利用遥感技术复核灾毁耕地面积的试验研究

    关键词：遥感技术    土地复垦    灾毁耕地 

    中图分类号：P23 文献标识码：A   文章编号：1674-3695-（2009)03-23-03 

    1 引言

    我国是洪涝和地质灾害频繁发生的国家，特别是东南沿海，是台风、暴雨、洪涝灾害频发地区，每年都有大量的耕地因灾损毁。为及时帮助受灾农民开展灾毁耕地的复垦工作，尽快恢复农业生产，把灾害造成的损失降到最低程度，许多省份建立了灾毁耕地复垦应急预案，要求各设区市、县（市、区）国土资源局成立灾毁耕地复垦应急工作小组，负责辖区内灾毁耕地面积的调查核实、汇总上报、灾毁复垦项目测量和规划设计组织、资金使用管理监督等工作。因此，政府管理部门每年花费大量人力、物力和财力用于灾毁耕地的复垦工作，而复核县（市）上报的灾毁耕地地类和面积是灾毁耕地的复垦管理工作中重要的环节，以往这项工作主要方式是人员到实地进行勘测，工作量大，周期长，且无法对上报的资料进行全面复核。

   为了更好做好灾毁耕地的复垦管理工作，提高复核工作效率，有效的纠正错报、虚报数据，必须结合以现代遥感为主的空间技术和以计算机科学为主的高新信息技术，对县（市）上报的灾毁耕地资料进行复核。作为能提供全球重复、连续的地球表面定位、定性和定量数据的遥感技术，或称之为对地观测技术，随着信息获取和信息处理技术的不断进步和完善，遥感在国土资源调查、环境灾害监测等诸多领域中取得了长足的发展，遥感技术的应用包括遥感数据获取、遥感图像的信息提取和分析以及基于GIS空间决策分析过程。其中，遥感数据获取是应用的基础，遥感图像的处理技术是应用的关键，基于GIS的空间决策分析是各项应用的最终目标。 

    2 对象与方法 

    2.1 研究对象

   2006年5月18日，第一号强台风“珍珠”在广东饶平到澄海之间沿海登陆后，进人福建漳州境内，并沿福建省沿海地区北上。其带来的强风和特大暴雨导致福建省15人死亡、4人失踪，经济损失达38亿多元人民币。据不完全统计，福建省60个县市、425个乡镇受灾，受灾人口315万人，倒塌房屋近万间，农作物受灾巧4.12千公顷、成灾86千公顷。漳浦县位于福建省南部沿海，隶属于漳州市，，是受强台风“珍珠”影响最大的沿海地区之一；建瓯市位于福建省中部偏北的内陆山区，隶属于南平市，，受强台风“珍珠”影响也比较大。

   本文选择受2006年第一号强台风“珍珠”影响比较严重的福建省漳浦县、建贩市为试验区域，通过对沿海地区和内陆山区灾毁耕地复核工作的研究，探索利用遥感和GIS技术对县（市）上报的灾毁耕地资料进行全面复核的方法，寻求一条快速、及时、准确的复核全省上报的灾毁耕地资料的途径。

    2.2 技术路线

   本试验研究在收集福建省漳浦县、建瓯市SPOT5、资源二号和资源系列雷达三种卫星遥感数据的基础上，针对上报的灾毁耕地区域，对受灾前后的遥感影像数据进行解译，利用解译结果与上报资料进行比较、对照，以检验上报资料的真实性。试验工作实施的总体思路如图1所示： 

    2.3  数据预处理

   （一）数据来源

    ①漳浦县、建欧市详查建库的1:1万土地利用现状图电子数据；②漳浦县、建贩市2005年底至2006年初的SPOTS卫星遥感数据（分辨率2.5米）;③漳浦县、建贩市耕地灾毁资料；④灾后（2006年5月21日之后）的SPOTS卫星遥感数据（分辨率2.5米）;⑤灾前和灾后（2006年5月21日之后）的资源二号卫星遥感数据（分辨率3米，全色波段）；⑥灾后短时间内或灾中的资源二号雷达数据（分辨率5米）；⑦用于验证部分区域复核结果的高分辨率的IKONOS卫星遥感数据（分辨率0.6米）。

   （二）数据预处理

   数据预处理就是在全面收集资料的基础上，对资料进行系统的分析研究、综合整理及筛选等，包括对灾毁数据的处理、矢量化、影像校正等。灾毁数据的处理以土地利用现状矢量数据为基础，把灾毁耕地进行矢量化，形成灾毁耕地空间数据，并与上报的数据进行初步面积统计对比。影像校正采用已有的SPOTS遥感影像作为参考源，对新购买的数据进行正射校正，制作正射影像图。 

    2.4 复合方法

   （一）灾毁图斑核实

   把灾毁耕地数据、灾前影像和灾后影像进行叠加对比分析，通过人工解译的方式，核查灾毁的真实性，找出可疑的图斑，并对部分可疑图斑进行野外实地复核。选择部分灾毁耕地较密集的区域，应用高分辨率IKONOS影像数据对复核的结果进行核对，检验用和资源二号影像数据复核的准确性。

   （二）灾毁分布图编制

   对核查完后的灾毁数据进行面积统计，并和上报数据进行对比，并编制灾毁情况分布图。

   （三）复核结果对比分析

   对采用不同影像数据源复核出的结果进行对比分析，找出最佳的数据源和方法，在今后的灾情评估中推广使用。

   （四）实施情况

   由于许多客观因素，试验在实施中未能完全按照设定的方案开展。试验中，SPOTS卫星数据于2006年7月1日、7月8日、7月12日进行编程拍摄，由于受台风等天气影响，云量太大，数据不能使用；资源二号卫星也拍摄多次，但数据含云量太大，获取不到有效的灾后数据，因此无法应用SPOTS和资源二号卫星遥感数据进行受灾前后对比，核查上报面积。而资源系列雷达数据虽然不受天气的影响，但分辨率不够，用于灾毁耕地核查效果不理想。由于无法获取高分辨率的灾后数据，因此，只能用低分辨率雷达数据和2006年6月12日中巴资源卫星存档数据进行定性分析。

   因此，本试验实施中只完成了如下工作：1、收集资料，包括土地利用现状图电子数据、耕地灾毁资料、灾前SPOTS正射影像资料、灾后资源雷达数据和中巴资源卫星影像数据（分辨率20米）;2、以土地利用现状图电子数据为基础，把上报的灾毁耕地纸质资料进行矢量化，并录入原地类、上报的灾毁面积等属性，形成灾毁耕地空间数据，并与上报的数据进行对比，对上报的灾毁耕地的空间位置和面积的真实性进行初步核查；3、处理灾后资源雷达数据和中巴资源卫星存档数据，并和灾毁耕地空间数据进行叠加分析，对上报的灾毁耕地的的空间位置和面积的真实性进行进一步核查。 

    3  结果

    虽然受台风天气影响，试验未能按照设定的方案全面展开实施，但已实施的工作仍然取得了一定的成果，核查结果如下：

   1．存在重报现象。把上报灾毁耕地情况矢量化后发现，有些地方存在重报。有的是同村重报，有的是不同村重报，有的是村与权属单位之间重报：（如图2所示，底图为灾前SPOTS卫星影像，两个重报数据位置部分重叠。）

   2．虚报面积。如图3所示，通过对建瓯市2006年6月12日中巴资源卫星数据和灾毁耕地空间数据进行叠加分析，可以定性得出不少图斑没有灾毁，至少可以肯定面积比上报面积小，但因影像分辨率太低，无法进行准确的定量分析，计算出实际的灾毁面积。

（图中可以明显看出所报灾毁耕地绝大部分连植被都完好无损，也没有大面积的水庵或水冲的痕迹，可以判断不可能有这么大面积的灾毁。）

   3．上报的资料质量较差。有的村上报的图斑坐落在别的村，有的上报图件和上报灾毁面积不一致。 

    4 结论和讨论 

    4.1 结论

   （一）利用遥感技术复核灾毁耕地面积，较传统人工复核方法有很大改进，很有实际应用价值。一是提高复核工作效率，减少工作量，缩短周期；二是能够有效纠正错报、虚报灾毁耕地数据，有助于灾毁耕地的复垦工作顺利开展。

   （二）利用遥感技术复核灾毁耕地面积，从技术上是可行的。但是有两个先决条件：一是要有灾前较高分辨率的影像数据；二是要有灾后短时间内的较高分辨率的影像数据。前者要每年定期购买影像数据，需要较高的投入（以福建省为例购买覆盖全省的SPOTS卫星影像需300多万元的投入，数据也可以同时用于土地利用更新调查、执法监察等工作）；后者主要受福建省天气因素的限制，存在很大的不确定性。因此，利用遥感技术复核灾毁耕地面积，以目前技术已经可以满足应用要求，主要还是成本一效益问题。

    4.2  讨论

   虽然受台风天气影响，不能获取可用的数据，但从已完成的工作中仍然发现了不少问题，并通过总结失败原因，寻求解决办法，为今后的成功积累了宝贵的经验。

   （一）卫星数据接收受天气影响较大，而在灾后天气又较差，因此很难在灾后短时间内获取到有效的数据，这严重制约试验的实施。解决办法：卫星数据接收受天气影响是难以避免的，可以通过提前计划、多种卫星数据结合互补和多手段结合来减少天气的影响，提高数据获取成功的机率。2006年5月21日的台风过后，6月12日左右的天气情况还是比较好的，但我们所选择的卫星没经过漳浦县、建贩市，所以没能获得该时段的数据。

   在国外也是利用多种卫星数据和多手段结合的方式来减少天气的影响，例如欧洲几个大国之间签定协议，约定一旦哪个国家有发生自然灾害，其他国家第一时间就把各自的卫星对受灾国进行监测，全力支持受灾国进行灾情监测；还有不少国家采用了低空卫星、飞机乃至热气球等作为载体来避免天气影响，获取数据。

   由于我国卫星遥感事业起步较晚，目前可供我们选择的合适的数据源不多，这也大大影响了遥感技术在灾情监测方面的应用，随着卫星遥感技术的发展，必然会有越来越多的卫星可供我们选择，例如2006年1月24日发射，于2006年10月开始提供数据的日本先进陆地观测卫星ALOS，可以提供2.5米全色和10米多光谱的影像，重访周期最短可以2天重访一次，这可以大大提高数据的获取能力，减少天气的影响。如果能够发展到每天都有高分辨率的卫星经过我省上空，那么就可以最大限度的减小天气影响，提高数据获取的能力。

   （二）由于资源雷达数据受军方的保密限制，无法提供所需的一些关键卫星轨道参数，因此数据无法进行精确的处理，严重影响了效果；而且所拿到的数据分辨率较低、距离受灾时间稍远，这些也导致了无法用资源系列雷达数据进行有效的判别灾毁耕地。解决力、法：雷达是避免天气影响的最好选择，但目前所能获得的雷达分辨率都比较低，无法判别耕地，也就无法进行灾毁复核，如果以后能够获取到1米分辨率的雷达数据，这个问题就可以彻底解决