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    地表覆盖(Land Cover)是指地球表面各种物质类型及其自然属性与特征的综合体,其空间分布直接影响着地球表面的物质和能量循环过程,时间变化综合地反映着人类活动和气候变化对自然环境的影响。由此可见,地表覆盖及其变化信息对于全球气候变化研究、生态环境监测等领域具有重要作用,是不可或缺的基础信息和关键参量。

    20世纪90年代以来,国际科学界一直高度关注全球地表覆盖遥感制图问题。美国和欧盟曾利用包括NOAA/AVHRR、MODIS在内的粗空间分辨率(250米-1公里)航天遥感资料,为地球系统模拟、气候变化研究等研制了6套空间分辨率为300米或1公里的粗分辨率全球地表覆盖数据产品。但用户普遍认为其空间细节不够、分类精度不高,不同产品之间一致性较差,远不能满足应用需求。

    2010年11月,政府间对地观测组织(GEO)第8次全会发布北京宣言,呼吁国际社会合作研制全球高分辨率地表覆盖数据产品。面对这一世界性的重大应用需求,国家基础地理信息中心在863重点项目的支持下,于2010年初率先开展了全球高分辨率地表覆盖遥感制图的总体技术研究与数据产品研制,成果研制出2000和2010两个基准年的全球30米地表覆盖产品(GlobeLand30),在国际上尚属首次。

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    全球30米地表覆盖数据(GlobeLand30)覆盖南北纬80度的陆地范围。目前,本网站提供了2010基准年GlobeLand30产品(GlobeLand30-2010)的在线浏览与数据下载服务。该数据产品的基本信息如下。

1.分类影像与资料

    GlobeLand30分类利用的影像为30米多光谱影像,包括美国陆地资源卫星(Landsat)TM5、ETM+多光谱影像和中国环境减灾卫星(HJ-1)多光谱影像。除了多光谱影像外,研制中还使用了大量的辅助数据和参考资料,以支持样本选取、辅助分类等工作。主要包括:已有地表覆盖数据(全球、区域)、全球MODIS NDVI年序数据、全球基础地理信息数据、全球DEM数据、各种专题数据(全球红树林、湿地、冰川等)和在线高分辨率影像(GoogleEarth、Bing、OpenStreetMap和天地图高分影像)等。

2.类型定义

    GlobeLand30数据共包括10个类型,分别是:耕地、森林、草地、灌丛地、水体、湿地、苔原、人造覆盖、裸地、冰川与永久积雪。各个类型定义如下:

1)耕地。用于种植农作物的土地,包括水田、灌溉旱地、雨养旱地、菜地、牧草种植地、大棚用地、以种植农作物为主间有果树及其他经济乔木的土地,以及茶园、咖啡园等灌木类经济作物种植地。

2)森林。乔木覆盖且树冠盖度超过30%的土地,包括落叶阔叶林、常绿阔叶林、落叶针叶林、常绿针叶林、混交林,以及树冠盖度为10-30%的疏林地。

3)草地。天然草本植被覆盖,且盖度大于10%的土地,包括草原、草甸、稀树草原、荒漠草原,以及城市人工草地等。

4)灌木地。灌木覆盖且灌丛覆盖度高于30%的土地,包括山地灌丛、落叶和常绿灌丛,以及荒漠地区覆盖度高于10%的荒漠灌丛。

5)湿地。位于陆地和水域的交界带,有浅层积水或土壤过湿的土地,多生长有沼生或湿生植物。包括内陆沼泽、湖泊沼泽、河流洪泛湿地、森林/灌木湿地、泥炭沼泽、红树林、盐沼等。

6)水体。陆地范围液态水覆盖的区域,包括江河、湖泊、水库、坑塘等。

7)苔原。寒带及高山环境下由地衣、苔藓、多年生耐寒草本和灌木植被覆盖的土地,包括灌丛苔原、禾本苔原、湿苔原、高寒苔原、裸地苔原等。

8)人造地表。由人工建造活动形成的地表,包括城镇等各类居民地、工矿、交通设施等,不包括建设用地内部连片绿地和水体。

9)裸地。植被覆盖度低于10%的自然覆盖土地,包括荒漠、沙地、砾石地、裸岩、盐碱地等。

10)冰川和永久积雪。由永久积雪、冰川和冰盖覆盖的土地,包括高山地区永久积雪、冰川,以及极地冰盖等。

3.数据内容

    GlobeLand30数据采用栅格数据格式进行存储,采用无损GeoTIFF压缩格式,8Bit 256索引色模式,栅格影像的像元值代表某类地表覆盖类型。数据由分类成果文件、坐标信息文件、分类影像接图表文件、元数据文件和说明性文件等5部分组成。

4.数据组织

    GlobeLand30数据采用WGS84坐标系,UTM投影的,6度分带,参考椭球为WGS 84椭球。根据不同的纬度情况,采用2种分幅方式进行数据组织。在南北纬60?区域内,按照5°(纬度)×6°(经度)大小进行分幅;在南北纬60?至80?区域内,按照5°(纬度)×12°(经度)大小进行分幅,按照奇数6°带的中央经线进行投影。

全球共853幅,具体图幅覆盖情况如图1所示。

图1 GlobeLand30-2010产品分幅示意图

5.产品精度

    委托第三方开展了对GlobeLand30的精度评估,采用空间数据二级抽样检验模型进行精度验证,总共抽取检验图幅84幅,选取精度验证样本点约16万个。经计算,GlobeLand30数据的总体精度为****,各个类型的制图精度和用户精度情况见下表(用混淆矩阵)。

6、联系方式

    如何需要进一步了解产品的详细信息,请参阅《产品手册》(http://*****)。如有任何问题和建议,请联系陈利军博士,其联系方式如下:

Lijun Chen Ph.D

National Geomatics Center of China (NGCC)

28 Lianhuachi West Road, Beijing, 100830, China

Tel: +86-10-63880216

Cellphone:+86-13641011589?

E-mail:?chenlj@nsdi.gov.cn

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    研制覆盖全球的30米分辨率地表覆盖数据,是一项挑战极大的遥感科技工程,有诸多技术困难需要解决。例如,如何在一个较短时期实现全球区域的影像有效覆盖?如何细化建立分类的技术方法与流程?如何提高分类的作业效率?如何控制地表覆盖分类质量等等。

    为有效解决上述难题,项目研究人员从分类影像处理、参照资料及知识集成整合、多分类方法集成、分类数据质量持续优化等方面开展了全面研究,在一系列关键技术与方法取得了突破,有效支撑了全球30米地表覆盖数据(GlobeLand30)的研制。其主要关键技术如下。

1.多光谱遥感影像几何与光谱重建技术

    地表覆盖遥感制图项目需要获取全球2000和2010两个年度的全球30米分辨率多光谱遥感影像,但现有可选择的30米影像资源有限,需要综合利用Landsat TM 、ETM7(SLC-off)和HJ-1A/B等存在一定缺陷的多光谱遥感数据。

为保障这些遥感影像数据源能正确应用到地表覆盖数据生产,从影像严格几何配准、缺失数据插补等方面进行了研究并取得了突破。解决了宽视场角卫星影像几何纠正精度不高的问题;提出的影像插补算法在云污染去除和LANDSAT ETM+ SLC-off数据条带插补等方面得到全面运用。最终综合利用Landsat TM5 、ETM+ SLC-off和HJ-1A/B实现了2期全球影像的有效覆盖。

2.面向全球的30米遥感影像精细分类技术

    就全球尺度而言,由于不同区域的地表覆盖情况十分复杂,影像的时相信息难以统一,无法使用某一种分类方法完成面向全球的地表覆盖数据生产。

为满足全球范围、高精度地表覆盖数据的生产需要,研究建立了通过综合利用基于像元分类、对象化分类以及知识规则处理集成的POK分类技术,利用层次分类策略,不仅有效利用了各种分类方法优点和地表覆盖知识规则,还充分实现了分类技术流程与分类影像及资料的特性匹配,有效解决了由全球地表覆盖类型的多样性、光谱纹理的复杂性带来的地表覆盖类型提取难题。依此建立的全球30米分辨率地表覆盖工程化技术体系,有效支撑了全球地表覆盖产品研制规模化生产任务。

3.基于知识规则的地表覆盖质量优化技术

    利用计算机分类算法得到的自动化分类结果精度往往不高,难以达到分类精度要求,需要通过人工手段,利用地表覆盖的知识应用规则减少错提和漏提,才能取得可靠的地表覆盖分类质量。由于全球范围情况复杂、需要检核的数据量大、参与检核的人员众多,如何制定统一、有效的检核规则,研制便利的检核平台至关重要。

为保障检核工作的有效开展,充分利用多源参考信息,从自然规律、时间规律、经济社会规律三个方面总结地表覆盖的各类先验知识,分析提炼各个类型的空间一致性、关系协调性、时间连续性等判断规则,并建立知识化检核规则和处理流程,有效解决了地表覆盖数据生产无法有效开展过程质检的难题。在此基础上,研制了网络化的协同检核系统,将检核所需的数据和功能发布成Web服务,提出了多用户协同交互的服务模型,大大提高了检核效率。

4.多源异质异构参考资料服务集成技术

    在地表覆盖数据生产和质量检核过程中,需要使用到多源遥感影像、已有分类成果、样本数据等异质数据以及Google Map、Bing Map、OpenStreetMap、Geo-Wiki等异构服务。这些数据和服务在投影参考、分类标准和数据格式、服务结构等方面存在较大差异。需要构建一个数据标准一致、服务接口兼容的生产环境。深入研究了Web服务技术,在异质数据集成与发布、异构服务转换与适配等方面取得了突破,研制了支持生产的地表覆盖网络服务系统,实现了参考信息的网络化信息共享与集成,为地表覆盖数据生产与检核提供了统一的数据服务平台支撑。

如欲了解详细内容,请参阅文献【全球30m地表覆盖遥感制图的总体技术】

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    地球正在支撑着全球70亿人的生存与发展,需要森林、海量、湿地这三大生态系统维持地球的平衡与稳定。GlobeLand30作为目前国际上分辨率最高的全球地表覆盖数据,更加精确地测定了全球地表覆盖各类型的空间分布和10年变化,不仅可为全球变化研究和地球系统模式发展等提供可靠地基础数据支撑,而且对于揭示人类活动带来的全球生态、环境、资源变化,深入分析全球人、地冲突,科学制定全球可持续发展规划均有着十分重要的意义。主要体现在以下四个方面。

1.可为应对全球变化服务

    应对全球变化需要全面掌握影响气候变暖的各类资源全球拥有量及其空间分布信息。通过GlobeLand30数据,可以准确刻画出与地球健康密切相关的地表覆盖类型的面积、空间分布及其变化情况,可评估人类活动对全球环境、生态等所带来的积极和消极影响。例如,利用GlobeLand30数据,可准确地评估全球的碳库源、碳汇源、温室气体排放区等;可评估各个国家在执行应对气候变化公约所取得的效果。

2、可为全球可持续发展服务

    维持全球可持续发展是人类社会面临的重要挑战。利用GlobeLand30数据获取的全球地表覆盖信息,与人口、社会、经济数据结合,可分析评估各个国家的自然资源禀赋及造成人、地冲突的关键因素,为全球粮食安全、荒漠化治理、湿地保护、生物多样性保护等提供决策参考依据。

3.可为全球科学治理服务

    全球科学治理需要掌握全球尺度的各类不同信息,地表覆盖是其中的重要信息之一。通过持续更新GlobeLand30数据,获取不同时期的地表覆盖现状,可以准确呈现出各类地表覆盖的变化趋势和变化量,为调整全球治理政策、准确评估治理效果提供决策参考。

4、可为地球模式研究服务

    科学认知地球一直是全球地学界努力的方向。各类地球模式均需要地表覆盖数据作为基础输入参量,进行模式模拟与预测。GlobeLand30数据因其更高的分辨率和精度,可广泛应用于各类不同尺度(全球模式、区域模式等)、不同类型模式(大气模式、水文模式、陆面模式等)研究工作,减少各类模式系统的不确定性。

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