信息技术与土地利用调查监测

　　张淑芹 樊彦国

　　（中国石油大学（华东）地球资源与信息学院，东营，257061）

　　摘要：通过对资料查找，探讨土地利用调查监测的目的和意义、信息技术在土地利用调查监测中的应用及二者之间的关系与影响。

　　关键词：信息技术；土地利用调查；监测；GIS；RS；GPS

　　信息技术是当今世界发展最快的高新技术，它正推动着全球经济朝着以计算机及信息网络为基础的信息化方向发展。信息技术目前被广泛应用于人们生产生活的各个领域，同样也应用于土地利用调查监测中。

　　1 信息技术

　　信息技术是指有关信息的收集、识别、提取、变换、存贮、传递、处理、检索、检测、分析和利用等的技术。它集遥感监测、通信、计算机和控制技术于一体，其内容包括信息接受技术、信息传递技术、信息处理技术及信息控制技术等四大技术。信息技术的四大内容中，信息传递技术和信息处理技术是整个信息技术的核心，而信息接受技术、信息控制技术是核心与外部世界的接口，四者构成一个完整的功能体系，并与人的信息器官及其功能系统相对应。其内容互相综合，已形成多项应用开发技术，如数据库技术、人工智能、专家系统、遥感技术、地理信息系统、全球定位系统、计算机辅助决策系统、自动控制技术、多媒体技术、计算机网络技术等，它们渗透到人们生活中的各个方面，充分展示了信息技术强大的生命力和广阔的应用前景［1］。

　　在土地管理中用到的信息技术主要有遥感（RS）、地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）等三大信息技术，又称为空间信息技术或“3S”技术。空间信息技术，是基于计算机技术和网络通信技术的解决与地球空间信息有关的数据获取、存储、传输、管理、分析与应用等问题的信息系统。它包括RS、GIS、GPS等一切与地理空间定位有关或具有空间特性的信息系统，在宏观战略决策，自然资源的调查、开发与利用，区域与城市规划和管理，自然灾害预测和灾情监控，工程设计、建设与管理、环境监测与治理等诸多方面，空间信息技术都有着十分广泛的应用［2］。

　　2 土地利用调查监测的目的、任务和意义

　　土地利用是人类在土地资源基础上进行的与土地直接相关的生活和生产活动，它直接反映了人类对各种土地资源利用活动的结果，包括正面的和可能存在的负面影响，是人文环境和自然环境间通过物质流和能量流交互作用的综合表现［3］。

　　土地利用调查亦称土地资源数量调查，即通过勘测调查等技术手段，查清一个国家、地区各种土地利用分类面积、土地利用状况及其空间分布特点，编制土地利用现状图，了解土地利用存在问题，总结开发利用经验教训，提出合理利用土地的意见，为进行土地利用分类和研究，制定国民经济计划和土地政策，开展国土整治、土地规划、科学管理土地等工作服务。土地利用监测是利用遥感监测等技术，对一个国家或地区土地利用状况的动态变化进行定期或不定期的监视和测定，主要为国家和地区有关部门提供准确的土地利用变化情况，便于及时进行土地利用数据更新与对比分析，以及编制土地利用变化图件等，这是一项政策性、科学性、技术性很强的工作。

　　管理在于决策，正确政策的制定依靠准确的信息，也就是对情况及时、准确的了解，同时信息又是执行政策的反馈，土地调查和监测就是获取土地信息和反馈土地政策、检验土地管理措施执行结果的主渠道［4］。土地利用动态监测的目的是及时、准确掌握土地利用状况，为政府决策、为各级土地管理部门制定管理政策和落实各项管理措施提供科学依据，土地利用调查监测的任务是根据我国土地管理的需要来决定的。我国的土地管理具有三个显著特点：①我国是社会主义土地公有制国家，国家实行对全国土地、城乡地政统一管理，由国家土地管理部门和省、地、县、乡的土地管理机构组成土地管理系统，行使管理全国土地的职责。②国家为了实现土地资源的合理配置，一方面要通过编制土地利用规划制定土地利用计划等项措施，从宏观上控制各类用地规模，调整比例结构和空间布局，以期土地利用实现最佳经济效益、社会效益和生态效益；另一方面又要通过建设用地全程管理等手段对单位和个人的土地供给和使用进行具体管理与监督，通过用途管制将土地利用规划落实到乡、村以至每一地块，从微观上保证资源合理配置目标的落实。③我国人口多、耕地少，耕地保护是关系我国经济和社会可持续发展的全局性战略问题，是一项需要长期坚持的基本国策，也是我国土地管理的中心任务［4］。由此可见，开展土地利用调查监测工作对我国合理配置土地资源、保护耕地等有着十分重要的意义。

　　3 信息技术对土地利用调查监测影响

　　在过去很长一段时间里，计算机、遥感、地理信息系统和全球定位系统技术等信息技术还没有兴起或尚不成熟的时候，土地管理部门在进行土地利用变更调查工作中，一般根据用地部门上报的用地数据，采取人工野外现场测量修改原图，再清绘重新印刷成图。这种方法存在明显的缺点：①不能主动监测变化；②测量方法落后且人为干扰大；③变更数据获取速度慢，多次清绘误差累积；④一旦发现变化，原来的图件即失去现势性；⑤与城市图斑不同，农村土地利用图斑多为不规则多边形，运用平板仪等测量工具只能测量拐点，不能连续测量整个边界，而且难于精确标绘到原详查底图上［5］。

　　近年来遥感、地理信息系统和全球定位系统等信息技术的发展与应用，给土地管理部门提供了土地利用监测新的思路与方法。我国土地利用现状信息的获取在技术和方法上有着明显的阶段性提高。第一阶段的技术流程是：遥感图像 →人工判读、手工编绘及面积量算 →汇总统计成册。从判读到面积量算，每一步都需要人力的大量投入，所需时间很长。第二阶段采用遥感和地理信息系统结合法，技术流程为：遥感图像 →人工判读 →手工编绘并数字化 →计算机量测汇总 →数据库。这一时期在面积量算上进步较大，实现了全数字化量算，大大地减少了面积量算的工作量和误差，但这一阶段虽然利用了遥感技术和地理信息系统技术，但他们仅仅是一种初步结合，尚谈不上一体化或集成利用。第三阶段采用了遥感和地理信息系统一体化信息提取技术，技术流程为：遥感数字影像 →人机交互判读 →计算机量测汇总 →数据库。该阶段初步实现了遥感和地理信息系统的集成及与 GPS 的初步结合［3］。

　　信息技术尤其是“3S”技术的不断发展与应用，给土地利用调查监测工作带来了极大的影响。与传统方法相比，目前具有以下优点：①运用遥感可以主动发现土地利用的变化信息，提取变化地块的大致区域；而传统方法只能被动地由用地单位或个人申报，存在少报和漏报的情况，增加了监测的客观性。②GPS 测量数据和遥感数据都是以数字方式存储，可以直接输入 GIS 系统成图，避免了传统方法中多次转绘、清绘带来的误差。③以 GPS作为测量工具不仅快速而且精度高，可全天候作业，测量操作简便。④与传统成图方式相比，GIS 的优势是公认的。最重要的一点是数字地图可以十分方便、快捷地进行空间分析、综合、提取和修改，而且成图周期短、成本低。⑤运用“3S”集成技术可以较好地完成各级土地资源动态监测工作，为土地变更调查和登记提供了一个新的手段。与传统方法相比较，不仅提高了数据获取的精度，而且大大地提高了工作效率［5］。

　　4 信息技术在土地利用调查监测中的应用

　　4.1 RS 技术在土地利用调查监测中的应用

　　土地是存在于地球表面的自然产物，土地位置的固定性、面积的有限性、地域的差异性、利用状况的多样性和可变性，决定了土地利用动态监测是一项庞大复杂的技术工程。由于遥感对地观测技术具有覆盖面广、宏观性强、快速、准确、准时、周期短、多时相、丰富的综合信息等优点，人们对于卫星遥感在土地调查中的应用，从卫星遥感发展初期就寄予厚望，较普遍地应用于土地调查制图与监测中，美国、西欧等发达国家还为泰国、墨西哥、肯尼亚等第三世界国家制作中小比例尺的土地利用图［4］。

　　随着传感器技术、航空和航天平台技术、数据通讯技术的发展，现代遥感技术已经进入一个能够动态、快速、准确、多手段提供多种对地观测数据的新阶段。新型传感器不断出现，已由过去的单一传感器发展到现在的多种类型的传感器，并能在不同的航天、航空遥感平台上获得不同空间分辨率、时间分辨率和光谱分辨率的遥感影像。遥感影像的空间分辨率已达到米级；光谱分辨率已达到纳米级，波段数已增加到数十个甚至数百个；回归周期可达几天甚至十几小时［6］。遥感技术的发展，给土地利用调查监测带来了极大的帮助。

　　遥感是土地利用调查监测的主要信息源，遥感监测主要分为内业和外业两部分。内业通过一系列的图像处理，获取土地利用的变化信息，经过外业调查核实，以分析土地利用变化的现状［7］。最常用的土地利用调查监测方法可分为两种：逐个像元对比法和分类后对比法。逐个像元对比法是首先对同一区域不同年份同一时相影像的光谱特征差异进行比较，确定土地利用发生变化的位置，在此基础上，再采用分类的方法来确定土地利用变化信息，这种方法一般能较为灵敏地探测出已经发生变化的像元，但它不能同时获得具体的土地利用的变化类型信息；分类后对比法是首先对整个监督区域的不同时相的影像进行各自分类，然后比较在各影像同一位置分类结果，进而确定土地利用类型变化的位置和所属类型，这种方法能获得详细的土地利用转变矩阵，但这一方法明显受到单独分类所带来的误差影响，会不可避免地夸大变化的程度。鉴于以上两种方法均存在不尽如人意的地方，一些研究者又提出了多时相遥感图像叠合后的主成分分析法。这种方法是将叠合后的图像进行分类，而不是对各时相的图像进行单独分类，从而大大减少变化程度的夸大。目前采用的技术方法是选取两个时相的卫星影像为主要数据源，对其进行几何纠正、几何配准和数据融合，通过计算机自动提取和人机交互解译的方式直接发现变化特征信息，完成动态变化制图［6］。

　　4.2 GIS 技术在土地利用调查监测中的应用

　　物质世界中的任何地物都被牢牢地打上了时空的烙印，人们的生产和生活中80% 以上的信息和地理空间位置有关。地理信息系统萌芽于 20 世纪 60年代的加拿大和美国，从技术和应用的角度，地理信息系统是一种采集、存储、管理、分析、显示与应用地理信息的计算机系统，是分析和处理海量地理数据的通用技术，是解决空间问题的工具、方法和技术，它作为获取、处理、管理和分析地理空间数据的重要工具、技术和学科，近年来得到了广泛关注和迅猛发展；从功能上，GIS 具有强大的对空间信息获取、存储、编辑、处理、分析、输出和应用的功能［8］。

　　地理信息系统最早应用在资源环境管理中，并且多于遥感结合应用，其一是利用遥感信息，在 GIS 基础数据库的支持下辅助土地利用类型的解译，提高分类的精度；其二是利用遥感数据获取的土地利用现状最新信息补充和更新 GIS 数据库，保持 GIS 的现势性；其三即利用 GIS 空间叠加分析等功能进行不同时期土地利用状况的叠加分析，监测土地利用变化，并辅助土地的决策［9］。

　　土地信息主要分为地理位置信息和属性信息，GIS 在土地利用调查监测中的应用关键是数据库的建立，数据库除要达到常规制图的需要外，必须能进行动态更新管理，具有大数据量处理能力，土地利用数据库的建设是一个庞大的系统工程，其工程运作的覆盖面广、数据量大、精度要求高、系统性强。土地利用调查监测中运用 GIS 技术大体有以下技术流程：制定出资料处理、分幅数据扫描处理、遥感图像数据采集处理、属性数据录入处理、图形拼接处理、数据库分析处理，然后通过套合检查、接边检查、数据统计成果检查等方式进行三级检查，确保土地利用数据库的正确性和准确性［10］。

　　4.3 GPS 技术在土地资源管理中的应用

　　GPS作为一种全新的现代定位方法，具有布点灵活、全天候观测及计算速度快、精度高等优点，已经逐渐在越来越多的领域取代了常规仪器，给测绘工作带来了革命性的变化。

　　GPS 技术在土地利用调查观测中的应用主要表现在以下方面：①建立高精度的控制网及航片像控点的布设。高精度控制网的建立可为空间数据设施的建立提供一个基础体系。GPS也被广泛的用于航测像控点的布设，大大提高了工作效率。②进行变更图斑的数据采集及新增地物的补测。对于航片上没有变化的图斑及新增地物，可在实地采用GPS动态定位方式，沿每个变更图斑外围界线进行采集，对采集的数据利用随机专用程序进行处理［10］。

　　计算机、RS、GIS、GPS 等信息技术在我国的发展方兴未艾，其创造的经济和社会价值日益突出，“3S”技术与土地资源管理工作的密切结合今后将会日臻完善。在土地利用调查监测中的应用不再以单独的系统出现，而是逐渐向集成化方向发展。利用遥感（RS）手段可以主动快速地发现变化区域，运用差分 GPS 技术可以精确获取土地利用变化的数量和性质，GIS 则是管理土地利用的图形数据和属性数据（如土地利用类型、权属、图斑号等）成为土地利用变化与监测的有效工具。

　　参考文献

　　［1］李虹.论信息技术与我国农业的发展［J］.农业经济，2006，2：65～66

　　［2］张世全，曹广阔，张立朝.空间信息技术在土地资源管理中的应用［J］.河南国土资源，2006，（1）42～43

　　［3］王宏志，朱俊林.我国利用遥感数据提取土地利用现状信息的技术进展［J］.国土资源遥感，2000，（3）：1～6

　　［4］黄福奎，论遥感技术在土地利用动态监测中的应用［J］.中国土地科学，1998，12 （3）：21～25

　　［5］张显峰，崔伟宏.运用 RS、GPS 和 GIS 技术进行大比例尺土地利用动态监测的实验研究［J］.地理科学进展，1996，18 （2）：137～146

　　［6］王素敏，翟辉琴.遥感技术在我国土地利用/覆盖变化中的应用［J］.地理空间信息，2004，2 （2）：31～32

　　［7］庞蕾，张大富，刘建玲.动态遥感监测在国土资源管理中的应用研究［J］.淄博学院学报（自然科学与工程版），2002，4 （4）：56～58

　　［8］周媛，冀书叶.地理信息系统在国土资源管理中的应用［J］.河南国土资源，2005，（4）：38～39

　　［9］赵庚星.遥感与地理信息系统的结合及其在土地利用调查与监测中的应用［J］.山东农业大学学报，1997，28 （4）：506～510

　　［10］耿玉广.“3S”技术在土地资源管理中的应用研究［J］.中国科技信息，2005，（20）：58

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