基于地理国情普查成果的环境监测实践

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摘要：摘要：生态环境的现状已更加得到人们的重视，相关的保护工作已渐渐处于战略性地位。此文将对生态环境监测研究成果进行简要的阐述，再结合《全国生态环境监测与评价技术方案》的技术标准，以地理国情普查以及监测成果为基础，通过结合专业数据、专业的作业流

　　摘要：生态环境的现状已更加得到人们的重视，相关的保护工作已渐渐处于战略性地位。此文将对生态环境监测研究成果进行简要的阐述，再结合《全国生态环境监测与评价技术方案》的技术标准，以地理国情普查以及监测成果为基础，通过结合专业数据、专业的作业流程——影像处理、数据融合与消除、变化信息检测和数据更新、野外核查、生态环境状况指标计算等，开展区域性生态环境监测与评价，促进测绘地理信息成果的科学应用。

　　关键词：生态环境;监测;地理国情;变化信息检测

　　十八大报告中首次提出了“经济建设、政治建设、文化建设、社会建设、生态文明建设”五位一体建设的建设方向，其中生态文明建设，更是让我们人与自然、人与生态的关系朝着更加和谐的方向发展。生态文明建设的第一步就是对生态环境进行评估，然而在相应的生态环境评价中，其所采用的土地利用数据仍然不够精细，最终会影响到评估的准确性[1]。基于此，本文先回顧近年来学术界对生态环境监测的相关研究成果，继而探索基于地理国情普查成果的广西生态环境监测与评价，通过结合专业数据、专业的作业流程，运用影像处理、数据融合与消除、变化信息检测和数据更新、野外核查、生态环境状况指标计算等功能，提高评价工作的科学性、规范性和高效性[2]。

　　“广西生态环境监测与评价”项目主要来源于自治区环境监测中心站，是自治区生态环境监测与评价工作的重要组成部分，主要是基于最新的高分辨率卫星遥感影像数据，开展自治区生态环境质量现状和动态变化监测，并对其动态变化趋势进行分析评价，以持续推进自治区生态文明建设。

　　1 项目的主要目标与任务

　　本项目的主要目标是利用2016年广西卫星遥感数据解译结果，计算获取2016年广西土地利用/覆盖分布和2015年至2016年广西土地利用/覆盖分布的动态变化;根据《生态环境状况评价技术规范》(HJ/T192-2006)规定的生态环境状况评价的指标体系、计算方法和分组标准、土地利用/覆盖提取结果对广西生态环境质量进行评价，确定2015～2016年间广西生态环境质量变化幅度和趋势，从空间上分析广西生态环境质量发展情况，为制定生态保护和发展的对策提供科学依据[3]。

　　本项目工作任务主要有：第一，2015年全区土地利用现状数据矢量坐标转换、信息抽取、图斑处理、代码分类等;第二，2016年高分影像正射校正、融合、镶嵌、匀光匀色、分县裁切等;第三，全区重点功能区县变化信息提取、数据更新;第四，全区生态环境状况指标结构特点的分析;第五，全区生态环境状况的评价，形成最终的数据成果[4]。

　　此项目的监测范围为广西壮族自治区行政区域所辖范围的110个县(区)。

　　2 采用的数据及技术方法

　　2.1 数据资料分析

　　(1)全区2015年土地利用数据

　　由自治区环境监测中心站提供的2015年土地利用数据包含广西全区110个县(区)的数据，坐标系为1980西安直角坐标，3度带，数据格式为MDB，需经过坐标转换、代码转换，制作出2015年生态环境遥感土地利用底图。

　　(2)全区2016年最新卫星影像

　　2016年最新的高分1号、高分2号卫星影像，覆盖全广西重点生态功能区县，坐标系为WGS84，高分1号影像分辨率全色波段2米、多光谱8米，高分2号影像分辨率全色波段1米、多光谱4米，可用于识别变化图斑。

　　(3)全区2015年国情普查数据

　　2015年国情普查数据中的LCA(地表覆盖)层，其坐标系为2000国家大地坐标系，3度带，数据格式为GDB，可用于提取耕地类、草地类等三级类作为参考数据。

　　2.2 研究技术标准及技术流程

　　项目严格依照《全国生态环境监测与评价技术方案》的标准要求进行实施。主要技术流程如图1所示。

　　2.2.1 坐标系及投影参数

　　广西生态环境监测与评价中所有影像数据、土地利用/覆被数据的坐标系和投影类型及参数如下[5]：坐标系：WGS84。投影方式：Albers Conical Equa投影，中央经线为东经110°，双标准纬线为北纬 25°和北纬47°，起始纬度12°，中央经线偏差和起始点偏差都为 0 。

　　2.2.2 影像处理

　　影像处理包含几何精校正、融合、镶嵌、匀光匀色、分县裁切等内容。

　　(1)几何精纠正

　　几何精纠正使用ERDAS精纠正模块，纠正模型为3次多项式，重采样方法选用 Bilinear采样，使用影像到矢量的精糾正方法，控制点选在道路交叉处、田角、桥梁两端等具有明显目标位置的点位，控制点均匀，布满整景影像，对误差进行计算，误差范围在2米以内，误差过大的删除。倘若纠正后的整景影像大部分地区偏差过大的，加入DEM进行正射纠正[6]。

　　(2) 影像融合

　　高分影像包含多波段和全色波段，对影像进行融合。

　　(3)镶嵌和分县裁剪

　　分景影像得到后，进行分县影像镶嵌和裁剪，挑选覆盖各县域的影像，利用县域境界对影像进行裁剪，在ERDAS镶嵌模块下进行影像拼接。拼接方式使用基于权重的方法，利用多边形工具对拼接线手动修改，拼接线两侧尽可能多选用相同纹理的地物(道路、水域、林地等等)，设置匀光、匀色和直方图匹配参数，完成镶嵌。

　　2.2.3 信息提取

　　信息抽取主要利用专题数据将代码分类中不能细分的类别进行二级、三级分类，完成2015年生态遥感监测数据底图的制作。

　　(1)耕地提取

　　在耕地中，水田细分为山区、平原、丘陵和坡地水田，旱地细分为山区、平原、丘陵和坡地旱地。在土地利用类型中并无以上几种类型，考虑到其与地形地貌有关，使用空间分析方法对其进行分类。

　　(2)草地提取

　　根据2015年全区地理国情普查数据分析和实地外业调绘情况，全区并无低覆盖草和高覆盖草类别，土地利用中的草类直接转化为生态遥感监测高覆盖草类别。

　　(3)建成区和非建成区建设用地提取

　　利用2016年广西全区建成区范围(市县范围)进行空间选择：将建成区范围内的建制镇转化为城镇用地，非建成区的建制镇转化为农村居民点。建成区范围内的风景名胜用地及特殊用地转化为城镇用地，非建成区的风景名胜用地及特殊用地转化为公共建设用地。

　　2.2.4 数据融合与消除

　　(1)矢量数据融合

　　使用ArcGIS融合工具，融合邻斑同码图斑，融合时不创建多部件要素。

　　(2)矢量数据消除

　　使用ArcGIS消除工具，对两大类数据分别进行零碎图斑消除：一类：耕地、林地、草地、未利用地;二类：水域、农村居民点和工矿用地。其中，一类数据图斑面积、二类数据中水库坑塘图斑面积、城镇用地、农村居民点图斑面积按指标要求进行消除;公交建设用地、河渠不做消除操作。

　　2.2.5变化信息检测和数据更新

　　(1)矢量数据命名方式和数据结构

　　各县(区)文件夹包含2015年数据、2016年数据、动态图层数据，文件夹以县(区)名称命名，文件夹下各数据命名方式：2015年数据：ld2015.shp，2016年数据ld2016.shp，动态图层数据dt+县代码.shp (如：dt450124.shp)。

　　(2) 变化信息检测

　　变化信息检测基于2015年生态遥感监测数据和2016年影像数据进行，使用的总体原则是从城镇到乡镇，从道路到耕地，从耕地到林地，主要围绕人类活动频繁向自然地貌或耕地扩张的区域。使用人工识别方法，建立解译对照表，在ArcGIS中创建活动数据层(update层)，用于勾绘、编辑变化区域。

　　(3) 数据更新

　　2016年数据制作，使用ArcGIS更新工具，将活动数据层更新到2016年数据。动态图层数据制作，使用ArcGIS相交工具，将活动图层数据与2015年数据相交，生成动态图层数据，删除多余字段。

　　2.2.6野外核查

　　野外核查的目标主要有三个：(1)根据广西自然分类、人类活动的特征以及本次信息提取过程中遇到的问题，选择有代表性的路线来修正判读过程中出现的误判，检验本次遥感判读的正确率，并对判读数据进行内业修正;(2)通过选择有代表性的地物类型，建立遥感影像野外标志数据库;(3)结合生态调查典型案例分析，收集能反映区域生态功能、生态问题的野外相片、录相资料，为生态环境深度分析提供素材。

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