基于高分辨率遙感影像的生產建設項目擾動圖斑解譯標志的建立

凌 峰，王敬貴，孫 云

(1．海河水利委員會 海河流域水土保持監測中心站，天津 300170；2.珠江水利科學研究院，廣東 廣州 510611； 3.水利部 水土保持監測中心，北京 100053)

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基于高分辨率遙感影像的生產建設項目擾動圖斑解譯標志的建立

凌 峰1，王敬貴2，孫 云3

(1．海河水利委員會 海河流域水土保持監測中心站，天津 300170；2.珠江水利科學研究院，廣東 廣州 510611； 3.水利部 水土保持監測中心，北京 100053)

生產建設項目；水土保持監管；擾動圖斑；解譯標志；“天地一體化”

面向對象的解譯方式在遙感解譯中得到普遍應用，解譯標志的建立是其中必不可少的環節。截至目前，礦山開發、土地資源、圍填海等解譯標志已相繼建立，但生產建設項目水土保持擾動圖斑解譯標志仍未系統化整理。結合生產建設項目水土保持“天地一體化”監管關鍵技術研究，分析了生產建設項目水土保持監管擾動圖斑解譯標志建立的工作流程，以典型生產建設項目擾動為例，建立了解譯標志庫，并進行了討論，以期為開展后續項目提供支撐。

1 研究背景

2015年4月9日，水利部辦公廳印發了《全國水土保持信息化工作2015—2016年實施計劃》的通知，正式啟動生產建設項目監管示范相關工作。2015年5月，水利部水土保持監測中心編制完成《生產建設項目監管示范實施方案》(以下簡稱《實施方案》)，明確各流域管理機構、各省(自治區、直轄市)和新疆生產建設兵團水行政主管部門，分別選取1個大中型生產建設項目集中、生產建設活動多、地面擾動形式多樣、水土保持技術力量強、機構完善的縣級行政區作為示范區域，開展生產建設項目水土保持監管示范。

監管示范的主要任務是：利用國產高分辨率遙感影像，在2015、2016年分別開展一次示范縣生產建設項目擾動狀況遙感調查，了解生產建設項目擾動地表和防治責任范圍變化情況，掌握生產建設項目水土保持工作動態[1]。

其中，擾動地表情況主要通過遙感解譯獲得。目前，遙感解譯主要有基于像元和面向對象兩種方法。隨著航空航天平臺、傳感器等關鍵技術的飛速發展，影像空間分辨率大幅躍升，對地物的邊界、幾何形狀等特征的表達日益清晰，因此面向對象的分類方法越來越得到普遍的應用和發展。在面向對象的遙感解譯中，建立解譯標志是其中必不可少的環節。截至目前，礦山開發、土地資源、圍填海等解譯標志已相繼建立：王蔚等[2]利用IKONOS 1 m分辨率遙感影像，建立了云南各類礦山開發活動的解譯標志；顏長珍等[3]利用TM影像建立了西北地區土地資源類型的解譯標志；陳玉成等[4]基于資源02C衛星建立了山東典型巖礦標志；溫禮等[5]利用QuickBird、WorldView等影像，建立了圍填海圖斑的解譯標志。但基于高分辨率影像的生產建設項目水土保持擾動圖斑解譯標志仍未系統化整理。我們結合生產建設項目水土保持“天地一體化”監管示范工作，開展了相關技術研究。

2 技術原理

遙感解譯標志又稱判讀標志，是指反映和表現目標地物信息遙感影像的各種特征，這些特征能幫助判讀者識別遙感圖像上的目標地物或現象。

遙感解譯標志又分直接解譯標志和間接解譯標志[6]。直接解譯標志是指能夠直接反映和表現目標地物信息的遙感圖像的各種特征，包括遙感影像的顏色、色調、形狀、陰影、紋理、大小等，通過直接解譯標志可直接識別遙感影像上的目標地物。間接解譯標志是指能夠間接反映和表現目標地物信息的遙感圖像的各種特征，借助它們可以推斷與某些地物屬性相關的其他現象，如目標地物與其相關特征，目標地物與周圍環境的關系，目標地物與成像時間的關系。因此，基于高分辨率遙感影像建立生產建設項目擾動圖斑成為可能。

3 影像來源和預處理

3.1 遙感影像來源

本項目優先選擇分辨率優于2.5 m且具有藍、綠、紅、近紅外等多光譜波段的高分一號(GF-1)、高分二號(GF-2)、資源三號等國產衛星的遙感影像。若國產遙感影像不能覆蓋示范縣范圍或時相不能滿足要求，可用SPOT6等國外同等分辨率遙感影像補充。采用CGCS2000坐標系，高斯-克呂格投影(3°分帶)。

本研究所用解譯標志主要來自高分一號的遙感影像，分辨率為2 m，采用紅、綠、藍波段進行真彩色顯示，主要采自四川攀枝花市、安徽霍邱縣、內蒙古西烏珠穆沁旗、山西孝義市、北京大興區和青海湟中縣。另有部分深圳寶安區解譯標志來自SPOT6影像，分辨率為1.5 m。

3.2 影像預處理

為在影像圖上準確識別各類擾動圖斑，解譯前需要對遙感影像圖進行一定的圖像處理，包括幾何校正、融合、鑲嵌等預處理，以保證影像的清晰度、層次感、色彩飽和度，以及信息的豐富度等，如有兩景及以上的影像，保證鑲嵌接邊處位置偏差不超過1個像元，影像之間無明顯接邊痕跡。

4 解譯標志的建立

4.1 搜集資料，掌握情況

在解譯標志建立之前，通過資料查詢，初步掌握該區內主要生產建設項目類型、數量及大致分布。可查詢的資料包括縣志、縣水利志、統計年鑒、經濟發展規劃等，并結合項目收集的水利部和省、市、縣級批復的水土保持方案情況，基本摸清區域內生產建設項目情況。

4.2 通讀影像，注明疑點

在對區域情況進行了解和熟悉后，根據項目位置和遙感影像，初步摸清不同類型項目的影像特征，對不同生產建設項目從色調、色彩、形狀、紋理等方面構建一個基本認識，并舉一反三進行強化。對有疑義的疑似擾動圖斑，要及時標記地理位置，結合周圍圖斑進行初步推測并標注，留待現場調查時確認。

4.3 合理歸類，大體區分

在解譯標志建立前期，由于部分項目存在相同或相似的色調、紋理等特征，無法對36類項目進行明確的分類，因此在野外調查之前，對遙感影像上的生產建設項目先按擾動類型進行整理，野外調查時再確定最終項目歸屬。顏長珍等[3]在西北地區建立土地資源類型解譯標志時將土地類型分為耕地、林地、草地、水域、城鄉工礦居民地用地、未利用地、線性地物等一級類型，在此之下再將線性地物分鐵路、公路、單線河等二級類型。本研究參照該套分類規則，以《開發建設項目水土流失防治標準》(GB 50434—2008)中規定的生產建設項目類型為一、二級分類，以監管示范生產建設項目分類為三級分類，二、三級交叉內容只分到二級，建立生產建設項目解譯標志分類體系，詳見表1。

表1 生產建設項目解譯標志分類

注：帶“★”的為監管示范生產建設項目分類。

4.4 野外調查，有的放矢

針對基本明確的地物類型，選擇現場驗證2～3處即可，及時填寫記錄表，格式如表2所示。

表2 生產建設項目擾動圖斑解譯標志

室內通讀時對有疑義的地物，要全部跑到；每種類型生產建設項目調查數量不少于2個，僅有1個項目的必須跑到；區內所有生產建設項目類型必須跑到；至少調查3套硬化場地、城鎮建成區，并建立解譯標志；每套解譯標志包含擾動圖斑內1張實地照片和擾動圖斑遙感影像。

為節約解譯時間，提高工作效率，可邀請當地水行政主管部門有關專家進行室內判讀，再合理規劃野外路線，節約野外調查時間。有條件的地方，應利用無人機等先進設備，拍攝宏觀地貌類型等相關影像資料，為后期解譯提供直觀印象。

5 解譯標志庫

在本次解譯標志建立過程中，由于示范縣的數量有限，因此未能獲取全部生產建設項目的解譯標志來描述不同類型生產建設項目的主要特征及區別。

5.1 交通類項目

主要為公路工程、鐵路工程、機場工程和涉水交通工程，詳見表3。

表3 交通類項目解譯標志

5.2 水工程

主要為水利樞紐工程、灌區工程、堤防工程、蓄滯洪區工程、水電樞紐工程、引調水工程、其他小型水利工程，其中蓄滯洪區工程和其他小型水利工程解譯標志未能建立，詳見表4。

由于水面在真彩色顯示的影像中呈現較為明顯的特征，在此情況下，再區分不同項目類型顯得相對容易。

5.3 電力項目

主要包括水電樞紐工程、核電工程、風電工程、輸變電工程，以及其他電力工程，詳見表5。

表4 水工程解譯標志

表5 電力項目解譯標志

5.4 城建項目

主要包括房地產工程、社會事業類項目、城市軌道交通工程、城市管網工程、其他城建工程，其中城市管網工程未能建立，詳見表6。

城建項目表現在影像上的主要特征為規則的房屋，紋理清晰，邊界清楚。

表6 城建項目解譯標志

5.5 礦產和石油天然氣開采及冶煉項目

礦產和石油天然氣開采及冶煉主要包括露天煤礦、露天金屬礦、露天非金屬礦、井采煤礦、井采金屬礦、井采非金屬礦、油氣開采工程和油氣儲存與加工工程，其中后3種工程解譯標志未能建立，詳見表7。

表7 礦產和石油天然氣開采及冶煉項目解譯標志

5.6 其他項目

主要包括上述5類項目之外的其他項目，其中輸油輸氣管道、國防工程、地質勘探、考古、灘涂開發、林木采伐、林漿紙一體化工程和其他行業項目沒有建立解譯標志，詳見表8。

表8 其他項目解譯標志

5.7 棄渣場及硬化場地、城鎮建成區

這里的棄渣場，指水土保持方案確定的廢棄砂、石、土、矸石、尾礦、礦渣等專門存放地。根據要求，建立硬化場地、城鎮建成區解譯標志3套，詳見表9。

表9 棄渣場及硬化場地、城鎮建成區解譯標志

6 討 論

(1)解譯標志存在局限性。由于南北方氣候、植被等差異較大，加上項目影像來源廣、時間跨度大，因此建立的解譯標志庫存在一定的局限性，需要不斷更新完善。

(2)解譯標志會因時而異。由于生產建設項目會處于不同的階段，因此在有條件的情況下，應根據不同的階段建立不同類型的生產建設項目擾動標志。

(3)沒有一成不變的解譯標志。對全國而言，要統一進行解譯標志的建立和應用，不但要了解解譯標志的一致性，還需要考慮解譯標志的不穩定性，以便恰當地應用這些規律及影像信息特征，歸納出適于研究區的解譯標志，總結出擁有相對適應性及穩定性的解譯標志。

(4)解譯標志的不同，會對解譯結果產生較大影響。張景奇等[7]在海岸線提取中，采用了不同的解譯標志，得出的結果差別很大。因此，在解譯過程中，除了借助解譯標志外，還應積極探索和嘗試不同的方法，以提高解譯的精準度。

[1] 李智廣,王敬貴.生產建設項目“天地一體化”監管示范總體實施方案[J].中國水土保持,2016(2):14-17.

[2] 王蔚,傅濤.礦業開發活動的高分辨率遙感影像解譯標志[J].云南地質,2013,31(2):242-244.

[3] 顏長珍,馮毓蓀,王建華,等.西北地區土地資源類型TM影像解譯標志的建立[J].中國沙漠,1999,19(3):206-209.

[4] 陳玉成,劉偉,楊逸飛,等.基于資源02C衛星山東省典型巖礦解譯標志的建立[J].山東國土資源,2015,31(7):65-71.

[5] 溫禮,吳海平,姜方方,等.基于高分辨率遙感影像的圍填海圖斑遙感監測分類體系和解譯標志的建立[J].國土資源遙感,2016,28(1):172-177.

[6] 梅安新,秦其明.遙感導論[M].北京:高等教育出版社,2001:145-153.

[7] 張景奇,介東梅,劉杰.海岸線不同解譯標志對解譯結果的影響研究[J].吉林師范大學學報:自然科學版,2006(2):54-56.

(責任編輯 徐素霞)

水利部綜合事業局拔尖人才培養專項資金研究項目(20150608-01)

S157；P236

A

1000-0941(2016)11-0016-05

凌峰(1982—)，男，江蘇常熟市人，高級工程師，碩士研究生，主要從事水土保持監測和規劃工作。

2016-09-17