1、新疆农业大学管理学院 土地信息系统实习报告 开 设 课 程 ： 土地信息系统 实 习 名 称 ： 土地复垦遥感评价系统 班 级： 土地资源管理 102 班 实 验 人 员 姓 名： 周 洋 学号： 103932243 实 验 人 员 姓 名： 学号： 指 导 教 师 ： 杨 磊 批 改 教 师 签 名： 杨 磊 报 告 编 号 ： 实验（实习）时间 ： 2013 年 1 月 实验（实习）成绩 ： 分 （一）系统目标与总体设计 1 1.1 系统目标 .1 1.2 系统设计开发原则 .1 1.3 系统功能 .2 （二）系统技术路线 2 2.1 遥感数据的获取 .3 2.2 遥感数据处理 .3 2.
2、3 提取和计算信息工程量 .3 2.4 数据分析与评价 .3 2.5 成果表达与表现 .3 （三）系统工作流程 3 3.1 遥感数据获取和导入 .3 3.2 遥感数据处理 .3 3.3 提取和计算工程量信息 .5 3.4 数据分析与评价 .6 3.5 数据输出与成果展示 .6 （四）系统模块组成 8 （五）数据库 8 5.1 数据库设计 .8 5.2 数据库与各个模块的联系 .9 （六）系统工作界面 .10 （七）参考文献 .11 （八）实验心得 .11 1 土地复垦工程的遥感评价系统 土地复垦是指采用工程、生物等措施将由于灾害或人为破坏的土地进行整 治, 因地制宜地使其恢复到可供利用状态的行
3、动或过程。土地整理是指采用工 程、生物措施, 对田、水、路、林、村进行综合整治, 增加有效耕地面积, 提 高土地质量和利用效率,改善生产生活条件和生态环境的活动。通过土地复垦整 理能增加有效耕地面积, 实现耕地总量动态平衡, 提高土地质量、促进土地集 约化利用。土地复垦整理对于缓解人地矛盾, 改善农业生产条件和生态环境, 促进农村现代化建设和经济发展具有极其重要的意义。土地复垦属于土地开发 整理的一种, 需要长期而复杂的社会系统工作, 以获取土地利用的社会、经济、 生态的协调统一为目标。 伴随着科学技术的日新月异, 现代遥感( Remote Sensing) 技术已步入多 平台、高光谱、多时相
4、、高分辨率、动态、快速地进行对地观测的新时期。其 在土地复垦开发整理中, 主要有整理区域工程量、地面信息及土壤信息等几方 面的提取研究。土地信息提取研究主要包括土地利用类型的分类统计、作物灾 害损失评价、土壤水分监测、植被指数研究、作物估产等。 （一）系统目标与总体设计 1.1系统目标 结合项目研究成果, 探讨应用遥感技术评价土地开发整理成 果, 获取项目完工后工程量完成信息,其中主要是利用遥感手段获取项目区不同 覆盖物所占面积、道路等线状地物的长度等地面几何信息。具体包括: （1） 土地平整工程: 主要指标包括项目区总面积、不同土地利用类型的 面积、有效耕地的比例, 用于反映现项目主要工程的
5、完成情况。 （2）农田水利与防护工程: 主要指标包括灌排渠长度、灌排渠覆盖面积, 反映项目区水利工程完成情况及布局合理性; 防护方面主要是防洪林面积、防 风林面积, 它反映防护工程完成情况及林区布局合理性。 （3）田间道路工程: 主要指标包括道路长度、道路占地面积、道路通达度, 用于反映项目区道路工程完成情况及道路布局合理性分析。 1.2系统设计开发原则 （1）完备性原则 2 （2）先进性原则 （3）可靠性原则 （4）实用性原则 （3）可扩充性原则 1.3系统功能 （1）具有遥感影像数据处理的功能，包括：辐射校正和数据截取，数据融 合，几何校正等。 （2）具有提取和计算工程量信息，包括：精度分
6、析，分类后AOI 编辑，分 类图斑修改等。 （2）具有对提取的工程量信息进行分析和图表输出的功能。 （二）系统技术路线 利用遥感数据的多平台、多时相、多分辨率的特性可以对复垦区土地复垦 工程进行评价。该体系需要完整的技术流程支持。主要包括遥感影像获取、遥感数据处 理、提取和计算工程信息量、数据分析与评价。下图2-1为该系统的技术路线图。 图2-1 遥感数据获取 遥感数据处理 提取和计算工程量 信息 数据分析与评价 成果表达与展示 3 2.1遥感数据的获取： Quick Bird卫星具有多光谱和全色两种模式,在全色波段具有0. 61 m 的高 分辨率, 其多光谱的4个波段与T M 的1、2、3、
7、4 的波段一致。由于具有0. 61 m 的高分辨率, 又具有近红外波段, 因此对小范围内的细部调查具有很大的优 势。同时随着我国遥感技术的发展，国产卫星的分辨率不断提高，如果分辨率 满足1m以下，那么我们就可以利用国产卫星的遥感影像进行分析和评价。这样 就可以节省购买他国遥感数据的费用。 2.2遥感数据处理： 遥感数据要变为我们所需的的数据一般需要做3步处理：遥感数据融合；遥 感数据正射投影校正，裁剪拼接以及分幅。而第二步要做的就是这一技术过程。 2.3提取和计算信息工程量： 为了利用融合、校正后的遥感影像进行复垦项目工程量计算, 此过程需要 对复垦要对复垦区影像数据进行自组织分类的非监督分类
8、，然后根据现场调查 资料及目视解译结果，选定区域（AOI），对非监督分类后的结果再进行图斑合 并和修改，得到更加真实的复垦区的地物分类。然后对这些地物分类进行计算 和分析。 2.4数据分析与评价： 经过上一步，我们已经可以得到复垦整理总面积、复垦整理后不同土地利 用类型的面积、土地斑块密度等内容，此步就是对这些结果进行统计分析然后 以EXCEL表格和图表的形式表现出来。 2.5成果表达与表现： 此步是成果的表现，一是直接输出分类处理后的影像图片和EXCEL分析表， 一是上传到网络上通过webgis网站进行发布。 （三）系统工作流程 3.1遥感数据获取和导入 前期可以购买国外的遥感卫星数据，当我
9、们的遥感卫星分辨率达到要求时 可以用我们国家自己的遥感卫星数据。 3.2遥感数据处理 4 3.21辐射校正和数据截取：运用Titan Image影像处理技术。消除原始影像 数据中依附在辐射亮度里的各种失真首先进行辐射校正。如果得到的数据范围 广、数据量大、考虑到工作量及处理方法,可选择性地将包含试验区在内的较小 范围的数据从原始数据中截取出来。其中多光谱影像以蓝(1波段)、绿(2 波 段)及红( 3波段) 波段组合显示。 3.22数据融合： 为提高影像的空间分辨率、清晰度和平面精度,以便判读和识别,采用 Pansharpening法将Quick Bird多光谱数据和全色数据先进行融合处理。影像
10、纹 理特征介于主成份变换和 IHS 变换之间,光谱退化最小,同时也较高程度地保持 了高几何分辨率的空间信息,融合效果是低空间分辨率的光谱信息和高空间分辨 率的空间信息二者之间权衡最好的一种融合方法。影像融合的过程,伴随着影像 空间的各像元亮度值重新计算重采样。 3.23几何校正： 因为我们采用的卫星遥感数据的分辨率较高, 则要求用于纠正的参考图的 比例尺也要相应地增大。常用的1：10000 地形图数据不能满足其作为控制点的 精度要求, 1：500地形图比较合适, 但现有的l：500地形图数据非常有限, 不 能覆盖全部研究区。为了提高精度,采用GPS 测量方法实测地面控制点。用选取 的地面控制点
11、(GCP)进行影像的校正,选用多项式校正模型，二维多项式数学模 型为: 其中: aij 、bij 为待定系数; n 为多项式的阶数; Fx 、Fy 为校正畸变函数。多项式的系数利 用K 个GCP 数据按最小二乘原理来求得。一般来说, 多项式的阶数n 与GCP 的 个数N 的关系为N = ( n + 1) ( n + 2) / 2。 GCP 的数目K 不得少于N 个。根据所需精度以及选取的地面控制点数, 在 进行精校正时选取二次多项式校正模型。在2 个已知点和10 个GPS 解算点中选 取均布的8个点作为校正点,其余4点作为校正后的检验点。将选取的8个点添加 5 为控制点,执行二次多项式校正。
12、几何精校正的第二步是要取得变换后各像元的亮度值。此过程也就是像元 亮度值的重采样。研究中采用双三次插值法进行重采样。 3.3提取和计算工程量信息 3.31自组织分类 根据实际的地表覆盖情况, 地物异质情况,拟定最终的分类数，一般包括植 被覆盖田、低洼田、旱田、道路、沟渠、林地、居民地等。但进行自组织分类 时,既要能够满足自组织分类的要求, 又不致分类结果过于复杂。 3.32分类后处理 分类后处理的目的是要根据实际需要, 通过合并分类或者图斑修改,把自组 织分类的结果进行整理,使之实现拟定的分类目标。利用Titan Image的影像分 类进行分类后处理: (1)分类后编辑:分类后编辑的主要功能是
13、将分类后的各类别进行颜色的修 改、类的命名以及赋予一定的属性值。 (2)精度分析:精度分析操作用来计算分类后图像数据与实际地面数据的偏 差。 (3)图斑归并:将分类后结果中包含像元数小于某一给定值的类别进行归并。 (4)分类合并:将实际上是同类地物, 而在一开始分类时分为不同地物类型 的类别进行合并,使得同种地物称为一类。 (5)分类统计:统计不同地物类别的面积,包含像元数以及所占比例。 (6)分类后AOI编辑:初始分类后,分类情况复杂的某些区域,可以在参照原始 影像或者其它实地资料图的基础上, 划定感兴趣区域( AOI) ,在该功能下,进行 特殊处理,使分类结果尽可能接近真实地面情况。 (7
14、)分类图斑修改:经过以上几步分类后处理,如果还有一些图斑没有按照实 际情况进行分类, 可以在此功能下进行修改,使之变为需要的颜色, 从而实现较 完整的分类。图4-1为分类结果的概念图 6 图4-1 分类结果概念图 3.33计算工程量 利用Titan Image的影像分类工具进行分类后统计工作, 把分类结果进行指 标值的提取。 3.4数据分析与评价 通过统计出来的复垦总面积，复垦整理后不同土地利用类型的面积（包括 道路，沟渠，林地，居民点，耕地等）以及土地斑块密度可以对土地平整工程 进行评价。 通过统计出来的灌、排渠长度，灌、排渠覆盖面积以及灌区布置可以对灌 溉设施布局合理性进行分析，从而对农田
15、水利工程进行评价。 通过计算统计出的道路长度，道路通达度（包括道路密度，与区外道路及 居民点衔接情况）对田间道路工程进行评价。 通过计算同济出的防风林面积，防洪林面积可以对农田防护工程进行评价。 3.5数据输出与成果展示 对于数据分析与评价后的数据数据以EXCEL统计表的方式输出，对于分类后 的影像数据则可以以多种图片格式输出展示，另外这些数据都可以在webgis网 站上进行展示。图4-2即为在webgis网站上展示的概念图 7 图4-2 综上所述,下图4-3是所有的工作流程图 图4-3 遥感数据获取 辐射校正 数据截取 数据融合 几何校正 自 组 织 分 类 分 类 后 处 理 计 算 工
16、程 量 数 据 分 析 与 处 理 分类结果图 数 据 输 出 与 成 果 展 示 8 （四）系统模块组成 根据土地复垦工程评价的流程分析及系统需求分析，对本系统设计以下功 能模块如图3-1。因为土地复垦工程的遥感评价主要涉及遥感影像数据的处理和 信息的提取和输出，所以我们设计了遥感数据处理、工程量信息提取和计算、 分析及图表输出、网上发布四个模块。遥感数据处理模块主要负责对获取的遥 感影像进行处理分析，工程量信息提取和计算模块则负责对处理后的影像数据 进行需要信息计算和提取。分析及图表输出模块负责将提取的信息进行统计分 析导出分析表。而网上发布模块则并通过WebGIS 网站来进行成果的发布。
17、 图：3-1 （五）数据库 5.1数据库设计 通过以上分析，可将该系统的数据库分为两部分，一部分为分类后的影像 数据，而另一部分为提取后的各类系数数据。影像数据是影像处理分类后的各 种类型图片，系数数据则是各类评估的数据，面积、长度或者密度。 9 5.2数据库与各个模块的联系 如图 图 5-1 10 （六）系统工作界面 对于遥感影像处理模块我们设计如下工作界面 对于工程量信息的提取和计算模块，我们设计了如下工作界面 11 对于分析图表输出模块，我们设计了如下界面 而网上发布的模块则如图4-2所示。 （七）参考文献 1叶宝莹 白中科 孔登魁 于英娜. 安太堡露天煤矿土地破坏与土地复垦 动态变化的
18、遥感调查J北京科技大学学报,2008,09 第30卷 30期 2郭云开 陈正阳 彭悦 邢凡胜 王钦. 土地复垦工程的遥感评价J遥 感技术与应用,2008,06 第23卷 3期 3叶宝莹 白中科 包妮沙. 矿区土地复垦遥感动态监测体系构建J遥 感技术与应用,2008,04 第19卷 2期 4 陈龙乾，郭达志，胡召玲等，徐州矿区土地利用变化遥感监测及塌陷 地复垦利用研究，地理 科学进展，2004，Vol.23，No.2，10-15. 5 陈华丽，陈刚，李敬兰等，湖北大冶矿区生态环境动态遥感监测，资 源科学，2004，Vol.26， No.5，132-138. 6 胡振琪，谢宏全，基于遥感图像的煤矿
19、区土地利用/覆盖变化，煤炭学 报，2005，Vol.30， No.1，44-49. （八）实验心得 12 第一次进行这种地理信息系统的设计，一开始感觉很新鲜，对这项工作很 好奇，但当老师开始给我们讲解这个项工作时，我突然发现这件事好复杂，需 要牵扯到好多好多的知识。于是开始大量的看论文，前后总参考了超过10篇论 文感觉头脑里似乎有了一个关于土地复垦工作的思路，但是还不是很清楚。于 是我找到老师和他交流了我的想法，他开始觉得我这个想法不太现实，不建议 我花时间去思考。但转念一想应该要鼓励学生创新，于是帮我理清了思路并鼓 励我往深入里面思考。于是我就在老师的带领下一步一步有了以上的这个系统。 虽然其中有很多波折，但看到最后自己完成的的成果，感觉征服了整个世界。 最后还是要感谢杨磊老师的认真指导和耐心讲解，也感谢学院给我们这样 一个弥足珍贵的实习的机会。
