地图－遥感－地理信息系统一体化的应用试验——以长江三角洲动态制图为例，本文主要内容关键词为：遥感论文,长江论文,为例论文,地理信息系统论文,地图论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
提 要 地图学、遥感、地理信息系统是三门独立的科学技术，但它们又存在着紧密的关系。本文以1991年太湖流域及南京地区洪涝灾害评估和1992年长江三角洲地区城镇扩展与开发区调查的动态制图为例，阐述地图－遥感－地理信息系统融合组成的技术系统，并讨论三者一体化的接口问题。
关键词 一体化 地图 遥感 地理信息系统
地图学，遥感（简称RS），地理信息系统（简称GIS）是三门独立的科学技术，但它们又存在着紧密的联系。从学科发展和应用实践，都使人们愈来愈认识到三者必须相互融合，形成一体化。当今信息时代和市场经济对地图学提出了新的要求。
其一，信息时代要求地图提供的数据是最新的，客观、准确的，对资源、环境、人口、社会有一个动态过程的了解。也即周期地观察对比，从揭示其发展演变的规律。
其二，市场经济要求的地图产品要价廉物美。要求它更加贴近用户的需求，要深加工的精品。它必须反映时空分布规律，能定性（分类），定位（分布），定量（面积、产量、容积）。表示现状和反映演变（周期、动态），而且能进行评价和预测。
只有地图－RS-GIS的一体化才能满足上述要求。
本文以长江三角洲地区（即长江三角洲沪宁杭地区，面积约10×10[4]km[2]，太湖流域是其核心部分）两例动态制图加以剖析，并简要说明地图-RS-GIS三者一体化的联结。
1 洪涝灾害评估
1991年7-8月间，长江三角洲地区发生历史上罕见的洪涝灾害。这一自然界突变的过程，造成了巨大的经济损失和生态环境的变迁。因抗灾需要，必须在尽可能短的制图周期内，编成准确反映洪涝灾害分布和受灾程度的地图，评估出灾害损失和提出防治措施。
在陈述彭院士带领和指导下，我们采用了由地图-RS-GIS组成的灾害评估系统：包括灾中和灾后野外调查与制图，快速补充建立基础数据库，遥感图像处理与分类解译，GIS支持下的评估。仅花了一个月左右的时间，就编成了太湖流域洪涝灾害分布图、南京地区洪涝灾情分布图，和一套分析评估地图。这些地图不仅清晰、准确地反映了长江三角洲地区的洪涝分布范围、受灾程度，而且，表示了洪涝灾害对居民、工业产值、农业（主要是水稻、蔬菜和果园）、道路交通和土地利用的影响，及时地提供给国家减灾办公室和江苏省政府使用。
整个一体化的技术流程如图1所示：
图1 灾害评估技术系统
Fig.1 Disaster Assessment Technology system
框图中，双线部分以地图方法为主，单线部分以遥感方法为主，平行四边形和粗线箭头部分以地理信息系统方法为主。而且，三者互为补充和联系，互相融合成一个整体。
本评估工作关键技术在於洪涝界线的快速确定和受淹范围内各种损失的评估。
(1)洪涝界线的确定是以野外调查的灾情填绘的草图为引导，以遥感图像解译而快速完成的。
野外调查是在灾中进行的。用常规填图方法绘制成太湖流域1：20万和南京地区1：5万比例尺的洪涝分布草图。其上，反映了洪涝界线的大致位置。然而，不同地区的精度是不相等的。如常州市区城建局派人调查填绘的草图，界线精度甚高。而有的县只圈了一个圈圈，注上受淹多少亩，精度甚差。
遥感图像有统一的精度且能很快分类解译。但是，遥感图像只是洪涝光谱同其它地物光谱差异性的反映。因此，必须以野外调查编制的洪涝分布图作为解译标志和分类依据。这样才不致於将水稻田、湿地、鱼池误判为洪涝范围。因此，草图发挥了导向性作用。
遥感图像中，侧视雷达(SAR)图像（7月13日和7月24日）是在灾中扫描的。成图分辨率很高（3m×3m和10m×10m）。其上，洪水和溢洪区的界线十分准确，如滁河两岸人工破圩或天然破圩受洪水淹没的地方。但是，7月份太湖平原上广泛分布着水田，它同涝的界线，实在难以分开。
NOAA图像的灾情分析是采用灾前（1991年5月16日）和灾中（1991年7月14日）的图像，经常规计算机假彩色合成、目视解译、进行对比后完成的。在NOAA图像上，能够分出洪涝受灾的大体界线。但是，因其分辨率较差(1.1km×1.1km)，在长江三角洲地区地物比较细碎复杂的下垫面情况下，所确定的洪涝界线的精度是有限的。
Landsat TM图像以它的高分辨率(30m×30m)成为确定本次洪涝界线最主要最基本的资料。在洪涝分布草图的指引下，实现Landsat TM1、4、7波段的假彩色合成，建立解译标志：凡图像上深蓝色碎部是1991年7月23日仍被洪涝淹没的地区（为重灾区），凡蓝绿色部分是6至7月间曾被洪涝淹没的地方（为轻灾区）。同时，从1990年11月Landsat TM图像中提取出水部，将其复合到1991年7月23日图像上，便得到因洪涝而扩大的水面（亦为重灾区）。
至此，使用地图和遥感紧密相结合的方法，编成太湖流域和南京地区1991年洪涝分布图。图上，洪涝界线具有统一的高精度，并且区分出重灾范围、轻灾范围。它可以提供灾害评估和分析使用。
(2)灾情评估是洪涝界线确定后，在GIS支持下完成的。
太湖流域“七五”期间曾建立区域开发信息系统。当时是为标准化与规范化试点而建立的，比例尺较小，但其专题内容十分丰富。为了应急，突击建立1：20万比例尺的太湖流域基础数据库（包括：分乡界线，水系与地形，交通，土地利用）。
在太湖区域开发信息系统和基础数据库的支持下，即把乡界同洪涝界线复合，得出各乡受淹系数。通过关键词提取7月份农作物、居民、工业产值……等数据，乘以各乡受淹系数，便得到1991年各乡洪涝受灾面积，因受灾而造成的各种损失数据。它们的累加便实现了太湖流域1991年洪涝灾害的评估。
评估的结果以专题地图形式反映出来，评估的结果又返回存入数据库。
(3)本例充分说明：要满足突发事件的制图，既要快速，又要准确。传统制图方法难以完成，必须采用高新技术遥感图像处理和分类解译，在GIS的支持下才能完成。然而，RS与GIS本身既融合了地图方法，又必须依靠已有地图作为解译的响导。RS和GIS的最终成果，亦是以地图形式来表达的。因此，地图-RS-GIS三者既有区别又有联系。而三者的融合就能快速、准确、深入地为用户提供精品。
2 城镇扩展与开发区设置的动态制图
近年来，随着我国改革开放的深入，长江三角洲地区出现了诸多的经济技术开发区。开发区的设置往往是依托老城区，因此，它同城镇扩展交织在一起。如何在较短的制图周期内，实现长江三角洲地区大范围内城镇扩展与开发区设置的调查和动态制图，又是对地图学的现实考验。
我们依然采用地图-RS-GIS相结合的方法，将它们有机融合，组成一个调查与制图的集成技术系统（如图2所示）顺利地完成了任务。
图2 城镇扩展、开发区调查与制图技术系统
Fig.2 Technology system for investigating and mapping in the development zones and urbanization
从框图中，清楚地看到：最先，有两条独立的制图路线。一边是野外考察，以了解城镇扩展、开发区设置、农业结构调整的情况，得到全地区土地动态变化规律性的认识，编出城镇扩展与开发区设置草图。另一边是遥感信息收集与处理，包括不同年份卫星图像目视解译和典型年份卫星磁带计算机分类，以便解译出不同年代城镇占地面积和1991-1992年开发区占地面积和分布。然后，两条路线逐渐结合，共同绘制1:25万长江三角洲地区城镇扩展与开发区设置遥感解译图。此时，地图方法和遥感方法完全融合。最后，由GIS参与进行分析、对比、复合，得出各种规律性的认识和结论。而所有结果又回到GIS的数据库。尚须说明，在开始阶段，RS解译仍是同野外调查相配合的，而城镇原有的占地面积，仍然由GIS的数据库提供。可以说从一开始，三者就很难分清彼此。
本例的关键技术在於要准确地计算出大范围内不同年份城镇与开发区占地面积，而且还必须在较短的作业时间内完成。
遥感信息具有宏观一览性和周期性的特点。它能实现长江三角洲整个地区年度和季节性变化的对比。因此，本例是以Landsat TM图像为基本资料，通过不同年份图像的几何配准，分类解译，以及数字化计算面积，得出城镇扩展与开发区分布的结果。而野外草图是图像处理的引导，地图方法融合於遥感方法之中。
1：25万遥感解译图清楚地表明：长江三角洲地区城镇密布，约40km[2]范围内就分布着一个乡以上的集镇。特大城市上海市区，大中城市苏州、无锡、常州的建成区，80年代比50年代扩大一倍左右，而1992年开发区同城镇扩展交织一起，又比80年代扩大一倍多。
遥感解译图还表明：长江三角洲地区的开发区数量多，级别高。共有国家级和省市级的经济技术开发区、保税区、旅游度假开发区40多个。它们沿长江和沿海呈带状排列，加强了“T”型结点轴线分布的态势。
本例的另一个技术关键是如何揭示长江三角洲土地动态变化的规律和速度。这就必须依赖遥感解译数据同GIS数据库中历年耕地数据进行对比分析才以能得到。对比结果是：长江三角洲40年来耕地减小逐渐加快。1968年前，有增有减；1968年后，只减不增。从1980年至1991年11年统计，平均每年耕地减少约为0.47%；而1992年同1991年比较，耕地减少达0.82%。
通过本例实践，体会到只有将地图、遥感、地理信息系统融为一体才能在短短的两个月时间内，完成将近10×10[4]km[2]范围内的城镇扩展和开发区设置的调查与制图，不但得到准确、可靠的面积数据，而且分析分布规律和变化速率，调查与制图的结果及时地提供给国家计委、国家科委和农业部参考使用。
3 一体化必须解决接口问题
虽然地图、遥感、地理信息系统三者紧密相联，但它们在理论体系上，在研究方法上，仍然具有各自的独立性。因此，我们将其融合组成有机整体的技术系统时，必须解决好接口问题。接口反映在上述两个实例中，即每一方框之间的联系和畅通的问题。
本文所述两个实例是以通用的微机、工作站系统为硬件环境的。
(1)地图的输入、输出是通过数字化仪和绘图机或热敏绘图，在ARC/INFO软件或自编的绘图软件控制下完成的。
地图和遥感的接口，最重要的技术是遥感图像处理时，首先进行图像的几何纠正，使遥感图像能精确的套合到国家基本比例尺地形图上。经几何纠正后的遥感图像实质上已是图像地图。而遥感数字处理的过程，也即是专题地图的编辑过程。
地图和GIS的接口，是通过GIS的地理坐标来沟通的。GIS的核心部分是数据库，这一数据库是空间型的，它有严密的地理坐标。因此地图的套合也是准确的。换言之，地图和RS、GIS的接口基本上已经解决了，没有太大的技术难点。
(2)GIS与遥感的结合，本文采用了以数据格式的转换和数据的传送来实现，这是目前国内外较多专家学者采用的办法。
在微机系统里，GIS采用美国的ARC/INFO软件，而微机图像处理则自行编制了一套图像处理软件，它们之间由软件沟通。然而，在工作站（我们使用SUN-10），就比较简单。采用美国ERDAS软件系统建立图像处理，并且同ARC/INFO地理信息系统软件进行接口，这是一种很好的办法。随着地图-RS-GIS的融合，接口问题的解决亦将是多种多样的。将会愈来愈经济，愈来效率愈高。
综上所述，地图-RS-GIS存在着紧密的联系，三者融合集成，可以形成强有力的高性能效率的运行系统，以适应信息时代对地图学发展的要求。
* 来稿日期：1993年8月；收到修改稿日期：1993年10月。
AN EXPERIMENT ON THE INTEGRATION OF MAP,REMOTE SENSING AND GIS--TAKING THE DYNAMIC MAPPING OF THE DELTA AREA OF CHANG JIANG (YANGTZE RIVER) AS AN EXAMPLE
Zhao Rui
(Nanjing Institute of Geography & Limnology,Chinese Academy of Science,Nanjing 210008)
Key words Integration,Mapping,Remote sensing,Geographic Information System
Abstract
Map,Remote Sensing and GIS are three independent sciences.But there is a close relationship among them.Not only from the view of the development of diciplines,but also from the view of application,people recognize that they must be combined and become an integrated one.
The works of the dynamic mapping of the delta area of Chang Jiang (Yangtze River) include the flood damage assessment of the central Tai Hu Lake watershed in 1991 and the investigation on the urbanization and Eco and Tech Development zone of the area in 1992.All the works require expedient and accurate mapping products.The paper begins with the technique flowing charts of two examples,illustrates its key technology,and makes their contents and relationship clear.The deeply understanding of the technology system of the combination of map,RS and GIS can meet the users′ requirements.
If you want to design a good integrated system of Map,RS and GIS,you must deal better with their port,use general microcomputer or littlecomputer and their outside supply as hardward base,design a set of relative softwares,implement the input and output of the maps,construct the map base of remote sensing image and the geographic coordinate of GIS,and make the information flow fluent in the integration of them.