村鎮退化廢棄地遙感監測方法初探

王忠武，劉 新，劉順喜，馮永忠，何宇華，張天中

（1.中國土地勘測規劃院，北京 100035；2.甘肅省國土資源規劃研究院，甘肅蘭州 730000）

村鎮退化廢棄地遙感監測方法初探

王忠武1，劉 新2，劉順喜1，馮永忠2，何宇華1，張天中2

（1.中國土地勘測規劃院，北京 100035；2.甘肅省國土資源規劃研究院，甘肅蘭州 730000）

研究目的：開展村鎮退化廢棄地遙感監測技術分析，為村鎮退化廢棄地遙感快速監測奠定技術基礎。研究方法：選擇甘肅省白銀市平川區作為研究區域，設計研究區內典型村鎮退化廢棄地類型，建立不同類型村鎮退化廢棄地的高分辨率遙感影像特征，提出利用遙感手段快速監測村鎮退化廢棄地的技術流程，詳細描述了其技術方法，進而闡述村鎮退化廢棄地快速監測移動作業平臺的詳細功能需求。研究結果：研究區典型村鎮退化廢棄地在退化廢棄前后的遙感影像特征和實地特征均有顯著差別，本文的技術流程和方法可以服務于村鎮退化廢棄地的快速遙感監測。研究結論：采用遙感手段監測村鎮退化廢棄地在技術上是可行的。

土地信息；村鎮退化廢棄地；遙感；監測

隨著人口的持續增長、工業化城鎮化的快速發展，中國經濟社會發展與土地資源短缺的矛盾日益突出[1]，一方面旨在促進經濟社會持續較快發展的擴大內需帶來用地需求的快速增長，另一方面后備土地資源較為短缺。村鎮退化廢棄地通常是指以前（高效）利用過，現在由于各種人為因素或自然因素而造成退化、廢棄的土地。過去粗獷型土地利用方式以及部分地區惡劣自然條件，造成當前土地節約集約利用程度不高、土地退化的現象廣泛存在。掌握村鎮退化廢棄地的基礎信息，科學管理并合理利用這類土地，將能有效服務于土地應用潛力挖掘和土地節約集約利用，緩解用地需求壓力。

當前，村鎮退化廢棄地分類和遙感監測技術方法的研究較少。在村鎮退化廢棄地分類研究方面，張緒良根據西部地區土地退化原因設計了沙化退化土地、鹽漬化退化土地等典型退化土地類型[2]，劉撫英從地上、地下、周邊三個方面對工業廢棄地類型進行了詳細劃分[3]。這些文獻僅根據部分退化土地或廢棄地的產生原因進行了初步分類研究，未對村鎮退化廢棄地進行綜合研究，沒有形成統一分類。因而，需要綜合考慮研究區退化、廢棄土地的產生原因和特點，設計村鎮退化廢棄地統一類型。村鎮退化廢棄地類型研究的不足，造成各類村鎮退化廢棄地遙感快速監測技術研究的缺乏，主要針對在利用遙感技術進行荒漠化土地、沙化土地等占地面積較大的退化土地監測方法研究方面[4-5]，大量工作集中于基于像素光譜特征的人機交互解譯或計算機自動解譯方法。然而，這類方法對于廢棄村鎮、廢棄工礦等占地面積較小、紋理和輪廓特征顯著的退化廢棄地土地監測難以適用，有必要對此進行擴展，分析基于光譜、紋理、輪廓等特征及地面目標信息對不同村鎮退化廢棄地進行解譯的可行性，并結合當前土地利用調查監測技術流程，提出村鎮退化廢棄地遙感監測的技術流程和方法。本文將選擇典型研究區，分析村鎮退化廢棄地的產生原因和特點，設計研究區村鎮退化廢棄地類型，在此基礎上，根據不同村鎮退化廢棄地類型的影像與實地特征，探討利用遙感手段快速監測村鎮退化廢棄地的技術流程，同時開展村鎮退化廢棄地快速監測移動作業平臺系統功能需求分析與實現，為村鎮退化廢棄地遙感快速監測奠定重要技術基礎。

1 研究區村鎮退化廢棄地類型與特點

1.1 研究區概況

平川區位于甘肅省白銀市中部偏北，騰格里沙漠邊緣。南北與靖遠縣毗連，西與景泰縣相鄰，東南接會寧縣，東北接寧夏回族自治區海原縣。全區面積1993 km2。地理位置東經104°24′17″—105°25′14″，北緯36°19′46″—36°59′44″。區內地勢東南高西北低，呈階梯狀多臺階地形，中部及西部盆地主要為洪積平川，東南部為溝谷山地，海拔為1347—2858m。屬溫帶大陸性干旱氣候，年平均氣溫9.0℃，年平均降水量235.5mm，年平均蒸發量1595.4mm，平均風速1.1m/s，無霜期平均為143天。全區轄4鄉、3鎮、4個街道辦事處，總人口20.8萬。平川區特殊的地形、地貌、氣候、人口分布等因素的綜合作用形成了不同類型村鎮退化廢棄地。

1.2 村鎮退化廢棄地類型

根據自然或人為因素引起土地退化和廢棄的情況，平川區的村鎮退化廢棄地類型大體可分為5類。（1）沙化土地（30A）：在強烈的風蝕作用下，過度農墾、放牧，過度利用地表水、地下水資源和過度樵采而引起土地沙化[2]。（2）鹽漬化土地（30B）：干旱、半干旱地區，地下水埋藏淺、礦化度高，蒸發強烈，或由于灌溉不當導致鹽分表聚，形成次生鹽漬化[2]。（3）工礦廢棄地（30C）：工礦生產過程中破壞的、未經處理而直接影響失去原來功能而廢棄的用地及用地上的設施，包括采場、排土場、尾礦區、采掘沉陷區[3]。（4）村鎮廢棄地（30D）：由于社會、自然等原因引起的無人（少人）居住、布局分散、不具歷史保留價值、公共服務設置配套不完善的舊村鎮或舊集體用地。（5）其他廢棄地（30E）：除以上類型外，其他廢棄地。

1.3 村鎮退化廢棄地的特點

表1（封三）所示（遙感影像為QuickBird高分辨率真彩色合成影像，為了便于全局顯示，圖像經過適當縮放）為不同村鎮退化廢棄地的實地和影像特征。根據遙感影像和實地調研，發現：（1）沙化土地實地特征為表層沙覆蓋，有零星耐沙指示植被（駱駝蓬等）生長狀況較好；主要影像特征為相對于未沙化退化的土地，影像亮度偏高，且在真彩色合成影像上表現出當地特有的紅色沙土色調。（2）鹽漬化土地實地特征為存在于局部低洼并鹽漬聚集地帶，土地表層鹽堿積聚，有零星耐鹽堿指示植被（野枸杞、堿材等）稀疏分布，主要影像特征是相對于未鹽漬化退化的土地，影像亮度較高，色調呈不規則的白色。（3）工礦廢棄地的實地特征為無明顯生產活動痕跡，工礦廢棄地（煤礦）主要影像特征為影像上無明顯鏟車、傳輸皮帶等采礦挖掘和傳輸設施。工礦廢棄地（磚瓦窯）主要影像特征為影像上堆場無堆放的成品或半成品，以及產品運輸設備。（4）村鎮廢棄地的實地特征為無明顯居民生活跡象，主要影像特征為房屋、院墻可能呈現殘墻斷垣，無（少）人員活動、無（少）生活配套。（5）其他廢棄地，例如廢棄軍事用地、宗教用地等，其主要特征為用地范圍內房屋、設施等沒有居民使用跡象?？梢?，不同村鎮退化廢棄地在高分辨率遙感影像上退化廢棄前后表現出截然不同的特征，可以借助遙感手段并輔以獨特解譯標志，開展快速監測。

2 村鎮退化廢棄地遙感監測技術流程

村鎮退化廢棄地的界定十分復雜，不僅與建、構筑物的使用者、土地的生產活動狀況等微觀的社會因素有較大關系，而且與地形地貌、氣象氣候等宏觀的自然因素也有直接聯系。因此，在利用遙感技術開展村鎮退化廢棄地監測時，必須向上兼容，使用高分辨率遙感影像，同時提供充足的先驗知識輔助作業人員判斷。為此，本文參考土地調查監測的通用技術流程[6-8]，設計了基于高分辨率遙感影像的“解譯標志建立—內業信息提取—外業核查—內業整理”村鎮退化廢棄地遙感監測技術流程（圖1）。

圖1 村鎮退化廢棄地遙感監測技術流程Fig.1 W orkflow ofmonitoring brown field by remote sensing technology

2.1 解譯標志庫建立

利用高分辨率光學遙感影像，由經驗豐富的作業人員開展研究區村鎮退化廢棄地目視判讀解譯工作，每類村鎮退化廢棄地截取部分有代表性的村鎮退化廢棄地周圍一定范圍的遙感影像作為影像解譯標志，同時拍攝實地照片，補充其光譜、紋理等與其他用地類型有顯著特征差異的定性描述性文字，按照建庫格式要求存入數據庫，建立研究區村鎮退化廢棄地的解譯標志庫，格式如表2所示。

2.2 內業信息提取

采用QuickBird、IKONOS、WorldView-1、WorldView-2、GeoEye-1等高分辨率光學遙感影像數據源，首先對遙感影像進行正射糾正、接邊、色彩調整、鑲嵌處理，按一定界線剪裁生產研究區的土地利用遙感影像圖。然后采用波段組合彩色合成技術，拉伸村鎮退化廢棄地與其它背景的特征差距，實現針對遙感影像的定向特征增強。最后依據解譯標志庫提供的解譯標志和定性描述等先驗知識，參考其他輔助資料，對比解譯標志和遙感影像，采用人機交互和計算機自動分類相結合的方法，按照表3所示圖斑屬性表格式，提取村鎮退化廢棄地圖斑。

2.3 外業信息核查

導出內業監測圖斑，外業核定內業無法確定的監測圖斑，補充調查遺漏圖斑。逐個監測圖斑實地核查退化廢棄前后地類和范圍，根據每個監測圖斑變化前后地類均須單一的原則，合并、拆分、修訂監測圖斑界線，現場拍攝每個圖斑的實地照片，填寫現場核查說明文字，完成村鎮退化廢棄地監測圖斑之記的記錄工作，監測圖斑之記格式如表4所示。

2.4 成果整理

導出外業核查圖斑至內業計算機，根據需要修訂監測圖斑邊界和屬性，形成村鎮退化廢棄地監測矢量數據層、屬性表，按研究區退化廢棄地類型統計并匯總監測圖斑成果，完成成果整理。村鎮退化廢棄地監測圖斑統計表和匯總表如表5和表6所示。

表2 解譯標志庫格式Tab.2 Database form of interpreting reference

表3 村鎮退化廢棄地圖斑屬性表Tab.3 Spot-attribution form for monitoring the brown field

表4 村鎮退化廢棄地監測圖斑之記Tab.4 Spot-recording form for monitoring degraded and scraped land

表5 村鎮退化廢棄地監測圖斑統計表Tab.5 Stastistical form for monitoring the brown field

表6 村鎮退化廢棄地監測圖斑匯總表Tab.6 Summarizing form for monitoring the brown field

3 移動作業平臺設計與實現

3.1 系統功能需求

移動作業平臺主要用于所有內業監測圖斑的快速便捷核查，因而需充分利用GPS/PDA移動平臺的技術優勢，基于軟件工程的思想，采用軟件總線的研發模式，達到界面友好、便捷實用、功能穩定和擴展性強的特點。根據村鎮退化廢棄地監測要求，該平臺應提供外業核查工程文件創建、工程數據管理與參數設置、目標地塊導航、現場調繪與信息采集、成果輸出統計等功能，以滿足如圖2所示工作流程圖作業要求。

外業核查工程文件創建功能包括：利用工程文件創建工具或移動平臺，設置工程配置文件和數據交換標準，創建村鎮退化廢棄地外業核查工程文件。

工程數據管理與參數設置功能包括：加載和制作外業核查工作包、管理外業核查工作圖層，控制工程圖層數據顯示內容、疊加關系、顯示風格等；設置地圖瀏覽、GPS定位與校準、影像實地平面精度檢核等參數。

目標地塊導航功能包括單目標導航、多目標導航和清除導航。單目標導航功能通過選擇目標圖斑的圖斑號查找確定目標圖斑。根據給出的與當前位置點的距離、方向、導航目標點或目標圖斑中心點設置標識、導航距離等確定導航信息。多目標導航功能通過屬性搜索定位查找未完成核查的圖斑，根據提示列表選擇圖斑進行導航定位，根據圖斑標識和最短路徑確定多目標導航信息。清除導航功能通過中止導航清除地圖上的導航標識。

圖2 移動作業平臺工作流程圖Fig.2 W orkflow of themobile operation platform for monitoring the brown field

現場調繪與信息采集功能包含圖斑邊界快速采集、圖斑影像塊采集、現場照片采集、屬性核實編輯、屬性核實確認等步驟。圖斑邊界快速采集功能包括采用PDA遙感影像調繪技術和GPS現場采集技術，利用GPS測量、屏幕調繪、傳統測量方法的補測、實時編輯等功能，采集圖斑邊界。圖斑影像塊采集功能包括選擇目標圖斑，利用系統提供的功能截取目標圖斑周圍一定范圍的影像。現場照片采集功能包括利用系統提供的現場照相功能，拍攝圖斑實地照片。屬性核實編輯功能包括對監測圖斑的退化廢棄類型、實際地類、照片等屬性進行采集和編輯。屬性核實確認功能包括屬性編輯結束后，根據系統自動檢查必填字段是否滿足要求，完成屬性核實確認工作。

成果輸出統計功能包括監測成果導出、圖斑統計表生成和圖斑匯總表生成。按照成果提交要求和統計匯總模板，輸出監測成果。

3.2 系統功能實現

根據以上功能需求，結合當前PDA用于土地調查監測方面的成熟度，筆者在Windows Mobile 5操作系統、Microsoft ActiveSync 4.x、Microsoft.NET Framework 2.0等軟件支持環境下，開發了村鎮退化廢棄地遙感監測外業移動作業平臺系統，同時開發基于PC機器的內業處理軟件。系統功能框架圖如圖3所示。

其中，外業移動作業平臺完成退化廢棄地的外業核實與數據采集工作，包括工程數據管理與參數設置、目標地塊導航、現場調繪與信息采集等功能模塊。內業處理軟件是運行于PC機上，配合外業移動作業平臺使用，主要完成外業調查包的生成和統計報表生成等內業工作。

4 結語

本文提出了村鎮退化廢棄地遙感快速監測的技術流程，開展了村鎮退化廢棄地遙感監測移動作業平臺系統功能需求分析與實現。首先，在選定甘肅省白銀市平川區作為典型研究區的基礎上，通過建立研究區村鎮退化廢棄地分類體系，依據沙化土地、鹽漬化土地、工礦廢棄地、村鎮廢棄地、其他廢棄地等5類村鎮退化廢棄地的實際表現與高分辨率影像特征，結合現有土地調查監測的基本技術流程，提出了利用遙感手段快速監測村鎮退化廢棄地的技術流程，分析表明采用解譯標志先驗信息、遙感影像和實地采集信息的遙感手段監測村鎮退化廢棄地是在技術上是可行的。其次，從外業核查工程文件創建、工程數據管理與參數設置、目標地塊導航、現場調繪與信息采集、成果輸出統計等方面分析的移動作業平臺系統功能需求，實現了由外業移動作業平臺和內業處理軟件構成的移動作業平臺系統，為后續村鎮退化廢棄地遙感監測示范應用奠定了堅實基礎。

圖3 移動作業平臺系統功能框架圖Fig.3 Functioning framework of themobile operation platform

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）：

［1］張曉玲，劉康，蔡玉梅.堅守18億畝耕地紅線不動搖［J］.求是，2009，（21）：43-45.

［2］張緒良.中國西部地區土地退化的現狀及對策［J］.青島大學師范學院學報，2000，17（2）：67-68.

［3］劉撫英.中國礦業城市工業廢棄地協同再生對策研究［D］.北京：清華大學，2007.

［4］李亞云，楊秀春，朱曉華，等.遙感技術在中國土地荒漠化監測中的應用研究［J］.地理科學進展，2009，28（1）：55-62.

［5］王曉慧，李增元，高志海.沙化土地遙感監測研究現狀［J］.林業科學，2008，44（7）：90-96.

［6］國務院第二次全國土地調查領導小組辦公室.2009年全國”一張圖”工程建設技術規定、總體技術方案、監理細則［S］.2009，9.

［7］中華人民共和國國土資源部.土地利用動態遙感監測規程［S］.TD/T 1010-1999.

［8］中華人民共和國國土資源部.第二次全國土地調查技術規程［S］.TD/T 1014-2007.

Prelim inary Study on M onitoring the Rural Brown Field Through Remote Sensing Technology

WANG Zhong-wu1,LIU Xin2,LIU Shun-xi1,FENG Yong-zhong2,HE Yu-hua1,ZHANG Tian-zhong2
（1.China Land Surveying&Planning Institute,Beijing 100035,China;2.Gansu Land Resource Survey and Planning Institute,Lanzhou 730000,China）

The purpose of this paper is to explore the method of monitoring the rural brown field through remote sensing technology.Method used was case study.Taking Pingchuan district in Baiyin city of Gansu province as an example,the paper introduced five typical types of brown field,summarized the feature of each type based on high resolution remote sensing images,proposed a workflow for monitoring the rural brown field using remote sensing technology,and explained the detailed functions of a useful operation software.The result showed that every plot of brown field had distinguished features of change regarding both the high resolution remote sensing imagery and field survey.The paper concluded that the way ofmonitoring brown field by remote sensing technology was technologically feasible.

land information;rural brown field;remote sensing;monitoring

TP751

A

1001-8158（2012）01-0075-07

2010-11-04

2010-12-10

新一輪國土資源大調查專項土地資源調查監測工程，土地利用調查技術方法研究項目，土地資源調查監測遙感數據應用技術集成研究課題（DDC10-10.2）。

王忠武（1983-），男，湖北洪湖人，博士，工程師。主要研究方向為土地遙感、遙感圖像處理的技術與應用。E-mail:ripewzw0514@126.com