浅谈“3S”技术在土地利用变更调查中的应用

摘要：本文针对每年一度开展的土地利用变更调查的需要和技术现状，结合“3S”技术特点和土地利用现状，讨论在目前开展的土地利用变更调查中“3S”技术应用的工作流程及实现方法。

关键词：“3S”技术；土地利用；变更调查

Abstract: This paper will discusses land use change survey of "3S" technology application work flow and Realization method according to the situation of Land Use Change Survey needs and technology annual development, combined with "3S" technical characteristics and the status of land use.

Keywords: "3S" technology; land use change survey;

中图分类号：F301.2文献标识码A 文章编号：

前言：

土地在利用过程中，其用途会发生变化，为及时反映这种变化，保持土地利用调查成果资料的现势性，为土地管理和规划服务，必须调查和记载土地用途的变更，这项工作就是我们所说的“土地利用变更调查”。本文所说的“土地利用变更调查”是在第二次全国土地调查成果的基础上，为适应日常土地管理工作的需要，而对土地利用类型、用途、面积、分布和权属的变化情况进行的调查，并将调查结果与基础数据成果进行联动，从而获得新的数据成果。

以人工调查为主的传统调查方法，需耗费大量的人力和物力，并难以快速、全面、准确地获取土地利用变化数据。此外，传统方法获取的变更数据无法直接与土地利用数据库联动，导致数据获取成本高、效率低。为解决这些问题，就需要综合运用先进的“3S”技术手段开展土地利用变更调查工作，建立切实可行的监测体系, 保证土地利用数据的现势性和准确性,对土地利用数据进行适时更新,进而实现对土地利用现状数据的快速更新。

“3S”技术简介

“3S”是遥感(RS，Remote Sensing)、地理信息系统(GIS，Geographic Information System)和全球卫星定位系统(GPS，Global Positioning System)这三种技术的合称[1]，是目前对地观测中空间信息获取、存贮、管理、更新、分析和应用的三大支撑技术，国际上对“3S”的研究和应用已经走向集成。

总的来说，“3S”即是“一个大脑、两只眼睛”的集成系统，其中，RS和GPS为GIS提供高质量的空间数据，GIS则是综合处理和管理这些数据的平台，并可以反过来指导RS与GPS的数据采集，是一个有机的整体。RS用于实时、快速地提供大面积地物及其周边环境的几何与物理信息及各种变化参数，其对地观测的海量波谱信息为识别及科学规律的探测提供了精确的定性和定量数据，RS是获取土地数据的主要手段，具有极高的空间和时间分辨率。GPS主要用于实时、快速第提供目标的空间位置，为所获取的空间及其属性信息提供准时或实时的地理定位即地面高程模型。GIS则是利用计算机硬件、软件及不同的方法，将显示生活中的种种信息与反应地理位置的图形信息结合在一起，可根据其强大的空间分析和查询功能将信息真实、直观地展示在用户面前，以便解决复杂的规划和管理问题。

“3S”技术在变更工作中的应用

“3S”技术在土地利用变更调查中有着广泛的应用，虽然不同的地区采用的集成模式不尽相同，但RS、GPS、GIS这三种技术手段的工作原理基本上是一致的：利用RS发现地块，GPS作为RS的辅助手段进行野外测量，二者所获取的变更信息导入GIS，利用GIS强大的叠加分析功能实现土地利用数据库的变更。

运用“3S”技术进行土地利用变更调查，其工作流程可分为三步：一、数据的处理和准备，包括对遥感影像的几何校正、正射影像图的制作、坐标的转换、影像融合等；二、实地调查，通过将RS影像与土地利用现状图进行叠加，确定发生变化的图斑位置，然后利用GPS定位系统进行实地的数据采集或采用其它辅助方法测量；三、数据库更新，利用GIS更新数据库的数据。

2.1应用RS技术发现地块

（1）RS数据获取

用于土地利用变更调查的遥感影像数据源一般采用法国地球资源卫星SPOT5获取的HRS2.5m分辨率的全色影像和HRS10m的多光谱影像。

（2）RS数据处理

整个影像处理过程采用ERDAS软件进行，主要包括增强处理、配准、融合、正射纠正四个环节。

由于在获取影像的过程中受多种因素的影响，导致图像质量多少会有所退化，所以需要通过技术手段对其最大程度的还原。首先，图像增强在于改善图像的视觉效果，提高图像的清晰度，将图像转化为一种更适合于人或机器进行分析处理的形式；其次，配准则是利用配准控制点，将SPOT5多光谱影像以SPOT5全色影像为配准参考数据，需将其配准控制点的残差控制在1个像元之内；第三，影像融合则是将不同空间分辨率的遥感图像采用PCA变换方法进行融合处理，使处理后的遥感图像既具有较好的空间分辨率，又具有多光谱特征，从而达到图像增强的目的；最后，对SPOT5卫星影像的纠正处理，以整景数据为纠正单元、1：10000DRG(数字栅格地图)为参考、二次多项式为纠正模型，采用3°分带高斯克吕格投影和克拉索夫斯基椭球、立方卷积重采样方法来完成，地势起伏大的地区还应加入DEM进行正射纠正，其GCP(控制点)的选取原则为均匀分布。

（3）RS数据分析

在GIS技术的支持下，采用计算机自动发现或人机交互的方法对处理过的遥感图像进行解译，用同一地区不同时间段的遥感影像间存在的光谱特征差异的原理来识别土地利用状态的变化，也可以采用将遥感影像与土地利用现状图进行叠加来识别土地利用状态的变化。通常是应用GIS软件，将遥感影像与矢量化的土地利用现状图进行叠加，让土地利用现状图中的每一要素层分别与影像图叠合显示。由于正射影像客观反映了地面的近期真实景观，便于阅读和使用，同时，两种图形相互补充，由此可以迅速地发现调查区域内的土地利用变化情况。变化信息可由变更调查记录表和图斑大小、位置示意图的方式表示，为后续GPS外业测量确定平面位置提供基础数据支持。

2.2应用GPS技术实地调绘

利用解译遥感影像获得的土地利用变化点的范围线，由于遥感影像自身分辨率、人工解译存在误差等原因，其空间地理精度达不到直接上图要求，因此，就需要到实地对解译结果进行验核，同时采用GPS采集变更图斑边界范围拐点坐标，快速完成对变更图斑范围的确定。在此过程中要根据测量情况和实际情况填写外业调查表。然后依据技术规程将由GPS获得的数据转由内业进行差分处理、坐标转换等处理，形成最终可直接用于数据库变更处理的矢量文件，包括点、线、面图形文件，为最后的土地利用变更数据库的各项操作提供基础数据支持。

在此过程中，需注意对测量精度的控制，从而确保获取的调查数据的真实性、可靠性，为变更结果的准确性提供基础的质量保障。具体流程如下：首先在测区应用静态GPS测量模式施测GPS控制点，作为测量界线及图斑变化点的基准站，GPS控制点的精度应达到国家E级网的精度标准；然后使用GPS接收机和手持终端进行实地测量，采集拐点坐标；最后将采集得来的数据进行内业处理，形成最终的矢量数据文件。

2.3应用GIS技术更新调查结果

GIS则是在计算机软硬件支持下综合处理与分析多源时空数据的理想平台，是通过利用现代计算机图形和数据库技术来输入、存贮、编辑、查询、分析、决策和输出空间图形及其属性数据的计算机系统。它可用于对土地利用覆盖信息的动态描述，通过时空、分析土地利用，覆盖的发展变化和演变过程，从而为咨询、规划和决策提供服务[2]。GIS往往是非单一进行应用的，而是与其它技术集成在一起进行应用，比如与RS技术集成使用，利用GIS技术提供的遥感影像解译手段从由RS技术所获取的遥感影像资料中提取土地利用现状信息、利用GIS技术手段结合RS影像资料获得土地利用变化信息、利用GIS与GPS联动获得高精度的外业调查拐点数据等。

基于GIS的土地利用现状变更工作，其中一项重要的工作是进行土地利用现状数据库的更新，即利用RS粗测和GPS精测所获得的土地利用变化数据导入土地利用数据库管理系统，与基期土地利用现状数据库进行空间叠加分析，经图斑分割与合并、线状地物新增与灭失、零星地物新增与灭失、土地权属变更、综合变更等处理后生成新的土地利用现状数据库，其中包括土地利用现状统计报表、土地利用现状图、土地变更流量表及变更调查记录表等。

结语

在“3S”技术支持下，能快速、高精度地进行土地利用现状更新，提高土地利用现状更新的作业效率，并有效降低成本。然而就目前的“3S”集成技术而言，因其自动化精度不高，对遥感影像的解译及对变化情况的提取工作的主体仍然是具有丰富经验和专业知识的人，由此获得的变更信息仍需由专业人员进行实地核实并重新测量更新，工作量仍然偏大。因此，今后“3S”集成技术在该领域仍有较大的发展前景，如何进一步提高自动化的程度及精度仍是该技术领域研究中的重要课题。

参考文献

[1]梅安新等.遥感导论[M].北京：高等教育出版社，2001.

[2]谢静.县(市)级土地利用变更调查数据库的建立及其变更信息系统的研究[D].乌鲁木齐：新疆大学，2007.