北京科技大学土地利用数据产品加工技术服务

日期:2024-07-25

一．背景介绍

土地利用/覆盖变化是除了工业化之外，人类对自然生态系统的最大影响因素，对土地利用的影响的研究实际上就是对人类与土地关系的探讨。随着社会经济和人类生活水平的极大提高，人类对土地资源的需求不断增加，同时也对土地资源造成了一定的影响。土地利用变化可以引起许多自然现象和生态过程的变化，如土壤养分和水分的变化，地表径流与侵蚀，生物多样性的分布和生物地球化学循环等,因此近年来国内外对土地利用变化的研究显得尤为重要。

地理遥感生态网平台应北京科技大学的要求，对北京市密云水库流域2010年的土地利用数据提供产品加工技术服务，以满足客户科研工作的需求。

密云水库地处北纬40°23′,东经116°50′,位于北京市密云县内，面积180平方公里，是北京市重要的地表水源之一，规划的供水量占北京市城市生活用水的80%以上。该水库是亚洲最大的人工湖，有“燕山明珠”之称。密云水库流域面积约为14835.17km2,主要包括怀柔区和密云县部分地区共13个乡镇，是非常重要的水源涵养地区。

二．案例详情

服务单位	北京科技大学
服务时间	2014.05
服务内容	2010年密云水库流域土地利用数据产品技术服务

本次技术服务的核心是：（1）基于地理信息系统Arcgis专业软件对密云水库流域边界进行数字化提取；（2）基于2010年TM、ETM遥感影像生产的全国土地利用数据产品，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.流域边界提取

利用地理信息系统Arcgis专业软件，并参照地理图件和相关资料，对密云水库流域边界进行数字化提取，如图1所示，密云水库流域主要包括北京市密云县冯家峪镇，石城镇，不老屯镇，高岭镇，古北口镇，太师屯镇，北庄镇，新城子镇和怀柔区宝山镇，长哨营满族乡，汤河口镇，玻璃庙镇，怀北镇区13个乡镇。

图1 密云水库流域乡镇边界

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

一级类型二级类型				含义
编号	名称	编号	名称	含义
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

3.提取方法

土地利用数据是基于TM、ETM等遥感信息基础上，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；在内业建立解译标示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，最终建立如表2所示的判读标志。

表2土地利用/土地覆被的遥感影像（标准假彩色合成）解译标志

特征类型				空间分布位置	影像特征
特征类型				空间分布位置	形态	色调	纹理
耕地 10	水田 11	111		主要分布在山区沟谷、陡坡地带	几何特征较为明显，田块均成条带分布	深绿色、深蓝色、近黑色（春）、粉红色（夏）	影像纹理较均一
		112		主要分布在丘陵河流或沟谷两侧	几何特征明显，田块较小而呈条带状	深绿色、深蓝色、近黑色（春）、粉红色（夏）	影像纹理较均一
		113		主要分布在滨海平原、河流冲积与洪积平原，以及山区河谷平原	几何形状明显，边界清晰。田块较大，有渠道灌溉设施，多呈大面积分布	深绿色、浅蓝色（春）、粉红色（夏）、绿色与橙色相间（收割后）	影像纹理较均一
	旱地		121	主要分布在山区、坡地	沿山脚低缓坡不规则条带状分布，边界不清楚	影像色调多样，一般为浅绿色、浅灰色或红色	影像结构粗糙
			122	主要分布在丘陵缓坡地带	几何特征不规则，田块界限不清楚，但易于其它地类区别	影像色调多样，一般为淡绿色、浅灰色或浅红色	影像结构粗糙
			123	主要分布在河流冲洪积、滨海平原台地、山前平原	地块边界清晰，几何特征规则，呈大面积分布	影像色调多样，浅灰色或浅黄色（春）褐色（收割后）红色或浅红色（夏）	纹理明显，有条状纹理，有田块形状，可见农田防护林网格
林地 20	有林地21			不同地貌区域均有分布	受地形控制边界自然圆滑，呈不规则形状	深红色、暗红色，色调均匀	有绒状纹理
	灌木林地22			主要分布在丘陵及河谷两侧	受地形控制边界自然圆滑，呈不规则形状	浅红色，色调均匀	影像结构较粗糙
	疏林地23			主要分布山区、丘陵地带	受地形控制边界自然圆滑，呈不规则形状	红色，浅红色，色调杂乱	影像结构细腻
	其它林地24			山地、平原、丘陵均有分布	几何特征明显，边界规则呈块状、不规则面状，边界清晰	影像色调多样	影像结构不一
草地 30	高覆盖度草地 31			主要分布在低洼地或平地，山地丘陵的阳坡及顶部也有分布	面状条带状块状，边界清晰	红色，黄色，褐色，绿色	影像结构较均一，边界清晰，无纹理
	中覆盖度草地32			主要分布在低洼地及山地丘陵的阳坡或顶部	面状条带状块状，边界清晰	黄色，褐色，绿色或白色	影像结构较均一
	低覆盖度草地 33			山地丘陵阳坡或顶部，主要分布在山地，低洼地也有分布	不规则斑块	不均匀浅绿及黄色	影像结构较均一
水域 40	河流41			主要分布在平原及山区沟谷	几何特征明显，自然弯曲或局部明显平直，边界明显	深蓝、蓝、浅蓝色	影像结构均一
	湖泊42			主要分布平原	几何特征明显，呈现自然形态	深蓝、蓝、浅蓝色	影像结构均一
	水库、坑塘43			主要分布平原、丘陵区的耕地周围	几何特征明显，有人工塑造痕迹	深蓝、蓝、浅蓝色	影像结构均一
	滩地46			沿河流两侧或湖泊周围	沿河湖呈条带状或片状分布	灰白色，白色，黄白色	影像结构比较均一
居民点用地50	城镇用地51			主要分布于平原、沿海及山间谷地	几何形状特征明显，边界清晰	青灰色，杂有白色或杂色栅格状斑点	影像结构粗糙
	农村居民用地52			各地貌类型区均有分布	几何形状特征明显，边界清晰	青色，灰色，杂有其它地类色调	影像结构粗糙
	工交建设用地53			主要分布在城镇及经济发达区周围或交通沿线	边界清晰	灰色或色调不均	影像结构较粗糙
未利用土地 60	沙地61			主要分布湖积平原及风沙区	逐渐过渡，边界不清晰	浅绿色	影像结构比较均匀
	盐碱地63			主要分布在低洼地	边界较清晰	白色，夹蓝色或红色斑点	影像结构粗糙
	沼泽地64			主要分布在河流沿岸及平原上的低洼地及沿海	几何形状明显，边界清楚	红色，紫色，黑色	影像结构细腻
	裸土地65			主要分布丘陵、平原及居民点附近	边界清楚	白色或色调不均	比较均一
	裸岩66			主要分布在山顶或山脚	边界清楚	白色或色调不均	比较均一

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 2010年密云水库流域土地利用空间分布