,一般没有颗粒感或颗粒感不明显,均为自然状态,处于林地与草地、农用地之间的过渡地带,内部应有部分颗粒状乔木,以及草地,分布极不规则,色彩比林地浅,但比草地深。

5.草地:植被生物量小,颜色较浅,但内部均一度比较高,纹理细腻。

(1)天然牧草地:自然的植被分布。图斑内部较少存在道路,道路程自然延伸状态。

(2)人工牧草地:在原有草原的基础上,改良草种、进行灌溉形成的。颜色较深,内部均一度更高。人工草场有明确的范围,或用围栏围住。应注意天然草地与耕地的区别,天然草地的图斑要大于耕地的几倍或十几倍。没有防护林带,道路也相对较少。

(3)其他草地:植被成颗粒状丛生,以草本为主内含有低矮的稀灌。应注意灌木林与其他草地的区分,判别灌木林的标准是草地加密灌,反之则为其他草地。

6.城市、建制镇和村庄:是地表自然形态改变最大,最易于识别解译的土地。他们之间没有明显的界限,依靠影像特征不能判断,需要辅助其他资料来区分。

7.交通用地

(1)铁路:影像上铁路难以和公路分开,一般来讲,铁路较直,路基较窄,拐弯处弧度较大,且可以通过铁道站点来判定。

(2)公路:影像上注意和铁路、沟渠分开。主要通过连接的立交桥、村庄、居民点来判断。与河流交叉处的桥梁也能帮助判断公路还是水系。公路路面反射率较高,影像发亮,特别是新的水泥路面和裸土路面影像易于判断。

(3)农村道路:与公路判别类似,农村道路一般较窄。农村道路与公路的区别仅在于权属,因此除根据道路的宽度、路面情况来判断外,还须参考其他相关资料。

(4)机场:易于判别,有规则的跑道和附属设施,调度中心航站楼、储运场地等。注意民用机场与军用机场的区分,按不同类别进行归类。

(5)港口码头:位置在海岸或河岸,可见船舶及泊位、货运码头还应有货物储运场地、塔吊、龙门吊等。

8.水域及水利设施:水体在影像上反映为蓝色,色调的深浅与水的深浅、浑浊程度、光照条件等有关,随着水的深浅变化,呈蓝黑色或浅蓝色。有时水面上有水草等浮水植物,呈现植被特征,应注意区分。

(1)河流与沟渠:均为线状或带状,不同的是沟渠为人工构筑,形态比较规则,宽度统一,一般水岸平直,岸坡垒土或石砌,人工特征明显。天然河流河道弯曲,河岸为自然河岸,有时可见沙滩、芦苇,宽度宽窄不一。但渠化河流与沟渠具有相同特征,应综合上下游河段辅助判断。

(2)湖泊、水库和坑塘:均为面状水体。湖泊为天然形成,水岸线不规则,无堤坝。水库明显可见人工修筑的堤坝,堤坝的特征是平直的亮白色,坝外有河流或河道。如蓄水量小于10万立方米,无论人工还是自然均称为坑塘。

(3)滩涂:为高水位和低水位之间的潮浸地带。除泥滩沙滩外,通常可生有芦苇等植被。沙滩呈亮白色,泥滩色调略深,呈灰色。

9. 其他土地

(1)设施农用地:影像为规则的建构筑物,易与厂房和大棚混淆,须实地确认。农村的晒场也是一种设施农用地,一般分布在村庄周围,面积不大,色调为亮白色呈现裸土的特征。

(2)盐碱地:主要特征是土地表层盐碱积聚,影像上呈不规则的白色,间有耐盐碱植物生长,一般为自然植被,植被较为稀疏。

(3)沼泽地:特征是生长着沼生、湿生植物,地势平坦,一般位于河湖附近,有充分的水源造成土地常年渍水。应注意不易通行沼泽与湖泊、坑塘的区别,易通行沼泽与草地的区别。

(4)沙地指表层为沙覆盖,基本无植被的土地。影像上可见沙丘,反射率高色调较亮

(5)裸地指表层为土或石、砾覆盖大于70%,基本无植被的土地,反射率低于沙漠,颜色发灰。

地类样图参考解译检索库

(二)野外标志的建立可以提高作业人员对地类的感性认识。不可能让所有人到现场去认识每一个地类,因此我们建立野外地类标志尤为重要。

样图

第二次土地调查遥感影像地类解译分析

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旱地旱地草地

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其他草地铁路公路

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农村道路河流沟渠

六、解译标志检索库的建立

由于遥感影像已成为土地调查、更新调查等诸多土地工作的基础资料,同一地类在不同数据影像上的特征是不一样的,同一影像在不同地域的地类在影像上的特征也是不一样的。因此我们应将不同影像同一地类,同一影像不同地域地类进行归并,建立遥感影像地类解译标志检索库,以便于土地工作应用遥感影像时,进行地类查询。

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北方Spot5旱地北方IRS-P5旱地航摄全色影像旱地

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北方Spot5水田航摄全色影像水田航摄全色影像水田

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北方Spot5有林地 IKONOS有林地航摄全色影像有林地

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北方Spot5城市北方IRS-P5城市航摄正射影像城市

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北方Spot5农村居民点北方IRS-P5农村居民点航摄全色影像农村居民点

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Spot5铁路用地 北方IRS-P5铁路用地 航摄全色影像 铁路用地

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Spot5公路用地 航摄全色影像 公路用地 IKONOS 公路用地

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Spot5军事用地 IRS-P5风景名胜 航摄全色影像 风景名胜

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Spot5采矿用地 IRS-P5采矿用地 航摄全色影像 采矿用地

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Spot5油田北方IRS-P5油田 IKONOS油田

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QuickBird公路用地 QuickBird旱地 QuickBird农村居民点

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IKONOS城市北方IRS-P5公路用地 Spot5河流水面以上图片仅为影像解译检索库极少部分影像示例

SPOT 5影像解译检索库

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结论

第二次土地调查遥感解译工作是与土地、制图、遥感、权属等紧密相关的。土地调查遥感解译能力的强弱对成果质量起着决定性作用。影像解译能力的提高是经过不断实践,不断积累经验获得的。我们应通过不断的培训、实践、总结、交流。并依托建立起完善的图像解译标志库,就能够解译出准确高精度的土地调查成果。