⑴ 信息技術與土地利用調查監測
張淑芹 樊彥國
（中國石油大學（華東）地球資源與信息學院，東營，257061）
摘要：通過對資料查找，探討土地利用調查監測的目的和意義、信息技術在土地利用調查監測中的應用及二者之間的關系與影響。
關鍵詞：信息技術；土地利用調查；監測；GIS；RS；GPS
信息技術是當今世界發展最快的高新技術，它正推動著全球經濟朝著以計算機及信息網絡為基礎的信息化方向發展。信息技術目前被廣泛應用於人們生產生活的各個領域，同樣也應用於土地利用調查監測中。
1 信息技術
信息技術是指有關信息的收集、識別、提取、變換、存貯、傳遞、處理、檢索、檢測、分析和利用等的技術。它集遙感監測、通信、計算機和控制技術於一體，其內容包括信息接受技術、信息傳遞技術、信息處理技術及信息控制技術等四大技術。信息技術的四大內容中，信息傳遞技術和信息處理技術是整個信息技術的核心，而信息接受技術、信息控制技術是核心與外部世界的介面，四者構成一個完整的功能體系，並與人的信息器官及其功能系統相對應。其內容互相綜合，已形成多項應用開發技術，如資料庫技術、人工智慧、專家系統、遙感技術、地理信息系統、全球定位系統、計算機輔助決策系統、自動控制技術、多媒體技術、計算機網路技術等，它們滲透到人們生活中的各個方面，充分展示了信息技術強大的生命力和廣闊的應用前景［1］。
在土地管理中用到的信息技術主要有遙感（RS）、地理信息系統（GIS）、全球定位系統（GPS）等三大信息技術，又稱為空間信息技術或「3S」技術。空間信息技術，是基於計算機技術和網路通信技術的解決與地球空間信息有關的數據獲取、存儲、傳輸、管理、分析與應用等問題的信息系統。它包括RS、GIS、GPS等一切與地理空間定位有關或具有空間特性的信息系統，在宏觀戰略決策，自然資源的調查、開發與利用，區域與城市規劃和管理，自然災害預測和災情監控，工程設計、建設與管理、環境監測與治理等諸多方面，空間信息技術都有著十分廣泛的應用［2］。
2 土地利用調查監測的目的、任務和意義
土地利用是人類在土地資源基礎上進行的與土地直接相關的生活和生產活動，它直接反映了人類對各種土地資源利用活動的結果，包括正面的和可能存在的負面影響，是人文環境和自然環境間通過物質流和能量流交互作用的綜合表現［3］。
土地利用調查亦稱土地資源數量調查，即通過勘測調查等技術手段，查清一個國家、地區各種土地利用分類面積、土地利用狀況及其空間分布特點，編制土地利用現狀圖，了解土地利用存在問題，總結開發利用經驗教訓，提出合理利用土地的意見，為進行土地利用分類和研究，制定國民經濟計劃和土地政策，開展國土整治、土地規劃、科學管理土地等工作服務。土地利用監測是利用遙感監測等技術，對一個國家或地區土地利用狀況的動態變化進行定期或不定期的監視和測定，主要為國家和地區有關部門提供准確的土地利用變化情況，便於及時進行土地利用數據更新與對比分析，以及編制土地利用變化圖件等，這是一項政策性、科學性、技術性很強的工作。
管理在於決策，正確政策的制定依靠准確的信息，也就是對情況及時、准確的了解，同時信息又是執行政策的反饋，土地調查和監測就是獲取土地信息和反饋土地政策、檢驗土地管理措施執行結果的主渠道［4］。土地利用動態監測的目的是及時、准確掌握土地利用狀況，為政府決策、為各級土地管理部門制定管理政策和落實各項管理措施提供科學依據，土地利用調查監測的任務是根據我國土地管理的需要來決定的。我國的土地管理具有三個顯著特點：①我國是社會主義土地公有制國家，國家實行對全國土地、城鄉地政統一管理，由國家土地管理部門和省、地、縣、鄉的土地管理機構組成土地管理系統，行使管理全國土地的職責。②國家為了實現土地資源的合理配置，一方面要通過編制土地利用規劃制定土地利用計劃等項措施，從宏觀上控制各類用地規模，調整比例結構和空間布局，以期土地利用實現最佳經濟效益、社會效益和生態效益；另一方面又要通過建設用地全程管理等手段對單位和個人的土地供給和使用進行具體管理與監督，通過用途管制將土地利用規劃落實到鄉、村以至每一地塊，從微觀上保證資源合理配置目標的落實。③我國人口多、耕地少，耕地保護是關系我國經濟和社會可持續發展的全局性戰略問題，是一項需要長期堅持的基本國策，也是我國土地管理的中心任務［4］。由此可見，開展土地利用調查監測工作對我國合理配置土地資源、保護耕地等有著十分重要的意義。
3 信息技術對土地利用調查監測影響
在過去很長一段時間里，計算機、遙感、地理信息系統和全球定位系統技術等信息技術還沒有興起或尚不成熟的時候，土地管理部門在進行土地利用變更調查工作中，一般根據用地部門上報的用地數據，採取人工野外現場測量修改原圖，再清繪重新印刷成圖。這種方法存在明顯的缺點：①不能主動監測變化；②測量方法落後且人為干擾大；③變更數據獲取速度慢，多次清繪誤差累積；④一旦發現變化，原來的圖件即失去現勢性；⑤與城市圖斑不同，農村土地利用圖斑多為不規則多邊形，運用平板儀等測量工具只能測量拐點，不能連續測量整個邊界，而且難於精確標繪到原詳查底圖上［5］。
近年來遙感、地理信息系統和全球定位系統等信息技術的發展與應用，給土地管理部門提供了土地利用監測新的思路與方法。我國土地利用現狀信息的獲取在技術和方法上有著明顯的階段性提高。第一階段的技術流程是：遙感圖像 →人工判讀、手工編繪及面積量算 →匯總統計成冊。從判讀到面積量算，每一步都需要人力的大量投入，所需時間很長。第二階段採用遙感和地理信息系統結合法，技術流程為：遙感圖像 →人工判讀 →手工編繪並數字化 →計算機量測匯總 →資料庫。這一時期在面積量算上進步較大，實現了全數字化量算，大大地減少了面積量算的工作量和誤差，但這一階段雖然利用了遙感技術和地理信息系統技術，但他們僅僅是一種初步結合，尚談不上一體化或集成利用。第三階段採用了遙感和地理信息系統一體化信息提取技術，技術流程為：遙感數字影像 →人機交互判讀 →計算機量測匯總 →資料庫。該階段初步實現了遙感和地理信息系統的集成及與 GPS 的初步結合［3］。
信息技術尤其是「3S」技術的不斷發展與應用，給土地利用調查監測工作帶來了極大的影響。與傳統方法相比，目前具有以下優點：①運用遙感可以主動發現土地利用的變化信息，提取變化地塊的大致區域；而傳統方法只能被動地由用地單位或個人申報，存在少報和漏報的情況，增加了監測的客觀性。②GPS 測量數據和遙感數據都是以數字方式存儲，可以直接輸入 GIS 系統成圖，避免了傳統方法中多次轉繪、清繪帶來的誤差。③以 GPS作為測量工具不僅快速而且精度高，可全天候作業，測量操作簡便。④與傳統成圖方式相比，GIS 的優勢是公認的。最重要的一點是數字地圖可以十分方便、快捷地進行空間分析、綜合、提取和修改，而且成圖周期短、成本低。⑤運用「3S」集成技術可以較好地完成各級土地資源動態監測工作，為土地變更調查和登記提供了一個新的手段。與傳統方法相比較，不僅提高了數據獲取的精度，而且大大地提高了工作效率［5］。
4 信息技術在土地利用調查監測中的應用
4.1 RS 技術在土地利用調查監測中的應用
土地是存在於地球表面的自然產物，土地位置的固定性、面積的有限性、地域的差異性、利用狀況的多樣性和可變性，決定了土地利用動態監測是一項龐大復雜的技術工程。由於遙感對地觀測技術具有覆蓋面廣、宏觀性強、快速、准確、准時、周期短、多時相、豐富的綜合信息等優點，人們對於衛星遙感在土地調查中的應用，從衛星遙感發展初期就寄予厚望，較普遍地應用於土地調查制圖與監測中，美國、西歐等發達國家還為泰國、墨西哥、肯亞等第三世界國家製作中小比例尺的土地利用圖［4］。
隨著感測器技術、航空和航天平台技術、數據通訊技術的發展，現代遙感技術已經進入一個能夠動態、快速、准確、多手段提供多種對地觀測數據的新階段。新型感測器不斷出現，已由過去的單一感測器發展到現在的多種類型的感測器，並能在不同的航天、航空遙感平台上獲得不同空間解析度、時間解析度和光譜解析度的遙感影像。遙感影像的空間解析度已達到米級；光譜解析度已達到納米級，波段數已增加到數十個甚至數百個；回歸周期可達幾天甚至十幾小時［6］。遙感技術的發展，給土地利用調查監測帶來了極大的幫助。
遙感是土地利用調查監測的主要信息源，遙感監測主要分為內業和外業兩部分。內業通過一系列的圖像處理，獲取土地利用的變化信息，經過外業調查核實，以分析土地利用變化的現狀［7］。最常用的土地利用調查監測方法可分為兩種：逐個像元對比法和分類後對比法。逐個像元對比法是首先對同一區域不同年份同一時相影像的光譜特徵差異進行比較，確定土地利用發生變化的位置，在此基礎上，再採用分類的方法來確定土地利用變化信息，這種方法一般能較為靈敏地探測出已經發生變化的像元，但它不能同時獲得具體的土地利用的變化類型信息；分類後對比法是首先對整個監督區域的不同時相的影像進行各自分類，然後比較在各影像同一位置分類結果，進而確定土地利用類型變化的位置和所屬類型，這種方法能獲得詳細的土地利用轉變矩陣，但這一方法明顯受到單獨分類所帶來的誤差影響，會不可避免地誇大變化的程度。鑒於以上兩種方法均存在不盡如人意的地方，一些研究者又提出了多時相遙感圖像疊合後的主成分分析法。這種方法是將疊合後的圖像進行分類，而不是對各時相的圖像進行單獨分類，從而大大減少變化程度的誇大。目前採用的技術方法是選取兩個時相的衛星影像為主要數據源，對其進行幾何糾正、幾何配准和數據融合，通過計算機自動提取和人機交互解譯的方式直接發現變化特徵信息，完成動態變化制圖［6］。
4.2 GIS 技術在土地利用調查監測中的應用
物質世界中的任何地物都被牢牢地打上了時空的烙印，人們的生產和生活中80% 以上的信息和地理空間位置有關。地理信息系統萌芽於 20 世紀 60年代的加拿大和美國，從技術和應用的角度，地理信息系統是一種採集、存儲、管理、分析、顯示與應用地理信息的計算機系統，是分析和處理海量地理數據的通用技術，是解決空間問題的工具、方法和技術，它作為獲取、處理、管理和分析地理空間數據的重要工具、技術和學科，近年來得到了廣泛關注和迅猛發展；從功能上，GIS 具有強大的對空間信息獲取、存儲、編輯、處理、分析、輸出和應用的功能［8］。
地理信息系統最早應用在資源環境管理中，並且多於遙感結合應用，其一是利用遙感信息，在 GIS 基礎資料庫的支持下輔助土地利用類型的解譯，提高分類的精度；其二是利用遙感數據獲取的土地利用現狀最新信息補充和更新 GIS 資料庫，保持 GIS 的現勢性；其三即利用 GIS 空間疊加分析等功能進行不同時期土地利用狀況的疊加分析，監測土地利用變化，並輔助土地的決策［9］。
土地信息主要分為地理位置信息和屬性信息，GIS 在土地利用調查監測中的應用關鍵是資料庫的建立，資料庫除要達到常規制圖的需要外，必須能進行動態更新管理，具有大數據量處理能力，土地利用資料庫的建設是一個龐大的系統工程，其工程運作的覆蓋面廣、數據量大、精度要求高、系統性強。土地利用調查監測中運用 GIS 技術大體有以下技術流程：制定出資料處理、分幅數據掃描處理、遙感圖像數據採集處理、屬性數據錄入處理、圖形拼接處理、資料庫分析處理，然後通過套合檢查、接邊檢查、數據統計成果檢查等方式進行三級檢查，確保土地利用資料庫的正確性和准確性［10］。
4.3 GPS 技術在土地資源管理中的應用
GPS作為一種全新的現代定位方法，具有布點靈活、全天候觀測及計算速度快、精度高等優點，已經逐漸在越來越多的領域取代了常規儀器，給測繪工作帶來了革命性的變化。
GPS 技術在土地利用調查觀測中的應用主要表現在以下方面：①建立高精度的控制網及航片像控點的布設。高精度控制網的建立可為空間數據設施的建立提供一個基礎體系。GPS也被廣泛的用於航測像控點的布設，大大提高了工作效率。②進行變更圖斑的數據採集及新增地物的補測。對於航片上沒有變化的圖斑及新增地物，可在實地採用GPS動態定位方式，沿每個變更圖斑外圍界線進行採集，對採集的數據利用隨機專用程序進行處理［10］。
計算機、RS、GIS、GPS 等信息技術在我國的發展方興未艾，其創造的經濟和社會價值日益突出，「3S」技術與土地資源管理工作的密切結合今後將會日臻完善。在土地利用調查監測中的應用不再以單獨的系統出現，而是逐漸向集成化方向發展。利用遙感（RS）手段可以主動快速地發現變化區域，運用差分 GPS 技術可以精確獲取土地利用變化的數量和性質，GIS 則是管理土地利用的圖形數據和屬性數據（如土地利用類型、權屬、圖斑號等）成為土地利用變化與監測的有效工具。
參考文獻
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