土地利用数据|气象数据|社会经济数据|npp数据|ndvi数据-地理遥感生态网

一．背景介绍

       土地是人类赖以生存和发展的最基本的自然资源。而土地利用又是人类根据土地的特点,按一定的经济与社会目的,采取一系列技术手段,对土地进行的长期性或周期性的经营活动。其具体表现是土地类型的面积变化、空间分布变化和土地的质量变化。它是人类活动作用于自然环境的重要途径之一,也是历史时期土地覆被变化的最直接和主要的驱动因子,人类通过土地利用活动改变地球陆地表面的覆被性质,进而对区域环境产生深刻影响。近几年来,对土地利用的研究大多集中于景观尺度上通过土地利用程度指数、土地利用动态度、景观多样性指数、景观总破碎度和景观优势等指标对土地利用时空变化进行研究,而对土地利用类型随地形的分布格局研究较少,地形因子作为土地利用重要的环境因子,直接影响着地表物质的迁移与能量的转换,在一定程度上决定着土地利用的方向与方式,因此进行土地利用类型随地形的分布格局的研究,将有助于区域土地利用的合理规划和农业结构调整。可进一步揭示人、地和环境之间的发展关系及人类活动和社会因素对自然生态环境的影响。

       土壤侵蚀是指土壤及其母质在水力、风力、冻融或重力等外营力作用下，被破坏、剥蚀、搬运和沉积的过程。土壤在外营力作用下产生位移的物质量，称土壤侵蚀量。单位面积单位时间内的侵蚀量称为土壤侵蚀速度（或土壤侵蚀速率）；土壤侵蚀量中被输移出特定地段的泥沙量，称为土壤流失量。在特定时段内，通过小流域出口某一观测断面的泥沙总量，称为流域产沙量。广泛应用的“水土流失”一词是指在水力作用下，土壤表层及其母质被剥蚀、冲刷搬运而流失的过程。

       地理遥感生态网平台应（西北农林科技大学）的要求，对1980年、 1995年、2000年、2008年、2013年、2018年黄土高原（面积约：895999.842平方公里）250m栅格土地利用及2008年局部区域（面积约：575603.753平方公里）1：10万土壤侵蚀数据进行数据技术服务，以满足客户科研工作需求。

二．案例详情

       土地利用数据

       本案例中的土地利用数据加工方法大致分为以下几步：

       1.遥感影像的处理

       以2000年遥感影像为例，2000年遥感监测的信息源为美国LANDSAT-TM影像（1999-2000），分辨率为30 m×30m ；20世纪70年代遥感监测的信息源为美国LADSAT-MSS影像（1975-1978），分辨率为80m×80m。为了更好的突出地表植被特征，选择TM4、3、2波段和MSS4、5、7波段进行假彩色合成。

       在遥感图像的季相确定时，既要注意所在调查区域内遥感信息瞬时覆盖时本身的质量（如含云量度 <10%等技术指标），又必须顾及不同区域的时效性季相差异选择。根据瞬时状态下最大限度使图像上尽可能丰富地反映地表信息的原则，研究区遥感调查主要选择5月下旬至6月中旬或8月下旬至9月中旬的图像，对部分边远地区和数据获取困难地区可适当放宽时段限制。

       2.信息提取

       土地利用数据产品是指基于Landsat遥感影像，我公司地理遥感生态网平台专业人员采用全数字化人机交互遥感快速提取方法，同时参考国内外现有的土地利用/土地覆盖分类体系，以及遥感信息源的实际情况，将遥感影像进行解译并在进行实地验证将全国土地利用数据类型划分为6个一级分类，25个二级分类以及部分三级分类的土地利用/土地覆盖数据产品，并结合本项目制定土地利用数据产品分类体系，详见表1。

       遥感信息提取的方法主要为目视解译，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，因此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，最终建立表2所示的判读标志。

       3.数据集成

       空间数据集成是对数据形式特征（如格式、单位、分辨率、精度）等和内部特征（特征、属性、内容等）做出全部或部分的调整、转化、合成、分解等操作，其目的是形成充分兼容的数据库。数据集成是面向应用项目的，数据集成应中包括空间、属性和时间等对对象数据特征的处理，集成成果的表达与具体需求和已形成的数据规范和标准分不开。

       针对研究目的和内容，我们对土地利用/土地覆盖数据在内部属性、空间数据精度、空间分析尺度及数据时间序列等重新进行了调整，使其有效的组织在一起，客观地科学地反映全国土地利用的动态变化过程。

       4.质量控制方法

       （1）遥感影像纠正采用投影变换方法（PROJECT），控制点要选择比较明显的地物，如道路交差点，坝址等，并与地形图相对应，分布要均匀，控制点的个数要大于4个，误差控制在一个像元，TM影像纠正的方根误差（a RES error）小于0.01，MSS影像纠正的方根误差（a RES error）小于0.08

       （2）地形图纠正采用有限元方法（Finite Element）。70年代末地形图纠正误差要求①经纬网偏差不超过一个像素（即8.4米）；②经线方向的方里网误差不超过2个像素(即17m)；③纬线方向的方里网不超过3个像素（即25m）。

       30年代和世纪初地形图进行二次纠正时，选择小村屯作为控制点，误差不能大于500米

       （3）专题信息矢量化采用人机交互判读实现，分为基于遥感影像的专题信息和分为基于地形图的专题信息。遥感影像解译精度保证耕地、城镇图班的属性判对率达到95%和其他地类达到90%。最小图斑大于6*6个像元，图斑最窄距离为4个像元。地形图数字化时漏绘率小于98%，最小绘图单位为4平方毫米。

表1  土地利用分类内容及含义

表2  遥感影像（标准假彩色合成）解译标志(部分)

  5.技术服务成果展示

       本次产品技术服务成果如图1-6所示：

图1.黄土高原地区1980年土地利用现状图

图2.黄土高原地区1995年土地利用现状图

图3.黄土高原地区2000年土地利用现状图

图4.黄土高原地区2008年土地利用现状图

图5.黄土高原地区2013年土地利用现状图

图6.黄土高原地区2018年土地利用现状图

土壤侵蚀

1.土壤侵蚀快速调查作业流程

采用人机交互的目视判读分析方法，根据Landsat影像、土地利用、DEM模型或地形图，并参考其它相关资料及图件，直接分析土壤侵蚀类型、坡度、植被覆盖度、沟谷面积比例或沟谷密度等状况，并据此判定土壤侵蚀强度后，在ARCGIS软件上进行土壤侵蚀强度勾绘、制图。作业比例尺1∶10万。具体工作流程如图1所示。

2.建立土壤侵蚀分类系统，如表1所示

表1.土壤侵蚀分类系统

3.遥感信息源处理、资料制备与野外作业

1）遥感信息源及处理

      主要采用夏半年的4、3、2（5、4、3）波段Landsat假彩色合成数字影像，这种影像对地表植被覆盖度和生长状况的反映十分清晰。一些影像反映模糊的地区，可采用其它波段和其它时相的Landsat影像数据。

      图像处理的几何精校正采用最小二乘法计算。校正方程根据控制点选取情况采用2次到3次多项式进行。象元重采样采用最近邻点法或双线性插值法。校正后每个象元的分辨率为30米，其投影方式为等面积割圆锥投影。采用全国统一的中央经线和双标准纬线。中央经线为东经105°，双标准纬线为北纬25°和北纬47°，坐标原点为0。根据地物的影像特征，建立解译标志。如表2所示。

表2.遥感解译标志

2）土地利用图

      采用2015年完成的全国1∶10万比例尺土地利用图。

3）地形图的制备

      选择最新版本的1∶10万地形图，供解译判读及流域界线录入用，同时使用由地形图直接获取等高线和高程数据，并建立DEM模型，比例尺越大越好，但不能小于1：10万。及我国行政界线图，供修订行政界线时参考。

4）其他资料收集

      收集对本区域土壤侵蚀遥感快速调查有重要参考意义的图件和文字资料。为了提高影像的信息可解译性，广泛收集整理现有的基础研究成果及各种比例尺的地质图、地貌图、植被图、土壤图、沙漠化图、土壤侵蚀图、土地利用图、流域界线图和中国水土流失区划图等专业性图件；站点的水文、气象观测资料：包括水文站点的水文泥沙资料，实验站的土壤侵蚀观测资料，淤地坝的泥沙淤积资料；及其他有关研究报告。

5）野外作业

      通过对本工作区域外业补充调查，建立土壤侵蚀类型和强度分级遥感解译标志，同时拍摄大量的野外实况照片，用于土壤侵蚀强度判读分析。

4.成果展示如图7所示：

图7.黄土高原局部土壤侵蚀分布图F