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南京大學多種數據技術服務

  一.背景介紹

     人類社會發展離不開土地,沒有土地就沒有人類,土地利用隨著人類的出現而發生。人類爲了一定的社會或經濟方面的目的,會通過利用、改造等活動。從土地上獲得更多的資源。土地利用既要受自然條件的制約,同時也會受到社會、經濟、技術條件的影響,這就決定了它既是一個將土地的自然生態系統變爲人工生態系統的過程,也是一個自然、經濟、社會諸多因素共同作用的複雜過程。土地利用的廣度、深度和合理利用程度,是一個國家國民經濟各部門生産建設規模、水平和特點的集中反映。隨著城市化、工業化的發展以及人口數量的日益增長,協調好人地關系已經成爲當前的迫切問題。

學術界對土地利用概念存在下列代表性的觀點:(1)土地利用是人類通過與土地結合獲得物質産品和服務的經濟活動過程;(2)土地利用是指人類對待定土地投入勞動力資本,以期從土地得到某種欲望的滿足;(3)土地利用是由自然條件和人爲幹預所決定的土地功能;(4)土地利用是指在既定時間、空間和特點地點的一切已開發和空閑土地的表面狀況;(5)土地利用是指由土地質量特性和社會土地需求協調所決定的土地功能過程,即:人類根據土地質量特性開發利用土地,滿足人類生産生活需要:同時利用土地改善環境滿足人類生存的需要。

水域,是指江河、湖泊、運河、渠道、水庫、水塘、灘塗及其管理範圍,是人類生産生活中主要應用的水資源。水域具有吸納多余營養物、滯留與降解汙染物、保存基因庫、保護生物多樣性、進行水産養殖、調蓄雨洪資源和調節區域小氣候等多種功能。水域是生態系統中極其重要的生態環境之一,支撐著人類的生存和社會的發展。

路網數據,包括高速公路、國道、省道、鐵路、地鐵、市區主路、其它道路等道路信息。地貌(Landforms)即地球表面各種形態的總稱,也能稱爲地形。地表形態是多種多樣的,成因也不盡相同,是內、外力地質作用對地殼綜合作用的結果。內力地質作用造成了地表的起伏,控制了海陸分布的輪廊及山地、高原、盆地和平原的地域配置,決定了地貌的構造格架。而外營力(流水、風力、太陽輻射能、大氣和生物的生長和活動)地質作用,通過多種方式,對地殼表層物質不斷進行風化、剝蝕、搬運和堆積,從而形成了現代地面的各種形態。

土壤質地類型不同表明各地土壤表層內具有不同的礦質顆粒大小分布特點,而不同的顆粒大小分布特點又具有不同的輻射傳輸、水分平衡、熱量平衡等特點。因此,土壤質地類型資料可廣泛應用于土壤資源評價、土壤肥力估計、大氣熱力學及動力學方程等。而區域土壤類型分布圖是土壤水鹽運移研究、灌溉工程規劃設計、灌溉管理、土壤肥力評估等方面的基礎資料,對于農業生産和土地資源利用管理具有重要的實際意義。

植被類型指地球表面某一地區所覆蓋的植物群落。依植物群落類型劃分,可分爲草甸植被、森林植被等。它與氣候、土壤、地形、動物界及水狀況等自然環境要素密切相關。從全球範圍可區分爲海洋植被和陸地植被兩大類。但由于陸地環境差異大,因而形成了多種植被類型,可將其劃分爲植被型、植物群系和群叢等多級分類系列。還可分爲自然植被和人工植被。人工植被包括農田、果園、草場、人造林和城市綠地等。自然植被包括原生植被、次生植被等。

地理國情監測雲平台應南京大學的要求,對20011:100萬植被類型、200990米地貌類型、20081:10萬土壤類型與20151:1萬水系、1:1萬路網、1:10萬土地利用提供産品技術服務,以滿足客戶科研工作的需求。

二.案例詳情

服務單位

南京大學

服務時間

2017.11

服務內容

20011:100萬植被類型、200490米地貌類型、20081:10萬土壤類型與20151:1萬水系、1:1萬路網、1:10萬土地利用

本次技術服務的核心是:土地利用數據基于2015Landsat8-OLI遙感影像生産1:10萬土地利用數據産品,包括耕地、林地、草地、水域、建設用地和未利用地在內的6個大類;地貌數據産品利用GIS和遙感技術,基于DEM數據,利用ArcGIS軟件中的TIN工具,以地貌渲染法爲基礎,利用色彩和光影有規律的變換和組合表示地面的起伏變化,直觀的將河南省地貌特征展現出來;2008年全國1:10萬土壤類型分布圖的編制單位爲中國科學院南京土壤研究所,由地圖出版社出版, 投影方式爲Albers等積圓錐投影, 圖像精度在0.4~1.6 km之間。本次數據産品技術服務所使用的1:10萬土壤類型數據是在中國科學院地理研究所專家團隊的帶領下,同時參照有關地理圖件,對出版地圖進行人工數字化所得到。

本次技術服務土地利數據制作主要流程如下:

1.數據制作流程

     本次數據産品服務主要分爲5個階段,分別是數據准備、分類體系建立、解譯標志建立、分類解譯階段和對解譯結果的精度檢查如圖1所示。

            1. 數據制作流程                    

2.土地利用分類體系

     按照國家土地利用分類方法,結合劉紀遠等在建設“中國20世紀LUCC時空平台”建立的LUCC分類系統,將土地利用類型歸結爲6個一級分類和25個二級分類,具體分類內容和含義如表1所示。

土地利用/覆蓋分類系統

一級類型二級類型

含義

編號

名稱

編號

名稱

1

耕地

指種植農作物的土地,包括熟耕地、新開荒地、休閑地、輪歇地、草田輪作地;以種植農作物爲主的農果、農桑、農林用地;耕種三年以上的灘地和灘塗

11

水田

指有水源保證和灌溉設施,在一般年景能正常灌溉,用以種植水稻,蓮藕等水生農作物的耕地,包括實行水稻和旱地作物輪種的耕地

12

旱地

指無灌溉水源及設施,靠天然降水生長作物的耕地;有水源和澆灌設施,在一般年景下能正常灌溉的旱作物耕地;以種菜爲主的耕地,正常輪作的休閑地和輪歇地

2

林地

指生長喬木、灌木、竹類、以及沿海紅樹林地等林業用地

21

有林地

指郁閉度>30%的天然木和人工林。包括用材林、經濟林、防護林等成片林地

22

灌木林

指郁閉度>40%、高度在2米以下的矮林地和灌叢林地

23

疏林地

指疏林地(郁閉度爲10%~30%

24

其他林地

未成林造林地、迹地、苗圃及各類園地(果園、桑園、茶園、熱作林園地等)

3

草地

指以生長草本植物爲主,覆蓋度在5%以上的各類草地,包括以牧爲主的灌叢草地和郁閉度在10%以下的疏林草地

31

高覆蓋度草地

指覆蓋度在>50%的天然草地、改良草地和割草地。此類草地一般水分條件較好,草被生長茂密

32

中覆蓋度草地

指覆蓋度在20%~50%的天然草地和改良草地,此類草地一般水分不足,草被較稀疏

33

低覆蓋度草地

指覆蓋度在5%~20%的天然草地。此類草地水分缺乏,草被稀疏,牧業利用條件差

4

水域

指天然陸地水域和水利設施用地

41

河渠

指天然形成或人工開挖的河流及主幹渠常年水位以下的土地,人工渠包括堤岸

42

湖泊

指天然形成的積水區常年水位以下的土地

43

水庫坑塘

指人工修建的蓄水區常年水位以下的土地

44

永久性冰川雪地

指常年被冰川和積雪所覆蓋的土地

45

灘塗

指沿海大潮高潮位與低潮位之間的潮侵地帶

46

灘地

指河、湖水域平水期水位與洪水期水位之間的土地

5

城鄉、工礦、居民用地

指城鄉居民點及縣鎮以外的工礦、交通等用地

51

城鎮用地

指大、中、小城市及縣鎮以上建成區用地

52

農村居民點

指農村居民點

53

其他建設用地

指獨立于城鎮以外的廠礦、大型工業區、油田、鹽場、采石場等用地、交通道路、機場及特殊用地

6

未利用土地

目前還未利用的土地、包括難利用的土地

61

沙地

指地表爲沙覆蓋,植被覆蓋度在5%以下的土地,包括沙漠,不包括水系中的沙灘

62

戈壁

指地表以碎礫石爲主,植被覆蓋度在5%以下的土地

63

鹽堿地

指地表鹽堿聚集,植被稀少,只能生長耐鹽堿植物的土地

64

沼澤地

指地勢平坦低窪,排水不暢,長期潮濕,季節性積水或常積水,表層生長濕生植物的土地

65

裸土地

指地表土質覆蓋,植被覆蓋度在5%以下的土地

66

裸岩石礫地

指地表爲岩石或石礫,其覆蓋面積>5%以下的土地

67

其他

指其他未利用土地,包括高寒荒漠,苔原等

 3.提取方法

     土地利用數據是基于Landsat遙感信息源,結合實地調查和其他輔助數據,采用全數字化人機交互作業方法,主要根據對圖像光譜、紋理、色調等的認識結合地形圖目視解譯而成;在內業建立解譯判讀標志與實現數據獲取的基礎上,結合外業實地考察驗證,提高土地利用分類精度。

  4.遙感解譯標志

     由于目視解譯更側重于人的知識的參與,爲了減少由于不同人員的主觀差異性所造成的誤差,提高遙感判讀精度,建立統一解譯標志是十分必要的。在多個專家的參與下,根據影像光譜特征,結合野外實測資料,同時參照有關地理圖件,對地物的幾何形狀,顔色特征、紋理特征和空間分布情況進行分析,並在綜合各位專家意見後,最終建立解譯標志庫,以部分解譯標志爲例,來說明判讀標准,如表2所示。

2部分土地利用解譯標志

 5.質量控制與檢查

     各工序過程質量按要求進行過程檢查 ,需進行100%檢查。土地利用數據抽樣檢查主要是對獲取的土地利用數據産品進行空間抽樣檢查,驗證土地利用數據類型定性是否正確。驗證的方式主要依靠高分影像(要考慮影像的時效性)與野外實地驗證相結合的方式作業,未達到抽樣精度90%的重新修正數據

6.技術服務成果展示

   本次産品加工技術服務成果如圖2-4.所示:

2.江蘇省2015年土地利用分布圖


3.江蘇省2009年地貌分布圖


4.江蘇省2015年水系分布圖