ＧＰＳ技術(shù)在獲取土地利用空間變化數(shù)據(jù)中的作用

邵曉茹

摘要：準(zhǔn)確地、定量地把握土地利用及其變化狀況具有重要的意義，介紹全球定位系統(tǒng)在土地利用動態(tài)監(jiān)測中的雙重作用和技術(shù)，通過對土地利用變化類型分析，簡化GPS測量的野外工作量。

關(guān)鍵詞：土地利用變化全球定位系統(tǒng)變化類型

全球范圍內(nèi)社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需求與相對不足的資源及脆弱、惡化的生態(tài)環(huán)境的矛盾，使得社會、經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展面臨困境。“全面、及時地掌握資源環(huán)境的基本狀況是在全球范圍內(nèi)探討人類社會持續(xù)發(fā)展的前提條件”。1997年國務(wù)院決定“土地管理部門要抓緊建立全國土地管理動態(tài)信息系統(tǒng)，采用現(xiàn)代化技術(shù)手段，加強(qiáng)對全國土地利用狀況動態(tài)監(jiān)測”。

1全球定位系統(tǒng)在土地利用動態(tài)監(jiān)測中的雙重作用

近年來，隨著空間技術(shù)的發(fā)展，遙感和地理信息系統(tǒng)己先后被運(yùn)用干土地利用動態(tài)監(jiān)測工作中。理論上，遙感技術(shù)用干實時地或準(zhǔn)實時地提供目標(biāo)及其環(huán)境的語義或非語義信息，發(fā)現(xiàn)地球表面的各種變化，及時地對GIS進(jìn)行數(shù)據(jù)更新。GIS則是對多種來源的時空數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理、集成管理、動態(tài)存取，作為新的集成系統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺，并為智能化數(shù)據(jù)采集提供地學(xué)知識。實際操作中，土地利用動態(tài)監(jiān)測工作主要包括遙感圖像解譯、繪制解譯圖、比較參照不同期的解譯圖和專題圖以發(fā)現(xiàn)變化、數(shù)字化圖件、建立靜態(tài)信息系統(tǒng)進(jìn)行信息生產(chǎn)和管理。在傳統(tǒng)技術(shù)路線中，用遙感技術(shù)發(fā)現(xiàn)了變化區(qū)域之后，對變化區(qū)域的定量確定僅靠對遙感判釋圖上的區(qū)域界限進(jìn)行量測。遙感圖像的成像機(jī)理、圖像分類方法自身固有的誤差和其他誤差（如繪圖誤差）使得遙感判釋圖上的區(qū)域界限是僅具有示意性和相當(dāng)模糊度的界限。尤其是對大比例尺圖件，源干衛(wèi)片的變化區(qū)域界限精度太低。因此，在靠遙感手段基本確定土地利用變化區(qū)域之后，對變化區(qū)域的準(zhǔn)確測定是非常必要的。

全球定位系統(tǒng)（GlobalPositioning System，簡稱GPS）是以人造衛(wèi)星組網(wǎng)為基礎(chǔ)的無線電導(dǎo)航系統(tǒng)。原來指美國國防部批準(zhǔn)研制的國防導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)，該系統(tǒng)由24顆衛(wèi)星組成，為全球范圍用戶提供全天侯、連續(xù)、實時、高精度的三維位置、三維速度以及時間數(shù)據(jù)。隨著俄羅斯GLONASS系統(tǒng)的開發(fā)，全球定位系統(tǒng)的概念也在變化，它泛指利用衛(wèi)星技術(shù)，實時提供全球地理坐標(biāo)的系統(tǒng)“。在實際應(yīng)用中， GPS主要用干實時、快速地提供目標(biāo)，包括各類傳感器和運(yùn)載平臺的空間位置。這樣GPS由干定位的高度靈活性和常規(guī)測量技術(shù)無法比擬的高精度，成為測量學(xué)科中的革命性變化．這樣GPS為準(zhǔn)確把握土地利用變化區(qū)域提供了技術(shù)支撐。

另外，GPS數(shù)據(jù)對遙感信息也是一個必要的、有益的補(bǔ)充。遙感手段對積累性的變化經(jīng)過一段時間后反應(yīng)比較明顯。對一個市縣級行政區(qū)來說，明顯的、大面積的變化區(qū)域可以通過衛(wèi)片大致確定。而對干小面積的或突然發(fā)生的有較大影響的變化，衛(wèi)片上或反映不出來，或沒有必要用遙感手段確定。這時就可用GPS接收機(jī)在野外很方便地獲取變化區(qū)域的數(shù)據(jù)并對動態(tài)監(jiān)測信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行更新。所以， GPS不僅起到對遙感成果野外定位的量化作用，而且也是一種獨(dú)立的數(shù)據(jù)源。各種遙感手段和GPS技術(shù)各有特點(diǎn)，它們對土地利用動態(tài)監(jiān)測信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的貢獻(xiàn)也各不相同。

2全球定位系統(tǒng)應(yīng)用于土地利用變化區(qū)域的準(zhǔn)確定位

GPS靜態(tài)對地定位時，精度可達(dá)毫米級，用干大地測量、板塊運(yùn)動監(jiān)測等動態(tài)對地定位時，精度可達(dá)厘米、分米和米級，應(yīng)用干衛(wèi)星、火箭、導(dǎo)彈、飛機(jī)、汽車等導(dǎo)航定位之用。不同的GPS接收機(jī)精度不同、工作方式不同，價格也有較大差別。一般未說，一個市縣級行政區(qū)的土地利用變化區(qū)域邊界定位，對GPS接收機(jī)主要有以下幾點(diǎn)要求：（l）精度達(dá)到5m。5m在1：0000圖件上相當(dāng)干0．5mm，精度再高己沒有意義。（2）動態(tài)測值。靜態(tài)測值方式耗時太長，無法保證數(shù)據(jù)的時間準(zhǔn)確性。（3）事后處理方式的GPS接收機(jī)比實時處理方式的GPS接收機(jī)經(jīng)濟(jì)得多，而且事后處理所需時間井不長，對所獲數(shù)據(jù)的時間準(zhǔn)確性沒有太大影響。

達(dá)到以上條件的GPS接收機(jī)的價格對縣級土地部門完全能夠接受。如美國麥哲倫公司（Magellansystem Co叩。ration）的ProMark-X-CM GPS接收機(jī)（重約0．85kg）在移動方式下（MobileMode方式：每秒記錄一個數(shù)據(jù)）精度可達(dá)2m。兩臺同型號的ProMark－X－CMGPS接收機(jī)可形成一個”工作外，價格大約八萬元人民幣。用戶在野外可以將一臺GPS接收機(jī)放在控制點(diǎn)作為基準(zhǔn)站，攜帶另一臺GPS接收機(jī)作為移動站圍繞土地利用的變化區(qū)域走（步行、騎車或慢速開著機(jī)動車）一遍，即可獲取有關(guān)數(shù)據(jù)。事后可在Wind。WS95環(huán)境下用隨機(jī)的GpS軟件MSTARZ．of對數(shù)據(jù)進(jìn)行以下處理：（l）建立一個newsessicn，輸入名稱及所在目錄。（2）選取Mobile Mode方式（另有SubmeterMode、Pseudorng Mode、Cent。eterMode方式）。（3）輸入控制點(diǎn)經(jīng)緯度坐標(biāo)。（4）在通訊菜單下將基準(zhǔn)站GPS內(nèi)存中的數(shù)據(jù)卸載下未得到 CAR文件（Carris phase文件），將移動站 GPS內(nèi)存中的數(shù)據(jù)卸載下未得到 MOB文件（m chile文件）。（5）將唯一的 CAR文件加入到 Confteuration菜單下的 Control Files中，將一個或多個MOB文件加入到Remote Files中。（6）選Computer菜單項，即可得到計算結(jié)果（為D IF文件）。處理過程的步驟 1、步驟 2、步驟 3、步驟 5基本沒有多少時間消耗，步驟 4是最耗時的，卸載 3600個點(diǎn)數(shù)據(jù)（大約一小時的數(shù)據(jù)獲取量）的 M OB文件約需 10分鐘。步驟 6的計算過程只需大約100秒。選定MSTARZ．of的PlotPositionFises菜單項，移動站的運(yùn)動軌跡可以顯示在屏幕上，并可放大查詢每一點(diǎn)的具體信息。MSTARZ．of的Conversion功能可將記錄各點(diǎn)位置坐標(biāo)的DIF文件轉(zhuǎn)換為ARC／INFO、ARC／VIEW、ASCⅡ等多種格式，以利干數(shù)據(jù)共享。從價格、精度、效率等方面看來， GPS作為一種成熟的技術(shù)，己經(jīng)可以全面投入土地利用監(jiān)測工作的主戰(zhàn)場。

3土地利用變化類型分析

為了規(guī)范GPS外業(yè)數(shù)據(jù)采集工作方式，需要分析土地利用變化類型，從地理信息系統(tǒng)角度說是建立多邊形空間變化的概念模型，這對GPS工作方式從理論上更加完善，從實踐上更加優(yōu)化是非常必要的。這也是將未進(jìn)一步建立時空模型的基礎(chǔ)之一。給出兩個概念：一個多邊形發(fā)生了變化，從變化后的角度看，將此多邊形稱作母多邊形。多邊形發(fā)生變化后，原母多邊形范圍內(nèi)所有的多邊形，稱作原母多邊形的于多邊形。這里將土地利用變化類型歸納為：（l）多邊形分裂、分裂后的各于多邊形與其母多邊形的相鄰多邊形無合井關(guān)系。這種類型又可細(xì)分為島形、餅形、環(huán)形、全形等四種倩況。（2）單個兒多邊形分裂，其于多邊形與其母多邊形相鄰多邊形的于多邊形有合井關(guān)系。單向擴(kuò)張型有一個特例：一個多邊形被另一個多邊形完全吞并。

GIS矢量數(shù)據(jù)的操作要基干對實體邊界的確認(rèn)。GPS提供數(shù)據(jù)的一個直接原則是提供變化區(qū)的封閉記錄。將這項原則結(jié)合（1）、（2）所討論的多邊形空間變化的類型，可進(jìn)一步將采集GPS數(shù)據(jù)的工作量減少。對島形變化，要提供島形邊界。對餅形變化，提供形成餅形實體的徑向邊界。對環(huán)形變化，提供環(huán)的內(nèi)外邊界。對全形和吞并形，不用再測數(shù)據(jù)。對單向擴(kuò)張形、相互擴(kuò)張形，提供子多邊形邊界中并非母多邊形邊界組成的弧段。這句話其實也可以概括所有的變化類型。

4結(jié)論

a.準(zhǔn)確把握我國土地利用現(xiàn)狀及其變化具有重大意義。在這項工作中， GPS技術(shù)不僅能對遙感技術(shù)成果進(jìn)行量化，而且是一種獨(dú)立的數(shù)據(jù)源。

b.分析土地利用變化類型，能有效減少GPS測量的野外工作量。

C.空間技術(shù)的支撐是空間信息系統(tǒng)，空間信息系統(tǒng)的核心是數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的特點(diǎn)是對整個兒空間體系將產(chǎn)生影響。GPS技術(shù)作為主要的數(shù)據(jù)來源之一，其高時間精度特點(diǎn)對傳統(tǒng)靜態(tài)GIS提出了挑戰(zhàn)，將極大推動多時態(tài)GIS的研究，其高空間精度的特點(diǎn)對遙感技術(shù)也產(chǎn)生巨大影響。

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