西北农林科技大学土地利用、乡镇、DEM数据技术服务

一．背景介绍

       人类社会发展离不开土地，没有土地就没有人类，土地利用随着人类的出现而发生。人类为了一定的社会或经济方面的目的，会通过利用、改造等活动。从土地上获得更多的资源。土地利用既要受自然条件的制约，同时也会受到社会、经济、技术条件的影响，这就决定了它既是一个将土地的自然生态系统变为人工生态系统的过程，也是一个自然、经济、社会诸多因素共同作用的复杂过程。土地利用的广度、深度和合理利用程度，是一个国家国民经济各部门生产建设规模、水平和特点的集中反映。随着城市化、工业化的发展以及人口数量的日益增长，协调好人地关系已经成为当前的迫切问题。

学术界对土地利用概念存在下列代表性的观点：（1）土地利用是人类通过与土地结合获得物质产品和服务的经济活动过程；（2）土地利用是指人类对待定土地投入劳动力资本，以期从土地得到某种欲望的满足；（3）土地利用是由自然条件和人为干预所决定的土地功能；（4）土地利用是指在既定时间、空间和特点地点的一切已开发和空闲土地的表面状况；（5）土地利用是指由土地质量特性和社会土地需求协调所决定的土地功能过程，即：人类根据土地质量特性开发利用土地，满足人类生产生活需要：同时利用土地改善环境满足人类生存的需要。

黄陵县乡镇行政区划数据，是结合野外实测资料,同时参照有关地理图件,采用人机交互的方式开展行政区划地图矢量化工作，最终获取2014年黄陵县乡镇区划边界数据。主要包括省市乡、镇、街道矢量边界，精度满足1:10万比例尺要求。

DEM，即数字高程模型，是对地貌形态的虚拟表示，可派生出等高线、坡度图等信息，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。如在工程建设上，可用于如土方量计算、通视分析等；在防洪减灾方面，DEM是进行水文分析如汇水区分析、水系网络分析、蓄洪计算、淹没分析等的基础。

地理国情监测云平台应西北农林科技大学的要求，对2008年京山县1:10万矢量土地利用数据；2008年沙洋县1:10万矢量土地利用数据；2014年武汉市局部区域（面积约1800平方公里）15m栅格土地利用数据；2004年京山县30m栅格DEM数据及2014年黄陵县1:10万乡镇数据提供产品技术服务，以满足客户科研工作的需求。

二．案例详情

土地利用数据

本次土地利用数据技术服务的核心是：2008年京山县与沙洋县1:10万矢量土地利用数据是基于2008年Landsat5-TM遥感影像生产的；2014年武汉市局部区域（面积约1800平方公里）15m栅格土地利用数据是基于2017年Landsat8-OLI遥感影像生产数据产品，包括耕地、林地、草地、水域、建设用地和未利用地在内的6个一级类和包括有林地、灌木林、疏林地、其他林地和高、中、低覆盖度草地等25个二级类型，本次技术服务主要流程如下：

1.数据制作流程

        土地利用数据产品服务主要分为5个阶段，分别是数据准备、分类体系建立、解译标志建立、分类解译阶段和对解译结果的精度检查如图1所示。

            图1. 数据制作流程                    

2.土地利用分类体系

        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。

表1 土地利用/覆盖分类系统

 3.提取方法

        土地利用数据是基于Landsat遥感信息源，结合实地调查和其他辅助数据，采用全数字化人机交互作业方法，主要根据对图像光谱、纹理、色调等的认识结合地形图目视解译而成；在内业建立解译判读标志与实现数据获取的基础上，结合外业实地考察验证，提高土地利用分类精度。

  4.遥感解译标志

        由于目视解译更侧重于人的知识的参与，为了减少由于不同人员的主观差异性所造成的误差，提高遥感判读精度，建立统一解译标志是十分必要的。在多个专家的参与下，根据影像光谱特征，结合野外实测资料，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，并在综合各位专家意见后，最终建立解译标志库，以部分解译标志为例，来说明判读标准，如表2所示。

表2部分土地利用解译标志

 5.质量控制与检查

        各工序过程质量按要求进行过程检查 ,需进行100%检查。土地利用数据抽样检查主要是对获取的土地利用数据产品进行空间抽样检查，验证土地利用数据类型定性是否正确。验证的方式主要依靠高分影像（要考虑影像的时效性）与野外实地验证相结合的方式作业，未达到抽样精度90%的重新修正数据

6.技术服务成果展示

        本次产品加工技术服务成果如图2.所示：

图2.武汉市局部区域2014年土地利用分布图

DEM数据

1.DEM数据服务建立方法

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。

2.渲染方法

为了凸显高低起伏状态，首先利用ARCGIS软件中空间分析功能里面的山体阴影效果将DEM转成山体阴影文件，并将其设置一定的透明度，然后对DEM数据进行色阶渲染即可。

3.成果展示

京山县DEM渲染效果如图1所示：

图3. 京山县DEM现状图

乡镇数据

1.数据属性 

 2.数据简介

        行政区划是国家为了进行分级管理而实行的区域划分。中国现行五级行政区，即省级、地级、县级、乡级、村级，其中省、县、乡三级为基本行政区。

        黄陵县，中华民族始祖轩辕黄帝陵寝黄帝陵所在地 ，隶属于陕西省延安市，位于陕西省中部，延安市南，北距革命圣地延安124千米，南距古都西安165千米。总面积2292平方千米。截至2018年，黄陵县辖1个街道、5个镇。黄陵县人民政府驻桥山街道。

3.数据成展示

图4. 黄陵县2014年乡镇区划分布图