基礎(chǔ)性地理國情監(jiān)測技術(shù)方法研究

陳 青，許慶領(lǐng)，李巍巍

（1.國家測繪地理信息局 重慶測繪院，重慶400015）

基礎(chǔ)性地理國情監(jiān)測技術(shù)方法研究

陳 青1，許慶領(lǐng)1，李巍巍1

（1.國家測繪地理信息局 重慶測繪院，重慶400015）

基于第一次全國地理國情普查成果，進行基礎(chǔ)性地理國情監(jiān)測的技術(shù)方法研究，分析目前常見的監(jiān)測對比方法，提出以增量更新的方式進行基礎(chǔ)性地理國情監(jiān)測生產(chǎn)的解決方案。在實際生產(chǎn)中進行驗證表明，該解決方案是可靠的、高效的，能夠在地理國情監(jiān)測中發(fā)揮作用。

地理國情；常態(tài)化監(jiān)測；變化監(jiān)測技術(shù)

地理國情監(jiān)測工作包括地理國情普查和地理國情監(jiān)測。地理國情普查是對地表自然和人文地理要素的空間分布、特征及其相互關(guān)系進行全面調(diào)查、摸底，形成全國統(tǒng)一、權(quán)威的地理國情本底數(shù)據(jù)庫，為地理國情監(jiān)測提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐[1]，目前普查工作已經(jīng)進入尾聲。地理國情監(jiān)測主要工作是開展地理國情監(jiān)測實驗，形成完善的地理國情監(jiān)測體系，為今后持續(xù)開展地理國情監(jiān)測積累經(jīng)驗。地理國情監(jiān)測主要分為基礎(chǔ)性地理國情監(jiān)測、典型性地理國情監(jiān)測和專題性地理國情監(jiān)測3大方向。基礎(chǔ)性地理國情監(jiān)測是在地理國情普查成果的基礎(chǔ)上，按照地理國情普查的內(nèi)容與指標，對全國范圍內(nèi)的地表覆蓋和地理國情要素開展基礎(chǔ)性的變化監(jiān)測，并對變化內(nèi)容進行數(shù)量統(tǒng)計和空間分析，形成基礎(chǔ)性地理國情監(jiān)測報告。本文以地理國情普查本底數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，通過研究監(jiān)測的技術(shù)方法，提出基礎(chǔ)性地理國情常態(tài)化監(jiān)測的解決方案。

1 常見的變化監(jiān)測方法

從地理信息變化狀態(tài)分析，變化監(jiān)測的類型主要包括2類：①新增地理信息要素；②原有地理信息要素消失，或信息還存在，但存在的狀態(tài)發(fā)生改變。變化監(jiān)測主要是通過新舊兩期數(shù)據(jù)源的比對，發(fā)現(xiàn)變化區(qū)域。根據(jù)數(shù)據(jù)源的不同，變化監(jiān)測方法主要包括3種，分別是影像對影像的變化監(jiān)測、影像對矢量的變化監(jiān)測[2-4]、矢量對矢量的變化監(jiān)測[5]。

1.1 影像對影像的變化監(jiān)測

不同遙感傳感器所獲得的遙感影像信息具有不同的信息優(yōu)勢。利用監(jiān)測期的高分或多光譜影像獲取地表地物的光譜信息、紋理特征等影像信息，并與基態(tài)信息進行對比，發(fā)現(xiàn)變化的區(qū)域。如圖1所示，該方法對影像的光譜信息和空間分辨率要求較高。

圖1 影像對影像變化監(jiān)測圖

1.2 影像對矢量的變化監(jiān)測

利用影像數(shù)據(jù)對矢量進行變化監(jiān)測主要運用變化監(jiān)測相關(guān)技術(shù)。對于變化檢測來說，不發(fā)生變化的信息占主流，因此在待更新的數(shù)據(jù)中含有大量與遙感數(shù)據(jù)相一致的信息。如果利用計算機對可利用信息進行挖掘，建立以統(tǒng)計信息為主體的各類型要素的遙感信息模板，則可通過類別信息引導(dǎo)實現(xiàn)自動化與定量化的變化信息檢測[2-4]，從而輔助人機交互進行變化監(jiān)測，如圖2所示。

1.3 矢量對矢量的變化監(jiān)測

在實際的變化監(jiān)測中，矢量數(shù)據(jù)對矢量數(shù)據(jù)的變化監(jiān)測多采用局部標識的方式，只存儲監(jiān)測期數(shù)據(jù)狀態(tài)相對于基態(tài)的變化量。該方式是利用系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)編輯工具，直接對發(fā)生變化的要素逐個進行編輯處理。通過事務(wù)控制，編輯完成后一次性把變化數(shù)據(jù)提交到數(shù)據(jù)庫中，同時把舊數(shù)據(jù)備份出來。

由于地理國情監(jiān)測的內(nèi)容要求多、指標細，單一的變化監(jiān)測不能滿足當(dāng)前地理國情監(jiān)測生產(chǎn)的需要，需要綜合運用這些方法，嚴密設(shè)計技術(shù)流程，形成切實可行的地理國情常態(tài)化監(jiān)測解決方案。

圖2 影像對矢量變化監(jiān)測圖

2 地理國情監(jiān)測技術(shù)方法研究

2.1 主要技術(shù)流程

本文以第一次全國地理國情普查本底數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，利用多源航空航天遙感影像數(shù)據(jù)為主要數(shù)據(jù)源，收集、整合、分析基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)及多行業(yè)專題數(shù)據(jù)，采用遙感影像解譯、變化信息提取、數(shù)據(jù)編輯與整理等技術(shù)與方法，實現(xiàn)地理國情全要素地表覆蓋、地理國情要素的動態(tài)變化監(jiān)測和快速、準確獲取，并進行統(tǒng)計分析，形成地理國情監(jiān)測報告，如圖3所示。

2.2 變化監(jiān)測圖層分層

地理國情監(jiān)測的變化監(jiān)測成果包括地表覆蓋變化數(shù)據(jù)和地理國情要素變化數(shù)據(jù)2類。其中地表覆蓋變化數(shù)據(jù)存儲在LCA_C層中，地理國情要素監(jiān)測的內(nèi)容包括道路、水域、構(gòu)筑物、地理單元4大類要素，分別存儲在LRDL_C、HYDL_C、SFCL_C等36個層中，因此變化監(jiān)測成果數(shù)據(jù)集共設(shè)計37個圖層。數(shù)據(jù)層命名方式為在原圖層命名的基礎(chǔ)上統(tǒng)一添加“_C”后綴，表示該數(shù)據(jù)層為變化監(jiān)測圖層，具體數(shù)據(jù)分層與命名匯總見表1。

2.3 變化監(jiān)測字段定義

圖3 基礎(chǔ)性地理國情監(jiān)測流程圖

表1 變化監(jiān)測成果數(shù)據(jù)集數(shù)據(jù)分層與命名匯總表（部分）

變化監(jiān)測數(shù)據(jù)集的屬性大部分沿用了本底數(shù)據(jù)庫屬性的定義，在此基礎(chǔ)上增加了表達和記錄變化屬性。新增屬性的說明見表2。

表2 新增屬性列表

2.4 變化提取流程研究

通過基態(tài)期數(shù)據(jù)疊加監(jiān)測期影像配合專業(yè)資料進行提取，具體包括通過拷貝基態(tài)數(shù)據(jù)，添加記錄變化信息的屬性字段，發(fā)現(xiàn)、修改并標識變化數(shù)據(jù)等步驟，這時會得到包含了變化和未變化信息的數(shù)據(jù)集，即變化監(jiān)測過程數(shù)據(jù)集；對變化監(jiān)測過程數(shù)據(jù)集剔除未變化信息可以得到變化增量數(shù)據(jù)，即變化監(jiān)測成果數(shù)據(jù)；對變化監(jiān)測過程數(shù)據(jù)集進行屬性字段和要素的整理，則可以得到監(jiān)測期的基態(tài)數(shù)據(jù)，如圖4所示。通過上述技術(shù)流程，以增量更新的方式進行變化提取，既方便整理得到變化監(jiān)測成果，又可以容易獲得監(jiān)測期的完整數(shù)據(jù)。

圖4 變化監(jiān)測提取流程圖

3 基礎(chǔ)性地理國情監(jiān)測生產(chǎn)實驗

3.1 實驗區(qū)域概述

選擇重慶市主城區(qū)為實驗區(qū)進行基礎(chǔ)性地理國情監(jiān)測技術(shù)實驗。重慶市主城區(qū)包含9個市轄區(qū)，常住人口約770萬余人，到2010年建成區(qū)達到了600 km2，是重慶市政治、文化、經(jīng)濟的中心地區(qū)。

選擇2010年影像與2014年影像，按照地理國情普查內(nèi)容與指標對2010年的影像進行采集，以增量更新的方式對2014年的影像進行解譯判讀，形成基礎(chǔ)性地理國情監(jiān)測過程數(shù)據(jù)集，通過數(shù)據(jù)提取、冗余信息刪除等處理，得到2014年重慶主城區(qū)地理國情監(jiān)測成果以及2014年重慶主城區(qū)完整的地表覆蓋和地理國情要素成果。

3.2 實驗成果

對變化監(jiān)測成果中房屋建筑（區(qū)）進行提取，并進行面積統(tǒng)計和空間分布的對比，2010年房屋建筑（區(qū)）面積為351．74 km2，2014年房屋建筑（區(qū)）的面積為442．37 km2。空間分布對比結(jié)果如圖5所示。

圖5 重慶市主城區(qū)房屋建筑（區(qū)）變化監(jiān)測結(jié)果圖

4 結(jié) 語

通過實際項目生產(chǎn)證明，本文提出的地理國情監(jiān)測技術(shù)方法比傳統(tǒng)的通過分別解譯兩期影像進行變化監(jiān)測的精度更高，監(jiān)測的效率更快，監(jiān)測的結(jié)果更準確，基態(tài)數(shù)據(jù)、監(jiān)測期數(shù)據(jù)版本管理更方便。

[1] 國務(wù)院第一次全國地理國情普查領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室．地理國情普查基礎(chǔ)知識[M]．北京：測繪出版社，2014

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[8] 陳軍,王東華,商瑤玲,等．國家1∶50 000數(shù)據(jù)庫更新工程總體設(shè)計研究與技術(shù)創(chuàng)新[J]．測繪學(xué)報,2010,39(1):7-10

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P208

B

1672-4623（2016）02-0028-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.02.010

陳青,工程師，主要從事大地測量和遙感測量的質(zhì)量控制與檢查工作。

2015-05-27。

項目來源：國家測繪地理信息局科技司2014年科技資助項目（面向地理國情監(jiān)測的信息化測繪生產(chǎn)技術(shù)升級）。