基于遙感和GIS技術的耕地后備資源調查研究

肖 禹 ， 周 寧

（1.唐山市曹妃甸區自然資源和規劃局，河北 唐山 063210；2.江西省地質局地理信息工程大隊，江西 南昌 330001）

現代化工業發展速度的提升，使得各地基礎設施建設對于耕地資源的需求量呈現一種增加趨勢，按照《中華人民共和國土地管理法》第30條的規定，非農業建設經批準占用耕地的，按照“占多少，墾多少”的原則，由占用耕地的單位負責開墾與所占用耕地的數量和質量相當的耕地。因此，補充耕地是一項十分重要的工作，如何在此過程中，找尋更多的耕地后備資源，保證建設用地的平衡性，成為土地資源管理與相關單位亟需解決的問題[1]。為全面落實耕地補償工作，本研究引進GIS技術與遙感技術，以某地區為例，開展耕地后補資源調查工作的研究，試圖通過此種方式，給予后備資源的連續性保障。

1 遙感技術與GIS技術

1.1 遙感技術

遙感技術以電磁波理論作為支撐，輔助多種傳感器設備的使用，根據探測目標反饋的電磁波信號，對其進行綜合收集、整理、針對性處理，從而形成完整的遙感圖像[2-4]?；诖朔N方式，實現對地表不同景物與事物的精準探測與識別。與此同時，應正確認知，在一個相同的光譜感知區域內，不同的物體對于光譜的感知能力是不同的，即便是相同的物體，他們在不同的區域內或在不同的場景中，也會由于反射光線不同，產生光譜吸收程序差異的現象[4-6]。通常情況下，遙感技術的有效波段為紅色光、紅外光與綠色光，綠色光段主要用于地下水環境中事物的探測以及外界環境中巖體、土壤、地質層等特性的綜合分析，紅色光段主要用于探測植被生長情況、事物變化及其規律的挖掘、水體污染特性等，紅外線光段主要用于探測礦產資源與土地資源。因此，紅外光段更加適用于本研究提出的耕地后備資源調查需要。

1.2 GIS技術

GIS技術屬于一種具有多學科、多專業交叉優勢的技術。在應用中，可將地理空間信息作為基礎，利用此方面信息，建立標準化的地理結構模型，通過對模型中地理空間與動態信息的更新，實現為地質研究與地質資源調查提供一種計算機專項服務[7-10]。此項技術在應用中的具體功能是將模型中的表格數據（表格中數據可以來自源端，也可以來自數據庫或電子程序）通過計算機處理，轉換成圖像進行顯示，并采用對圖像的集中分析、操作、瀏覽，實現對地質環境與地理資源的更新?；诤暧^角度分析，GIS技術是一項較為特殊的數據空間系統，在多功能硬件設備與完善的編譯程序的支撐下，可以實現對地理數據進行專項采集、處理、存儲、管理、分析與描述。

2 基于遙感和GIS技術的某地區耕地后備資源調查

2.1 數據源選擇

為實現對某地區后備資源的合理調查，以遙感技術和GIS技術作為基礎，應用假彩色合成的方法，生成對應區域內的影像圖。同時，選擇將按照1∶10 000比例生成的土地利用現狀圖以及該地區所屬行政區域的劃分圖作為輔助條件，將上述所有圖像作為耕地后備資源調查的數據源。除此之外，在項目開展的初期階段，還需要與自然資源、農業、交通等相關部門溝通，獲取相關資料，以此確保在圖件、數據和文字三個方面都具備豐富的數據資源，確保后續各項調查工作順利開展。針對獲取到的各類電子檔案資料數據信息，按照獲取時間的先后順序進行整理，并為后續工作提供準備。針對各類紙質資料數據，需要對其進行數字矢量化處理。在充分遵循紙質圖數字化技術規范的基礎上，利用空間數據與柵格圖、矢量數據相結合的方式進行轉換。將上一次該地區耕地后備資源作為基礎，結合獲取到的各項資料，初步確定該地區耕地后備資源的具體分布情況，并確定后續工作開展的各項調查區域以及具體路線。具體而言，結合土地利用現狀圖進行對比分析，將區域范圍內所有坡度角在25°以下的非耕地圖斑去除，同時去除的圖像還包括自然坡度角為5級的區域圖像、復墾后備資源當中面積未超過300 m2的獨立圖斑、林業部門規劃的生態公益林區域圖像等。

2.2 耕地后備資源類型劃分

在完成對數據源的選擇后，針對各類耕地后備資源類型進行劃分。首先，針對灘涂區域的耕地后備資源進行劃分。通常情況下，灘涂區域內的墾殖指數較高，但在耕地后備資源占比較低，并且容易出現各類災害問題。若在灘涂區域范圍內建設水庫，則在汛期灘涂水流量將會得到有效控制，其面積也會發生一定改變，進而形成適宜開墾和種植的區域。灘涂區域又可以分為新灘和舊灘兩種，舊灘的表面更加平坦，而且將其作為耕地在開墾莊稼時行壟分布更加整齊，周圍常常會有供居民居住的房屋等其他建筑物。而上述舊灘的特點在新灘上并不常見。在遙感圖像上其分布的位置通常會與周圍河流的走向平行，并且大多集中在河流灘區內部。隨后，依次依據不同地類特征對其他各類耕地后備資源類型進行劃分。

2.3 基于遙感和GIS技術的圖像解譯

2.3.1調查工作流程

在完成對耕地后備資源的類型劃分后，引入遙感和GIS技術，對獲取到的遙感圖像進行全面解釋。選擇將獲取到的遙感影像作為信息源，結合人機交互的RS完成對信息的采集。具體而言，在調查過程中，需要完成對遙感圖像的處理、地形圖數字化處理、影像幾何校正等工作，其調查工作流程示意圖如圖1所示。

圖1 基于遙感和GIS技術的調查工作流程示意圖

按照圖1所示的流程完成對調查區域內所有耕地后備資源的調查。在調查過程中，要準確詳實地對調查地區耕地后備資源的特征信息進行記錄，以此來反映區域內地貌具體數值特征。以圖像當中地貌坡面的傾斜程度為例，利用數值分析法對其進行量化處理。假設某一地貌坡面的坡度為s，則其在東西方向或南北方向上的高程變化率可用如下公式計算得出：

式中，S為總高程變化率；fx為東西方向變化率；fy為南北方向變化率。在公式（1）的基礎上，構建一個規格為3×3的局部移動窗口，如圖2所示。

圖2 3×3規格局部移動窗口示意圖

在圖2所示的窗口上完成對地貌坡面高程變化率數據的導入，在實際應用中還需要考慮到地貌在描述過程中的尺度效應問題以及不確定性問題，選擇合理的尺度完成對DEM坡度信息的提取，完成對耕地后備資源區域的調查工作。

2.3.2數字化配準

對遙感衛星圖像與地形圖進行配準，具備準確精度的遙感圖像和具備準確精度的柵格地形圖像能夠實現完全重疊，在配準時可選擇在MapInfo軟件當中以打開表的方式將柵格地形圖像打開。若第一次將該圖像打開，則此時MapInfo軟件會彈出提示窗口詢問是否需要配準，此時用鼠標點擊配準按鈕，再進入到配準圖像對話框當中，通過投影和設置坐標系等方式實現遙感圖像與柵格地形圖像的配準。針對已經完成校正的柵格地形圖，將其作為參考文件，將完成校正后的遙感衛星圖像作為校正文件，在保持控制點數量不變的條件下，執行配準操作。

2.3.3核實修正

為了進一步提高最終調查結果的可靠性，還需要對獲取的調查結果進行核實修正，將從地類圖當中解釋出的信息與按照安全標準劃分的地類圖信息進行比較，再經過實地調查驗證的方式確定不同耕地后備資源的位置、范圍，在確保調查結果準確無誤后匯總，并對總面積進行統計。

2.4 調查結果分析

通過上述操作得到耕地后備資源信息后，為提高信息的利用價值，還需要對調查結果進行分析，并將得到的遙感解釋結果與比例為1∶10 000的電子地圖套合處理，在圖像上能夠清晰地顯示出該地區耕地后備資源的具體面積和位置。按照這一流程將需要調查的所有區域內防洪預案流量進行數字化模擬顯示，并在比例為1∶10 000的電子地圖上疊加顯示。再結合實地踏勘得到的調查結果，分析該區域當前開發和利用的耕地資源以及后續可以開發利用的資源，最終確定各類別下資源的面積，將其匯總作為最終的耕地后備資源調查結果。

3 對比分析

為證明設計的調查方法具有較強的實用性，在完成對此方法的理論設計后，通過對比實驗，對此方法進行檢驗。實驗前，對調查區域進行初步地質勘查，整理勘查結果，整理成表格，某黃河灘區基本情況概述如表1所示。

表1 某黃河灘區基本情況概述

分別使用本研究設計的調查方法與傳統調查方法，對所選的地區展開后備資源調查工作，將調查數據呈現結果的完整度與所獲取遙感地質圖像的分辨率作為此次對比實驗的關鍵評價指標。整理此次對比實驗的結果，如表2、圖3所示。

表2 本文調查方法與傳統調查方法調查數據呈現結果的完整度對比

圖3 本文調查方法與傳統調查方法所獲取遙感地質圖像的分辨率對比

在此基礎上，整理對應區域獲取遙感影像的分辨率，隨機截取某段地質調查影像，將其分辨率以連續曲線呈現在顯示端，如圖3所示。

從上述實驗結果可以看出，本次設計研究的調查技術在實際應用中，無論是所獲取遙感地質圖像的分辨率適宜度，還是調查數據呈現結果的完整度，都優于傳統方法。

4 結語

綜上所述，本研究以某地區為例，引進GIS技術與遙感技術，開展耕地后補資源調查工作的研究。對比實驗結果表明，此次設計研究的方法在實際地質調查應用中的優勢更突出，可以起到提升所獲取遙感地質圖像分辨率適宜度、提高調查數據呈現結果完整度的作用，有利于實現對耕地保護工作的全面優化，從而提高耕地質量與土地資源市場價值。