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北京交通大学土地利用、土壤类型数据及DEM数据技术服务案例

.背景介绍


    土地利用现状及其变化研究与人类的生活息息相关,并且在水土流失、生态安全,资源有效利用与可持续发展方面发挥着重要的作用。随着国家加大对生态环境治理以及地理信息产业的建设力度,土地利用和覆盖变化研究作为生态环境治理和保护中的一个关键因素已经被更多的国内外学者所重视。

    土壤质地类型不同表明各地土壤表层内具有不同的矿质颗粒大小分布特点,而不同的颗粒大小分布特点又具有不同的辐射传输、水分平衡、热量平衡等特点。因此,土壤质地类型资料可广泛应用于土壤资源评价、土壤肥力估计、大气热力学及动力学方程等,并对于农业生产和土地资源利用管理具有重要的实际意义。

    DEM,即数字高程模型,它在测绘、水文、气象、地质、土壤、工程建设、军事等国民经济和国防建设以及人文和自然科学领域有着广泛的应用。可以利用DEM生成坡度、坡向数据、绘制等高线,并可生成三维(3D)透视立体图,发挥其特有的制图功能;同时DEM数据也可用于地形分析、土壤侵蚀等级分布、防洪减灾等。

    河流、湖泊的分布及状态可为河流水质监测、水资源探索等研究提供丰富的基础数据,同时对于流域的水土流失、土地利用以及水资源的研究和健康可持续发展发挥着重要的作用。

    地理国情监测云平台应北京交通大学的要求,对沈抚新城土地利用、土壤类型、DEM和河流分布数据提供产品加工技术服务,以满足客户科研工作的需求。

    沈抚新城地处东经123°55’,北纬41°52’,位于沈阳、抚顺两个特大城市之间,是沈阳经济区的中心区域,有良好的地理位置和优越的交通条件。地势平坦开阔,由北向南渐高,海拔在60米至70米之间,属中温带大陆性气候,常年主导风向为西南风,冬季为东北风,年平均气温为7°C,沈抚人民的母亲河浑河贯穿城市中心,核心区两大湖泊成为城市重要景观节点。

二.案例详情

服务单位

北京交通大学

服务时间

2014.04

服务内容

沈抚新城土地利用、土壤类型、DEM和河流分布数据产品技术服务

    1.土地利用数据服务

    1.1分类体系

    按照国家土地利用分类方法,结合刘纪远等在建设中国20世纪LUCC时空平台建立的LUCC分类系统,将土地利用类型归结为6个一级分类和25个二级分类,具体分类内容和含义如表1所示。

1 土地利用/覆盖分类系统

一级类型二级类型

含义

编号

名称

编号

名称

1

耕地

指种植农作物的土地,包括熟耕地、新开荒地、休闲地、轮歇地、草田轮作地;以种植农作物为主的农果、农桑、农林用地;耕种三年以上的滩地和滩涂

11

水田

指有水源保证和灌溉设施,在一般年景能正常灌溉,用以种植水稻,莲藕等水生农作物的耕地,包括实行水稻和旱地作物轮种的耕地

12

旱地

指无灌溉水源及设施,靠天然降水生长作物的耕地;有水源和浇灌设施,在一般年景下能正常灌溉的旱作物耕地;以种菜为主的耕地,正常轮作的休闲地和轮歇地

2

林地

指生长乔木、灌木、竹类、以及沿海红树林地等林业用地

21

有林地

指郁闭度>30%的天然木和人工林。包括用材林、经济林、防护林等成片林地

22

灌木林

指郁闭度>40%、高度在2米以下的矮林地和灌丛林地

23

疏林地

指疏林地(郁闭度为10%~30%

24

其他林地

未成林造林地、迹地、苗圃及各类园地(果园、桑园、茶园、热作林园地等)

3

草地

指以生长草本植物为主,覆盖度在5%以上的各类草地,包括以牧为主的灌丛草地和郁闭度在10%以下的疏林草地

31

高覆盖度草地

指覆盖度在>50%的天然草地、改良草地和割草地。此类草地一般水分条件较好,草被生长茂密

32

中覆盖度草地

指覆盖度在20%~50%的天然草地和改良草地,此类草地一般水分不足,草被较稀疏

33

低覆盖度草地

指覆盖度在5%~20%的天然草地。此类草地水分缺乏,草被稀疏,牧业利用条件差

4

水域

指天然陆地水域和水利设施用地

41

河渠

指天然形成或人工开挖的河流及主干渠常年水位以下的土地,人工渠包括堤岸

42

湖泊

指天然形成的积水区常年水位以下的土地

43

水库坑塘

指人工修建的蓄水区常年水位以下的土地

44

永久性冰川雪地

指常年被冰川和积雪所覆盖的土地

45

滩涂

指沿海大潮高潮位与低潮位之间的潮侵地带

46

滩地

指河、湖水域平水期水位与洪水期水位之间的土地

5

城乡、工矿、居民用地

指城乡居民点及县镇以外的工矿、交通等用地

51

城镇用地

指大、中、小城市及县镇以上建成区用地

52

农村居民点

指农村居民点

53

其他建设用地

指独立于城镇以外的厂矿、大型工业区、油田、盐场、采石场等用地、交通道路、机场及特殊用地

6

未利用土地

目前还未利用的土地、包括难利用的土地

61

沙地

指地表为沙覆盖,植被覆盖度在5%以下的土地,包括沙漠,不包括水系中的沙滩

62

戈壁

指地表以碎砾石为主,植被覆盖度在5%以下的土地

63

盐碱地

指地表盐碱聚集,植被稀少,只能生长耐盐碱植物的土地

64

沼泽地

指地势平坦低洼,排水不畅,长期潮湿,季节性积水或常积水,表层生长湿生植物的土地

65

裸土地

指地表土质覆盖,植被覆盖度在5%以下的土地

66

裸岩石砾地

指地表为岩石或石砾,其覆盖面积>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

    1.2提取方法

    土地利用数据是基于TMETM等遥感信息基础上,在专家的参与下,根据对图像光谱、纹理特征、色调等的认识并结合地形图、实地调查和其他辅助数据,同时参照有关地理图件,对地物的几何形状,颜色特征、纹理特征和空间分布情况进行分析,采用全数字化人机交互作业方法,通过目视解译而成;在内业建立解译标示与实现数据获取的基础上,并通过将外业调查和随机抽取动态图斑进行重复判读分析相结合的方法检查数据产品质量。

    2.土壤类型数据服务

    2.1分类标准

    该数据技术服务所使用的是2005年中国1:100万比例尺土壤类型数据,主要依据土壤发生学而进行的土壤分类。土壤发生学分类认为土壤是一个独立的历史自然体, 它不是孤立存在的,而是与自然地理条件及其历史的发展紧密联系着。成土因素的发展和变化制约着土壤的形成和演化,土壤是随着成土因素的变化而变化的。由于成土因素,特别是气候和植被,具有地理分布的规律性,因而土壤的分布也表现出地理分布的规律性。因此,以土壤形成和演化的地理环境作为土壤划分的主要依据,同时强调以成土条件、成土过程和土壤属性三者相结合来进行具体的土壤分类。该土壤类型数据属性内容包括有土纲、土类和亚类以及相应的编码和名称。土类编码及名称如表1所示。

1中国土壤类型分类编码

编码

土类

编码

土类

编码

土类

01

南方水稻土

21

褐土

41

碱土

02

鲜血水稻土

22

灰褐土

42

磷质石灰土

03

北方水稻土

23

暗棕壤

43

石灰 ( )

04

黄刚土

24

漂灰土

44

紫色土

05

黄堰土

25

灰黑土

45

龟裂土

06

黄垆土

26

黑土

46

风沙土

07

娄土

27

白浆土

47

山地草甸土

08

黑垆土

28

黑钙土

48

山地灌丛草原土

09

绵土

29

栗钙土

49

黑毡土

10

熟黑土

30

棕钙土

50

巴嘎土

11

潮土

31

灰钙土

51

草毡土

12

灌淤土

32

灰漠土

52

莎嘎土

13

绿洲土

33

灰棕漠土

53

高山漠土

14

砖红壤

34

棕漠土

54

寒漠土

15

赤红壤

35

暗色草甸土

71

冰川和雪被

16

红壤

36

灰色草甸土

  72

盐壳

17

燥红土

37

沼泽土

90

湖泊

18

黄壤

38

滨海盐土

 

 

19

黄棕壤

39

盐土

 

 

20

棕壤

40

内陆盐土

 

 

    2.2提取方法

    2005年全国1:100万土壤类型分布图的编制单位为中国科学院南京土壤研究所,由地图出版社出版, 投影方式为Albers等积圆锥投影, 图像精度在0.4~1.6 km之间。本次数据产品技术服务所使用的1:100万土壤类型数据是在中国科学院地理研究所专家团队的带领下,同时参照有关地理图件,对出版地图进行人工数字化所得到。利用沈抚新城行政区划范围裁剪即得到2005年沈抚新城土壤类型数据分布图。

    3.DEM数据服务

    3.1 建立方法

    建立DEM的方法有多种。从数据源及采集方式讲有:(1)直接从地面测量,例如用GPS、全站仪 、野外测量等;(2)根据航空或航天影像,通过摄影测量途径获取,如立体坐标仪观测及空三加密法、解析测图、数字摄影测量等;(3)从现有地形图上采集,如格网读点法、数字化仪手扶 跟踪及扫描仪半自动采集然后通过内插生成DEM等方法。DEM内插方法很多,主要有整体内插 、分块内插和逐点内插三种。整体内插的拟合模型是由研究区内所有采样点的观测值建立的。分块内插是把参考空间分成若干大小相同的块,对各分块使用不同的函数。逐点内插是以待插点为中心,定义一个局部函数去拟合周围的数据点,数据点的范围随待插位置的变化而变化,因此又称移动拟合法。有规则网络结构和不规则三角网(Triangular Irregular Network,简称TIN)两种算法。TIN模型在某一特定分辩率下能用更少的空间和时间更精确地表示更加复杂的表面。特别当地形包含有大量特征如断裂线、构造线时,TIN模型能更好地顾及这些特征。本次技术服务采用的是在地形图上进行采集,然后在TIN基础上通过线性和双线性内插法生成30m分辨率的DEM数据。

    3.2渲染方法

    利用ARCGIS软件中空间分析功能中的山体阴影效果,设置一定的透明度,然后对DEM数据进行色阶渲染,这可以凸显高低起伏状态,彰显立体感。

    4.河流数据服务

    沈抚新城河流数据是根据中国地图出版社出版的专题图以及高分影像数据,并结合实地调查和其他辅助数据,同时参照有关地理图件,对地物的几何形状,颜色特征、纹理特征和空间分布情况进行分析,采用全数字化人机交互方法所获取。

5成果展示

    本次数据服务成果如下图所示:

      1 沈抚新城土地利用分布图               2 沈抚新城土壤类型数据分布图

 3 沈抚新城DEM渲染效果                    4 沈抚新城河流分布图

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