曹偉超 吳孝軍 陳陽 張瑾

摘 ?要：地表覆蓋分類數(shù)據(jù)是地理國（?。┣槠詹槌晒麛?shù)據(jù)的重要內(nèi)容，文章以四川省地理省情監(jiān)測地表覆蓋分類數(shù)據(jù)為例，通過在選取抽樣縣域、布設(shè)抽樣點(diǎn)以及精度評定各檢查工序所的技術(shù)方法，實(shí)現(xiàn)了對基于中分辨率遙感影像獲取的地表覆蓋分類數(shù)據(jù)成果的精度評定。

關(guān)鍵詞：遙感影像;地理國（?。┣楸O(jiān)測;地表覆蓋分類;精度評定

中圖分類號(hào)：P208 ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2020）19-0150-03

Abstract： The land cover classification data is an important part of the national （provincial） geographic conditions census data. This paper takes the land cover classification data from the provincial geographic conditions monitoring data in Sichuan province as an example， based on the technical methods constructed by selecting sampling counties， sets sampling points， and assesses the accuracy of each inspection process， thus realizing the accuracy evaluation of the results of land cover classification data acquisition based on medium-resolution remote sensing images.

Keywords： remote sensing images; national （provincial） geographic conditions monitoring; land cover classification; accuracy evaluation

1 概述

地理國情普查是獲取國情國力信息的重要手段，是掌握自然資源、生態(tài)環(huán)境以及人類活動(dòng)基本情況的綜合性、基礎(chǔ)性工作。其目的是全面獲取各類地理國情信息，并進(jìn)行綜合統(tǒng)計(jì)分析，揭示經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和自然資源環(huán)境的空間分布及內(nèi)在關(guān)系，實(shí)現(xiàn)地理國情信息對政府、企業(yè)和公眾的服務(wù)。

地理國情普查及監(jiān)測數(shù)據(jù)是制定和實(shí)施國家發(fā)展戰(zhàn)略與規(guī)劃、優(yōu)化國土空間開發(fā)格局和各類資源配置的重要依據(jù)，是推進(jìn)生態(tài)環(huán)境保護(hù)、建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)的重要支撐，是做好防災(zāi)減災(zāi)工作和應(yīng)急保障服務(wù)的重要保障，也是相關(guān)行業(yè)開展調(diào)查統(tǒng)計(jì)工作的重要數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

地表覆蓋分類數(shù)據(jù)是地理國情普查和監(jiān)測成果數(shù)據(jù)的重要內(nèi)容，是開展普查數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和應(yīng)用的基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)。不同于第一次全國地理國情普查，四川省地理省情監(jiān)測是基于15米分辨率的ETM影像采集的地表覆蓋分類數(shù)據(jù)。地表覆蓋分類數(shù)據(jù)成果精度包含數(shù)學(xué)精度和分類精度兩個(gè)方面，通過分析判斷地表覆蓋分類圖斑與所使用遙感影像的套合程度來判定其數(shù)學(xué)精度，同時(shí)以圖斑地類判讀正確性來判定其分類精度，兩者綜合進(jìn)而判定數(shù)據(jù)的成果精度。該方法對于以高分遙感影像為數(shù)據(jù)源獲取的地表覆蓋數(shù)據(jù)成果精度判定是沒有問題的，但由于數(shù)據(jù)生產(chǎn)采用技術(shù)方法的不同和影像可識(shí)別性較差等原因[1]，在對基于中低分辨率遙感影像采集的地表覆蓋分類數(shù)據(jù)進(jìn)行精度判定時(shí)存在不足，不能準(zhǔn)確評定其成果精度。

本文以四川省作為研究區(qū)，以基于2014-2015年15米分辨率的ETM影像獲取的全省地表覆蓋數(shù)據(jù)作為精度評定對象，選取抽樣區(qū)域，構(gòu)建相應(yīng)的成果精度評定方法，實(shí)現(xiàn)對基于中分遙感影像的四川省地表覆蓋分類數(shù)據(jù)精度評定。

2 研究區(qū)域和數(shù)據(jù)

文章以四川省作為研究區(qū)域，位于中國西南地區(qū)內(nèi)陸，界于北緯26°03′～34°19′，東經(jīng)97°21′～108°12′之間，總面積48.6萬平方公里，轄18個(gè)地級(jí)市、3個(gè)自治州。四川地形分為四川盆地、川西高原和川西南山地三大地形區(qū)，地勢西高東低，由西北向東南傾斜。地形復(fù)雜多樣，東部為四川盆地及盆緣山地，西部為川西高原及川西南山地。四川省地處中緯度亞熱帶地區(qū)，具有氣候類型多、山地氣候垂直差異大、季風(fēng)氣候明顯、季節(jié)氣候區(qū)域特色鮮明和氣象災(zāi)害種類多的特點(diǎn)。

地表覆蓋分類數(shù)據(jù)是本文的主要研究內(nèi)容和對象，高分辨衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)、遙感影像解譯樣本數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)成果精度評定的主要依據(jù)，以上數(shù)據(jù)均來自于四川測繪地理信息局基礎(chǔ)地理信息中心;ETM影像數(shù)據(jù)是地表覆蓋分類數(shù)據(jù)生產(chǎn)的主要數(shù)據(jù)源，來自于中國科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)（http：//www.gscloud.cn/sources/）;其他輔助數(shù)據(jù)包括來自于網(wǎng)絡(luò)的影像數(shù)據(jù)以及其它相關(guān)部門的專題資料。

3 研究方法

3.1 確定抽樣單元

自然因素和人文因素是造成地表覆蓋分類數(shù)據(jù)差異的主要原因，自然因素主要包括地形地貌、地表切割度、地表破碎程度以及地形起伏度等，人文因素主要包括經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度、城市化水平、人口分布與流動(dòng)以及交通通達(dá)程度等，其中以自然因素為主，人文因素為輔。

為了能夠真實(shí)反映四川省地表覆蓋分類數(shù)據(jù)的總體特征，在自然因素和人文因素中分別選取有代表性的因子作為抽樣單元確定依據(jù)，文章選取地形地貌類型和經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度分別作為其代表性因子。具體按照5種地形地貌類型和3種經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度，選取相應(yīng)的縣級(jí)行政區(qū)劃作為抽樣單元，按照該原則共選擇了7個(gè)縣域作為抽樣單元，其空間分布如圖1所示，各抽樣單元具體特征情況見表1。

從表1可以看出，經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度和地形地貌類型直接存在明顯的相關(guān)性，隨著地形地貌類型中的海拔越高、地形起伏越大、地表越破碎，其經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度水平越低，反之則越高，這也與實(shí)際情況相吻合。在后文分析中，將以地形地貌類型來分析不同區(qū)域數(shù)據(jù)成果精度的差異。

3.2 抽樣點(diǎn)布設(shè)方案

空間合理布設(shè)的抽樣點(diǎn)對空間數(shù)據(jù)成果精度評價(jià)結(jié)果的影響是顯著的[2-3]，為客觀定量準(zhǔn)確評價(jià)地表覆蓋數(shù)據(jù)的成果精度，必須在抽樣單元內(nèi)按照一定的原則合理布設(shè)抽樣點(diǎn)。抽樣點(diǎn)的布設(shè)應(yīng)綜合考慮各抽樣區(qū)域的數(shù)據(jù)特征，對四川地表覆蓋分類數(shù)據(jù)來說主要需要依據(jù)圖斑密度和地類復(fù)雜程度來確定具體的抽樣點(diǎn)布設(shè)密度，同時(shí)要保證抽樣點(diǎn)在抽樣單元內(nèi)具有典型性，在抽樣單元外具有普適性。針對不同的地形地貌在抽樣單元內(nèi)分別按照1個(gè)/20km2、1個(gè)/30km2、1個(gè)/40km2、1個(gè)/80km2、1個(gè)/100km2的密度布設(shè)抽樣點(diǎn)，在7個(gè)抽樣單元內(nèi)共布設(shè)抽樣點(diǎn)655個(gè)，具體抽樣結(jié)果見表1。

3.3 精度評定與評估

結(jié)合數(shù)據(jù)生產(chǎn)方式和采用的中分辨率遙感影像數(shù)據(jù)源，采用地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)按照一定的規(guī)則進(jìn)行隨機(jī)抽樣。

為了保證采集的樣本點(diǎn)能真實(shí)反映地表覆蓋類型，不能跨越兩個(gè)或兩個(gè)以上地類的分界線，即該樣本點(diǎn)只能反映一種地表覆蓋類型的特征，需要對空間均勻布設(shè)樣本點(diǎn)的位置進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)處理方法為：以樣本點(diǎn)周邊3個(gè)像元范圍作為樣本點(diǎn)圖斑，若該圖斑距相應(yīng)地類邊界線位置小于3個(gè)像元，則將樣本圖斑垂直于地類邊界線向該地類范圍內(nèi)部移動(dòng)直到樣本圖斑距邊界線距離達(dá)到3個(gè)像元或以上，具體抽樣節(jié)點(diǎn)空間分布如圖2所示。

具體成果精度評定和驗(yàn)證時(shí)，以樣本點(diǎn)圖斑所在位置的高分辨率遙感影像、遙感影像解譯樣本、專題資料以及權(quán)威網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)等，作為判定每一個(gè)樣本點(diǎn)數(shù)學(xué)精度和分類精度的依據(jù)，綜合判定相互補(bǔ)充，判定抽樣單元中每個(gè)抽樣點(diǎn)圖斑的成果精度。

以抽樣點(diǎn)圖斑的二級(jí)類和一級(jí)類精度來綜合評定抽樣單元內(nèi)地表覆蓋分類數(shù)據(jù)的最終成果精度。以抽樣單元數(shù)據(jù)成果精度為基礎(chǔ)，結(jié)合全省地形地貌類型實(shí)現(xiàn)對全省數(shù)據(jù)成果精度的評估。

4 結(jié)果分析

4.1 精度評價(jià)結(jié)果

通過對各抽樣單元抽樣點(diǎn)地表覆蓋數(shù)學(xué)精度和分類精度的判定，各抽樣單元內(nèi)地表覆蓋分類總體精度如表2所示。

從表2可知，一級(jí)類總體精度整體上明顯優(yōu)于二級(jí)類總體精度，最大達(dá)到9個(gè)百分點(diǎn)，主要是由于二級(jí)類的破碎程度相較于一級(jí)類要大得多。不同的地形地貌分區(qū)內(nèi)，成果精度存在一定的差異，在一級(jí)類總體精度中，平原和丘陵-低山區(qū)精度相對比較低，均不足80%，高山區(qū)和高原區(qū)精度相對較高，最高達(dá)到93%，在二級(jí)類總體精度中同樣存在此規(guī)律。

4.2 全省總體精度評估

抽樣單元的精度評價(jià)是為了對全省地表覆蓋分類數(shù)據(jù)成果精度進(jìn)行評估，由于不同地形地貌類型中成果精度存在較顯著的差異，因此在評估全省數(shù)據(jù)成果精度時(shí)，應(yīng)顧及全省地形地貌類型的分布情況。根據(jù)四川省5種地形地貌類型在全省的面積占比[4]，確定各種地貌類型在全省數(shù)據(jù)成果精度評估中的權(quán)重值，以此對全省地表覆蓋數(shù)據(jù)的總體精度進(jìn)行評估。具體如表3所示。

從表3可知，覆蓋四川全省的地表覆蓋分類數(shù)據(jù)成果總體精度估算值較高，不僅能夠滿足項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求，也能夠滿足地理國（?。┣閿?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析與評價(jià)的要求。其一級(jí)分類數(shù)據(jù)總體估算精度超過85%，一級(jí)分類數(shù)據(jù)總體估算精度超過80%，兩者差值在4.7%，與抽樣單元間差值吻合，也從側(cè)面反映出該評估方法的可靠性。

5 結(jié)束語

文章結(jié)合數(shù)據(jù)生產(chǎn)方式和采用的中分辨率遙感影像數(shù)據(jù)源特征，制定了一種大區(qū)域內(nèi)地表覆蓋數(shù)據(jù)成果精度評估方法，實(shí)現(xiàn)了對基于中分遙感影像省級(jí)區(qū)域地表覆蓋分類數(shù)據(jù)成果精度評估。具體使用時(shí)，抽樣單元的選擇應(yīng)充分結(jié)合所選擇評價(jià)區(qū)域的自然和人文特點(diǎn)，抽樣點(diǎn)的布設(shè)應(yīng)充分考慮數(shù)據(jù)特征;同時(shí)在最終評價(jià)總體精度時(shí)，應(yīng)獲得準(zhǔn)確的地貌分區(qū)數(shù)據(jù)，才能準(zhǔn)確客觀的反映評價(jià)區(qū)域內(nèi)數(shù)據(jù)的成果精度。

該方法具有一定的普適性，可為后續(xù)同類數(shù)據(jù)成果的精度評定提供參考。

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