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国产卫星在全国土地变更调查监测中的应用

2016-05-27 10:42:52来源:内蒙古自治区土地勘测规划院 编辑:浏览:

自2010-2014年以来,多种分辨率国产遥感卫星的采集与分发能力得到了快速提升,并已稳步成为全覆盖遥感监测与成果应用的主力数据源,在全国土地利用变更调查监测与核查工程中发挥了重要作用。

1概况

快速、准确的掌握全国土地利用状况是严格土地管理、加强土地调控和制定土地政策的坚实基础。1999年以来,以新一轮国土资源大调查为依托,开展了全国50万以上人口城市、国家级开发区等重点地区的土地利用动态遥感监测,累计监测面积达700多万平方公里。监测成果在土地利用总体规划修编、年度用地计划管理、耕地保护、土地利用变更调查、卫片执法检查和土地督察等国土资源管理业务领域发挥了重要作用。2007-2009年期间,根据《国务院关于开展第二次全国土地调查的通知》(国发〔2006〕38号)要求,完成了第二次全国土地调查;全面查清了全国每一块土地 的利用状况,为实现国土资源日常管理和决策提供了真实的土地利用基础数据,为土地管理信息化奠定了基础。随着遥感与信息技术的快速发展,为改变传统的土地变更调查机制和方法,依据《中华人民共和国土地管理法》和《土地调查条例》,自2010年起,应用遥感、地理信息与现代调查技术相结合的方法,每年在全国范围内开展一次全覆盖的土地利用变更调查监测与核查(简称“全国土地变更调查”)工作,及时更新国家级土地调查数据库,保持全国土地调查数据和国土资源综合监管平台基础信息的现势性。

由国家统一采购覆盖全国的遥感卫星影像,监测全国(除港、澳、台地区)31个省(区、市)年度土地利用变化情况。从以“点”为主的国土资源大调查,到一定时间段内基于“面”衔接的第二次全国土地调查,直至目前的年度“全覆盖”变更调查监测,对于卫星数据成像幅宽、重访周期、空间分辨率和波段组合等基本保障能力的需求,由数量到质量均产生了大跨度的飞跃;期间,国产卫星数据从无到有、自少至多、由弱变强的发展历程,真实的见证和有力的推动了新技术应用在国土资源管理领域中不断前进的步伐。

2工作任务

2.1遥感监测

国家根据各地区土地利用变化特点、管理需要及遥感资料的保障能力,合理配置、整体协调、集中采购覆盖全国不同尺度的最新遥感数据;以二次调查底图和高程数据等控制资料为基础、完整县级行政辖区为单位,组织专业队伍制作正射遥感影像图,与前时相影像叠加分析,采用多种技术方法提取以新增建设用地及其占用耕地为主的土地利用变化信息。

2.2变更调查

土地变更调查包括监测土地利用变化情况和提供国土资源管理信息两个方面。

以每年12月31日为统一时点,各省级国土资源地籍主管部门依据遥感监测成果开展年度土地变更调查,全面查清年度各类土地利用变化情况;调查、统计新增建设用地审批、基本农田保护、土地开发复垦、农业结构调整、农村集体土地所有权和国有土地使用权变化等国土资源日常管理信息。

2.3成果核查

一是充分利用遥感监测成果对各地区上报的变更调查数据、图件与变化情况实施国家级内业核查,对耕地减少、建设用地和未利用地增加等情况进行逐图斑的地类一致性核查;二是按照统一技术标准进行土地调查数据库质量检查;三是根据内业核查结果,结合年度用地指标及审批情况,开展重点地区的外业实地核查。

2.4数据库更新

开展遥感影像数据和各地逐级上报的土地变更调查数据库或增量数据包的入库质量检查,更新国家级土地调查数据库,汇总分析全国各类土地利用变化情况。

3技术方法

3.1监测分区

根据全国不同地区社会经济发展状况、土地利用类型时空变化强度及对土地资源、生态环境的管理需求,结合卫星数据分辨率与保障能力,将全国划分为四类遥感监测区。一类区为经济发展迅速、土地利用变化频繁区:包括全国50万人口以上城市市辖区,及长江三角洲、珠江三角洲和环渤海部分地区;二类区为一类区城市所辖县级社会经济发展较快区域;三类区是除一、二类区以外的中、东部地区,及西部重点县(区、市、旗);四类区为西部戈壁、沙漠和藏北无人区等土地利用变化较缓的地区。

3.2技术路线

围绕年度全国土地变更调查工作目标,统一制定技术要求和作业标准,根据遥感监测四类监测区的实际需要,优化设计、有序采购国内外多源、多尺度遥感卫星数据;充分利用已有高精度基础控制资料,保证土地利用正射影像图制作精度和效率;运用成熟技术路线,监测年度土地利用变化信息;采用内外业相结合的方法,辅助开展土地利用变更调查;依据遥感监测成果,快速核查变更调查数据、准确更新土地调查数据库,如图1所示。

3.3质量保障

全面分析、总结多年开展遥感监测、调查的有效技术方法和成功经验;制、修订《土地利用动态遥感监测规程》、《土地利用变更调查技术规定》等关键技术标准;开发建设卫星数据订购系统、变更调查监测质量监理系统、全国遥感监测成果与数据库更新及统计汇总系统等相关管理平台,确保信息流准确、通畅;加强高分辨率影像和海量数据快速处理、特定地类变化信息自动识别、新型遥感卫星数据应用等新技术方法研究,提高项目技术创新能力与监测、调查成果的时空精确性。遵循公开、公正、公平的原则,建立严格的质量监理制度,全过程跟踪作业进度、检查成果质量、评 定服务等级(包括健全专项档案管理与保密制度)。用科学的技术方法和缜密的管理制度保障全国土地变更调查工程的顺利实施。

4国产卫星应用

4.1国产卫星的发展

本世纪初第一个10年,我国自主产权遥感卫星尽管在数量、波段组合与可应用性上有了明显的提高,但满足较短周期内全国全覆盖遥感监测的实际数据覆盖能力仍显不足,特别是在高分别率数据应用领域尚不得不依赖国外卫星数据源。此外,国产卫星数据质量不够稳定,空间定位与波段间匹配精度较低,存在噪声、掉线、光谱溢出等缺陷;且多为单波段、幅宽较窄、压缩比过高、分发服务体系不完备,部分数据源尚不能提供相应处理级别的产品及同步卫星参数,基本无星座式卫星群等。因此,国产卫星数据基本只得作为遥感监测的辅助数据源。

目前,国产遥感卫星产业取得了突飞猛进的发展。近年来密集发射成功了涵盖不同分辨率、包括应用于专业目标的遥感卫星,采集与分发能力快速提升,在全国土地变更调查遥感监测工程优先采购的全力支持下,已稳步成为全覆盖监测数据采集与应用的主力数据源。从2010-2014年遥感数据采集中,国产卫星数据所占份额的大幅度递增,足见“能用必用之、可用广用之”原则对促进我国卫星产业的跨越式演进卓有成效,见表1。

表1,国产卫星数据占有率汇总表

现阶段国产卫星与国外卫星相比较的主要优势表现在:主动自主采集性强,具有较高的性能价格比,并已初步形成了不同分辨率的卫星星座群;存在的欠缺则集中在高分辨率数据源的数量和数据快速采集的能力方面。如:对固定区域数据采集时,卫星姿态调整的灵活性,在天气条件较差的地区尤为明显。

4.2国产卫星数据源

为满足遥感监测的技术标准,根据监测分区、区域气象条件、数据采集周期(基本时间段为每年8月初-次年1月底)、业务化管理需求和采购经费预算,综合考虑数据源分辨率、覆盖能力、不同分区地形地貌条件、土地利用变化特征、高纬度与高山区可能形成的冰雪覆盖等因素,合理利用国内外遥感卫星数据资源,特别是充分挖掘各类国产卫星数据的自主采集能力,以保障全国全覆盖遥感数据的采集和应用。

一类区选用亚米级(分辨率≤1m)彩色或全色卫星数据;二类区选用2m级(分辨率1~3m)彩色卫星数据;三类区选用2m级全色或5m级(分辨率3~7m)彩色卫星数据;四类区选用5m级全色卫星数据。表2仅以2010~2014年分区数据采集为例,说明主要国产卫星及其成像参数。

4.3采集方法与质量控制

在规定时间段内采集全国全覆盖遥感数据是开展本项工程的必备前提条件。年度土地变更调查数据采集面积广、数据源类型多、采购金额巨大,且属于国家专项资金,需严格按照政府采购程序操作。在采集周期相对有限,采购流程比较繁琐的情况下,制订科学、有效的组织实施计划和缜密、严格的技术保障措施,是保障项目顺利实施的关键因素。

全覆盖卫星数据采集主要采用规定性的固定区域采集和竞争性的补充采集相结合的方法。在任务开展前期,依靠政府采购方式确认的分区数据供应商,集中拍摄资源,有序完成各自区域内的主体数据覆盖任务;后期对零散缝隙、小块地区及天气条件不利区域采用自主拍摄相互补充的方式,提高空白区的数据获取速度,确保变更调查项目按期完成。

表2,主要国产卫星与成像参数统计表

相同情况下,补充采购的原则为:首先选择原计划数据源;其次选择同等分辨率数据源,兼顾相近分辨率数据源;再者考虑分辨率和多光谱差异,以高分辨率及彩色数据源优先;上述各类情况中均突出国产卫星数据的优先地位。

数据质量控制内容除采集时相、覆盖范围和订购周期(编程接收信息/交货周期)需满足监测任务要求外(其中:N42°以北、青藏高原东部地区及云贵川渝等局部困难地区需8月份启动拍摄),主要订购指标参见表3。

表3,卫星数据订购主要指标参考表

4.4应用成果与发挥的作用

开展全国土地变更调查遥感监测为国土资源相关管理业务提供了可靠的基础数据,形成了客观、准确、快速更新的全国土地调查基础数据库等系列实物成果。主要包括:

(1)数据成果。全国31个省(区、市)全部县(区、市、旗)土地利用现状及年度变化数据,包括遥感监测和变更调查数据。

(2)图件成果。覆盖全国全部县(区、市、旗)相应分辨率的遥感正射影像图、土地利用动态遥感监测图、土地/矿山卫片执法检查图、报国务院批准的城市建设用地审批监测图。

(3)数据库成果。更新后的国家级土地调查数据库。包括基于最新遥感影像底图的土地利用现状与新增建设用地等监测图斑和年度变更图斑矢量数据,以及专项监测成果等多元信息。

(4)文字成果。项目实施方案、技术方案、工作报告、遥感监测调查与核查结果分析报告、专题监测分析报告、监测质量监理与数据库质量检查报告等系列文字成果。

监测成果为适应国土资源管理工作的新形势、新要求和国家经济发展的新常态,有重点的集成了现代高新技术优势,构建了产业化、信息化的国土资源监管新模式,不断扩大遥感监测成果应用的深度和广度,积极发挥“一查多用”的实际效能,为违法用地执法检查、建设用地上图核实、土地用途监管、国土资源综合整治、突发事件与环境灾害应急监测及围填海和高尔夫球场用地专项管控等工作提供了及时、准确的监测信息。

5结语

土地资源调查是国土资源各项业务管理的数据基础,针对土地利用变化而长周期、全方位开展的动态遥感监测,已成为国内最具影响力的遥感技术应用工程之一。10余年来,我国航天事业的蓬勃发展,自主产权遥感卫星数据源的迅速壮大,与土地利用遥感技术应用互动互利、比肩前行,成就了全国全覆盖土地变更调查卫星数据持续国产化与稳固保障度的盈实前景,必将更加有效的强化国家对地方上报变更调查数据主动监测、核查和分析的能力,实现从“以数管地”向“以图管地”的转变,在土地参与宏观调控和经济形势分析、坚守十八亿亩耕地红线、保证国家粮食安全、提高政府依法行政能力、建设资源节约型、环境友好型社会等国家中长期发展目标的实现中发挥积极作用。

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