Discusión técnica sobre la actualización de la base de datos de uso de la tierra utilizando imágenes de teledetección SPOT-5, tomando como ejemplo el condado de Wangkui en la provincia de Heilongjiang
(Instituto de Planificación y Estudios de Tierras y Recursos Provinciales de Heilongjiang, Harbin, 150056)
La actualización de la base de datos sobre el uso de la tierra es una parte importante de la construcción de informatización de la tierra y los recursos. y proporciona una base para la gestión de tierras en todos los niveles. El estudio de cambio de uso de la tierra, la planificación territorial, la protección de tierras agrícolas y la gestión de tierras de proyectos de construcción del departamento proporcionan datos básicos precisos, detallados y actualizados. Resumen: Basado en la situación real de la actualización de la base de datos de uso de la tierra en el condado de Wangkui, provincia de Heilongjiang, este artículo se centra en introducir algunas tecnologías y métodos nuevos para actualizar la base de datos de uso de la tierra utilizando imágenes de teledetección SPOT-5, analiza los problemas existentes en la base de datos de uso de la tierra. actualiza y propone un método para resolver el problema.
Palabras clave: detección remota; actualización del uso de la tierra; mapa ortofotográfico digital; condado de Wangkui; provincia de Heilongjiang.
La aplicación de la tecnología de detección remota comenzó en la década de 1950. desarrollado durante más de 50 años. Con el avance de la tecnología satelital de teledetección, la resolución de las imágenes de teledetección ha mejorado enormemente y se ha utilizado ampliamente en estudios de tierras y recursos con muchas ventajas, como velocidad rápida, corto tiempo y bajo costo. En particular, proporciona un importante apoyo técnico para actualizar rápidamente la base de datos sobre uso de la tierra utilizando tecnología de teledetección.
La gestión de la tierra a nivel de condado es la base de toda la gestión de la tierra. Debido al rápido desarrollo económico y social de los últimos años, la actualización de los mapas básicos de uso de la tierra va a la zaga de los cambios en el estado de uso de la tierra y no puede reflejar de manera precisa y oportuna el estado actual de uso de la tierra. Ha obstaculizado enormemente las necesidades del desarrollo económico y social. En este contexto, es urgente utilizar tecnología de teledetección para actualizar las bases de datos de uso del suelo. Utilizando fuentes de datos de teledetección de alta resolución, combinadas con tecnología GPS y GIS, se puede actualizar la base de datos sobre el uso de la tierra, proporcionando así a los departamentos de gestión de la tierra en todos los niveles información precisa y detallada sobre el estado del uso de la tierra. Con este fin, este artículo toma como ejemplo el condado de Wangkui, provincia de Heilongjiang, utiliza datos de teledetección satelital de alta resolución SPOT-5 de 2,5 m como fuente de información y superpone el mapa ortofoto digital 1:10.000 producido con datos vectoriales detallados del estudio territorial. . Mediante el método de combinar vector y cuadrícula, complementado con conocimiento experto e interacción persona-computadora, los atributos de información modificados después de la investigación de campo se asignan a los datos vectoriales y luego se restablece la relación topológica.
1 Información básica del área del proyecto
El condado de Wangkui es un condado de la provincia de Heilongjiang con la agricultura como su principal industria. Está ubicado en la parte central de la provincia de Heilongjiang, en la transición. zona entre la llanura Songnen y el borde suroeste de las montañas Menores Khingan. Se encuentra a 126 10′23 ″ de longitud este y 46 ° 32′07 ″ de latitud norte. Los ríos Yinke, Nuomin y Hulan en el sureste son adyacentes a la ciudad de Suihua y el condado de Lanxi, el río Tongken en el oeste está frente al condado de Qinggang y el norte limita con la ciudad de Hailun. El condado cubre un área de 2.320 kilómetros cuadrados, 62 kilómetros de largo de norte a sur y 60 kilómetros de ancho de este a oeste.
El condado de Wangkui tiene forma de paralelogramo. Afectado por las vetas remanentes de las montañas Khingan Menores, el terreno es más alto en el este y más bajo en el oeste. Las pendientes este-oeste caen aproximadamente una milésima, y las laderas norte y sur caen aproximadamente una milésima. La altitud más alta es de 250,9 m, la altitud más baja es de 127,8 m, la diferencia de altura absoluta es de 123,1 m y la altitud promedio es de 167 m. Los tipos de accidentes geográficos se pueden dividir aproximadamente en tres unidades. El este y el sur son montañosos, la zona de transición central es ligeramente ondulada y el oeste es bajo y plano.
2 Ruta técnica general
El uso de imágenes de teledetección para actualizar la base de datos de uso de la tierra tiene un alto grado de automatización y puede reflejar las condiciones de uso de la tierra de manera oportuna, verdadera y objetiva. Por lo tanto, el uso de imágenes de teledetección SPOT-5 de 2,5 m para actualizar la base de datos de uso de la tierra del condado de Wangkui tendrá algunas características nuevas en la ruta técnica general que el método de cambio diario.
2.1 Establecimiento de una tabla de muestreo de clasificación de tierras de imágenes
En términos generales, el proyecto tiene diferentes características regionales, como montañas, colinas, llanuras, desiertos, etc. , reflejando diferentes tipos de terreno en imágenes de teledetección. Además, la elección de la resolución y la equivalencia temporal de las imágenes también pueden afectar la representación de los tipos de terreno reflejados en las imágenes de teledetección. Por lo tanto, es muy importante establecer una tabla de muestra de clasificación de terrenos de imágenes adecuada para esta área del proyecto, realizar una interpretación interior y extraer información de cambios. La tabla de clasificación de terrenos es también un signo interpretativo de la imagen. Es una característica de la imagen que puede reflejar y distinguir directamente la información de los objetos terrestres en la imagen, y es la base principal para identificar los atributos de los objetos terrestres, incluida la forma, el tamaño, el patrón, el tono, la textura, la sombra, la ubicación, el diseño, resolución, etc En el proyecto de actualización de la base de datos del condado de Wangkui, se seleccionaron imágenes de teledetección francesa SOPT No. 5. Mediante estudios de campo se determinó la correspondencia entre las imágenes de teledetección SOPT-5 y los objetos terrestres. Con la ayuda de información auxiliar relevante (mapas de planificación, mapas topográficos y otros materiales relacionados), se describieron las características de cada categoría reflejada en el mapa de imagen y se estableció un conjunto representativo de muestras de clasificación de tierras de imágenes, lo que facilitó enormemente la interpretación en interiores y Extracción de información de cambios. La figura 1 es parte de la tabla de muestreo.
Figura 1 Imagen de la tabla de muestreo de clasificación de tierras
2.2 Aplicación integral de la tecnología de integración "3S" en la actualización de la base de datos de uso de la tierra
La tecnología de integración "3S" se refiere a la tecnología en la que RS (Detección Remota), GPS (Sistema de Posicionamiento Global) y GIS (Sistema de Información Geográfica) se integran gradualmente en el proceso de desarrollo paralelo, y los tres se combinan orgánicamente. Constituye un sistema técnico que integra la adquisición de información, el procesamiento de información y la aplicación de información. Es un sistema de aplicación de tecnología espacial que aprovecha al máximo sus respectivas características técnicas y se ha convertido gradualmente en una nueva disciplina con gran practicidad y aplicación.
Por un lado, la medición GPS se utiliza para producir imágenes de teledetección SOPT No. 5 (el registro corregido geométricamente se selecciona en las imágenes de teledetección SOPT No. 5, y la imagen es). procesado geométricamente a través de mediciones GPS de alta precisión en el campo, produciendo un mapa ortofoto digital de detección remota 1:10000; por otro lado, la actualización del uso del suelo respaldada por SIG incluye edición de vectores de datos, superposición y establecimiento de relaciones topológicas. En el proceso de actualización del uso de la tierra en el condado de Wangkui, se utilizó un software SIG nacional, concretamente el software MAPGIS6.5 desarrollado por Wuhan Zhongdi Company, para actualizar la base de datos de uso de la tierra.
2.3 Se combinan datos vectoriales y datos ráster y se utilizan múltiples métodos de extracción de información juntos.
Los datos vectoriales incluyen principalmente la base de datos del estado del uso de la tierra; los datos ráster incluyen principalmente el mapa ortofoto digital de detección remota 1:10000 y el mapa del estado del uso de la tierra después de la corrección del escaneo. Mediante el análisis comparativo de datos vectoriales y datos ráster, se actualiza la vectorización y se extrae información de cambios. Los métodos de extracción de información incluyen interpretación visual manual, extracción automática por computadora y una combinación de interpretación visual manual y extracción automática por computadora. En esta actualización, la base de datos de uso de la tierra se actualiza principalmente mediante interpretación visual manual e interacción persona-computadora.
2.4 Combinar datos de teledetección con mapas básicos de uso de la tierra
Aprovechar al máximo los estudios de uso de la tierra, los estudios catastrales urbanos, las definiciones de divisiones administrativas, los resultados del uso de la tierra por lotes de terrenos de construcción, la consolidación parcelaria y los resultados de recuperación y los datos de cambios diarios ayudan a determinar los tipos y cambios de uso de la tierra, lo que reduce la carga de trabajo de los estudios de campo y acorta el tiempo de actualización de la base de datos de uso de la tierra. Y la precisión de los tipos de uso del suelo está garantizada.
2.5 Ruta de interpretación en interiores y verificación en campo
Las observaciones por teledetección solo reflejan las características espectrales de los objetos terrestres, es decir, la representación de la cobertura del suelo, mientras que el mapa de uso del suelo refleja la situación. del uso de la tierra. Además, la interpretación visual manual de la información de atributos cambiantes extraída requiere una investigación en el sitio, como el ancho y la propiedad de características lineales y esporádicas. Por lo tanto, es necesario determinar el tipo de uso de la tierra mediante una combinación de industria interna y externa para garantizar la exhaustividad de esta actualización y lograr una actualización integral de la base de datos de uso de la tierra.
Tres métodos de trabajo
El método de trabajo se divide principalmente en cuatro pasos: ① Proceso de procesamiento de imágenes de teledetección puntual de 52,5 m, incluida la producción de un mapa de ortofoto digital de teledetección 1:10000. (2) Procesamiento interno, incluida la extracción de información de cambios y producción de mapas antes del trabajo de campo; (3) Proceso de investigación de campo, incluida la verificación de información de cambios, investigación del ancho de características esporádicas y lineales, límites de propiedad, etc. ④El proceso de actualización y almacenamiento de la base de datos de uso del suelo. El diagrama de flujo de trabajo se muestra en la Figura 2.
3.1 Producción 1: 10.000 ortofotos digitales de teledetección.
El mapa de ortofoto digital de detección remota (RSDOM) es un conjunto de datos de imágenes generado después de la corrección geométrica y el procesamiento de imágenes correspondiente de imágenes pancromáticas y multiespectrales con una determinada resolución obtenida por detección remota por satélite. El mapa también tiene características de imagen. La fuente de datos de esta imagen de teledetección es la imagen pancromática francesa SPOT-5 de 2,5 m y datos de satélite multiespectrales de 10 m. La resolución de los datos cumple plenamente con los requisitos para la actualización de la base de datos. El ancho de la escena es 60 km2 × 60 km2 y el contenido de la nube es cero. Tomando toda la escena como una unidad, se utiliza el software de procesamiento de imágenes satelitales ERDAS para fusionar la imagen pancromática de 2,5 m y los datos multiespectrales de 10 m. Dado que el terreno del condado de Wangkui es relativamente plano, el método de fusión por multiplicación ponderada tiene la ventaja de retener la información de textura de las imágenes de alta resolución y la información de color de las imágenes multiespectrales para producir mapas ortofotográficos digitales de teledetección por satélite. Luego utilice el software de procesamiento de imágenes Photomapper para crear una ortofoto digital 1:10000. El flujo técnico del procesamiento de imágenes se muestra en la Figura 3.
3.2 Procesamiento en interiores
Utilice el software SIG nacional MAPGIS6.5 para establecer datos de ingeniería, combinar datos vectoriales con datos ráster, comparar imágenes de sensores remotos con datos vectoriales de uso del suelo y actualizar el base de datos. La información que no se puede juzgar internamente se marca especialmente al preparar mapas de campo y se imprime al mismo tiempo, y los cambios en el uso de la tierra se verifican mediante estudios de campo.
Figura 2 Gráfico de flujo de trabajo de actualización de la base de datos
La recopilación de actualizaciones de vectores incluye: ① La recopilación de actualizaciones de datos gráficos se lleva a cabo en capas, incluyendo principalmente contornos, sistemas de agua, carreteras, límites administrativos, límites de propiedad, límites de categorías de tierras, otras características lineales con ancho, características esporádicas, anotaciones de texto, etc. Según las necesidades del software de creación de bases de datos, los niveles principales se subdividen para lograr una distinción clara entre los diferentes elementos gráficos, que se utilizan respectivamente para la creación de bases de datos. (2) La actualización y recopilación de datos de atributos debe basarse estrictamente en los atributos de superficie proporcionados en el momento. La mayoría de los atributos deben distinguirse y convertirse automáticamente mediante codificación de clasificación, definición de capas y entidades, y luego su propiedad debe determinarse mediante la propiedad relativa. posición de figuras geométricas; (3) Empalme de bordes de datos de mapas, de acuerdo con los principios estipulados en la especificación, combina diferentes partes del mismo objeto gráfico dividido por cuadros adyacentes en un objeto completo. El procesamiento de la conexión de borde incluye la conexión de borde gráfico y la conexión de borde de atributo para garantizar la coherencia de los atributos de los elementos de borde del marco de imagen adyacentes.
3.3 Investigación de campo
La investigación de campo es la clave y base para obtener información sobre el estado actual del terreno. Sin una investigación de campo sólida y detallada, ni siquiera los datos de imágenes de teledetección más recientes pueden interpretarse con precisión.
Además, la investigación de los límites de propiedad de las ciudades y pueblos ribereños involucrados en el proyecto también debe realizarse in situ. Los estudios de campo incluyen estudios de límites administrativos, estudios de límites de propiedad, estudios de características esporádicas, estudios de ancho de características lineales, estudios de tipos de terreno, estudios de áreas residenciales, estudios de unidades de uso de la tierra y estudios de nombres de ríos. De acuerdo con el "Reglamento Técnico para el Estudio de Renovación del Uso de la Tierra" y los reglamentos técnicos pertinentes, y de acuerdo con la "Norma Nacional de Clasificación de Tierras de Tres Niveles" (aplicable durante el período de transición), toda la información del estudio de campo se registra en el "Reglamento de Uso de la Tierra". Libro de Registro de Encuesta de Renovación".
Figura 3 Diagrama de flujo de la tecnología de procesamiento de imágenes
3.4 Actualización de la base de datos de uso de la tierra
El software de base de datos utilizado en esta actualización es el Sistema de información de gestión de uso de la tierra Aidi. Por lo tanto, primero modifique el diccionario de datos, luego modifique los datos del mapa de índice de marco y el mapa de índice administrativo, y finalmente coloque los archivos necesarios para un almacenamiento preciso en la base de datos, incluidos archivos de puntos de características esporádicos, archivos de líneas de características lineales y parches de mapas de tipos de terreno. archivos y modifique el contorno del archivo de puntos de nota, luego realice un resumen estadístico del área del condado, genere el mapa de uso de la tierra actual en un formato estándar e imprima varias tablas de resumen de la tierra.
4 Problemas y soluciones existentes
Este proyecto utiliza imágenes de detección remota SPOT-5 para actualizar la base de datos de uso de la tierra, aprovechando al máximo la rápida velocidad de adquisición de datos, la alta precisión y el amplio rango. de imágenes de teledetección, no sólo acorta el tiempo de investigación, sino que también garantiza la precisión de la investigación y ahorra costos de investigación. Sin embargo, también se descubrieron algunos problemas durante la investigación de esta actualización, que requieren más investigación y resolución.
4.1 Procesamiento de imágenes y evaluación de la precisión
En el procesamiento de imágenes por teledetección SPOT-5, la calidad de la imagen requiere capas ricas, claras y fáciles de leer, colores uniformes y contraste moderado. Aunque el procesamiento de imágenes de este proyecto cumple con los requisitos del trabajo, es necesario mejorar la calidad de la imagen. A largo plazo, si la fuente de datos es American Quickbird, su resolución es de 0,61 m, más de 4 veces mayor que los 2,5 m de SPOT-5, lo que requiere una mayor calidad de procesamiento de imágenes. No solo afecta directamente la extracción de información de cambios, sino que también afecta la precisión de la interpretación visual. Por tanto, es necesario acumular experiencia y mejorar la calidad del procesamiento de imágenes.
La evaluación de la precisión es el estándar de evaluación para la calidad de producción de ortofotografías digitales. La evaluación de la precisión se refiere a la diferencia entre las coordenadas medidas de los puntos de control de características en el campo y las coordenadas de la imagen de los puntos con el mismo nombre en la imagen. Con la ayuda del GPS, las coordenadas se pueden medir en el mismo punto de la imagen y compararlas con las coordenadas de la imagen. Este es un paso importante en la etapa inicial de actualización de la base de datos de uso de la tierra mediante imágenes de detección remota. Las imágenes de teledetección se pueden utilizar para actualizaciones sólo si cumplen con los estándares nacionales.
4.2 Procesamiento de migración de objetos lineales vectorizados y procesamiento de adquisición de vectores en pantalla
Al combinar datos vectoriales y ráster, la base de datos de uso del suelo se combina con el mapa de ortofotos digitales 1:1000 anidado. causó el problema de los objetivos lineales vectoriales que se desvían de los objetivos lineales en la imagen con el mismo nombre. De acuerdo con los estándares nacionales y el Plan de Tecnología de Actualización del Uso de la Tierra de la provincia de Heilongjiang, cuando el archivo de la base de datos está anidado con la imagen, cuando la desviación entre la línea vectorial y la característica lineal del mismo nombre en la imagen es mayor que 1 mm (equivalente a 4 píxeles de la imagen SPOT-5 de 2,5 m), se considera un desplazamiento y los elementos lineales desplazados deben corregirse. Si el ancho y el código de tipo de terreno de las características lineales desplazadas no cambian, se pueden corregir desplazándose y copiando en la herramienta en línea. Si una propiedad cambia, la información del cambio se verificará mediante una encuesta del sitio.
Sobre esta base, los objetos lineales vectoriales de pantalla se migran a través de imágenes. También implica la cuestión de la ampliación de la pantalla. Si la ampliación es demasiado grande al recoger la pantalla, la imagen se distorsionará y el contorno del borde del objeto lineal no se podrá ver claramente, lo que afectará la posición de procesamiento de compensación del objeto lineal. Pero cuando el aumento de la pantalla es demasiado pequeño, la migración lineal de objetos será incompleta, demasiado irregular e inexacta. Después de muchos experimentos durante el proyecto, se acordó que el estándar de aumento de vectorización de imágenes de teledetección de referencia de 0,9 veces es apropiado. Esto no solo garantiza bordes de imagen claros y sin distorsión, sino que también garantiza la integridad del procesamiento de migración lineal de objetos.
4.3 La carga de trabajo de actualización de la base de datos es pesada.
En comparación con los métodos de actualización tradicionales, las ventajas de utilizar imágenes de teledetección SPOT-5 para actualizar las bases de datos de uso de la tierra son muy obvias. Sin embargo, debido a la gran carga de trabajo de la preparación preliminar y la investigación de campo, la interpretación visual manual se utilizó principalmente para extraer información de cambios en la etapa inicial. Además, la base de datos sobre uso de la tierra fue el resultado de un estudio detallado realizado a principios de los años 1990, por lo que se extrajo una gran cantidad de información sobre cambios. En este proyecto de actualización se extrajeron casi 20.000 parcelas modificadas. No solo eso, la información de cambio extraída debe verificarse una por una mediante trabajo de campo, y cada información de cambio debe registrarse en el "Libro de registro de la encuesta de actualización del uso de la tierra". La carga de trabajo también es grande y los errores humanos son inevitables. Por lo tanto, al utilizar imágenes de sensores remotos para actualizar la base de datos sobre el uso de la tierra, la investigación y la exploración deben realizarse sobre esta base para encontrar formas más efectivas de extraer información de cambios en las computadoras, reducir la carga de trabajo de campo y mejorar la precisión de los datos.
4.4 Mejorar el mecanismo de inspección de la calidad de los datos y estandarizar aún más las actualizaciones de las bases de datos.
La inspección de la calidad de los datos se realiza a lo largo del proyecto de actualización de la base de datos de uso del suelo y es una parte extremadamente importante de la construcción de la base de datos. Su carga de trabajo representa más del 60% de todo el trabajo de construcción de la base de datos. La verificación de la calidad de los datos es una herramienta importante para garantizar la calidad de la base de datos. La inspección de calidad incluye la inspección lógica por computadora y la inspección manual, principalmente para la estructura de datos y la inspección de precisión.
En este proyecto, se establece un mecanismo de inspección de calidad de tres niveles, que incluye la autoinspección grupal, la inspección primaria y la inspección secundaria, para proteger la calidad del proyecto.
Durante la implementación del proyecto, se hizo plena referencia a las normas y requisitos nacionales pertinentes, así como a las regulaciones pertinentes promulgadas por la provincia. Pero durante el proyecto, algunos trabajos más detallados aún no tenían reglas a seguir. Por lo tanto, es necesario estandarizar aún más los estándares y requisitos para las actualizaciones de las bases de datos sobre el uso de la tierra y lograr el intercambio de datos.
4.5 Es necesario formar un equipo de inspección de renovación de tierras de alta calidad.
En la etapa inicial del proyecto, es necesario fortalecer la capacitación del equipo que actualiza la base de datos de uso del suelo. Porque la calidad del estudio de renovación determina el éxito o el fracaso del proyecto de renovación; y el estudio de renovación de tierras involucra múltiples disciplinas como la gestión de la tierra, la geociencia, la ciencia del suelo, la agronomía, la topografía y la cartografía y la informática. Los investigadores deben tener conocimientos teóricos y habilidades de aplicación en las disciplinas anteriores para garantizar la calidad de los estudios de renovación de tierras.
En comparación con los métodos tradicionales, el uso de imágenes de teledetección SOPT No. 5 para actualizar la base de datos de uso de la tierra ahorra tiempo, es rápido, ahorra trabajo, ahorra costos y es preciso, lo que garantiza la calidad de la encuesta actualizada. Se proporcionan resultados y se sientan las bases para una nueva ronda de uso de la tierra. Se proporcionan datos precisos y detallados sobre la revisión del plan maestro, el registro y certificación de tierras colectivas rurales, la protección básica de las tierras agrícolas, el desarrollo y recuperación de tierras, la aprobación de tierras para construcción, etc. Además, la aplicación de tecnología de teledetección promoverá la automatización de los estudios de cambio de uso de la tierra y la informatización de los recursos de la tierra, mejorará en gran medida la precisión y puntualidad de los datos de los estudios de cambio de uso de la tierra y resolverá fundamentalmente el problema de actualizar los mapas de estado de uso de la tierra.
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