地理國情地表覆蓋與土地利用數據間差異性分析方法的設計與實現

朱雪虹，張書亮,2，儲征偉

(1. 南京師范大學虛擬地理環境教育部重點實驗室，江蘇 南京 210023； 2. 江蘇省地理信息資源開發與利用協同創新中心，江蘇 南京 210023； 3. 南京市測繪勘察研究院股份有限公司，江蘇 南京 210019)

目前，地理國情普查工作已經全面完成，各地區均建立了包含地形地貌、遙感影像、遙感影像解譯樣本、地表覆蓋、地理國情要素、專題數據、地理國情統計分析成果等內容的地理國情普查數據庫。地表覆蓋數據是地理國情普查的重要成果之一[1]，包含耕地、園地、林地、草地、道路、房屋建筑(區)、水域等10類要素[2-3]，也是地理國情監測的基礎數據。土地利用數據是在第二次全國土地調查的基礎上，每年進行外業調查與變更的數據成果，包含耕地、園地、林地、草地、交通運輸用地、水域及水利設施用地、城鎮村及工礦用地等8類要素[4]。

地表覆蓋數據與土地利用數據覆蓋地區自然地表，其結果具有較強的現勢性意義。然而，由于數據來源不同、差異明顯，缺乏相應的分析方法與技術，目前其變化發現仍停留在人工階段，無法滿足政府部門在國情分析與評價、地理國情監測方面的應用需求。因此，本文分析地理國情地表覆蓋數據與土地利用地類圖斑數據間的差異性，構建分類映射體系，設計并實現兩類數據間的差異性分析方法，滿足相關政府部門對數據演變與內涵解讀的迫切需求，為地理國情監測提供方法與數據支撐。

1　兩類數據的差異性分析

本文從數據分層組織、數學基礎、屬性結構與分類體系4個方面分析地表覆蓋數據與土地利用數據的差異。

(1) 數據分層：地表覆蓋數據與土地利用數據分層組織見表1。由表1可知，土地利用數據存儲在地類圖斑、線狀地物等圖層中。其中地類圖斑與地表覆蓋同為面狀要素，覆蓋地區自然地表，具有較強的可比性。因此本文選擇二者為對象，進行進一步的差異性分析與試驗。

表1　數據分層組織

(2) 數學基礎：地表覆蓋數據采用2000國家大地坐標系與地理坐標[2]；地類圖斑數據采用1980西安坐標系，投影方式采用高斯-克呂格投影，按3°分帶[4]。

(3) 屬性結構：地表覆蓋數據屬性結構簡單，僅地理國情信息分類碼與生產標記信息2個字段[5]；地類圖斑數據屬性豐富，包括標識碼、要素代碼、圖斑預編號、圖斑編號、地類編碼、地類名稱、權屬性質、扣除類型、扣除地類編碼、扣除地類系數、圖斑面積、線狀地物面積、零星地物面積、扣除地類面積、圖斑地類面積、變更記錄號、變更日期及權屬單位、坐落單位信息等字段[6]。

(4) 分類體系：地表覆蓋包含耕地、園地、林地、草地、道路、房屋建筑(區)、構筑物、人工堆掘地、荒漠與裸露地表、水域，其分類依據地表自然營造物和人工建造物的自然屬性或狀況，采用三級分類，其中一級類10個，二級類45個，三級類87個；土地利用包含耕地、園地、林地、草地、交通運輸用地、城鎮村及工礦用地、其他土地、水域及水利設施用地，其分類側重于土地的社會屬性即人類對土地的利用方式和目的意圖，采用二級分類，其中一級類8個，二級類40個。

地表覆蓋與地類圖斑數據在數學基礎、屬性結構、分類體系上均存在一定差異，其中分類體系差異對分析結果影響最大。為了實現兩者的精確對比與分析，需要建立兩者分類的映射關系。

2　分類映射方法

本文通過分析地表覆蓋與土地利用的一級類定義，建立兩者一級類間的映射關系如圖1所示。然后研究具有對應關系的一級類下全部子類的定義與采集要求，建立子類的映射關系。

以耕地為例，地表覆蓋旱地中基本包含了土地利用分類中的水澆地和旱地，即不區分這兩種具體類型，泛指種植旱生、旱作農作物的耕地。因此，土地利用中的水田與地表覆蓋中的水田對應，旱地、水澆地與地表覆蓋中的旱地對應。

圖1　一級類映射關系

按照上述方法，對地表覆蓋共87個三級類與土地利用共40個二級類進行分析，以地類數量較少的土地利用類型為基準，分析土地利用某一類型對應的地表覆蓋類型，建立分類映射關系見表2。表2中，土地利用37類均存在一或多個地表覆蓋類型與之對應，3類無對應地表覆蓋類型；地表覆蓋中60個三級類有對應的土地利用類型，27個無對應類型。由于地表覆蓋三級類數量較多，如地表覆蓋中二級類可與土地利用二級類對應，則不再列出該二級類下三級類。

3　試驗驗證

3.1　試驗數據

本文以江蘇省某縣為例，其地表覆蓋數據由測繪地理信息部門提供，于2015年6月30日完成時點更新，涵蓋共59個三級類，一級類分布如圖2所示。土地利用數據由國土部門提供，采用2014年變更調查成果地類圖斑數據，涵蓋共23個二級類，一級類分布如圖3所示。

圖2　地表覆蓋分布圖

土地利用類型對應地表覆蓋類型土地利用類型對應地表覆蓋類型耕地園地林地草地交通運輸用地水田水澆地旱地果園茶園其他園地有林地灌木林地其他林地天然草地人工牧草地其他草地鐵路用地公路用地街巷用地農村道路機場用地港口碼頭管道運輸水田旱地果園茶園桑園、橡膠園、花圃、其他園地竹林、喬木林灌木林疏林、苗圃、人工幼林天然草地牧草地其他人工草地鐵路、護坡灌草、綠化林地、綠化草地、其他硬化地表、房屋建筑區、廣場路面、護坡灌草、綠化林地、綠化草地路面、綠化林地、綠化草地、停車場路面、護坡灌草、綠化林地、綠化草地停機坪與跑道、綠化草地、房屋建筑區其他硬化地表無對應水域及水利設施用地其他土地城鎮村及工礦用地河流湖泊水庫坑塘沿海灘涂內陸灘涂溝渠水工建筑用地冰川及永久冰雪設施農用地空閑地田坎鹽堿地沼澤地沙地裸地城市建制鎮村莊采礦用地風景名勝及特殊用地水面水面水面水面荒漠與裸露地表、水面、草地、林地水渠、林地水工設施、房屋建筑區冰川與常年積雪溫室大棚、房屋建筑區、場院無對應碾壓踩踏地表鹽堿地表泥土地表沙質地表礫石地表房屋建筑區、道路、綠化林地、綠化草地房屋建筑區、道路、綠化林地、綠化草地露天采掘場、尾礦堆放物無對應

圖3　土地利用分布

3.2　方法實現

本文基于地理國情地表覆蓋與土地利用地類圖斑數據間的差異性分析結果，構建了兩者分類的映射體系，設計地理處理、分類映射與統計分析服務，實現數據差異性分析方法與軟件，提供兩類數據圖層疊置、分類映射、在線生成分析報告等功能，系統界面如圖4所示。

通過軟件對該縣地理國情地表覆蓋數據與地類圖斑數據進行差異性分析，形成分析報告。報告內容包括如表3的地表覆蓋與土地利用中一級類面積、占比與兩者對應類間的差值、重合面積與重合率，如表4的地表覆蓋對應的土地利用類型統計表及土地利用類型流向表等統計結果，直觀、定量地描述了由2014年土地利用地類圖斑數據至2015年地理國情地表覆蓋數據的演變情況，實現不同數據源的地理國情監測，為國情分析評價提供定量化數據支撐。

圖4　系統界面

4　結　語

本文面向地理國情地表覆蓋與土地利用地類圖斑數據，構建了二者的分類映射體系，開發軟件實現了兩類數據間的差異性分析，并自動生成分析報告提供數據演變量化描述。其中，兩類數據部分地類語義差異較大，應根據地類語義合理選擇其他專題數據進行差異性分析，為政府部門決策提供更精確的數據支撐。未來可嘗試多角度、多層次、多手段分析地理國情普查成果與其他專題數據的差異性。

表3　一級類統計

表4　地表覆蓋對應的土地利用類型統計　km2

參考文獻：

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