3S技術在土地變更調查中的作用分析

吳友平,謝幫華

1.南昌大學科學技術學院,江西南昌330029

2.南昌工程學院土木與建筑工程學院,江西南昌330029

3S技術在土地變更調查中的作用分析

吳友平1,謝幫華2

1.南昌大學科學技術學院,江西南昌330029

2.南昌工程學院土木與建筑工程學院,江西南昌330029

由于遙感技術（RS）、全球定位技術（GPS）和地理信息技術（GIS）組成的“3S”技術不斷成熟，將該技術應用到土地變更調查中，不但可以有效減少人力物力，而且能夠保證調查結果的精確度和實時性。本文就3S技術在土地調查中的處理流程、關鍵技術分析以及對采集數據、圖斑識別、信息處理技術等進行闡述與分析，以期為該技術的應用提供參考。

“3S”技術;土地變更調查;分析

土地資源的數量、質量和分布情況以及變化趨勢將在很大程度上關系到國民經濟的不斷發展[1]，我國是農業大國，這意味著我國的土地資源是國民最重要的資源之一，通過國家對土地資源的合理分配和調控，可以更完善的針對我國國情進行相應的調控分析。在土地資源分配之中，土地變更是發生最多的任務之一，通過對土地變更進行詳細的調查可以更好的完善土地資源的分配，有利于我國經濟國民生產總值的提升，對經濟的宏觀調控有促進作用[2]。

在土地變更調查中，傳統方法是通過“挨家挨戶”的詳細調查，通過總結詳查的結果進行分析，將土地資源與地形圖的航拍結果相結合，再利用人工測量和判斷等方法進行處理，將出現土地資源變化的地方勾繪到相應的遙感地圖上，并填寫相應的土地變化統計表，根據統計、面積變化計算和勾繪等方法得到完整的土地變更數據。傳統方法需要大量的人力和計算量協助才能完整的得到某地區的土地變更情況，除此之外，傳統方法還有許多其他的缺陷[3]：

（1）通過實際手工測量和標注導致變化區域邊界模糊不清，形狀發生形變。

（2）整個過程都采用手工計算，耗費大量資源且出錯的幾率更大。

（3）數據由地方采集獲得，在上報過程中難免會出現瞞報、誤報、漏報等情形。

鑒于此，目前的土地變更調查需要進行改進和完善，摒棄傳統實際手工測量和標注、分析等方式，轉而采用現代科技分析手段進行實時的土地變更監控、調查，現代科技手段利用先進的科學技術進行統計和管理，效果更佳。

1 基于“3S”技術的土地變更調查流程

基于“3S”技術的土地變更調查與傳統方法的目的一樣，都需要對土地變更過程中的圖斑進行準確定位，定位圖斑以后，需要定位出變更數據，調查變更數據并建模分析，最后將分析結果制作成圖表類土地變更調查報告，圖1給出了具體流程[5]。

圖1 采用“3S”技術進行土地變更調查流程圖Fig.1 The flow chart of land change survey by using"3S"technologies

2 基于“3S”技術的土地變更調查關鍵技術分析

利用“3S”技術進行土地變更調查基本上需要三個方面的關鍵技術：第一，分析土地的遙感影像數據并生成DOM，通過對DOM的進一步分析對變化圖斑的識別；第二，通過GPS數據進行變化圖斑的詳細數據采集；第三，根據采集到的變更數據建立起變更調查數據庫。在“3S”技術的支持下，三者缺一不可，是一個完整的體系，下文針對三者進行關鍵技術的詳細分析。

2.1 基于遙感數據和DOM技術識別變化圖斑

遙感（RS）技術通過遠距離的探測和感知物體而不與物體本身接觸，通過傳感器接收來自物體的信號，再經過分析對物體進行識別的技術[6]。在土地變更的研究中，需要每個一定的時間范圍內，通過RS航拍技術對指定范圍的土地進行一次拍攝并保存到數據庫中，通過對該區域相鄰兩次數據的分析可以得出變更區域土地發生變更的情況，進而識別出變化的圖斑。

首先需要對遙感影像進行糾正，糾正的目的需要比較的兩次航拍遙感影像一般情況下不在同一個尺度下，采用糾正算法將待處理的遙感影像歸一化到數據庫的統一坐標系，常用的糾正算法采用多項式糾正算法。在糾正完成之后，遙感影像的尺度與數據庫中的遙感影像完全一樣，實際由于客觀原因導致兩幅圖像的拍攝尺度角度發生改變，所以在進行DOM計算之前需要對兩幅圖像進行配準，以數據庫中的圖像作為基準，利用圖像配準算法對變化后采集到的遙感數據進行配準，使其與數據庫中基準圖像在拍攝角度和拍攝尺度上保持一致。

預處理完成后將得到兩幅坐標系和角度、尺度相同的圖像，一幅表示的是土地變化前的模板圖像，另一幅是當前采集到的土地變更后的圖像，通過正射影像算法可以構建正射影像圖DOM[7]。在DOM制作計算過程中，通過在模板遙感圖像上選取一些地面控制點，并結合相應地面控制點在遙感圖像中的數字高程模型數據，構建沖采樣之后的正射影像圖。由于DOM數據同時具有豐富的影像特性和地形特性，具有豐富的地理信息系統的表現形式，所以可以給后續的GIS數據提供合理的數據源。

歐盟尚無官方渠道發布參比信息，從歐洲藥品監督管理局EMA的官方信息可知，參比制劑的定義為：參比制劑是指由歐盟成員國或委員會基于完整的申報資料已經批準上市的藥品，這些申報資料需 要 按 照 Articles 8（3），10a，10b or 10c of Directive 2001/83/EC等法案進行，包括質量研究、臨床前研究和臨床研究等內容，仿制藥或改良型藥物申請上市時可參照該藥品，通常通過生物等效性研究以證明其生物等效性［10］。

通過DOM結果進行分析和變化圖斑生成并識別主要包括以下四個步驟，發現變化信息、生成變化信息相應模板、半自動化算法提取變化信息、通過變化信息識別變化圖斑。通過該4個步驟，可以將DOM轉化成圖斑并識別，下文詳細介紹每個步驟中的具體內容和相應方法：

（1）發現變化信息：到目前為止，從DOM中發現變化信息的主要方法包括人工、半自動和全自動三種類型。對精度要求較高的土地變更信息提取中，一般采用半自動的方式，即人工和自動方式相結合。對于簡單的變化信息提取自動計算方式完全可以勝任，而對于稍微復雜的變化信息自動方式難以精確計算時，就需要人工參與提取變化信息。這種結合方式使得變化信息提取方式魯棒性較高，且提取時間快，提取結果精度高。

（2）變化區域提取：變化區域的提取方法較多，各種方法適用于對應的場景，根據實際場景合理利用這些方法將能較大的提高變化區域提取成功率，提取到的目標區域精度也能得到保證。

（3）變化類型確定：通過將變化模板圖像與原始遙感圖像進行時相疊加，在疊加結果中就可以直接得到發生變化的區域，并從中獲取變化類型。一般可以分辨的變化類型可以直接確定，對于不能確定類型的變化，可以參考土地利用圖等相關資料或者請求有經驗的協助等等。

（4）變化信息識別：在識別過程中，以變化區為單位，對各個確定了變化類型的變化區進行編號，一般以從上到下，從左到右的方式進行圖斑編號，在錄入編號的時候需要填寫識別信息，各個圖斑屬于哪種類型的變化信息。

2.2 基于GPS-PDA技術采集變化圖斑

通過RS及其相關技術識別出變化圖斑的類型之后，需要通過GPS數據采集方法完成對土地變更圖斑的精細區域采集和處理。GPS-PDA是一個采集并處理遙感數據的系統平臺，通過GPS-PDA系統進行現場GPS現狀圖的采集，并以RS技術提取并識別到的變化圖斑信息為基礎資料，用1:1000的數字等高線生成相應的DEM數據，結合DOM數據，將待分析的區域的矢量數據與影像數據相疊加。從疊加數據中，同時可以提取到確定變化的圖斑和不確定變化的圖斑。然后將提取到的數據導入PDA系統中作為土地變化調查的基礎數據，在現場利用GPS定位功能采集到位置信息，通過位置信息點完成對圖斑的實時變更。

本文給出某區域的土地變更調查，如圖2所示，首先導入底圖并通過差分信號進行變更圖斑的采集點進行定位。首先，在拐點上采集到GPS1點，然后進行GPS2點的采集，依照相同的方法依次采集到GPS1～GPS7，并在PDA中記錄每個采集點的坐標，再按順序連接各點，最后形成一個閉合的回路，由回路構成的區域就是變化圖斑區域。

圖2 變更圖斑的確定Fig.2 The definition of changing figure spot

2.3 建立土地變更調查信息系統

通過上述手段識別出變更圖斑并勾繪出變更圖斑區域后，需要建立土地變更調查系統來分析、計算和存儲變更數據。GIS系統是一個在特定情況下使用有較強意義的空間信息管理系統，該系統對采集到的數據進行存儲、計算和分析，完成對地表空間和地理分布狀況的數據計算。該系統以地理空間數據為基礎，通過模擬分析的方法，對空間相關數據進行計算、建模和模擬，提供多空間地理信息的管理，建立合理的數據管理辦法。

該調查信息系統旨在完成土地變更調查信息入庫、土地統計臺賬變更、保持空間數據和屬性數據能夠統一化等等業務，另外，在建模分析之后，需要利用圖形界面展示給操作者，以便非專業人員也能方便使用，在數據發生變化時圖形圖表界面也需要完成相應的改變。土地變更調查信息系統的構建流程如下圖3所示，通過構建出土地變更信息調查系統，任何用戶都可以通過該系統完成對土地變更的調查，為非遙感影像處理專業人員提供了一個很好的土地變更管理平臺。

在調查系統中導入數據需要注意的要求：

（1）變更圖斑的類別需按要求放入系統目錄中。

（2）根據空間數據制作出導航圖。

（3）對每個類別的土地變更數據配置相應的數據字典，包括該地區的行政區碼、田坎系數等等。

（4）形成初始化的數據庫。

除了數據導入外，對于面積量算是本系統最有意義的統計信息之一，通過該信息可以對變更土地調查數據進行量化，得到有意義的結果并將結果填寫到系統的圖斑面積量算表中。在面積量算過程中必須滿足三個條件：

（1）以圖幅面積作為計算控制：通過精確的圖斑勾繪結果量算面積，圖斑勾畫結果面積之和必須與圖幅的理論面積總和相同。

（2）以行政區面積作為計算控制：行政區采用樹形結構模式，所以某級行政區的面積應該等于下級行政單位的面積總和，即各村面積總和與鄉鎮面積總和相同，鄉鎮面積總和與縣級面積總和保持相同。

（3）以圖斑面積作為計算控制：變更圖斑的邊界線以線狀物進行區分，相鄰的圖斑之間需扣除各自的線狀物面積的一半，圖斑通過破分之后各個小塊圖斑應該與總圖斑的面積保持一致。

圖3 土地變更調查信息系統構建流程圖Fig.3 The flow chart of constructing the land change survey system

3 結論

本文重點分析了“3S”技術在土地變更調查中的作用，包括采用RS技術記錄、識別變更圖斑信息，GPS-PDA技術精確勾繪出變更圖斑信息，以及基于GIS技術建立土地變更調查信息系統，通過該系統可以依靠計算機的計算能力完成數據錄入、建模分析和產生圖形界面將分析結果呈現給用戶。通過“3S”技術進行土地變更調查管理，可以有效的減輕傳統方式的人工參與度，專業的計算機對數據進行建模分析并使用友好的圖形界面展示給用戶，使得非專業人員也可以容易的完成土地變更調查，具有較強的實踐意義，且該系統建立在計算機自主計算之上，精確度和時間響應都能得到保證。

[1]徐志文,謝方.土地資源與城市經濟增長--理論與經驗分析[J].統計與信息論壇,2015(5):44-49

[2]劉百軍.探究土地資源可持續利用基本理論[J].黑龍江科技信息,2015(21):289-289

[3]石瑞年.淺談2014年度土地變更調查成果國家級外業核查方法和特點[J].城市地理,2015(14):84-84

[4]王曉云.淺談3S技術在土地利用變更調查實施中的應用[J].城市建筑,2014(14):183-183

[5]翟偉光,胡楠.3S技術在土地變更調查中的應用[J].中國高新技術企業,2014(13):41-41,42

[6]劉建華.遙感技術在土地變更調查中的應用研究[J].工程地球物理學報,2014,11(6):901-904

[7]張丹,盧小平.基于全數字攝影測量系統MapMatrix的DOM制作探討[J].數字技術與應用,2015(2):123-124

The Analysis on the Function of Land Change Survey by 3S Technologies

WU You-ping1,XIE Bang-hua2
1.College of Science and Technology/Nanchang University,Nangchang330029,China
2.Department of Civil and Building Engineering/Nanchang Institute of Technology,Nangchang330029,China

3S technologies,RS/GPS/GIS,get mature day by day and they are used in surveying a land change as a result to not only reduce labors and materials but also ensure the accuracy and real-time for findings.This paper reviewed the treatment process,key technologies and information treatment to data and figures during a land survey in order to provide a reference for land investigators.

"3S"technologies;land change survey;analysis

TP391

:A

:1000-2324(2015)06-0852-04

2015-06-10

:2015-08-18

江西省數字國土重點實驗室開放基金:基于DInsar地表形變監測的關鍵技術的算法研究(DLLJ201304)

吳友平(1978-),男,江西東鄉人,碩士,講師.主要從事測繪3S技術與土地利用研究.E-mail:tjwyp123@163.com